Как известно, энергоэффективные здания должны отличаться минимальным расходом энергоресурсов на эксплуатацию и комфортными параметрами микроклимата помещений, а «здоровые» - соответствовать повышенным экологическим требованиям. Таким образом, и для первого, и для второго типов зданий существенное влияние на формирование микроклимата и экологическое состояние внутренней воздушной среды должна оказывать система естественной вентиляции и связанная с ней функциональная способность наружных ограждающих конструкций обеспечивать необходимый воздухообмен помещений.
Формирование требуемых параметров воздухообмена и теплового режима в жилых зданиях является комплексной задачей, поскольку на эти параметры большое влияние оказывают работа системы отопления, архитектурно-планировочные и конструктивные решения этих зданий, теплотехнические показатели наружных ограждений, особенности эксплуатации квартир жильцами. В большинстве европейских стран по причине снижения воздухообмена помещений из-за повышения герметичности наружных ограждений, в том числе конструкций стеклопакетов, стали широко использоваться специальные устройства и системы для притока воздуха (аэроматы в окнах, стеновые клапаны, системы приточно-вытяжной механической вентиляции).
В нашей стране проводятся исследования, разрабатываются нормативы по учету влияния на микроклимат помещений и работу системы вентиляции герметичных светопрозрачных конструкций [3-5], а в последние годы на производстве наладили выпуск аэроматов, стеновых клапанов. Однако следует отметить, что эти специальные устройства еще не нашли широкого применения в практике проектирования и строительства, а действующая система нормативных документов в целом не учитывает всего комплекса воздействий на микроклимат и воздухообмен в жилых помещениях.
Цель исследования. Стимулирующим фактором, обеспечивающим более быстрый переход к внедрению специальных устройств и других инженерно-технических решений по регулированию притока воздуха, является накопление опыта натурных исследований жилых многоэтажных зданий и более полная оценка того негативного влияния, которое оказывает существующая система естественной вентиляции этих зданий на микроклимат их помещений.
С целью оценки этого влияния в феврале и марте 2013 г. в г. Пензе были проведены натурные обследования двух жилых 10-этажных домов по серии 125, эксплуатируемых в течение нескольких лет [1].
Материал исследования. Многослойная конструкция наружных стен упомянутых зданий состоит из внутреннего слоя полнотелого силикатного кирпича, среднего слоя пенополистирола, слоя пустотелого силикатного кирпича и наружного слоя кирпича керамического пустотелого. Окна выполнены из двухкамерных стеклопакетов, чердак зданий холодный (рис. 1).
Рис. 1. Жилой дом по серии 125.
Рис. 2. Надстроенные оголовники вентблоков.
В зданиях функционирует естественная система вентиляции с притоком воздуха через открываемые створки окон и вытяжкой воздуха из кухонь и санузлов через отверстия в вентиляционных блоках заводского изготовления, имеющих сборные магистральные и перепускные каналы. Опыт строительства показывает, а результаты проведенных натурных обследований подтверждают, что при монтаже таких блоков допускаются нарушения технологического процесса сборки (не достаточная герметичность их стыковых соединений из цементно-песчаного раствора, вытяжные отверстия вентблока могут входить в каналы, предназначенные для другой группы квартир).
По данным инструментальных измерений, фактический воздухообмен в помещениях квартир составлял только часть от требуемого значения по нормам (например, для 2-комнатной квартиры при установке положения створок окон на микропроветривание эта часть не превышала 34%, при открытии створки окна до упора на горизонтальной оси - 46%). Эти показатели воздухообмена были зафиксированы при благоприятных условиях эксплуатации системы вентиляции: жильцов квартир, имеющих один и тот же магистральный вытяжной канал, просили одновременно открыть створки окон поочередно в каждое из двух положений на длительное время (на несколько часов). Можно полагать, что в обыденной практике эксплуатации системы вентиляции это мероприятие по организации притока воздуха жильцами практически не соблюдается.
