Воздухонипроницаемость современных окон и проблемы организации естественного воздухообмена
«Воздухонипроницаемость современных окон и проблемы организации естественного воздухообмена», автор А.Д.Кривошеин, Г.А.Пахотин, А.А.Ветер
кафедра «Городского строительства и хозяйства», СибАДИ
В последние годы проблемы организации естественного воздухообмена в современных зданиях все больше привлекают внимание не только специалистов в области вентиляции и кондиционирования воздуха, но и проектировщиков, строителей, производителей современных окон.
Повышение относительной влажности воздуха в помещениях, ухудшение параметров микроклимата, выпадение конденсата на участках стен или окон с пониженной температурой поверхности, нарушение отделки помещений – вот неполный перечень «неприятностей», с которыми сталкиваются многие оконные фирмы, работающие с жилыми и общественными зданиями.
Особенно ярко эти проблемы проявляются в период проведения отделочных работ, в квартирах с высокой плотностью заселения, а также на верхних этажах многоэтажных зданий. В этой связи, и у строителей и у потребителей, как правило, возникает ряд вопросов: в чем основные причины неудовлетворительного эксплуатационного состояния помещений, кто виноват, и как исправить сложившуюся ситуацию?
Анализ результатов многочисленных обследований жилых и общественных зданий, испытания окон различного конструктивного решения свидетельствуют, что основной причиной неудовлетворительного эксплуатационного состояния современных светопрозрачных конструкций является, прежде всего, недостаточный воздухообмен помещений вследствие высокой герметичности окон, и отсутствие организованного притока свежего воздуха (хотя в ряде случаев ситуация может осложняться неудовлетворительной работой вытяжной системы вентиляции).
См.рис.1 на стр.3
Именно недостаточный приток обуславливает повышение относительной влажности воздуха помещений, что, в свою очередь, приводит к выпадению конденсата на участках ограждений с пониженной температурой внутренней поверхности (остеклении, углах наружных стен, не утепленных оконных откосах и т.д.), и как следствие – к нарушению отделки помещений. И даже установка в вентиляционных каналах вытяжных вентиляторов не улучшает ситуации, поскольку приток свежего воздуха в нужном количестве не обеспечивается.
В качестве примера на рис.1 приведены результаты испытаний окон различного конструктивного решения . Для сравнения на этом же рисунке показаны требуемые значения воздухообмена в жилых зданиях и результаты испытания старых деревянных окон без герметизации оконных притворов. Сопоставление требуемых и фактических воздухообменов показывает, что разница составляет 10-15 раз!
Необходимо подчеркнуть, что это относится как к окнам из ПВХ, так и к окнам из клееной или цельной древесины при наличии уплотняющих притворов.
Однако и слишком высокая воздухопроницаемость, что характерно для старых деревянных окон без уплотнения притворов (см. рис.1 кривая 3), также крайне нежелательна, поскольку в холодный период года будет приводить к переохлаждению помещений вследствие чрезмерной инфильтрации воздуха.
Необходимо подчеркнуть еще один существеннейший аспект данной проблемы. Структура теплопотерь современных зданий с высоким уровнем теплозащитных качеств ограждающих конструкций характеризуется высокой долей затрат тепла на подогрев приточного вентиляционного воздуха – до 50 – 60 % от общих теплопотерь (причем практически независимо от того, каким образом воздух подается в помещение – через неплотности, форточки или приточные устройства ).
Возможность регулирования притока воздуха, вплоть до его полного исключения при закрытии клапанов приточных устройств , позволяет существенно сократить затраты тепла на поддержание заданных параметров микроклимата в помещениях. Экономия тепловой энергии в результате регулирования воздухообмена, может оказаться гораздо выше, и быть достигнута более простыми средствами, чем прямое повышение теплозащитных качеств отдельных конструктивных элементов здания.
Возможные подходы к решению данной проблемы включают:
• проветривание через открывающиеся фрамуги окна или форточки;
• щелевое проветривание – через створки окна, открывающиеся с образованием щели 5 – 8 мм, при установке соответствующей фурнитуры;
• повышение воздухопроницаемости окна за счет устройства шлицов, отверстий в уплотнителях или устройстве отверстий непосредственно в переплетах (вплоть до предложений по установке окон с различным сопротивлением воздухопроницанию на разных этажах);
• проветривание с помощью различного рода приточных устройств , монтируемых между стеклопакетом и переплетом, или непосредственно врезаемых в конструкцию оконных профилей.
