Для каких помещений системы приточной вентиляции совмещают с воздушным отоплением

Эксперименты по организации приточно-вытяжной системы вентиляции, совмещенной с воздушным отоплением в жилых зданиях, проводились в России неоднократно. Объяснялось это двумя причинами: снижением инвестиций в связи с отсутствием затрат на отдельную систему отопления и обеспечением действия вентиляционных систем, т. к. здание не могло работать без отопления.

Еще в 1951 году в учебнике для высших медицинских учебных заведений «Коммунальная гигиена» было сказано о ней: «В гигиеническом отношении система является наиболее совершенной, т. к. она обеспечивает отопление и одновременно вентиляцию помещений».

В 1958 году в Москве в 8-этажном здании объемом 80 тыс. м3 была впервые организована система воздушного отопления, совмещенного с приточно-вытяжной вентиляцией (авторы проекта, руководители монтажа, исполнители исследований В. М. Иванов, М. М. Грудзинский); причем рядом было выстроено такое же жилое здание со стандартной водяной системой отопления и вытяжной вентиляцией, имеющей естественное побуждение. Основная часть экспериментального здания (примерно 70% его объема) была оборудована приточной системой вентиляции с механическим побуждением, имеющим одну приточную камеру. Остальная часть здания имела несколько приточных камер с естественным побуждением. Приток горячего воздуха (расчетная температура порядка 60—70 °С) осуществлялся во все жилые комнаты с помощью проложенных во внутренних кирпичных стенах асбоцементных труб, через отверстия под потолком помещения. Вытяжка воздуха производилась через кухни и санитарные узлы при естественном побуждении. Для отопления кухонь были установлены чугунные радиаторы с обычной (присоединенной к тепловому теплофикационному вводу) системой отопления.

Существовала также возможность отопления кухонь включаемыми при необходимости электрическими нагревательными приборами, что особенно удобно при использовании электрических плит для приготовления пищи. Подогрев воздуха, подаваемого в жилые комнаты, осуществлялся с помощью пластинчатых калориферов. Все приточные камеры располагались в подвале, подогреваемый воздух увлажнялся с помощью форсунок широкого распыла, присоединенных к водопроводу.

Санитарно-гигиенические исследования здания с экспериментальной системой и соседнего здания, оборудованного обычными отопительно-вентиляционными устройствами, проводились неоднократно при различных наружных температурах и других климатических параметрах. Они выполнялись Институтом общей и коммунальной гигиены имени А. Н. Сысина АМН СССР. Эти исследования однозначно показали, что состав воздушной среды и микроклимат в жилых комнатах опытного дома лучше, чем в жилых комнатах здания с традиционной системой. Такой результат и предполагался, т. к. при примерно одинаковом общем количестве воздуха, удаляемого из квартиры, в опытном здании он сначала проходит через жилые комнаты, а затем направляется в санитарные узлы, что существенно увеличивает воздухообмен, повышает избыточное давление в жилых комнатах, способствует повышению температуры внутренней поверхности остекления и улучшению микроклимата в холодный период года. Организованный приток воздуха в квартиру в опытной системе способствовал устойчивости работы вытяжки из санитарных узлов и кухонь. Проводимые замеры годового расхода тепла на отопление и вентиляцию опытного и типового дома показали, что эти расходы примерно одинаковы.

Совмещение вентиляции жилых комнат с их отоплением гарантирует непрерывность работы вентиляции, т. к. в противном случае это сразу скажется на ухудшении микроклимата, к чему человеческий организм более чувствителен, чем к неэффективной работе вентиляции. Вместе с тем практика показывает, что при эксплуатации общественных зданий вентиляционные системы часто вообще не включаются. К тому же такое совмещение дает основание предполагать, что единовременные затраты на их устройство будут значительно ниже.

Длительное (в течение ряда лет) наблюдение за работой экспериментальной системы, присоединенной к теплофикационному вводу в здание, свидетельствует, что режим работы московской теплофикации не требует никаких корректив для прошедшей проверку экспериментальной системы воздушного отопления, совмещенной с приточно-вытяжной системой вентиляции многоэтажных жилых зданий.

