Вентиляция высотных зданий
1 Общие положения
К системам вентиляции и кондиционирования воздуха высотных зданий предъявляются более жесткие требования по сравнению с обычными зданиями.
В жилой и общественной частях высотных многофункциональных жилых комплексов обычно применяется механическая приточно-вытяжная вентиляция. Системы кондиционирования воздуха используются и в жилой и в общественной частях здания, но варианты систем варьируются в зависимости от назначения помещений. Для общественных зон обычно применяют системы центрального кондиционирования; в жилой зоне – местные (поквартирные) установки (такие как сплит и мульти-сплит-системы).
Каждое высотное здание является уникальным сооружением, и при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха необходимо выполнять технические и экономические расчеты для нескольких альтернативных вариантов.
Жилая зона.
Традиционно в нашей стране в многоэтажных жилых зданиях применяется система вытяжной вентиляции с естественным побуждением, использующая гравитационный напор, создаваемый разницей объемных весов более тяжелого наружного воздуха и более легкого внутреннего.
Принципиальная схема естественной вытяжной вентиляции нам хорошо известна (рисунок 1).
Рисунок 1 – Принципиальная схема естественной вытяжной вентиляции
При этом через неплотности оконных проемов или через специальные воздухопропускные устройства для вентиляции квартиры поступает свежий наружный воздух в объеме не менее нормативного, нагрев которого обеспечивается системой отопления. Воздух из квартиры удаляется из «грязных» помещений, к которым относятся кухни, туалеты, ванные комнаты, постирочные, раздельными вертикальными каналами, располагаемыми во внутренних перегородках, с самостоятельным выпуском его в атмосферу в зданиях в 5–6 этажей и менее (рисунок 2,3, 3а).
Рисунок 2– Принципиальная схема организации воздухообмена в квартире
Рисунок 3 – Система естественной вытяжной системы вентиляции с выпуском воздуха в атмосферу непосредственно из вентиляционных каналов.
1 – вентиляционная решетка; 2 – вертикальный вентиляционный канал;
3 – зонт.
Рисунок 3а – Система естественной вытяжной системы вентиляции с выпуском воздуха в атмосферу непосредственно из вентиляционных каналов над кровлей (вид кровли)
В более высоких зданиях места для размещения индивидуальных каналов из каждого помещения стало не хватать, и вытяжные каналы из отдельных помещений, расположенных друг над другом, стали объединять в сборный вертикальный канал. Чтобы не происходило перетекания воздуха через сборный канал между этажами, присоединение вытяжки из каждого помещения к сборному каналу выполняли через канал-спутник длиной в один этаж. На чердаке сборные каналы и каналы-спутники с двух верхних этажей объединяли горизонтальными коробами, которые присоединяли к вытяжным шахтам, через которые удаляемый воздух выбрасывался на кровлю (рис. 4а). Вытяжные шахты оборудовались зонтами для предотвращения попадания в каналы атмосферных осадков.
Рисунок 4 а - Схема систем естественной вытяжной вентиляции со сборным магистральным каналом и каналами-спутниками,
с выпуском удаляемого воздуха над кровлей;
1 – вентиляционная решетка; 2 – канал-спутник; 3 – сборный магистральный канал; 4 – обособленные каналы последних этажей; 5 – зонт;
Это было оптимальное решение, преимуществом которого были минимальные инвестиционные затраты, отсутствие необходимости обслуживания системы и возможность получения жителями свежего наружного воздуха, не обработанного ни в теплообменных аппаратах, ни в электростатических фильтрах, что в последнее время стало так цениться населением. Но были и недостатки, заключавшиеся в неустойчивой работе вытяжки в отдельных помещениях, в том числе и нижних этажей, и в частом опрокидывании вытяжки в помещениях верхних этажей, располагаемый напор для удаления воздуха из которых является наименьшим.
