Новости

Новости

Воздухопроницаемость оконных заполнений и естественный приток воздуха


Конструкция традиционного окна обычно допускает некоторое воздухопроницание. Через притворы и стыки стекла с переплетом воздух попадает в межстекольное пространство, где нагревается до температуры воздушной прослойки, а затем через неплотности внутреннего остекления в помещение. Инфильтрация воздуха вызвана действием гравитационных сил или ветровым давлением. Количество воздуха, проникающего через окно, тем больше, чем хуже герметичность притворов и больше скорость ветра (рис. 5.4).
При скорости ветра 10 м/с объем инфильтрующего воздуха равен 10 м3/ч через 1 м притвора окна. Tакой объем воздуха в зимний период потребует до 130 Вт тепловой мощности для его нагрева.

Инфильтрация и эксфильтрация воздуха через окна нежелательны с теплотехнической точки зрения. Однако с гигиенической точки зрения определенный обмен воздуха в зданиях необходим. Если он не обеспечивается системой вентиляции, то допускается приток воздуха в здания через притворы окон и дверей, в пределах нормируемых объёмов.
Особенностью современных окон является устройство монтажных швов узлов примыкания блоков к стеновым проемам по технологии, обеспечивающей их высокое сопротивление воздухопроницанию. Кроме того, притворы окон, изготовленных по современным технологиям, имеют сопротивление воздухопроницаемости не менее Rв = 0,9 м2*ч/кг (при Ap = 10 Па), в то время как традиционные окна с двойным остеклением в раздельных переплетах имеют сопротивление Rв = 0,005 м2*ч/кг. Повышение сопротивления воздухопроницанию значительно уменьшает поступление воздуха за счет инфильтрации. Проветривание через створки окон создает улучшение качества воздуха помещений лишь на период их открывания.
Повышение герметичности окон снижает теплопотери, но и уменьшает объем поступающего в помещения наружного воздуха. В первую очередь это относится к жилому фонду, т.к. нарушается принятая в большинстве зданий естественная вентиляция, что становится причиной резкого ухудшения качества воздуха в квартирах.
Традиционная методика расчета и выбора конструкции окон предусматривает определение расчетных наружных температур и разности давлений воздуха по обе стороны окна с учетом допустимой удельной воздухопроницаемости. В соответствии с нормативными документами воздухопроницаемость окон и балконных дверей должно быть не менее требуемого сопротивления воздухопроницанию Rр/тр., м2*ч*Па/кг. По ТКП 45-2.04-43-2006 сопротивление воздухопроницанию определяется по формуле:

при Apн = 10 Па

где Ap - расчетная разность давления воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, Па;
Gнорм - нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций, кг/(м2*ч), принимаемая по табл. 5.2.
Расчетную разность давления воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающей конструкции Ар, Па, следует определять по формуле:

где H - расчетная высота от центра рассчитываемого заполнения светового проема до устья вытяжной шахты, м;
ун, ув - удельный вес, соответственно, наружного и внутреннего воздуха, Н/м3, определяемый по формуле:

где t - температура соответственно внутреннего и наружного воздуха, °С; для наружного воздуха она равна средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92;
vср - максимальная из средних скоростей ветра по румбам в январе, м/с.
рн - плотность наружного воздуха, кг/м3, определяемая по формуле рн = ун/9,8.
сн, сп - аэродинамические коэффициенты, соответственно, наветренной и подветренной поверхностей ограждающих конструкций здания, принимаемые по СНиП 2.01.07;
ki - коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания, принимаемый по СНиП 2.01.07.
Допускается отклонение сопротивления воздухопроницанию заполнения светового проема от требуемого не более +20 %.
Разность давлений воздуха на поверхностях окна рассчитывается по отношению к отметке устья вытяжной шахты, т.е. на высоту столба воздуха в вытяжной шахте.
В строительных нормах России Rв.тр. находится также по формуле 5.1, но с иными требованиями. Согласно СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» воздухопроницаемость окон и балконных дверей не должна превышать соответственно: 5,0 кг/(м2*ч) для окон в пластмассовых (алюминиевых) переплетах и 6,0 кг/(м2*ч) в деревянных переплетах.
Фактически воздухопроницаемость современных оконных блоков с двумя контурами уплотнения притворов не превышает 0,3-0,6 кг/(м2*ч). Поэтому при замене светопрозрачных конструкций на энергоэффективные следует предусматривать обеспечение необходимого воздухообмена помещений зданий. Возможны несколько способов организации притока наружного воздуха в помещении. К ним относятся организация «щелевого» проветривания при приоткрытой или «полного» при открытой створке, микрофильтрация, использование приточных клапанов.
«Щелевое» проветривание обеспечивает интенсивное неконтролируемое поступление воздуха в помещение в большом объеме. Существующие механизмы позволяют организовывать многоступенчатое открывание створок в несколько положений. Этот способ проветривания можно назвать «ударным» и использовать для замены воздуха в помещении за короткие промежутки времени.
Организация микрофильтрации воздуха осуществляется при закрытом окне путем разгерметизации притвора. Для приведения окна в режим микрофильтрации необходима установка специальной фурнитуры. Окна с микрофильтрацией используются для помещений, требующих постоянного поступления наружного воздуха. Применение специальной фурнитуры с функцией микрофильтрации является прогрессивным и популярным решением.
Приточные вентиляционные клапаны - это небольшие приспособления или устройства, предназначенные для монтажа в окнах или стенах здания. Клапаны, предназначенные для установки в окнах, классифицируются по особенностям их конструкции и принципа регулирования притока воздуха на:
- клапаны с нерегулируемым притоком (имеют отверстия постоянного размера, приток воздуха обеспечивается разностью давлений вне и внутри помещения);
- клапаны с ручной регулировкой притока (имеют специальные заслонки, устанавливаемые в определенной позиции и изменяющие площадь отверстия для прохода воздуха);
- автоматические клапаны, которые подразделяются на устройства, работающие в зависимости от разности давлений воздуха по сторонам окна, и гигрорегулируемые, работающие в зависимости от величины относительной влажности воздуха.
Конструкции клапанов с ручным регулированием открытия управляемой заслонки имеют марку Aereco, Air-Rox-Comfort и др.
Принципиальная схема клапана TNO представлена на рис. 5.5.

