Нарушение работы систем естественной вентиляции многоэтажных жилых зданий

Состояние вопроса

Применение в массовом строительстве жилых зданий светопрозрачных конструкций с высокой герметичностью оконных притворов (в переплетах из ПВХ, клееной древесины, алюминия и др., с двумя или тремя контурами уплотнения, герметизацией стеклопакетов) обусловило появление ряда проблем, связанных с ухудшением качества воздуха в помещениях, повышением его относительной влажности, образованием плесени на отдельных конструкциях, повреждением отделки помещений и т. п., о чем неоднократно писалось на страницах различных специализированных изданий.

Необходимо отметить, что эти проблемы характерны не только для нашей страны. Появился даже специальный термин, характеризующий состояние параметров внутренней среды подобных зданий, – «синдром больных зданий». Но если в большинстве европейских стран повышение герметичности оконных блоков и, соответственно, снижение воздухообмена помещений рассматривалось, прежде всего, с позиций энергосбережения (сокращения энергозатрат на подогрев приточного воздуха) и в качестве компенсирующих мероприятий для притока воздуха предусматривались различного рода клапаны, системы приточно-вытяжной механической вентиляции, то в нашей стране переход на применение герметичных светопрозрачных конструкций проходил (и проходит) с несколько иной мотивацией (удобно, красиво, «без шума» и т. п.) и практически без какого-либо учета взаимосвязи с микроклиматом помещений и работой систем вентиляции. А зачастую и без элементарного понимания этой взаимосвязи.

В последние годы к вышеперечисленным проблемам добавилась еще одна – нарушение работы систем естественной вентиляции, проявляющееся в изменении направления движения воздуха в вытяжных вентиляционных каналах (так называемое, опрокидывание каналов) с поступлением в отапливаемые помещения наружного холодного воздуха. Последствия: понижение температуры стенок каналов, образование конденсата, изморози, наледей, вплоть до размораживания трубопроводов холодного водоснабжения. Что вызывает вполне закономерные претензии к строителям со стороны потребителей.

Следует отметить, что возможны и другие нарушения работы систем вентиляции, в частности, перетекание воздуха через вытяжные каналы между отдельными квартирами, поступление воздуха из теплого чердака в квартиры верхних этажей, опрокидывание вытяжных шахт и, соответственно, понижение температуры воздуха в теплом чердаке и др. Однако в данной статье рассматриваются именно случаи опрокидывания систем естественной вентиляции с вертикальными каналами (без теплого чердака) – с поступлением в квартиры по одному из вытяжных каналов наружного холодного воздуха.


Физика процессов

Причины и условия опрокидывания отдельных каналов можно рассмотреть на примере квартиры верхнего этажа многоэтажного жилого дома с самостоятельными вентиляционными каналами, расположенными в санузле и кухне.

Под действием тепловых перепадов давлений вытяжные каналы удаляют из квартиры воздух, создавая определенное разрежение, вследствие чего через неплотности ограждающих конструкций или открытые форточки в жилые помещения должен поступать свежий воздух. И если створки оконных блоков открыты хотя бы в одной из комнат, то приток воздуха обеспечивается и вытяжные каналы работают на вытяжку – как и предусматривалось проектом. Но если створки оконных блоков закрыты, при этом сами оконные блоки выполнены с хорошим уплотнением притворов, то приток воздуха в квартиру резко уменьшается, соответственно уменьшается расход воздуха через вытяжные каналы, и система в целом выходит в режим неустойчивого равновесия: перепад давлений есть, каналы заполнены теплым воздухом, но движение воздуха через каналы практически отсутствует – вследствие недостаточного притока. Система «останавливается».