Причины таких недостатков были следующими:
· увеличение по сравнению с располагаемыми напорами фактических аэродинамических сопротивлений общих участков сети (вытяжной шахты, горизонтальных коробов);
· негерметичность вентиляционных каналов и подсоединений к ним (наличие больших неорганизованных подсосов воздуха, перегружающих сборные каналы);
· недостаточное аэродинамическое сопротивление каналов-спутников (всего 1,0–1,5 Па при расчетном расходе воздуха).
Всё это, а также случайные бытовые факторы, такие как проветривание с помощью открытия форточки или, наоборот, повышение герметизации окон, при недостаточной изоляции квартиры от соседних помещений способно вызывать нарушения в работе системы вытяжной вентиляции.
Для устранения этих причин с целью повышения располагаемого напора стало применяться техническое решение «теплый чердак» (рис.5): от сборных горизонтальных каналов на чердаке отказались и превратили последний в камеру статического давления, воздух из сборных вертикальных каналов выпускается непосредственно в помещение чердака. Сами каналы обычно выполняются из поэтажных блоков индустриального изготовления, включающих одновременно поэтажные ответвления (каналы-спутники) с входным отверстием, на котором закрепляется вентиляционная решетка или приемный клапан. Причем выпуск воздуха из канала последнего этажа выполняется в сборный канал, что создает дополнительное разрежение в результате эжектирующего эффекта.
( По Р НП АВОК 5.2–2012 «Технические рекомендации по организации воздухообмена в квартирах жилых зданий»
теплый чердак: Чердак, в пространство которого поступает воздух, удаляемый из помещений здания с дальнейшим удалением его наружу.
Рисунок 5 – Схема системы естественной вытяжной вентиляции со сборным магистральным каналом и каналами-спутниками и с «теплым чердаком»
1 – вентиляционная решетка; 2 – канал-спутник; 3 – сборный магистральный канал; 4 – обособленные каналы последних этажей; 5 – зонт; 6 – машинное отделение лифта; 7 - вытяжная шахта.
Располагаемый напор был повышен также за счет увеличения высоты вытяжной шахты, через которую удаляется воздух из теплого чердака.
Установка единой шахты на секцию позволила присоединить ее к выступающему над кровлей помещению машинного отделения лифтов и, не нарушая архитектурного облика, поднять расчетную высоту до 6 м (1,5–2,0 м над кровлей). Были сняты зонты с вытяжных шахт, что также снизило потери давления общих участков сети (для сбора атмосферных осадков на полу под шахтой устанавливается поддон высотой 250 мм). Для повышения дефлектирующих свойств шахты при действии ветра, сечение ее должно приближаться к квадрату, а оголовок – быть открытым. Скорость воздуха в вытяжной шахте не должна превышать 1 м/с, в сборных каналах, в зависимости от этажности, достигать 2,5–3,5 м/с.
При устройстве общих посекционных вытяжных шахт помещение теплого чердака также должно иметь посекционные перегородки, что соответствует и противопожарным требованиям. Установка двух вытяжных шахт в одном отсеке теплого чердака не допускается. Указанные ограничения вызваны тем, что атмосферное давление у оголовков разных вытяжных шахт при действии ветра может существенно отличаться, и вследствие малого аэродинамического сопротивления вытяжных шахт (1–2 Па) одна из них может начать работать на приток.
Увеличение располагаемого напора позволило увеличить аэродинамическое сопротивление канала-спутника при расчетном расходе воздуха до 6–9 Па, что повысило гидравлическую устойчивость работы вытяжной системы в целом, обеспечив стабильный воздухообмен в квартирах независимо от их расположения по вертикали. Правда, реализация этого довольно затруднительна в квартирах двух верхних этажей, где располагаемый напор наименьший, поэтому в вытяжных каналах из этих квартир предполагается устанавливать канальные вытяжные вентиляторы.
По Р НП АВОК 5.2–2012 «Технические рекомендации по организации воздухообмена в квартирах жилых зданий» системы естественной вентиляции с удалением воздуха через теплый чердак не следует применять в зданиях ниже 7 этажей.