Таблица 1
№ п/п
Режим проветривания
Индекс изоляции воздушного шума, д.В
1
Окно закрыто
34
2
Створка окна открыта в режиме щелевого проветривания
18
3
Створка окна открыта в режиме проветривания
9
4
Створка окна закрыта, открыт клапан приточного устройства фирмы “Titon” модель “Variglase”
22
5
Створка окна закрыта, открыт клапан приточного устройства фирмы “Titon” модель “SM 4000 S VENT”
25
Бесспорно, что кардинальное решение проблемы могло бы дать устройство систем центрального кондиционирования воздуха или воздушного отопления. Однако реализация этих систем в массовом жилищном строительстве является пока проблематичной.
См.рис.2 на стр.4
Традиционный подход, предусматривающий периодическое проветривание помещений через открывающие створки или форточки окон (рекомендуемый, кстати, многими оконными фирмами своим покупателям), в современных зданиях представляется малоэффективным, поскольку приводит к ухудшению звукоизоляции помещений, что особенно актуально для квартир выходящих на транспортные магистрали (см. табл.1), нарушению температурного режима помещений в приоконной зоне (см. рис.2), повышает опасность проникновения в квартиру при открытом окне. Более того, подобный режим проветривания неизбежно приводит к периодическим колебаниям температуры и влажности воздуха в помещениях. Например, открытие створки окна в режиме щелевого проветривания снижает его индекс изоляции воздушного шума с 34 дБ до 18 дБ (см. табл.1), то есть практически в два раза.
Вентилирование через внутренние воздушные полости, предлагаемое некоторыми компаниями, при низких температурах наружного воздуха приводит к охлаждению профилей, выпадению конденсата на поверхности переплетов, обмерзанию элементов фурнитуры, не говоря уже о запылении внутреннего пространства переплетов.
В настоящее время решение проблемы организации естественного воздухообмена в жилых и общественных зданиях представляется не столько в оптимизации сопротивления воздухопроницанию окон за счет устройства шлицов, отверстий в уплотнителях и т.п., сколько в использовании приточных вентиляционных устройств , обеспечивающих контролируемый и регулируемый приток свежего воздуха в помещения. Применение таких устройств позволяет дополнять инфильтрацию через окна до нормативного воздухообмена и изменять в зависимости от необходимости расход приточного воздуха.
Обзор известных технических решений , предлагаемых в настоящее время отечественным потребителям, свидетельствует о достаточно большом их разнообразии, как по конструктивному решению , так и по характеристикам.
Наиболее системный подход прослеживается в технических решениях таких фирм как «Siegenia», «Renson», «Aereco», «Titon», предлагающих ряд устройств с различными потребительскими свойствами и различной степенью сложности.
Анализ результатов натурных испытаний некоторых вентиляционных устройств (»Brugmann» «Titon», «Renson», «Aereco» и др.) в климатических условиях Западной Сибири, в том числе испытаний в климатической камере при температурах наружного воздуха до – 400С, позволил отметить как ряд положительных, так и негативных качеств известных приточных устройств , а также показал необходимость их адаптации и доработки конструктивного решения при использовании в районах с суровыми климатическими условиями, в частности:
• приточные вентиляционные устройства с регулируемыми клапанами в состоянии обеспечить требуемый воздухообмен в помещениях жилых и общественных зданий, оборудованных вытяжной системой вентиляции (см. рис.1);
• индекс изоляции воздушного шума окон с приточными устройствами при открытых клапанах снижается на 9 – 12 дБ, что позволяет рекомендовать их к применению на магистралях с уровнем транспортного шума до 60 дБ (см. табл.1);
• при установке приточного устройства в верхней части окна его влияние на температурный режим приоконной зоны ограничивается оконной нишей и , вследствие смешивания приточного воздуха с теплым воздухом помещения, оказывает незначительное влияние на температурный режим рабочей зоны помещений (см.рис.З);
• постоянный приток свежего воздуха через приточные устройства , поступающего в помещение, исключает резкие колебания температуры и влажности воздуха в помещении, неизбежные при проветривании через форточки или открывающиеся створки окна. Кроме того, поток свежего сухого воздуха, опускающийся вдоль остекления, обуславливает еще и снижение вероятности выпадения конденсата непосредственно на конструктивных элементах окна.