Учитывая положительный результат экспериментальных исследований опытной системы, Научно-исследовательский институт санитарной техники Академии строительства и архитектуры СССР разработал Временные указания по проектированию системы воздушного отопления, совмещенного с приточно-вытяжной вентиляцией в жилых домах (М., 1961).

С учетом этих указаний в Москве было построено много школ с такой системой. Так же устроены отопление и вентиляция в пансионате под Москвой (у Клязьминского водохранилища): в четырех спальных корпусах вместимостью по 1000 отдыхающих в каждом. Корпуса построены в 1963 году; в трех из них, после 17 лет эксплуатации, преимущественно из-за негерметичности оконных проемов, система отопления была переделана на водяную. То же самое после 20 лет эксплуатации произошло и с описанной выше системой жилого экспериментального дома.

С 1960-х годов существенно изменилось экологическое состояние городов, произошло определенное развитие техники. Ухудшение состояния воздушной среды совершенно очевидно свидетельствует о необходимости организации механической приточно-вытяжной вентиляции в жилых зданиях, расположенных в городе, особенно с загрязненной атмосферой. Приточный наружный воздух в городах необходимо очищать от пыли и других загрязняющих веществ. Это определяет необходимость применения приточной вентиляции с побуждением, при котором возможно производить также дополнительную обработку приточного воздуха (стерилизацию, ионизацию, ароматизацию и т. п.).

Проведенные всесторонние теоретические и экспериментальные исследования, а также длительная многолетняя эксплуатация большого опытного здания и выполненные экономические расчеты показали целесообразность совмещения системы приточной вентиляции с отоплением. Однако в рассмотренной выше центральной системе воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией, есть одна особенность: в этой системе по гигиеническим соображениям не допускается рециркуляция воздуха между квартирами. А такая рециркуляция способна сократить расход тепла за счет уменьшения количества подаваемого наружного воздуха в квартиру при неполной ее загрузке — например, люди уходят на работу или вообще отсутствуют в квартире несколько дней.

Поэтому целесообразно применять квартирные системы воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией, которые допускают рециркуляцию воздуха.

При этой системе уменьшается количество наружного воздуха, подаваемого в квартиру до необходимого уровня фоновой вентиляции, обеспечивающей удаление вредных веществ, выделяемых строительными материалами, мебелью, предметами интерьера и другими постоянными источниками (например, в ряде случаев возможно поступление радона); для поддержания в помещении нормальной температуры воздух, подаваемый необходимой температуры в требуемом количестве, берется рециркуляционным. Такая система была выполнена в Москве под руководством С. П. Требукова и успешно эксплуатировалась несколько лет в 5-этажном жилом здании (60 квартир).

План одной из квартир экспериментального дома с расположенным под потолком агрегатом, обеспечивающим квартирное отопление и вентиляцию, изображен на рис. 38. Агрегат, включающий в себя центробежный вентилятор с небольшим диаметром колеса (Z= 500 м3/ч, Н= 18,8 даПа), соединенным на одной оси с однофазным электродвигателем, работающим от осветительной сети с напряжением 127/220 В при п = 1420 об./мин. и N= 80 Вт, представлен на рис. 39.

Рис. 38. План секции жилого здания, отапливаемого агрегатом квартирного отопления, совмещенного с приточной вентиляцией: 1 – заборная вентиляционная решетка наружного воздуха; 2 – канал наружного воздуха к агрегату; 3 – агрегат, обеспечивающий работу системы; 4 – отверстие для забора рециркуляционного воздуха из коридора; 5 – каналы, подающие воздух в жилые комнаты

Наружный воздух поступает к всасывающему отверстию вентилятора через канал (с теплоизолированными стенками для исключения конденсации влаги на их поверхности), проходящий по лестнице с забором воздуха на кровле. Во всасывающем патрубке вентилятора установлен утепленный клапан, с помощью которого можно регулировать количество свежего и рециркуляционного воздуха, забираемого вентилятором, а в случае необходимости переключать агрегат на полную рециркуляцию или, наоборот, на работу только на свежем воздухе. Перед вентилятором воздух очищается от пыли, подогревается в калорифере, а летом может быть реализована возможность охлаждения. Затем воздух по прокладываемым под потолком проводящим каналам поступает в жилые комнаты.