На работу систем вытяжной вентиляции большое влияние оказывают окна. Ранее окна были негерметичны, и в холодный период года существовала проблема избыточного поступления наружного воздуха в квартиры через неплотности оконных проемов, что приводило к переохлаждению помещений и перерасходу тепла на отопление.
Для правильной работы системы вентиляции вытяжка, естественная или механическая, должна быть компенсирована притоком. В настоящее время в жилых зданиях, оборудованных системой естественной вытяжной вентиляции, устанавливаются окна с повышенным сопротивлением воздухопроницанию. Это приводит к тому, что даже в холодный период года в квартирах не обеспечивается нормативный воздухообмен. Высокая герметичность современных окон сделала практически неработоспособными системы естественной вентиляции. В квартирах ухудшается комфортность проживания. Наблюдается низкое качество воздуха, (повышается содержание углекислого газа, современные строительные материалы и мебель также являются источником загрязнения воздуха в квартире различными химическими соединениями), возрастает влажность что зачастую является причиной грибковых поражений конструкций.
Открывание форточек приводит обычно к избыточному проветриванию и
охлаждению помещений, что особенно проявляется в холодный период года и способствует проникновению шума через окна квартир, выходящие на улицу.
Высокие требования к качеству вентиляции привели к необходимости использования других конструктивных схем вентиляции, таких как устройство регулируемой вентиляции с естественным притоком воздуха через специальные приточные клапаны (клапаны инфильтрации воздуха КИВ), обеспечивающие нормативный воздухообмен и не позволяющие уличному шуму проникать в квартиры (рис. 6)
Клапан представляет собой пластиковую трубу наружным диаметром 133 мм и длинной до 1 м. (подрезается в зависимости от толщины стены.) Труба вставляется в наружную стену здания и с уличной стороны закрывается литой алюминиевой решеткой с сеткой. В трубе располагается теплошумоизоляция. Внутри помещения ставится специальный оголовок из белого пластика с фильтром и заслонкой позволяющей регулировать поток воздуха
Вид из комнаты
Рисунок 6 - Клапан инфильтрации воздуха КИВ (Финляндия)
Другим вентиляционным устройством для притока воздуха в жилые комнаты может служить подоконный прибор (рис. 8). Забор воздуха осуществляется через щель под отбойным металлическим щитком оконного проема высотой 2,5 см. Воздух проходит над отопительным прибором по коробу из тонкой нержавеющей стали размером 600 × 25 мм и поступает в помещение в направлении сверху вниз. При выходе в помещение приточный воздух смешивается с потоками восходящего теплого воздуха от отопительного прибора, вследствие чего поступление воздуха через неплотности оконных проемов в значительной степени уменьшается. Возможно регулирование количества приточного воздуха посредством изменения ширины щели, через которую воздух поступает в помещение.
|
| Рисунок 8 - Схема работы приточной вентиляции и подоконного прибора отопления |
Могут использоваться и другие решения. Например, в отдельных квартирах для обеспечения притока можно устанавливать небольшие канальные приточные установки с электрокалориферами мощностью 3–6 кВт, однако такое решение возможно лишь в том случае, если данная электрическая мощность может быть предоставлена.
Применение воздухопропускных клапанов (КИВ?) с фильтром и устройством стабилизации расхода воздуха независимо от изменения располагаемого перепада давлений на клапане (например, при действии ветра) требует повышения его сопротивления, недостаточного для преодоления вытяжной системой с естественным побуждением при наружных температурах выше нуля градусов. Но желание не потерять имеющийся в достатке гравитационный напор в морозный период побудило проектировщиков из «Моспроекта-2» предложить гибридную систему вытяжной вентиляции с сохранением теплого чердака, в которой дополнительно устанавливается осевой вентилятор, при включении увеличивающий располагаемый напор гравитационной системы (рис. 7). Гибридная система вентиляции представляет собой такую вытяжную систему, которая при благоприятных погодных условиях работает за счет естественного гравитационного давления (холодный и переходный период, а также периоды похолодания и ветреная погода в теплый период). При неблагоприятных погодных условиях для работы естественной системы вытяжной вентиляции, при снижении разрежения в вентиляционном канале ниже допустимого для его работы, автоматически включается вентилятор.
