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:

pсистpрасп, (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:

Особенности применения приточных и вытяжных устройств в системах естественной вентиляции. 7/2019. Фото 1

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.

Особенности применения приточных и вытяжных устройств в системах естественной вентиляции. 7/2019. Фото 2

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].

Особенности применения приточных и вытяжных устройств в системах естественной вентиляции. 7/2019. Фото 3

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

K = K7 + K6; (3)

  • для жилых комнат и санузлов однокомнатных квартир

    Особенности применения приточных и вытяжных устройств в системах естественной вентиляции. 7/2019. Фото 4
     
  • для жилых комнат и санузлов двухи трёхкомнатных квартир

    Особенности применения приточных и вытяжных устройств в системах естественной вентиляции. 7/2019. Фото 5

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.

Особенности применения приточных и вытяжных устройств в системах естественной вентиляции. 7/2019. Фото 6

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 KKтр 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.

Особенности применения приточных и вытяжных устройств в системах естественной вентиляции. 7/2019. Фото 7

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.