THE RESEARCH THE INFILTRATION EFFECT OF OUTSIDE AIR ON THE VALUE OF AIR EXCHANGE IN LOW-RISE RESIDENTIAL BUILDINGS

Full Text

Введение Одной из существенных проблем современного жилищного строительства в РФ является проблема организации энергоэффективного воздухообмена в жилых зданиях с учётом сегодняшней специфики строительства и требований нормативных документов. Обеспечение воздухообмена является задачей систем вентиляции помещений. Анализ требований нормативной (СП 50.13330, СП 60 13330, СП 54.13330), специализированной (Р НП «АВОК» 5.2-2012 «Технические рекомендации по организации воздухообмена в квартирах жилых зданий») [1-5] и периодической литературы [6, 7] показал, что на данный момент существуют лишь общие указания и рекомендации по организации вентиляции жилых зданий, но, за исключением систем естественной вентиляции, достаточно апробированных и широко применяемых на практике решений данной проблемы на сегодняшний день нет. В настоящее время на государственном уровне ведутся работы по конкретизации общих требований нормативных документов к устройству вентиляции жилых зданий. Например, в программе прикладных научных исследований Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ на 2020 год (утверждена приказом министра № 163/пр от 27.03.2020 г.) была утверждена разработка методических рекомендаций по проектированию поквартирных систем вентиляции, а также пособия по проектированию регулируемой естественной вентиляции в многоэтажных жилых зданиях. Имеющиеся планы Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 16 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ по разработке таких методических документов, несомненно, ещё раз подчёркивают актуальность рассматриваемой проблемы. При этом необходимо отметить, что в планах стоит разработка решений проблемы преимущественно для многоэтажных зданий, в то время как достаточно масштабный сектор малоэтажных жилых зданий пока остаётся вне рассмотрения. Для понимания масштабности сектора малоэтажных жилых зданий следует отметить, что по данным, приведенным в [8, 9], в 2018 г. 32,4 млн. м2 (т. е. 42,9 % площади построенного жилья) приходилось на индивидуальные жилые дома (ИЖД), причём 67,5 % ИЖД было построено в аграрно-промышленных регионах страны. Малоизученным на сегодняшний день является и вопрос влияния инфильтрации наружного воздуха на величину воздухообмена в малоэтажных жилых зданиях. Принимая во внимание тот факт, что подавляющее большинство малоэтажных жилых зданий оборудовано системой естественной вентиляции, современными герметичными окнами, которые эксплуатируются в режиме проветривания, как правило только при нахождении человека в помещении, в настоящей статье поставлена цель определить величины воздухообмена за счёт инфильтрации наружного воздуха через наружные ограждения, сопоставить их с минимальными нормативными величинами воздухообмена помещений и сделать вывод о возможности вентилирования помещения хотя бы в дежурном режиме (0,2-0,4 величины минимального нормативного воздухообмена) за счёт инфильтрации наружного воздуха. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Определить наиболее часто применяемые в современном малоэтажном жилом строительстве конструкции наружных ограждений. 2. Определить минимальные величины требуемого воздухообмена для помещений малоэтажных жилых зданий. 3. Выполнить расчёты величин расходов инфильтрационного воздуха через наружные ограждения для различных помещений малоэтажных жилых зданий и проанализировать полученные результаты. Материалы и методы исследования Для решения первой задачи сначала выберем объекты для анализа: - индивидуальный жилой дом в Самаре (рис. 1); - многоквартирный трёхэтажный жилой дом в Самаре (рис. 2); Рис. 2. Многоквартирный трёхэтажный жилой дом в Самаре Рис. 1. Индивидуальный жилой дом в Самаре А. Б. Костуганов 17 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 Рис. 3. Многоквартирный трёхэтажный жилой дом в Оренбурге - многоквартирный трёхэтажный жилой дом в Оренбурге (рис. 3). Отметим, что по данным [8, 