Проблемы вентилирования помещений с герметичными окнами
Окно с вентиляционным клапаном «АЭРЭКО»
Сегодня уже немыслимо представить себе новое строительство и реконструкцию старого жилого фонда без использования современных энергоэффективных окон из ПВХ, дерева и алюминия. При этом речь идёт не только об элитных объектах, но и о массовом муниципальном жилье. Энергоэффективность современных окон обеспечена двумя основными инженерными инструментами: снижением воздухопроницаемости (увеличение герметичности) и снижением тепловых потерь непосредственно через конструкцию окна (теплопроводность профиля, тепловые и лучистые потери через стеклопакет). И если инженерные новации по второму направлению (увеличение числа камер в ПВХ-профилях и стеклопакетах, применение низкоэмиссионных покрытий на стеклах, тёплые дистанционные рамки, использование благородных инертных газов в стеклопакетах), безусловно, полезны и практически не имеют «побочных» негативных последствий для пользователей (кроме увеличения стоимости конструкций), про герметичность окон это сказать нельзя.
«Синдром нездорового здания» Подавляющее большинство жилых домов в российских городах оборудованы системой естественной вытяжной вентиляции. В нормативах (СНиП 2-08-01-89 «Жилые здания», СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» и др.) приведено количество воздуха, который должен протекать через квартиру для обеспечения комфортных условий проживания. По вытяжке необходимо удалять в час 25, 25 и 60-90 м3 воздуха из туалета, ванной и кухни соответственно, есть нормы 3 м3/м2 жилой площади в час, есть рекомендации по кратности воздухообмена и по количеству воздуха на одного человека. В любом случае, речь идёт о весьма значительных количествах на уровне 100-150 м3 на квартиру в час.
Жилой дом «Белый лебедь» с приточными клапанами «АЭРЭКО»
К сожалению для проектировавших подобные системы в 1960–1970-х годах в массовых сериях домов, сегодняшняя ситуация в жилой застройке значительно отличается от планировавшейся. Так, никто из нас не застрахован от «хозяйственного» соседа с верхнего этажа, который по максимуму используя невеликую площадь своей квартиры, вставляет в вентиляционный короб, например, холодильник. В этом случае предусмотренная проектировщиками система естественной вентиляции прекращает работу, а вы точно знаете, что готовят на обед ваши соседи с нижних этажей. Другая возможная проблема – засорение выходов системы естественной вентиляции, расположенных на крышах жилых зданий. В отличие от аналогичных решений в западных странах, у нас до сих пор не устанавливают системы принудительной вентиляции, а ведь это в значительной мере помогает решать возникающие проблемы.
Если проблема удаления грязного воздуха в жилых домах решается при помощи устройства вытяжных каналов, то приток воздуха пущен, в определённом смысле, «на самотёк»: подразумевалось, что он будет осуществляться через неплотности притворов «оконной столярки» и форточки (прямые указания на такой вариант решения проблемы вентиляции есть в старых Строительных нормах и правилах). В принципе, щелей в старых окнах всегда было достаточно – приходилось даже заклеивать их на зиму для ограничения притока холодного воздуха. Но с заменой старых окон на современные герметичные ситуация резко изменилась, приток свежего воздуха упал. Это нетрудно показать на следующем примере.
Нормативы ограничивают воздухопроницаемость окон из ПВХ при перепаде давлений 10 Па величиной 5 кг воздуха/м2, реально такие окна обеспечивают около 1,5 кг/м2. При площади остекления 3-комнатной квартиры около 10 м2 приток составит 15 кг, или 18 м3 в час. А для компенсации нормативной вытяжки требуется в 6-8 раз больше (110-140 м3).
Окно без вентиляции с выступившим конденсатом
Такой дисбаланс и приводит к негативным последствиям: в квартирах застаивается воздух, увеличивается относительная влажность воздуха, концентрация углекислого газа, радиоактивного газа радона, других вредных газообразных примесей. В холодное время года повышенный уровень влажности комнатного воздуха приводит к появлению конденсата на самых холодных участках ограждающих конструкций (краевая зона стеклопакетов, оконные откосы, углы стен), иногда дело доходит до появления плесени и грибка. Появился даже термин: «синдром нездорового здания». Проблема эта действительно серьёзная, в одной из своих статей в журнале «АВОК» Ю.А. Табунщиков привёл данные о том, что каждый день в мире около 5000 человек умирают от болезней, связанных с плохим качеством внутреннего воздуха.
Как может быть решена эта проблема?
**Вентиляционные клапаны, или приточные устройства ** Следует отметить, что это не специфическая российская проблема. Во всем мире у потребителей возникали те же самые претензии к производителям и установщикам окон. Появлялись плесень, конденсат, грибок и пр. Такие фотографии-страшилки есть в каждой экспертной организации в нашей стране и за рубежом. В США в 1980-х годах появилось даже специальное выражение – «адвокаты по плесени» – для обозначения юристов, занимающихся проблемами современных окон. Очень, кстати, выгодная оказалась работа.
