Гигрорегулируемые системы естественной вентиляции жилых помещений

Гигрорегулируемые системы естественной вентиляции жилых помещенийВ последние годы во многих страхах Европы, в т.ч. и в России, были изменены требования строительных норм по теплотехнике. Это касается в первую очередь приведенного сопротивления теплопередачи ограждающих конструкций для уменьшения теплопотерь оболочки здания. Это позволило поддерживать оптимальное значение температуры помещений, как один из основных показателей комфорта. Другой важный показатель комфорта – кратность воздухообмена. Если воздухообмен во время отопительного сезона слишком мал, воздух внутри помещения представляет риск для здоровья из-за повышенной влажности, концентрации углекислого газа и микробов. Если воздухообмен высокий – это приводит к большим теплопотерям.

Помимо вопросов комфорта, контроль вентиляции имеет и четкий энергетический аспект: в зданиях с хорошей теплоизоляцией вентиляционные и инфильтрационные теплопотери могут быть выше теплопотерь самой оболочки, если вентиляция не контролируется должным образом. Однако вентиляционные теплопотери могут быть уменьшены вдвое, если вентиляция согласована с нуждами жильцов.

Для того чтобы контролировать вентиляционные потери, необходимо иметь возможность контроля системы вентиляции. Климатические условия при этом не должны оказывать большого влияния на вентиляцию. Нужно исключить воздействие ветра и вытяжки. Также важно ограничить перекрестную вентиляцию.

Попробуем на примере гигрорегулируемого (влагонаправленного) вентиляционного оборудования показать, что за сравнительно небольшие затраты на установку этого оборудования, можно достичь оптимальных показателей комфорта по воздухообмену, составу воздуха и температуре внутри помещения без теплопотерь и энергозатрат. Основная цель – сравнить работу гигрорегулируемой вентиляционной системы со стандартной системой естественной вентиляции.

Гигрорегулируемые системы вентиляции были разработаны, прежде всего, для удовлетворения потребностей строительного рынка при реконструкции старого многосемейного жилья, где становится затруднительным установка систем механической вентиляции из-за её дороговизны и архитектурных особенностей старых зданий. В рамках такой реконструкции, старые окна заменяются на новые герметичные со стеклопакетом, а наружные стены и крыша утепляются.

После таких проведенных мероприятий трудно ожидать, что воздухообмен будет проходить на должном уровне из-за улучшенной воздухонепроницаемости наружной оболочки здания, в особенности окон, на которых лежит основная задача по впуску свежего воздуха в помещение.

Для тех случаев, когда жильцы не могут должным образом регулировать воздухообмен, удобно иметь:

  • или минимальный постоянный темп вентиляции, применимый для обычной занятости помещения (нормируемые наши 30 куб.м/час на человека);
  • или автоматически контролируемый уровень вентиляции, пропорциональный некоему критерию данного вида нужд.

При автоматическом контроле вентиляции, мы легко можем контролировать вентиляционные теплопотери. При такой системе вентиляции, которая согласована с вентиляционными потребностями жильцов, может получиться значительная экономия энергии, когда помещение пустует (или занято неполностью). Идея такой системы вентиляции оригинальна и проста: пусть будет нормативный воздухообмен в помещении, но только когда в нем находятся люди. Если их нет – зачем проветривать помещение и увеличивать инфильтрационные теплопотери?

А критерий, который послужит сигналом для регулирования воздухообмена, будет влагосодержание в воздухе. Влага, которая выделяется во время жизнедеятельности, учитывается гигрорегулируемыми вентиляционными приборами, заставляя их увеличивать или уменьшать воздуообмен.

Однако, даже лучшая вентиляционная система не может достичь данной цели в одиночку. Её хорошая работа зависит от состояния оболочки здания, внутренней планировки, качества работы вентканалов:

  • если межкомнатные проемы слишком малы (или межкомнатные двери герметичны и постоянно закрыты), тогда элементы системы уже не работают совместно и не могут контролировать воздушные потоки;
  • если вентканалы (вытяжки) не достаточного размера, в этом случае будет преобладать перекрестная вентиляция и возможно обратное движение воздушных потоков.

Технология гигрорегулируемой вентиляции основана на контроле «эффекта трубы». Её действие определяется путем разности температур воздуха в вентканале и наружного, а также высотой вентканала.

«эффект трубы» = 0,044 х h х Δt( Ра),

где 0,044 – размерный коэф-т, h – высота вентканала, Δt – разность температур наружного и внутреннего воздуха.

В жилых помещениях действие эффекта трубы зависит от этажности. На первом этаже вытяжка работает сильнее, чем на последнем, где, кстати, она самая слабая. Соответственно заслонки на приточных устройствах на последнем этаже открыты больше, чем на первом. Таким образом, происходит выравнивание воздушного потока на всех этажах.