Инструментальные обследования показали наличие обратной тяги в вытяжных каналах. Даже последующее наращивание высоты оголовников вентшахт на 1,5 м, выполненное генподрядчиком по дополнительному проектному решению, не позволило предотвратить этот неблагоприятный эффект (рис. 2). Было также установлено, что:
- обратная тяга возникала при слабом притоке воздуха через створки окон, что побуждает холодный, более тяжёлый воздух опускаться через отверстия оголовников вентблоков по вентиляционным каналам, блокируя в них тем самым механизм теплового напора;
- процесс обратной тяги интенсифицировался под действием сильного ветра;
- в ряде квартир зафиксированы температуры поверхностей вентиляционных блоков ниже температуры точки росы, что вызвало появление на них влажных пятен;
- выпадение конденсата и появление плесени замечено на отдельных участках наружных стен, в том числе на откосах оконных проемов;
- при визуальном осмотре нижней части фасадов зданий (с учетом хорошей видимости) створки большей части стеклопакетов были закрыты или установлены в положение на микропроветривание.
На работу системы естественной вентиляции оказали влияние другие неблагоприятные факторы: отсутствие плотного притвора входных дверей в здания и в квартиры со стороны лестничной площадки, что создает условия для перетекания загрязненного воздуха из лестничной клетки и шахт лифтов в жилые помещения; затрудненная циркуляция воздуха в квартирах от приточных к вытяжным отверстиям (отсутствие просветов в нижних кромках дверей комнат и санузлов во всех обследованных квартирах, блокировка вытяжных отверстий периодически работающими зонтами газовой плиты в кухнях и вентиляторами в санузлах в некоторых квартирах).
Результаты натурных исследований и их обсуждение. Результаты исследований указывают, что из-за недостаточно эффективной работы системы естественной вентиляции и сформировавшихся вследствие этого неблагоприятных параметров микроклимата помещений квартир обследованные многоэтажные здания, в отличие от энергоэффективного и «здорового» типов зданий, вне зависимости от состояния тепловой защиты и экологической чистоты применяемых строительных материалов имеют признаки синдрома «больного» здания (Sick house). В этом типе здания нарушена одна из основных функций энергоэффективного и «здорового» зданий - комфортный микроклимат помещений, что подтверждает актуальную необходимость использования технических средств и поиск архитектурно-конструктивных решений наружных ограждений, обеспечивающих поступление оптимального объёма приточного вентиляционного воздуха и снижение затрат энергии на его обогрев в холодное время года при минимальных расходах материально-технических ресурсов.
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. Проблема широкомасштабного применения этих устройств приобретает особую актуальность в климатических условиях нашей страны, имеющей обширные территории с длительным отопительным периодом, что вынуждает жильцов квартир в целях экономии тепловой энергии далеко не всегда держать оконную створку приоткрытой.
Современные приточные клапаны имеют автоматическое регулирование расхода воздуха, противошумные вставки. Однако непродолжительный опыт эксплуатации аэроматов в климатических условиях Пензенского региона выявил, тем не менее, определенный 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, что связано с достаточной сложностью их установки в конструкции наружных стен и определенной инертностью мышления специалистов-проектировщиков.
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 так называемой дышащей стены.
Одна из моделей «дышащей» стены, основанная на экономайзерном эффекте в ее капиллярно-пористой структуре, и методика оценки получаемого при этом энергосберегающего эффекта рассмотрена в [2]. Концепция данной модели заключается в том, что в процессе подогрева холодного инфильтрующегося воздуха тепловым потоком, движущимся в обратном направлении из отапливаемого помещения, в последнее поступает некоторый объем относительно подогретого вентиляционного воздуха, что позволяет уменьшить объем его поступления через традиционные приточные отверстия на некоторую величину. Энергосберегающий эффект такой модели заключается в количестве тепловой энергии, затрачиваемой на подогрев этой разницы объемов воздуха до комнатной температуры.
Рецензенты:
Ласьков Н.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Строительные конструкции», ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, г. Пенза;
Аверкин А.Г., д.т.н., профессор, профессор кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция», ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, г. Пенза.