Верхняя перемещающаяся заслонка 1 размещается на опорной пластине 2. При изменении перепада давления в пределах от 2 до 25 Па осуществляется автоматическое перемещение обеих заслонок таким образом, чтобы объем проходящего через отверстие «А» воздуха сохранялся практически постоянным.
Автоматический саморегулируемый приточный клапан ASTATO серии 2А, конструкция и характеристики которого приведены на рис. 5.6, предназначен для монтажа в створках окна.

Номинальные расходы воздуха, поступающие через него, равны 45, 30 и 22 м3/ч. Принцип действия основан на перемещении ролика по каналу с параболическим профилем. В диапазоне давлений от 20 до 100 Па расход меняется не более чем на 15 м3/ч. Клапаны обладают звукоизолирующим свойством, выполняют функции обратного клапана.
Примерами гигрорегулируемых клапанов являются модели EHA и EMM торговой марки Aereco. На рис. 5.7 показаны геометрические размеры клапана EHA и его аэродинамические характеристики.

Для монтажа клапана в окне необходим паз размерами 354х12 мм.
Термостатические клапаны работают по принципу термостата. При понижении температуры автоматически уменьшается ширина приточного отверстия. Объем приточного воздуха через такой клапан зависит от разности давлений воздуха по его сторонам.
Термостатические клапаны обычно размером не менее 200х200 мм, что определяет их монтаж на стенах зданий. Схема саморегулирующего клапана VTK показана на рис. 5.8.
Входное отверстие клапана имеет саморегулируемый термостат, который регулирует расход воздуха в зависимости от наружной температуры. Автоматический диапазон температур от - 5°С до 10°С (полностью открыто при +10°С), при желании возможно открытие вручную. Отверстие клапана легко регулируется, т.е. уменьшает или увеличивает расход воздуха.

Поступление воздуха в помещения может осуществляться с использованием внутрипрофильной системы его транспорта к приточным отверстиям.
В оконных блоках EXPROF Aero Therma наружный воздух поступает в помещение по воздуховоду, размещенному внутри ПВХ-профиля вдоль его периметра. Профиль для оконного блока имеет монтажную ширину S=118 мм. Схема движения воздуха показана на рис. 5.9.
Наружный воздух поступает в канал в нижней части блока, проходит по воздуховоду путь длиной 2,7-3,0 метра и выходит через приточные отверстия в верхней части блока.
В Евросоюзе с проблемами нарушения вентиляции помещений при установке герметичных окон столкнулись давно, поэтому там намного раньше приняли и соответствующие решения, предупреждающие негативные последствия воздухообмена. Согласно польским нормам (PN-83/B-03430), приточные устройства должны обеспечивать максимальный приток воздуха в объеме от 20 до 50 м3/ч при естественной вентиляции и от 15 до 30 м3/ч в случае использования механической вытяжной вентиляции и естественного притока. И только при использовании механической приточно-вытяжной вентиляции все окна могут быть герметичными.

Примером организации воздухообмена служит устройство приточного клапана скандинавского типа в окнах с широкой коробкой и раздельными створками со стеклом и стеклопакетом (рис. 5.10).

В холодный и теплый периоды года клапан обеспечивает поступление наружного воздуха в помещение. При низких наружных температурах клапан, до выпуска воздуха, организует поступление его в межстекольное пространство и предварительный подогрев за счет теплового потока направленного из отапливаемого помещения.
Нормативными документами Республики Беларусь закреплена необходимость обеспечения окон техническими средствами для возможности организации притока. Правда, из стандарта не следует, что это обязательно должны быть клапаны, - допускаются и другие решения.
Обязательную необходимость притока воздуха через окна ввели в России, закрепив в санитарных правилах требование оборудования окон соответствующими устройствами и механизмами.
Потеря герметичности окна при организации притока воздуха с использованием микрофильтрации и клапанов снижает энергоэффективность оконных заполнений. Выбор направления эксплуатации окон следует решать по принципу приоритета: что важнее обеспечение качества воздушной среды или экономия теплоты на отопление помещения.
Достигнуть стабильного поступления наружного воздуха во всех квартирах многоэтажного здания можно только при механической вентиляции или кондиционировании помещений. Наряду с отдельными преимуществами механические системы вентиляции имеют существенные недостатки. Качество воздушного режима помещений при механической вентиляции и кондиционировании резко ухудшается в связи с уменьшением необходимых человеку отрицательно заряженных ионов в поступающем воздухе. Кроме того, при таких способах вентиляции растут расходы теплоты на подогрев наружного воздуха.
Повышение эффективности светопрозрачных конструкций по обеспечению микроклимата помещений связано с разработкой новых образцов с использованием продольно-поперечной вентиляции межстекольного пространства и подачей воздуха в помещения через распределитель или теплообменник-утилизатор рекуперативного или регенеративного типа.