9] основными видами вводимых ИЖД по преобладающим материалам стен в 2018 г. стали кирпичные, блочные и деревянные дома. Совокупно на их долю пришлось 73,2 % от общей площади ИЖД, введённых в эксплуатацию. При этом средние площади ИЖД составили: 167 м2 - кирпичные дома, 149 м2 - блочные дома, 99 м2 - деревянные дома. На основании данных [8, 9] и обзора других литературных источников примем к дальнейшему рассмотрению следующие типы ограждающих конструкций стен, перечисленные в табл. 1-3. Таблица 1 Варианты ограждающих конструкций стен для индивидуального жилого дома в Самаре Конструкция № 1 Конструкция № 2 Конструкция № 3 1 - Цементно-песчаный раствор 2 - Кладка из пустотелых керамзитобетонных блоков с двухрядной пустотностью 3 - Кладка из кирпича керамического пустотного 1 - Цементно-песчаный раствор 2 - Кладка из легкобетонных камней на цементно-песчаном или тёплом растворе 5 - Пенополистирол 6 - Ветрозащитная мембрана 7 - Вентилируемая воздушная прослойка 8 - Декоративная панель 1 - Сосновый брус 2 - Обрешетина 3 - Утеплитель (плиты из минеральной ваты жёсткие); 4 - Ветровлагозащита 5 - Вентилируемая воздушная прослойка 6 - Блок-хаус Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 18 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ Таблица 3 Варианты ограждающих конструкций стен для трёхэтажного жилого дома в Оренбурге Конструкция № 1 Конструкция № 2 Конструкция № 3 1 - Декоративно-защитная штукатурка 2 - Пенополистирол 3 - Кладка из пустотелых бетонных блоков 4 - Цементно-песчаный раствор 1 - Цементно-песчаный раствор 2 - Кладка из легкобетонных камней на цементно-песчаном или тёплом растворе 3 - Пенополистирол 4 - Фактурный слой фасадной системы 1 - Цементно-песчаный раствор 2 - Кладка из пустотелых керамзитобетонных блоков с двух рядной пустотностью 3 - Кладка из кирпича керамического пустотного Таблица 2 Варианты ограждающих конструкций стен для трёхэтажного жилого дома в Самаре Конструкция № 1 Конструкция № 2 Конструкция № 3 1 - Цементно-песчаный раствор 2 - Пенополистирол 3 - Кирпичная кладка из силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе 4 - Цементно-песчаный раствор 1 - Цементно-песчаный раствор 2 - Кладка из легкобетонных камней на цементно-песчаном или тёплом растворе 3 - Невентилируемая воздушная прослойка 4 - Облицовочный керамический кирпич 1 - Цементно-песчаный раствор 2 - Кладка из легкобетонных камней на цементно-песчаном или тёплом растворе 5 - Пенополистирол 10 - Фактурный слой фасадной системы А. Б. Костуганов 19 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 В качестве оконных конструкций примем к расчёту однокамерные стеклопакеты. Для решения второй задачи примем во внимание положения СП 50.13330, СП 60.13330, СП 54.13330, ГОСТ 30494 - 2011, а также методические рекомендации по определению минимального воздухообмена в помещениях жилых и общественных зданий, опубликованные на сайте Федерального автономного учреждения «Федеральный центр нормирования, стандартизации и оценки соответствия в строительстве» Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ (https:// www.faufcc.ru/). Результаты проведённого анализа нормативных документов представлены в табл. 4. Отметим, что для помещения кухни величина воздухообмена приведена из расчёта расхода воздуха на горение. Однако, как указано в [10], для ассимиляции продуктов горения требуемый воздухообмен составляет 175-360 м3/ч. Также на основании анализа данных о динамике жилищного строительства в РФ следует сделать вывод о том, что средняя площадь жилья на одного человека в РФ составляет 24 м2. Таким образом, общий минимальный воздухообмен на среднюю однокомнатную квартиру составляет 250-300 м3/ч, на двухкомнатную квартиру - 300-350 м3/ч, на трёхкомнатную квартиру - 350-400 м3/ч, на индивидуальный жилой дом средней площадью 130 м2 - 450 м3/ч. Результаты исследования Для решения третьей задачи воспользуемся методиками расчёта количества инфильтрационного воздуха, приведёнными в СП 50.13330 и в [11], положениями СП 60.13330, данными рис. 1-3 и табл. 1-3. Расчёты