См.рис.рис.3, 4, 5, 6 на стр.5
К негативным результатам можно отнести:
• недостаточные теплозащитные качества приточных устройств и , как следствие, низкая температура поверхности их корпуса даже при закрытом клапане;
• низкая температура приточного воздуха при его поступлении в помещение;
• резкие колебания расхода воздуха при изменении ветровых давлений (при открытом клапане);
• существенное влияние приточного воздуха на температурный режим приоконных зон и др.
Для адаптации данных устройств к климатическим условиям РФ представляется целесообразным:
• устройство двойного (утепленного) клапана, открывающегося синхронно и обеспечивающего в закрытом состоянии образование воздушной прослойки, повышающей теплозащитные качества приточного устройства ;
• выполнение корпуса приточных устройств из попивинилхлорида (имеющего значительно меньший коэффициент теплопроводности, чем алюминий или сталь) и обеспечение возможности варьирования толщиной стеклопакетов (желательно до 44 мм);
• оборудование устройств заслонкой, автоматически закрывающейся при определенных перепадах ветровых давлений;
• устройство сменного пористого фильтра, обеспечивающего очистку приточного воздуха от крупной пыли, пыльцы, пуха и т.п.
• расположение приточных устройств за отопительными приборами, обеспечивающими подогрев приточного воздуха, и др.
Экспериментальная проверка некоторых из этих предложений показала возможность существенного улучшения их эксплуатационных показателей и расширения температурных границ возможного применения.
В качестве примера на рис.4 приведен вариант дополнения приточного устройства марки «Variglase» пористым фильтром в виде сменной приставки, выполняющей одновременно функции утеплителя.
Немаловажное значение имеет и правильное размещение приточных устройств в отдельных помещениях квартиры. На рис.5 приведен пример размещения приточных устройств в двухкомнатной квартире, обеспечивающий регулируемый воздухообмен с зонированием помещений по чистоте воздуха и исключающий перетекание загрязненного воздуха из кухни и санузлов в жилые помещения.
Более детальную информацию по результатам испытаний этих приточных устройств , авторы надеются изложить в последующих публикациях.
644080, г.Омск, пр.Мира 5, СибАДИ.
Кафедра «Городского строительства и хозяйства».
тел. (3812) 24-36-91 , факс (3812) 65-03-23,
e-mail: info@sibadi.omsk.ru
автор А.Д.Кривошеин, Г.А.Пахотин, А.А.Ветер
кафедра «Городского строительства и хозяйства», СибАДИ
В последние годы проблемы организации естественного воздухообмена в современных зданиях все больше привлекают внимание не только специалистов в области вентиляции и кондиционирования воздуха, но и проектировщиков, строителей, производителей современных окон.
Повышение относительной влажности воздуха в помещениях, ухудшение параметров микроклимата, выпадение конденсата на участках стен или окон с пониженной температурой поверхности, нарушение отделки помещений – вот неполный перечень «неприятностей», с которыми сталкиваются многие оконные фирмы, работающие с жилыми и общественными зданиями.
Особенно ярко эти проблемы проявляются в период проведения отделочных работ, в квартирах с высокой плотностью заселения, а также на верхних этажах многоэтажных зданий. В этой связи, и у строителей и у потребителей, как правило, возникает ряд вопросов: в чем основные причины неудовлетворительного эксплуатационного состояния помещений, кто виноват, и как исправить сложившуюся ситуацию?
Анализ результатов многочисленных обследований жилых и общественных зданий, испытания окон различного конструктивного решения свидетельствуют, что основной причиной неудовлетворительного эксплуатационного состояния современных светопрозрачных конструкций является, прежде всего, недостаточный воздухообмен помещений вследствие высокой герметичности окон, и отсутствие организованного притока свежего воздуха (хотя в ряде случаев ситуация может осложняться неудовлетворительной работой вытяжной системы вентиляции).
См.рис.1 на стр.3
Именно недостаточный приток обуславливает повышение относительной влажности воздуха помещений, что, в свою очередь, приводит к выпадению конденсата на участках ограждений с пониженной температурой внутренней поверхности (остеклении, углах наружных стен, не утепленных оконных откосах и т.д.), и как следствие – к нарушению отделки помещений. И даже установка в вентиляционных каналах вытяжных вентиляторов не улучшает ситуации, поскольку приток свежего воздуха в нужном количестве не обеспечивается.