И в данной ситуации достаточно небольшого перепада давлений, обусловленного порывами ветра, открыванием входной двери, разностью температур в отдельных помещениях или разными отметками оголовков вентшахт, с тем чтобы один из каналов «опрокинулся». При этом «опрокинутый» канал заполняется холодным воздухом, его стенки охлаждаются, появляется дополнительный перепад давлений, обусловленный разностью плотностей теплого и холодного воздуха в различных каналах одной квартиры, и система переходит в новое устойчивое состояние с поступлением наружного воздуха в квартиру через вытяжной канал.

Необходимо отметить, что попытки запустить опрокинутые каналы за счет их прогрева газовыми горелками, подключения вентиляторов, увеличения высоты оголовков, как правило, эффекта не дают, поскольку не устраняются причины опрокидывания.

Если каналы расположены в разных частях квартиры (например, ванная в зоне спальных комнат, а кухня примыкает к прихожей), то холодный воздух перемещается по коридору от одного из каналов – к другим. Как правило, в квартире «опрокидывается» один канал, при этом другие вытяжные каналы начинают усиленно работать на вытяжку.

При открытии створки оконного блока (любого – на кухне или в общей комнате) система вентиляции квартиры переходит в проектный режим – с удалением воздуха через все вытяжные каналы. Но при закрытии створки, все возвращается в прежнее состояние.

Аэродинамические расчеты вентиляции с применением специальной компьютерной программы, показывают, что при введении в расчет характеристик современных окон нарушение работы системы вентиляции происходит практически при любых температурах наружного воздуха. В то же время, при введении в расчет характеристик «старых» оконных блоков (без уплотнения оконных притворов) вытяжные каналы работают на вытяжку и при закрытых окнах.

В многоэтажных зданиях с вертикальными сборными каналами и каналами-спутниками распределение давлений по высоте носит более сложный характер. Оказывают влияние характеристики входных дверей, лестничная клетка, размеры сборного канала и каналов-спутников, не говоря уже о ветре или открытых створках оконных блоков на отдельных этажах. Однако в целом описанная взаимосвязь остается справедливой и для многоэтажных зданий. На практике отмечались случаи опрокидывания сборного канала полностью по всему стояку – от верхнего этажа до подвала десятиэтажного жилого дома.


Что делать?

Традиционные вопросы, возникающие в подобных ситуациях – «кто виноват» и «что делать»?

Как правило, претензии по «неправильной» работе систем вентиляции предъявляются строителям: «…отступления от проекта», «…качество выполнения работ» и т. п. Но, несмотря на то, что в ряде случаев определенные издержки реализации проектных решений имеют место на строительной площадке, основные причины лежат глубже и обусловлены, прежде всего, упущениями или ошибками, допущенными на стадии разработки проекта – при выборе принципиальной схемы системы вентиляции, проведении аэродинамического расчета и обосновании конструктивных параметров системы. Хотя надо отметить, что и эти упущения назвать в полной мере ошибками сложно, поскольку до последнего времени отсутствовали нормативные и методические документы, прописывающие процедуры подобных расчетов применительно к системам естественной вентиляции с учетом характеристик современных ограждающих конструкций.

В этой связи можно привести выдержку из СНиП 31-01-2003 «Здания жилые многоквартирные» «…В жилых помещениях и кухне приток воздуха обеспечивается через регулируемые оконные створки, фрамуги, форточки, клапаны или другие устройства, в том числе автономные стеновые воздушные клапаны с регулируемым открыванием… ». То есть формально СНиП 31-01-2003 допускает проветривание за счет периодически открывающихся форточек или створок оконных блоков, на что и ссылаются в критических ситуациях проектировщики.

Но этот же СНиП оговаривает и требования к воздухообмену помещений – в нерабочем режиме кратность воздухообмена должна быть не менее n = 0,2 для жилых комнат и не менее n = 0,5 для кухни и санузлов. То есть даже при отсутствии людей в квартире система вентиляции должна обеспечивать определенный воздухообмен. Например, в типовой трехкомнатной квартире – не менее 40 м3/ч. Как обеспечить этот воздухообмен – задача проектировщиков. При закрытых створках оконные блоки из ПВХ-профилей или клееной древесины не обеспечивают и 20% требуемого притока воздуха.

