Вопросу повышения эффективности работы систем естественной вентиляции посвящено значительное число исследований [1–4]. В настоящее время для решения данной проблемы в практике современного проектирования используются приточные и вытяжные устройства (клапаны). Работоспособность данных систем обеспечивается соблюдением следующего условия:

pсист ≤ pрасп, (1)

где pсист — потери давления в системе вентиляции, Па; pрасп — расчётное располагаемое давление, Па.

Аэродинамическая характеристика системы вентиляции K [Па/(кг/ч)²] [5] должна быть не меньше либо равна величине Kтр, определяемой по формуле:

где ρ+5 — плотность наружного воздуха при температуре +5°C, кг/м³; ρв — плотность внутреннего воздуха, кг/м³; g — ускорение свободного падения, м/с²; Hр — расчётная высота воздушного столба, м; Lр — расчётный расход воздуха, проходящий через систему, м³/ч; n — показатель режима движения воздуха, проходящего через элемент (при отсутствии сведений от производителя n ≈ 2 [6, 7]).

Рассмотрим основные особенности конструирования систем естественной вентиляции с индивидуальными вытяжными каналами на примере одно-, двух- и трёхкомнатных квартир 17-этажного жилого дома. Расчётная схема систем естественной вентиляции приведена на рис. 1.

Для подачи воздуха в помещениях кухонь предусмотрены стеновые устройства, а в жилых комнатах — оконные клапаны. Удаление воздуха организовывается через помещения, коридор и совмещённый санузел.

Воздушный баланс рассматриваемых квартир приведён в табл. 1 [8].

Фактическая аэродинамическая характеристика системы естественной вентиляции рассчитывается по следующим зависимостям — для кухонь:

K = K7 + K6; (3)

  • для жилых комнат и санузлов однокомнатных квартир


     
  • для жилых комнат и санузлов двухи трёхкомнатных квартир

где K1, …, K7 — аэродинамические характеристики соответствующих элементов системы естественной вентиляции (рис. 1), Па/(кг/ч)².

В данном случае системы вентиляции жилых помещений и санузлов рассматриваются как одна общая система, обслуживающая несколько помещений одновременно, а её каналы работают параллельно, на половину производительности. Удаление воздуха через дополнительный вытяжной канал в коридоре обосновывается высокими значениями кратности воздухообмена в санузлах (n > 3 ч-1) при использовании каналов только в них.

Аэродинамическая характеристика каждого вентиляционного канала складывается из характеристик составляющих их элементов (K4, K5 и K6, рис. 1):

K = Kву + Kвоз + Kфл + Kкол, (6)

где Kву, Kвоз, Kфл и Kкол — аэродинамические характеристики вытяжного устройства (клапан), вертикального воздуховода, флюгарка и колена вентиляционного канала, соответственно, Па/(кг/ч)².

Приточные стеновые и оконные клапаны современных производителей имеют максимальную номинальную пропускную способность L = 45 м³/ч, при перепаде давления на них Δp = 10 Па и температуре пропускаемого ими воздуха tв ≈ 20–22°C [9, 10]. Пропускная способность вытяжных устройств значительно выше и составляет L = 75–160 м³/ч при тех же условиях. В стене предусмотрена установка одного приточного клапана, в вентиляционном канале — одного вытяжного устройства, их аэродинамические характеристики составляют:

  • для приточного устройства (клапана) K = 342,9 Па/(шт.·{кг/ч}²)×105; 
  • для вытяжного устройства K = 27,2 Па/ (шт.·{кг/ч}²)×105 при длине L = 160 м³/ч, K = 123,5 Па/(шт.·{кг/ч}²)×105 при длине L = 75–160 м³/ч.

В результате проведённых авторами расчётов были получены значения Kву, Kвоз, Kфл, Kкол, Kпу, K и Kтр для помещений кухонь 1–17 этажей рассматриваемого жилого дома (рис. 2), вытяжные вентиляционные каналы которого выполнены из листовой стали, размерами 150×150 мм, со следующими аэродинамическими характеристиками:

  • первого метра прямого участка kвоз = 1,58 Па/(м·{кг/ч}²)×105;
  • колена Kкол = 4,8 Па/(м·{кг/ч}²)×105;
  • флюгарка Kфл = 18,7 Па/(м·{кг/ч}²)×105.

Аэродинамическая характеристика Kвоз [Па/(м·{кг/ч}²)×105] равна:

Kвоз = kвоз lвоз, (7)

где lвоз — расчётная длина прямого участка воздуховода, м. Аэродинамическая характеристика межкомнатных дверей Kдв (K2 и K3, рис. 1а) составляет величину Kдв = 27,1 Па/(м·{кг/ч}²)×105.

В результате расчётов по формуле (3) было установлено, что системы естественной вентиляции от точки забора воздуха через приточное устройство до точки его выброса (через флюгарок) имеют суммарную аэродинамическую характеристику K ≤ Kтр только на этажах с первого по седьмой на средних и верхних этажах здания, то есть условие расчётной работы системы естественной вентиляции K > Kтр не выполняется.

Полученный результат связан в первую очередь с высокими значениями аэродинамических характеристик приточных устройств Kпу (3, рис. 2), которые составляют порядка 70–80% от суммарной аэродинамической характеристики каждой системы.

Данный результат указывает на необходимость установки двух-трёх таких приточных устройств параллельно друг другу по воздуху либо на перевод рассмотренных систем из естественного в механический режим работы путём установки бытовых вентиляторов.

Аналогичным образом построены аэродинамические характеристики систем естественной вентиляции, обслуживающих жилые комнаты и сантехнические узлы (рис. 3), два вытяжных канала которых имеют размеры: 150×100 мм — в однокомнатных, 200×100 мм — в двухкомнатных и 150×150 мм — в трёхкомнатных квартирах.

Одного приточного устройства достаточно для обеспечения расчётного воздухообмена в жилых помещениях и санузле только на первых девяти этажах однокомнатных квартир, 13-ти — двухкомнатных и 12-ти — трёхкомнатных квартир. Расчётные воздухообмены не будут обеспечиваться в жилых комнатах и санузлах на верхних пяти этажах здания независимо от числа комнат. Поддержание воздухообмена в них может достигаться заменой приточных устройств на форточки, установкой двух-трёх приточных устройств параллельно по воздуху либо переводом системы вентиляции в механический режим за счёт установки вентиляторов, обладающих низким уровнем шума.

Заключение

Одним из основных препятствий для применения существующих приточных устройств в помещениях современных многоквартирных жилых домов в нашей стране являются более высокие значения нормативного воздухообмена по сравнению с номинальной пропускной способностью существующих приточных клапанов. Данную проблему могла бы решить установка нескольких приточных устройств параллельно по воздуху. Однако отсутствуют предоставленные производителями сведения о распределении температурных полей воздуха помещений вблизи приточной струи, создаваемой несколькими приточными устройствами, суммарная длина которых составит 800 мм, в холодный и тёплый периоды.

Приведённые выше факторы тормозят широкое внедрение данных устройств, обладающих несомненными преимуществами по сравнению с форточками и фрамугами, в практику проектирования, а также снижают доверие потребителей, обслуживающих неверно сконструированные системы вентиляции.