Рисунок 7 - Гибридная система вытяжной вентиляции с сохранением теплого чердака, в которой дополнительно устанавливается осевой вентилятор
Есть положительный опыт применения гибридной (естественно-механической) вентиляция. В случае использования такого решения сохраняются преимущества естественной вентиляции, но при этом устраняется ее существенный недостаток – зависимость от погодных условий. Естественно-механическая вентиляция обеспечивает требуемый воздухообмен в квартирах жилого дома вне зависимости от погодных условий в любое время года. (М. А. Малахов, главный инженер проектов «Моспроект2»).
Расчетные параметры наружного воздуха
Напомню, что при проектировании систем отопления, вентиляции и кондиционирования при выборе расчетных параметров наружного воздуха необходимо учитывать их изменение по высоте:
В соответствии с СП 253.1325800.2016 «Инженерные системы высотных зданий:
8.1 Расчетные параметры наружного воздуха для систем вентиляции и
кондиционирования высотного здания следует принимать по техническому заданию, но не ниже, чем по параметрам Б СП 60.13330.2012 и СП 131.13330.2012.
8.2 Воздушный режим высотных зданий, параметров наружного воздуха в местах размещения воздухозаборных устройств и др. следует рассчитывать с учетом изменения скорости и температуры наружного воздуха по высоте зданий.
8.3 Параметры наружного воздуха следует принимать по СП 131.13330 с учетом:
- понижения температуры воздуха по высоте на 1 °С на каждые 100 м;
- повышения скорости ветра в холодный период года (таблица 8.1 СП
253.1325800.2016);
- появления мощных конвективных потоков на фасадах здания,
Облучаемых солнцем;
- размещения воздухозаборных устройств в высотной части здания.
При размещении приемных устройств для наружного воздуха на юго-восточном,южном или юго-западном фасадах температуру наружного воздуха в теплый период года следует принимать на 3 °С - 5 °С выше расчетной.
Параметры микроклимата в помещениях.
В соответствии СП 253.1325800.2016 (п.8.4) «параметры микроклимата в помещениях следует принимать в соответствии с ГОСТ 30494, СП 60.13330, СанПиН 2.1.2.2645 и свода правил СП 253.1325800.2016. Расчетные параметры микроклимата внутреннего воздуха (температура, скорость движения и относительная влажность) при проектировании систем отопления и кондиционирования в основных помещениях жилых, гостиничных и общественных высотных зданий следует принимать в пределах оптимальных норм.
По заданию на проектирование параметры микроклимата для теплого периода года допускается принимать в пределах допустимых значений по приложению А».
ПРИЛОЖЕНИЕ А ( СП 253.1325800.2016)
(рекомендуемое)
ПАРАМЕТРЫВНУТРЕННЕГО ВОЗДУХА ПОМЕЩЕНИЙ ЗДАНИЙ
А.1 Значения параметров внутреннего воздуха высотных жилых, гостиничных и общественных зданий следует принимать при меньших значениях оптимальных температур внутреннего воздуха, указанных в таблицах А.1 и А.2 настоящего приложения, в соответствии с ГОСТ 30494 и СанПиН 2.1.2.2645, для систем кондиционирования воздуха температуры следует принимать в пределах оптимальных норм согласно таблицам А.1 и А.2 настоящего приложения.