В качестве примера на рис.1 приведены результаты испытаний окон различного конструктивного решения . Для сравнения на этом же рисунке показаны требуемые значения воздухообмена в жилых зданиях и результаты испытания старых деревянных окон без герметизации оконных притворов. Сопоставление требуемых и фактических воздухообменов показывает, что разница составляет 10-15 раз!
Необходимо подчеркнуть, что это относится как к окнам из ПВХ, так и к окнам из клееной или цельной древесины при наличии уплотняющих притворов.
Однако и слишком высокая воздухопроницаемость, что характерно для старых деревянных окон без уплотнения притворов (см. рис.1 кривая 3), также крайне нежелательна, поскольку в холодный период года будет приводить к переохлаждению помещений вследствие чрезмерной инфильтрации воздуха.
Необходимо подчеркнуть еще один существеннейший аспект данной проблемы. Структура теплопотерь современных зданий с высоким уровнем теплозащитных качеств ограждающих конструкций характеризуется высокой долей затрат тепла на подогрев приточного вентиляционного воздуха – до 50 – 60 % от общих теплопотерь (причем практически независимо от того, каким образом воздух подается в помещение – через неплотности, форточки или приточные устройства ).
Возможность регулирования притока воздуха, вплоть до его полного исключения при закрытии клапанов приточных устройств, позволяет существенно сократить затраты тепла на поддержание заданных параметров микроклимата в помещениях. Экономия тепловой энергии в результате регулирования воздухообмена, может оказаться гораздо выше, и быть достигнута более простыми средствами, чем прямое повышение теплозащитных качеств отдельных конструктивных элементов здания.
Возможные подходы к решению данной проблемы включают:
• проветривание через открывающиеся фрамуги окна или форточки;
• щелевое проветривание – через створки окна, открывающиеся с образованием щели 5 – 8 мм, при установке соответствующей фурнитуры;
• повышение воздухопроницаемости окна за счет устройства шлицов, отверстий в уплотнителях или устройстве отверстий непосредственно в переплетах (вплоть до предложений по установке окон с различным сопротивлением воздухопроницанию на разных этажах);
• проветривание с помощью различного рода приточных устройств, монтируемых между стеклопакетом и переплетом, или непосредственно врезаемых в конструкцию оконных профилей.
Таблица 1
№ п/п
Режим проветривания
Индекс изоляции воздушного шума, д.В
1
Окно закрыто
34
2
Створка окна открыта в режиме щелевого проветривания
18
3
Створка окна открыта в режиме проветривания
9
4
Створка окна закрыта, открыт клапан приточного устройства фирмы “Titon” модель “Variglase”
22
5
Створка окна закрыта, открыт клапан приточного устройства фирмы “Titon” модель “SM 4000 S VENT”
25
Бесспорно, что кардинальное решение проблемы могло бы дать устройство систем центрального кондиционирования воздуха или воздушного отопления. Однако реализация этих систем в массовом жилищном строительстве является пока проблематичной.
См.рис.2 на стр.4
Традиционный подход, предусматривающий периодическое проветривание помещений через открывающие створки или форточки окон (рекомендуемый, кстати, многими оконными фирмами своим покупателям), в современных зданиях представляется малоэффективным, поскольку приводит к ухудшению звукоизоляции помещений, что особенно актуально для квартир выходящих на транспортные магистрали (см. табл.1), нарушению температурного режима помещений в приоконной зоне (см. рис.2), повышает опасность проникновения в квартиру при открытом окне. Более того, подобный режим проветривания неизбежно приводит к периодическим колебаниям температуры и влажности воздуха в помещениях. Например, открытие створки окна в режиме щелевого проветривания снижает его индекс изоляции воздушного шума с 34 дБ до 18 дБ (см. табл.1), то есть практически в два раза.
Вентилирование через внутренние воздушные полости, предлагаемое некоторыми компаниями, при низких температурах наружного воздуха приводит к охлаждению профилей, выпадению конденсата на поверхности переплетов, обмерзанию элементов фурнитуры, не говоря уже о запылении внутреннего пространства переплетов.
В настоящее время решение проблемы организации естественного воздухообмена в жилых и общественных зданиях представляется не столько в оптимизации сопротивления воздухопроницанию окон за счет устройства шлицов, отверстий в уплотнителях и т.п., сколько в использовании приточных вентиляционных устройств , обеспечивающих контролируемый и регулируемый приток свежего воздуха в помещения. Применение таких устройств позволяет дополнять инфильтрацию через окна до нормативного воздухообмена и изменять в зависимости от необходимости расход приточного воздуха.
