Необходимость применения дополнительных вентиляционных устройств в системах естественной вентиляции обоснована в работе [6]. Авторы предлагают использовать в качестве таких устройств сквозные проёмы с пористым наполнением. Вопросы эксплуатации пористых наполнителей сквозных проёмов в наружных стенах здания при движении через них вентиляционного воздуха (влажностный и температурный режимы, засорение пористых материалов при фильтрации воздуха и их долговечность) уже поднимались в материалах ряда авторов [3–5, 7, 8], но, к сожалению, до сих пор не решены в окончательном виде.

В данной статье предложено по-новому рассмотреть работу сквозных проёмов с пористыми наполнителями как элементов системы вентиляции.

Необходимость создания проёма с пористым наполнением продиктована санитарными требованиями к приточному воздуху на входе его в рабочую зону помещения. Например, при использовании приточного клапана может возникать струя холодного воздуха, имеющая недопустимую температуру и подвижность на входе в рабочую зону помещения [1].

При этом уменьшение расхода воздуха в струе снижает воздухообмен до недопустимо малых значений. Применение заполненного пористой средой проёма позволяет создать равномерное поле небольших скоростей приточного воздуха и нагреть его до нормативной температуры перед подачей в рабочую зону. Для подогрева притока в системе естественной вентиляции с такими приточными устройствами может использоваться штатный отопительный прибор. В этом случае его тепловая мощность должна быть достаточной для нагрева расчётного расхода воздуха, поступающего в помещение через это устройство (сквозной проём с пористым наполнителем), и компенсации трансмиссионных теплопотерь.

Для равномерного прогрева приточного воздуха необходимо размещать проём таким образом, чтобы отопительный прибор во фронтальной проекции полностью перекрывал его своей площадью.

Вследствие лучистого и конвективного теплообмена между отопительным прибором и внутренней поверхностью наружной стены, где расположена насадка с пористым наполнителем, происходит её перегрев, что локально повышает тепловые потери. Приточный воздух, проходя через пористую вставку, нагревается трансмиссионным тепловым потоком и возвращает теплоту в объём помещения, что экономит тепловую энергию (экономайзерный эффект). Схема вентиляционного устройства с пористым наполнителем представлена на рис. 1.

Применение сквозных проёмов с пористым наполнением для вентиляции помещений. 2/2018. Фото 1

Основные затруднения, которые возникают при эксплуатации таких устройств, имеют место в холодный период года, поскольку из-за переохлаждения массива стены повышается риск выпадения капельной влаги и обмерзания пористой вставки. Для того чтобы исключить эти негативные последствия, необходимо пароизолировать и утеплить сквозной проём с пористым наполнителем в области контакта с ограждением, а также создать режим устойчивой инфильтрации с малой скоростью движения воздуха в каналах пористого материала.

При использовании сквозных проёмов в качестве приточно-вытяжных устройств следует учитывать, что любое вмешательство в конструкцию наружного ограждения нарушает его тепловую защиту. Поэтому при конструировании такого устройства следует учесть его влияние на температурный режим ограждения и по возможности разработать методику увязки теплопроводных включений такого рода с требованиями нормативных документов. Для этого необходимо выполнять моделирование температурного режима ограждения. Рассчитываемая конструкция ограждения представлена на рис. 2. Задача решалась в двумерной постановке. Система дифференциальных уравнений тепломассопереноса замыкалась уравнениями граничных условий 1-го, 2-го и 3-го рода.

Применение сквозных проёмов с пористым наполнением для вентиляции помещений. 2/2018. Фото 2

 

Из статьи Береговой А.М., Дерина М.А.

«Наружные ограждающие конструкции в системе воздухообмена жилого многоэтажного здания» [6] «Данные инструментальных замеров микроклимата помещений квартир подтверждают также, что, во-первых, система естественной вентиляции, предусмотренная в проектах многоэтажных зданий, плохо совместима с системой высокогерметичных пластиковых окон, а во-вторых, что в качестве таких технических средств необходимо использовать специальные приточные клапаны (аэроматы, стеновые клапаны), обеспечивающие регулируемый приток свежего воздуха в жилые комнаты и предотвращающие опрокидывание тяги в вытяжных каналах…

Однако непродолжительный опыт эксплуатации аэроматов в климатических условиях Пензенского региона выявил, тем не менее, определённый недостаток этих устройств: при неблагоприятных климатических условиях и высокой относительной влажности помещений они могут частично забиваться инеем и обмерзать. Конструктивные особенности стеновых приточных клапанов обеспечивают доступный осмотр и очистку их элементов при эксплуатации. Внедрение этих клапанов в местную практику проектирования и строительства многоэтажных зданий происходит крайне медленно… В качестве упомянутых архитектурно-конструктивных решений могут быть использованы известные конструкции наружных ограждений с вентилируемыми прослойками, позволяющими утилизировать тепло уходящего воздуха, а также другие, в том числе инновационные решения, например, связанные с созданием “дышащей стены”».

Для наружной и внутренней поверхностей глади ограждения, оконного откоса и оконного переплёта задавалась температура окружающего воздуха и коэффициент теплоотдачи. На внутренней поверхности сквозного проёма с пористым наполнителем задавался поверхностный тепловой источник, имитирующий тепловой поток от отопительного прибора.

Расчёт выполнялся с различными значениями скорости движения воздуха в порах материала (0,3 < Wф < 5,0 см/с), а также вертикального размера вставки (0,1 < L < 0,3 м). Температурные поля в разрезе ограждения при критических значениях параметров см. рис. 3–6.

Применение сквозных проёмов с пористым наполнением для вентиляции помещений. 2/2018. Фото 3

Расчёт температурного поля при одновременной фильтрации приточного воздуха позволяет воспользоваться элементным методом расчёта приведённого сопротивления теплопередаче ограждения [2] и использовать такое устройство без нарушения требований к тепловой защите здания.

Применение сквозных проёмов с пористым наполнением для вентиляции помещений. 2/2018. Фото 4

Использование элементного метода расчёта приведённого сопротивления теплопередаче сводится к определению относительных геометрических характеристик и удельных тепловых потоков через отдельные элементы. При использовании этого метода сквозной проём с пористым наполнителем не рассматривается как плоский элемент, так как является, по сути, частью вентиляционной системы, аналогичной открытому окну. Условно считается, что нелинейное поведение температурного поля вблизи периметра сквозного проёма возникает только из-за наличия стыка сквозного проёма и ограждения, который рассматривается как линейный элемент. Используя данный расчёт, можно определить температуру на внутренней поверхности ограждения и подобрать линейные размеры сквозного проёма и скорость движения воздуха в порах так, чтобы она не превышала температуру точки росы для внутреннего воздуха. По результатам моделирования построен график зависимости (рис. 7) температуры на внутренней поверхности сквозного проёма от скорости движения воздуха в порах фильтрующего материала и высоты сквозного проёма L. Пользуясь данным графиком, можно подобрать такие значения L и Wф, при которых выполняется санитарное требование к тепловой защите, и, рассчитав температурный режим при конкретных параметрах, выполнить элементные требования к наружным ограждениям.