Таблица А1 - Оптимальные значения параметров внутреннего воздуха
для жилых и гостиничных зданий
| Период года | Наименование помещения | Температу-ра воздуха, °C | Результи-рующая температура, °C | Влаж-ность воздуха, % | Скорость движения воздуха, м/с |
| Холод-ный | Жилая комната или гостиничный номер с воздушным или водяным отоплением с местными отопительными приборами | 20 - 22 | 19 - 20 | 30 - 45 | 0,15 |
| Гостиничный номер с лучистым отоплением | 17 - 20 | 19 - 20 | 30 - 45 | 0,15 | |
| Кухня с воздушным или водяным отоплением с местными отопительными приборами | 19 - 21 | 18 - 20 | НН | 0,15 | |
| Туалет | 19 - 21 | НН | НН | 0,15 | |
| Ванная, совмещенный санузел | 24 - 26 | 23 - 27 | НН | 0,15 | |
| Межквартирный коридор | 18 - 20 | НН | НН | НН | |
| Вестибюль лестничной клетки | 16 - 18 | НН | НН | НН | |
| Теплый | Жилая комната, гостиничный номер | 22 - 25 | 22 - 25 | < 60 | 0,2 |
| Обозначение: НН - не нормируется. |
Таблица А.2 - Оптимальные значения параметров внутреннего воздуха
общественных зданий
| Период года | Наименование помещения | Температу-ра воздуха, °C | Результи-рующая температура, °C | Влаж-ность воздуха, % | Скорость движения воздуха, м/с |
| Холод-ный | Офис с воздушным или водяным отоплением с местными отопительными приборами | 19 - 21 | 18 - 20 | 30 - 45 | 0,2 |
| То же, с лучистым отоплением | 17 - 20 | 18 - 20 | 30 - 45 | 0,2 | |
| Теплый | Офис с воздушным или лучистым охлаждением | 23 - 25 | 22 - 24 | < 60 | 0,3 |
А.2 В помещениях, обслуживаемых системами лучистого отопления или охлаждения с панелями в потолке, следует проверять допустимую температуру поверхности панелей из условия ограничения облученности головы человека. Тепловой поток в этом случае 
, Вт/м2, при соблюдении теплового комфорта, должен удовлетворять условию
А.3 Допустимые параметры внутреннего воздуха помещений жилых, гостиничных и общественных зданий следует принимать по таблице А.3.
А.4 Допустимые параметры внутреннего воздуха по таблице А.3 в помещениях квартир и номерах гостиниц необходимо поддерживать при нахождении в них людей; в офисах - в рабочее время.
Для экономии энергии допускается снижение температуры внутреннего воздуха до 16 °C при длительном (более одних суток) отсутствии людей в помещениях квартир или незанятых номерах гостиниц, а также офисах - во внерабочее время.
Таблица А.3 - Допустимые параметры внутреннего воздуха жилых,
гостиничных и общественных зданий
| Период года | Наименование помещения | Температу-ра воздуха, °C | Результирую-щая температура, °C | Влаж-ность воздуха, % | Скорость движения воздуха, м/с |
| Холод-ный | Жилая комната или гостиничный номер с воздушным или водяным отоплением с местными отопительными приборами | 18 - 24 | 17 - 23 | НН | 0,2 |
| Гостиничный номер с лучистым отоплением | 16 - 20 | 18 - 23 | НН | 0,2 | |
| Кухня с воздушным или водяным отоплением с местными отопительными приборами | 18 - 23 | 17 - 22 | НН | 0,2 | |
| Туалет | 18 - 23 | НН | НН | 0,2 | |
| Ванная, совмещенный санузел | 20 - 28 | НН | НН | 0,2 | |
| Межквартирный коридор | 18 - 22 | НН | НН | НН | |
| Вестибюль лестничной клетки | 14 - 20 | НН | НН | НН | |
| Офис | 16 - 22 | 15 - 21 | НН | 0,3 | |
| Теплый | Жилая комната, гостиничный номер | 22 - 25 | 19 - 27 | НН | 0,3 |
| Офис | 18 - 27 | 19 - 27 | НН | <= 0,5 | |
| Обозначение: НН - не нормируется. |