Обзор известных технических решений , предлагаемых в настоящее время отечественным потребителям, свидетельствует о достаточно большом их разнообразии, как по конструктивному решению , так и по характеристикам.
Наиболее системный подход прослеживается в технических решениях таких фирм как «Siegenia», «Renson», «Aereco», «Titon», предлагающих ряд устройств с различными потребительскими свойствами и различной степенью сложности.
Анализ результатов натурных испытаний некоторых вентиляционных устройств (»Brugmann» «Titon», «Renson», «Aereco» и др.) в климатических условиях Западной Сибири, в том числе испытаний в климатической камере при температурах наружного воздуха до – 400С, позволил отметить как ряд положительных, так и негативных качеств известных приточных устройств, а также показал необходимость их адаптации и доработки конструктивного решения при использовании в районах с суровыми климатическими условиями, в частности:
• приточные вентиляционные устройства с регулируемыми клапанами в состоянии обеспечить требуемый воздухообмен в помещениях жилых и общественных зданий, оборудованных вытяжной системой вентиляции (см. рис.1);
• индекс изоляции воздушного шума окон с приточными устройствами при открытых клапанах снижается на 9 – 12 дБ, что позволяет рекомендовать их к применению на магистралях с уровнем транспортного шума до 60 дБ (см. табл.1);
• при установке приточного устройства в верхней части окна его влияние на температурный режим приоконной зоны ограничивается оконной нишей и , вследствие смешивания приточного воздуха с теплым воздухом помещения, оказывает незначительное влияние на температурный режим рабочей зоны помещений (см.рис.З);
• постоянный приток свежего воздуха через приточные устройства, поступающего в помещение, исключает резкие колебания температуры и влажности воздуха в помещении, неизбежные при проветривании через форточки или открывающиеся створки окна. Кроме того, поток свежего сухого воздуха, опускающийся вдоль остекления, обуславливает еще и снижение вероятности выпадения конденсата непосредственно на конструктивных элементах окна.
См.рис.рис.3, 4, 5, 6 на стр.5
К негативным результатам можно отнести:
• недостаточные теплозащитные качества приточных устройств и , как следствие, низкая температура поверхности их корпуса даже при закрытом клапане;
• низкая температура приточного воздуха при его поступлении в помещение;
• резкие колебания расхода воздуха при изменении ветровых давлений (при открытом клапане);
• существенное влияние приточного воздуха на температурный режим приоконных зон и др.
Для адаптации данных устройств к климатическим условиям РФ представляется целесообразным:
• устройство двойного (утепленного) клапана, открывающегося синхронно и обеспечивающего в закрытом состоянии образование воздушной прослойки, повышающей теплозащитные качества приточного устройства ;
• выполнение корпуса приточных устройств из попивинилхлорида (имеющего значительно меньший коэффициент теплопроводности, чем алюминий или сталь) и обеспечение возможности варьирования толщиной стеклопакетов (желательно до 44 мм);
• оборудование устройств заслонкой, автоматически закрывающейся при определенных перепадах ветровых давлений;
• устройство сменного пористого фильтра, обеспечивающего очистку приточного воздуха от крупной пыли, пыльцы, пуха и т.п.
• расположение приточных устройств за отопительными приборами, обеспечивающими подогрев приточного воздуха, и др.
Экспериментальная проверка некоторых из этих предложений показала возможность существенного улучшения их эксплуатационных показателей и расширения температурных границ возможного применения.
В качестве примера на рис.4 приведен вариант дополнения приточного устройства марки «Variglase» пористым фильтром в виде сменной приставки, выполняющей одновременно функции утеплителя.
Немаловажное значение имеет и правильное размещение приточных устройств в отдельных помещениях квартиры. На рис.5 приведен пример размещения приточных устройств в двухкомнатной квартире, обеспечивающий регулируемый воздухообмен с зонированием помещений по чистоте воздуха и исключающий перетекание загрязненного воздуха из кухни и санузлов в жилые помещения.
Более детальную информацию по результатам испытаний этих приточных устройств, авторы надеются изложить в последующих публикациях.
644080, г.Омск, пр.Мира 5, СибАДИ.
Кафедра «Городского строительства и хозяйства».
тел. (3812) 24-36-91 , факс (3812) 65-03-23,
e-mail: info@sibadi.omsk.ru
www.oknaidveri.ru