Вопрос «что делать» можно условно разделить на несколько частных подвопросов:

• что делать при проектировании систем естественной вентиляции для того, чтобы исключить подобные результаты еще на стадии разработки проекта (надо отметить, что это наиболее сложный вопрос, требующий отдельного рассмотрения);
• что делать при строительстве (как подстраховаться, если здание с подобной системой вентиляции уже строится);
• что делать, если здание построено и описанные явления проявляются в полной мере уже на стадии эксплуатации.

На первый взгляд, очевидный и простой ответ на все эти вопросы – обеспечить организованный приток воздуха за счет установки приточных клапанов. Раз уж оконные блоки научились делать столь герметичными, то надо в комплекте с ними делать и дополнительные, регулируемые «форточки» – «автономные клапаны» для организованного притока воздуха, и, соответственно, разгерметизировать квартиры. Следует отметить, что в настоящее время подобного рода приточные клапаны достаточно широко представлены на отечественном рынке, накоплен определенный опыт их эксплуатации и уже есть из чего выбирать.

Однако, только лишь установка приточных клапанов не гарантирует устойчивую работу системы естественной вентиляции. Приточные клапаны являются необходимым, но не достаточным условием.

Причины следующие:

• во-первых, при эксплуатации здания никто не может гарантировать, что в отдельных квартирах (а может быть, и во всех квартирах, например, на стадии завершения строительства или начальной стадии эксплуатации дома) клапаны могут быть закрыты; и, соответственно, система вентиляции вновь может оказаться в неустойчивом состоянии;во-вторых, слишком большая разница в аэродинамическом сопротивлении приточных клапанов (даже в полностью открытом состоянии) и вытяжных каналов.

В качестве примера в табл. 2 приведены характеристики сопротивлений некоторых приточных клапанов, оконных блоков и вытяжных вентиляционных каналов. Различия в характеристиках сопротивлений – на несколько порядков.

Иными словами, в современной квартире, оборудованной приточными клапанами, например оконными клапанами или стеновыми клапанами, основные потери давления (сопротивление движению воздуха) приходятся не на вытяжные каналы, как этот предполагается в традиционных расчетах, а на приток (приточные клапаны и окна). И, соответственно, для успешной работы системы вентиляции необходима тщательная увязка вытяжных каналов, как с приточными вентиляционными устройствами, так и между собой. Под словом «увязка» в данном случае подразумевается подбор характеристик приточных клапанов (количество, сопротивление для прохода воздуха, расход) и характеристик вытяжных каналов (количество, размеры, высота оголовков и др.); при необходимости – увеличение сопротивления каналов за счет установки жалюзийных решеток, вытяжных клапанов или дросселирующих вкладышей.

Эта задача особенно актуальна для квартир верхних этажей многоэтажных зданий, как правило, имеющих собственные вытяжные каналы (с очень маленьким сопротивлением), а также в случаях, если оголовки вентиляционных шахт находятся на разных отметках и на работу систем вентиляции оказывает влияние еще и разность располагаемых давлений в вытяжных каналах, имеющих разную высоту.

Таким образом, для обеспечения устойчивой работы систем естественной вентиляции жилых многоквартирных зданий и предотвращения опрокидывания вытяжных каналов представляется необходимым:

1. Обязательное применение приточных устройств, обеспечивающих регулируемый приток свежего воздуха в жилые комнаты.

2. На стадии проектирования систем вентиляции – тщательная увязка вытяжных каналов с приточными вентиляционными устройствами и между собой. Если обеспечить требуемое сечение вытяжных каналов не представляется возможным (например, в крупнопанельных зданиях с вентиляционными блоками заводского изготовления), следует предусматривать установку дросселирующих вкладышей с калиброванными отверстиями, указывать их количество, место установки, диаметр отверстий с раскладкой по этажам (как это делалось при проектировании систем отопления с дросселирующими шайбами на стояках).