произведены для выбранных трёх типов зданий и всех соответствующих вариантов ограждающих конструкций стен. Результаты выполненного расчёта для индивидуального жилого дома в Самаре с ограждающими конструкциями стен № 1 в качестве примера представлены в табл. 5. Осреднённые результаты всех проведённых расчётов представлены в табл. 6. Для многоквартирных домов приведены результаты расчёта для первого этажа. Таблица 4 Величины минимального нормативного воздухообмена жилых помещений Помещение Минимальный воздухообмен Жилая комната 45 м3/ч на 1 чел. Кухня 60 м3/ч при установке электрической плиты и 100 м3/ч при установке газовой плиты (расход воздуха на горение) Ванная комната и туалет (совмещённый санузел) 50 м3/ч Теплогенераторная Однократный воздухообмен Прочие помещения 0,2-кратный воздухообмен Таблица 5 Результаты расчёта расхода инфильтрационного воздуха № помещения Наименование помещения Температура внутреннего воздуха, °С Температура наружного воздуха, °С Ограждение Размеры, м Площадь F, м2 Удельный массовый расход инфильтрационного воздуха G, кг/м2·ч Объёмный расход воздуха, м3/ч а b 1 Кухня 19 -30 Наружная стена 5,1 2,7 13,8 0,0 19 -30 Окно 1,5 1,6 2,4 9,7 8 19 -30 Наружная стена 3,0 2,7 8,1 0,0 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 20 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ № помещения Наименование помещения Температура внутреннего воздуха, °С Температура наружного воздуха, °С Ограждение Размеры, м Площадь F, м2 Удельный массовый расход инфильтрационного воздуха, G, кг/м2·ч Объёмный расход воздуха, м3/ч а b 2 Жилая комната 21 -30 Окно 1,8 1,6 2,9 11,6 21 -30 Наружная стена 4,1 2,7 11,1 0,0 10 21 -30 Наружная стена 1,9 2,7 5,1 0,0 3 Жилая комната 21 -30 Окно 1,5 1,6 2,4 9,7 16 21 -30 Окно 1,5 1,6 2,4 9,7 21 -30 Наружная стена 3,1 2,7 8,4 0,0 21 -30 Наружная стена 4,1 2,7 11,1 0,0 4 Жилая комната 21 -30 Наружная стена 4,1 2,7 11,1 0,0 21 -30 Наружная стена 3,1 2,7 8,4 0,0 8 21 -30 Окно 1,5 1,6 2,4 9,7 5 Тамбур 16 -30 Наружная стена 2,7 2,7 7,3 0,0 16 -30 Наружная стена 3,1 2,7 8,4 0,0 8 16 -30 Наружная стена 1,1 2,2 2,4 10,1 Общий объёмный расход воздуха, м3/ч 50 Таблица 6 Осреднённые результаты расчёта расходов инфильтрационного воздуха Тип здания Тип ограждающей конструкции Осреднённые пределы величины воздухообмена по помещениям, м3/ч Общий воздухообмен в расчёте на одну двухкомнатную квартиру (дом), м3/ч Индивидуальный жилой дом Конструкция № 1 8 …16 50 Индивидуальный жилой дом Конструкция № 2 8 …20 55 Индивидуальный жилой дом Конструкция № 3 10 …20 60 Многоквартирный жилой дом Конструкция № 1 - г. Самара 10 30 Многоквартирный жилой дом Конструкция № 2 - г. Самара 10 30 Многоквартирный жилой дом Конструкция № 3 - г. Самара 10 30 Многоквартирный жилой дом Конструкция № 1 - г. Оренбург 10 30 Многоквартирный жилой дом Конструкция № 2 - г. Оренбург 10 30 Многоквартирный жилой дом Конструкция № 3 - г. Оренбург 10 30 Окончание табл. 5 А. Б. Костуганов 21 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 Выводы. 1. Суммарная величина инфильтрации через современные ограждающие конструкции (монолитные бетонные стены, кирпичные стены с утеплителем, стены из керамзитобетонных блоков, деревянные стены, однокамерные стеклопакеты), как показывают расчёты, в среднем не превышает максимального значения 20 % (а для кухонь, например, и 10 %) для помещений первого этажа. 2. Для второго и третьего этажей расчётная величина инфильтрации уменьшается пропорционально высоте здания. На третьем этаже величина инфильтрации достигает значений, близких к нулю. Таким образом, для помещений современных малоэтажных жилых зданий с рассмотренными наиболее распространёнными ограждающими конструкциями фактически невозможно обеспечить даже 20 % минимального воздухообмена за счёт только инфильтрации. Повышение расхода инфильтрационного воздуха через ограждающие конструкции в то же время приводит к существенному снижению их теплозащитных характеристик.

About the authors

Arman B. KOSTUGANOV

Samara State Technical University

References

Supplementary files