Бесшумная работа агрегата обеспечивается небольшой окружной скоростью рабочего колеса вентилятора (U= 12 м/с), применением подшипников с кольцевой смазкой, кожуха вентилятора с теплоизоляцией, которая также предотвращает конденсацию влаги на внешней поверхности, соприкасающейся с наружным воздухом и креплением электродвигателя к платформе на прокладке из микропористой резины. Шумовая характеристика агре-гата на расстоянии 1 м от него составляет 35 дБ. Агрегат крепится на длинных закладных болтах, заделываемых в межэтажное перекрытие. Масса агрегата — около 60 кг. При выполнении калорифера из алюминия, а кожуха агрегата и вентилятора из пластмассы, его масса может быть снижена до 30 кг.

Рис. 39. Агрегат квартирной системы воздушного отопления, совмещенного с приточно-вытяжной вентиляцией: 1 – фильтр для очистки приточного и рециркуляционного воздуха от пыли; 2 – центробежный вентилятор; 3 – электродвигатель; 4 – калорифер; 5 – заборное отверстие агрегата; 6 – утепленный клапан; 7 — отверстия для присоединения разводящих воздуховодов приточного легко доступно и регулирование воздуха

Обслуживание агрегата производится жильцами самостоятельно. Оно состоит в регулировании доли рециркуляционного воздуха и распределении воздуха по комнатам, причем возможна, например, подача всего воздуха в одну комнату, если в ней будет много людей; кроме того, необходима периодическая очистка воздушного например, из двухслойного капрона, который свободно снимается снизу. Также количества горячей воды, поступающей по трубопроводам в калориферы непосредственно из тепловой сети (без элеваторов) или от котельной.

Построенное в 1962—1963 годах крупнопанельное жилое здание с этой системой, к сожалению, было переделано впоследствии на водяную систему отопления с радиаторами, т. к. квартирные агрегаты воздушного отопления начали выходить из строя, а их ремонт и возможная замена отдельных движущихся элементов не были организованы.

Описанный опыт эксплуатации различных систем воздушного отопления, совмещенного с приточно-вытяжной системой вентиляции, и его квартирного варианта, а также соображения, изложенные в гл. 6, не оставляют сомнений в целесообразности его применения в современных многоэтажных жилых зданиях, в которых площадь квартир на одного человека составляет от 18 до 23 м3: совмещение квартирной приточно-вытяжной системы вентиляции с утилизацией тепла вытяжного воздуха для нагрева приточного в противоточном рекуператоре наиболее целесообразно.

Континентальный климат России в сравнительно короткий летний период отличается высокими температурами. Поэтому для таких периодов в жилых зданиях желательно иметь возможность охлаждения воздуха. Наиболее просто это сделать с помощью местных кондиционеров, имеющих в своей конструкции холодильную установку. Однако работа этих устройств связана с появлением шума, их установка в определенной степени портит фасады зданий, и, самое главное, они дорого стоят.

В рассматриваемой приточно-вытяжной системе вентиляции при наличии холодной воды, получаемой, например, из артезианской скважины (температура летом порядка 7—10 °С), эту воду можно использовать для летнего охлаждения воздуха в жилых помещениях. С этой целью вместо горячей воды в теплообменники следует подавать холодную воду, которая будет охлаждать приточный воздух, подаваемый вентилятором в жилые комнаты. Это снизит температуру в них на 2—3 °С, что в сочетании с мероприятиями по защите помещений от солнца может дать существенный эффект.

Более подробно вопрос охлаждения воздуха будет рассмотрен в гл. 9, где приводятся общие сведения о климатизации и вентиляции квартир в летний период, в том числе независимо от того, как решается их климатизация в холодный период года.

Загрязнение атмосферного воздуха для России начала XXI века может оказаться не менее важной проблемой, чем его охлаждение в квартирах в летний период. Для получения менее загрязненного наружного воздуха его забор может осуществляться над верхним покрытием зданий. С этой целью по всей высоте многоэтажного здания предусматривается канал (шахта), через который наружный воздух забирается сверху и подается в квартиры посредством находящихся в них приточных агрегатов.