В идеале в проектах жилых зданий следует предусматривать установку на вентиляционных каналах специальных вытяжных клапанов, обеспечивающих возможность автоматического регулирования расхода воздуха в зависимости от режима эксплуатации квартиры, в том числе с функциями обратного клапана. Сопротивление вытяжных клапанов должно меняться с учетом режима работы приточных устройств или степени открытия оконных створок. Принципиальные характеристики таких устройств приведены на рис. 4.

3. При сдаче жилого дома в эксплуатацию – пуско-наладочная регулировка вытяжных каналов и приточных устройств. Оценку работоспособности систем вентиляции следует проводить как при открытых, так и закрытых створках оконных блоков. В соответствии с требованиями СНиП 31-01-2003 система вентиляции должна обеспечивать дежурный воздухообмен и при закрытых окнах.

Если соответствующие решения не были предусмотрены на стадии строительства и опрокидывание воздуха в каналах выявлено уже при эксплуатации здания, можно рекомендовать следующую последовательность действий:

• для вывода системы в проектный режим – прикрыть (или полностью закрыть) вытяжные каналы, работающие на вытяжку; на первый взгляд, данный совет может показаться странным, поскольку для уменьшения притока холодного воздуха вроде бы надо перекрывать каналы, работающие на приток (что и пытаются делать жильцы в подобных ситуациях); однако лишь перекрывая каналы, работающие на вытяжку, можно «заставить» опрокинутые каналы начать работать в проектном режиме; для ускорения этого процесса можно приоткрыть одну из створок оконных блоков;
• установить (смонтировать) в каждой жилой комнате, за исключением кухни и санузлов, оконные или стеновые клапаны с регулируемым расходом воздуха;
• далее – установить во всех каналах квартиры дросселирующие вкладыши с отверстиями диаметром 40-50 мм, увеличив, таким образом, сопротивление вытяжных каналов; в качестве дросселирующих вкладышей можно использовать любой листовой материал - пенополистирол, гипсокартон, полиуретан, которые можно легко вставить в вытяжные каналы;
• после выхода системы в проектный режим, можно заменить дросселирующие вкладыши в вентиляционных каналах жалюзийными решетками с регулируемым сечением; подобрать режим открытия заслонок приточных клапанов и жалюзийных решеток, обеспечивающих требуемый воздухообмен квартиры.

Сложность реализации вышеизложенных рекомендаций обусловлена отчасти тем, что в системах вентиляции с вертикальными сборными каналами, вышеперечисленные мероприятия нужно проводить практически во всех квартирах, расположенных по одному стояку (по крайней мере, не менее чем в 60% квартир). В противном случае, не исключено перетекание воздуха по сборному каналу в квартиры других этажей.

В экстренных ситуациях, например при нарушении работы систем вентиляции в период резкого похолодания, возможно и более простое решение – за счет уменьшения сечения каналов («зажатия» всех каналов) в устье вытяжных вентиляционных шахт – со стороны кровли. Однако данное решение существенно уменьшает воздухообмен всех квартир и может рассматриваться лишь как краткоshyвременная мера, направленная на предотвращения ущерба.

Следует отметить, что вышеперечисленные проблемы характерны, прежде всего, для систем вентиляции с вертикальными каналами, выходящими непосредственно в атмосферу – без теплого чердака. Системы вентиляции с теплым чердаком более устойчивы к опрокидыванию - за счет наличия общей камеры – чердачного пространства, выравнивающего давления между отдельными каналами квартир. Однако и в этих системах вентиляции необходим учет вышеперечисленных рекомендаций.

Автор статьи: Кривошеин А. Д. (заведующий кафедрой «Городское строительство и хозяйство» Инженерно-строительного института СибАДИ)

Это какие?

Владельцам квартир на 3-ем этаже в почтовые ящики положили 5 листочков на тему вентиляции. Что это за документ я не понял.