Гигрорегулируемые приточные устройства и вытяжные решетки будут улучшать естественный эффект вытяжной трубы, регулировать общий воздухообмен в соответствии с количеством и жизнедеятельностью жильцов, распределять воздух между комнатами согласно потребностям проживающих.

Механизм работы приточных клапанов и вытяжных решеток основан на изменении длины нейлоновых лент, управляемых открыванием и закрытием заслонок, вследствие изменения относительной влажности внутри помещения.

Низкая относительная влажность уменьшает длину лент, заставляя пружину, соединяющую их с заслонками, тянуть последние в положение «закрыто».

Производительность приточного клапана колеблется в диапазоне 10–30 м.куб/час при изменении влажности от 30% до 60% (Рис. 1). У вытяжных решеток эти показатели 15–75м.куб/час при изменении влажности от 40% до 75%.

Производительность клапана в зависимости от влажности воздуха

Рис.1. Производительность клапана в зависимости от влажности воздуха

Экспериментально была проведена натурная апробация работы вентиляционных клапанов.

Для этого была выбрана двухкомнатная квартира в 5ти этажном кирпичном доме старой постройки в г. Юбилейный М.О. Квартира расположена на 1м этаже. Площадь квартиры ~ 48м.кв., высота потолков 2,7м (Рис.2). В квартире установлены герметичные окна из ПВХ профиля с 2х камерным стеклопакетом. Количество проживающих людей – 3 человека. В квартире были установлены 2 приточных клапана и 2 вытяжные решетки (схема монтажа приточного клапана показана на рис.3). Измерения проводились в период с октября по апрель 2005г. включительно.

План квартиры

Рис.2. План квартиры

Для измерения объема поступаемого воздуха, определялась скорость его движения через приточный клапан (т.к. герметичные окна постоянно закрыты и приток воздуха осуществляется через клапан). В связи с тем, что скорости движения воздуха малы (диапазон 0,5-5 м/с) использовался термоанемометр. Т.к. измерения проводились в разное время и несколько раз (жильцы находились в комнате или нет, в зависимости от этого менялось и сечение входного отверстия клапана), скорость воздушного потока варьировалась 0,6–1,8м/с в спальне и 0,9–2м/с в гостиной. Выбирая усредненное значение для спальни 1,2 м/с и гостиной 1,5м/с и зная площадь сечения входного отверстия клапана 0,0064м.кв получаем: поступление воздуха в объем спальни 28м.куб/час и 35м.куб/час в гостиной. Это соответствует кратности воздухообмена n=1h-1. Замеры скорости притока воздуха подтвердили, что воздухообмен увеличивается пропорционально увеличению количества людей в помещении, из-за повышения относительной влажности воздуха. Мы получаем нормируемый воздухообмен в помещении как раз в то время, когда в нем находятся люди. При отсутствии таковых, воздухообмен снижается и мы имеем возможность экономить на расходах на отопление.

Схема установки  приточного клапана

Рис.3. Схема установки приточного клапана

Измерения температуры и влажности внутреннего воздуха производились термогигрометрами, установленных в спальне и гостиной, интервал записи данных составлял 5 минут.

График изменения влажности внутреннего воздуха одного из типичных дней в течение суток зимнего периода (Рис. 4). Из приведенных данных можно сделать вывод, за какое время происходит стабилизация относительной влажности воздуха в помещении W после пиковых скачков в течение суток.

Гостиная  (12.12.2004г) Тнар = 0ºС,  Wнар = 93%, Vветра = 2м/с.

Рис. 4. Гостиная (12.12.2004г) Тнар = 0ºС, Wнар = 93%, Vветра = 2м/с.

При достаточно теплой для этого времени года погоде, относительная влажность внутреннего воздуха соответственно тоже колеблется в высоких пределах от 48% до 84%. Высокий пик влажности в 18ч скорее всего связан с приходом большого числа людей в помещение. Дальнейшее снижение влажности происходит по прогнозируемой линейно-нисходящей зависимости. Изменения температуры внутреннего воздуха не наблюдается, значит, понижение влажности связано с работой приточного клапана, а не с проветриванием помещения через открытое окно. Аналогичные результаты были получены в помещении спальни (Рис. 5).

Спальня (06-07.01.2005г) Тнар = -2-3ºС,  Wнар = 86%, Vветра = 1м/с.

Рис. 5. Спальня (06-07.01.2005г) Тнар = -2-3ºС, Wнар = 86%, Vветра = 1м/с.

Из всего вышенаблюдаемого становится видно, что все теоретические предположения и расчеты прогнозируемости работы гигрорегулируемой приточно-вытяжной вентиляции оправдываются в практическом ее применении. Результаты натурного тестирования дали бы наилучшие результаты, если бы, к примеру, радиаторы отопления были оборудованы терморегуляторами и производился учет расхода теплоносителя.