К сожалению, официальные сведения о распространении вредных веществ в атмосфере Москвы по мере удаления от поверхности земли отсутствуют. Некоторые аналогичные сведения для других городов в литературе присутствуют, но датируются лишь серединой XX века. Так, по исследованиям Адамовой, содержание пыли у Исаакиевского собора (Санкт-Петербург) на высоте 1 м составляло 430 г/см3, а на высоте 52 м — уже 250 г/м3. В небольшом городе (R = 1 км) падение концентрации дыма составляет 30% на высоте 15 м, а в большом городе (R = 10 км) уже порядка 14%.

Плотности загрязняющих атмосферу вредных веществ по отношению к плотности воздуха в подавляющем большинстве случаев значительно выше, что также способствует очищению атмосферы по мере увеличения расстояния от поверхности земли. Более подробные сведения (для 107 вредных веществ) даны вприл.

Существует предложение, направленное на улучшение качества наружного воздуха, поступающего в вентиляционные системы с покрытия высотного здания (100 и более метров). Суть его состоит в том, что внутренняя поверхность канала, по которому атмосферный воздух поступает в квартиры, покрывается растительностью, соприкосновение воздуха с которой благоприятно для проживающих и исключает возможные неприятные явления: пыльца, приятный, но навязчивый запах и т. п. Развитие растений на вертикальных поверхностях канала обеспечивается с помощью специальных электроламп, широко применяемых в теплицах, а их питание осуществляется с помощью гидропоники. Для обслуживания растений внутри канала имеются подъемно-опускные люльки. Причем в каналах из квартир могут устраиваться неоткрывающиеся окна. Даже весь канал может выполняться из стекла.

Для лучшего роста растений поступающий сверху воздух может нагреваться до нужной температуры. Причем для этого не потребуется дополнительного расхода тепла, т. к. все это тепло пойдет на возмещение теплопотерь отапливаемых помещений, при этом отпадает необходимость устройства догревателя наружного воздуха.

Новый для российской практики вопрос прохода наружного воздуха через вертикальный канал, внутренняя поверхность которого покрыта растительностью, и поквартирная раздача этого воздуха для приточной системы вентиляции получили принципиальное одобрение Московской сельскохозяйственной академии. Для более детального решения вопроса нужны в том числе экспериментальные исследования. Однако нет сомнений в том, что наружный воздух, проходя через указанный воздухо-заборный канал и поступая в квартиры, не может оказать неблагоприятное воздействие на жителей квартиры.

Известно также, что существуют комнатные растения, которые способствуют удалению или нейтрализации вредных веществ в загрязненном воздухе помещений.

План промежуточного этажа

Рис. 40. Центральная система приточно-вытяжной вентиляции с механическим побуждением и теплорекуператором, совмещенная с воздушным отоплением: 1 — вентиляционно-отопительный центр имеет приточный и вытяжной вентилятор, противоточный агрегат с рекуператором теплоты, фильтры из синтетического моющегося материала, которые защищают рекуперационный блок от загрязнения; 2 – вертикальный теплоизолированный канал для подачи подогретого воздуха по квартирам; 3 – вертикальный вытяжной канал для присоединения вытяжки из квартир; 4 – приточные теплоизолированные квартирные каналы; 5 – вытяжные квартирные каналы

Обработка наружного воздуха осуществляется в одной или нескольких центральных системах, расположенных в местах забора наружного воздуха — над покрытием здания. В этом случае, однако, имеются ограничения на рециркуляцию воздуха и, кроме того, поквартирное регулирование вентиляции невозможно. Принципиальное решение такой системы показано на рис. 40. Все устройство вследствие отсутствия множества квартирных агрегатов упрощается. А один или несколько стеклянных каналов, по которым будет проходить подготовленный для вентиляции воздух, могут использоваться как оригинальное архитектурное решение.

Учитывая, что квартирная система вентиляций и климатизации с утилизацией удаляемого вентиляционного воздуха не имеет опыта применения и проектирования (видимо, не только в России), в прил. 2 приводятся более подробные сведения о догревателе к ней.