Конечно, если герметичные окна установлены в здании, оборудованном механической приточно-вытяжной вентиляцией, с них снимается роль приточного устройства, окно вообще может быть неоткрывающимся и выполнять только задачи по светопропусканию, тепло- и звукоизоляции. Если же приток механически не организован (а это все окна, установленные в существующем жилом фонде), придётся как-то разгерметизировать ограждающую конструкцию для прохода воздуха.
Наиболее простой способ – использование для вентилирования открывающихся элементов окна. Современная оконная фурнитура позволяет открывать створки окон в нескольких режимах, появились даже автоматические устройства для открывания. Всё бы хорошо, если бы не 2 существенных минуса такого способа проветривания.
Потребитель хочет с помощью новых окон повысить комфортность проживания, в первую очередь избавиться от шума и сквозняков. Подавляя неконтролируемую инфильтрацию воздуха, герметичные окна обеспечивают отсутствие сквозняка, а также имеют достаточно хорошие звукоизолирующие свойства. Но стоит приоткрыть створку, звукоизоляция окна резко падает, и опять появляется сквозняк. Очень хорошо с этой проблемой знакомы жители домов, расположенных вдоль шумных магистралей в крупных городах.
Естественно, что на Западе, где герметичные окна широко применяются уже в течение десятков лет, для решения этой проблемы были приложены серьёзные усилия. Многими фирмами разработаны и выпускаются так называемые вентиляционные клапаны (приточные устройства), монтируемые во внешнюю ограждающую конструкцию – стену или окно. Назначение таких устройств – обеспечить приток воздуха без образования сквозняка и без снижения (или с минимальным снижением) звукоизоляции ограждающей конструкции. Первое обеспечивается расположением клапанов ближе к потолку, чтобы втекающая струя холодного воздуха не попадала на людей сразу, а успела перемешаться и затормозиться в подпотолочном пространстве. Возможна также подача внешнего воздуха из-под подоконника в зону радиатора отопления. Звукоизоляция обеспечивается конструкционными методами (воздушные лабиринты, звукопоглощающие материалы).
Попробуем классифицировать вентиляционные клапаны по основным параметрам. Где вообще может быть установлен такой клапан?
Приточные вентиляционные клапаны «АЭРЭКО»,
установленные через стену дома
**
Устанавливаем вентиляционный клапан ** Выбор мест для установки приточного вентиляционного клапана достаточно богат. Это могут быть внешняя стена (например, клапаны KIV-125 фирмы АВВ и ЕНТ 780 «АЭРЭКО»), запененный стык окно-стена (клапаны «Климабокс» КBЕ и DUCOTOP 35 фирмы «Дюко»), непосредственно рамный, створочный или импостный профиль пластикового или деревянного окна (клапаны ЕММ «АЭРЭКО», Trimvent SM 4000S фирмы «Тайтон», клапан «Пластмо»), зазор между торцом стеклопакета и оконным профилем («Аэромат-80» фирмы «Зигения», Variglaze фирмы «Тайтон», DUCOTIP 45 фирмы «Дюко»), объём подоконника («АЭРОФЛЭТ» фирмы «Зигения»).
Стеновые клапаны требуют наличия сквозного отверстия в стене. В состав таких клапанов входят: наружный козырёк (предотвращающий попадание ливневой влаги внутрь помещения), труба для прохода воздуха через толщу стены, сам клапан на внутренней поверхности стены. Клапаны имеют органы управления (ручное или автоматическое) для регулирования притока воздуха, могут быть использованы противомоскитные сетки и фильтры, звукопоглощающие элементы, теплозащита, предотвращающая промерзание стены, в том числе и устройства подогрева поступающего воздуха. Звукоизоляция, обеспечиваемая такими клапанами, может достигать величин, сравнимых с аналогичными характеристиками стены (до 52 дБ у клапана «АЭРЭКО»).
Подобные устройства широко используют в Европе, однако до сих пор не нашли достойного распространения в нашей стране. Производители из Германии, Франции, Дании, Бельгии, Великобритании, Польши, скандинавских стран предлагают клапаны самых разных конструкций – некоторые фирмы уже появились и известны на российском рынке. Поскольку для производителей окон и строителей это достаточно новое оборудование, возникает много вопросов по его характеристикам, работе и монтажу, а также сомнений в эффективности такого оборудования в российских климатических условиях.
Характеристики вентиляционных клапанов Сам факт присутствия на рынке клапанов десятков моделей многих производителей говорит о том, что некоего «идеального» клапана не существует, и все они оказываются востребованы в тех или иных условиях, а выбирать их нужно по комплексу параметров, а не по какой-то одной характеристике.
На какие характеристики клапанов надо обратить внимание, чтобы максимально эффективно использовать их преимущества?
Цена Естественно желание потребителя купить товар как можно дешевле. Известно, насколько важен ценовой фактор, когда проводится тендер по выбору поставщика оконных конструкций. В этом плане оконные клапаны принципиально отличаются от ПВХ-профиля, фурнитуры и стеклопакетов. В перечисленных позициях используют унифицированные конструктивные решения, однотипные материалы и близкая по объёму материалоёмкость. Отсюда и весьма небольшой разброс цен. Стоимость же оконных клапанов со сравнимой пропускной способностью и звукоизоляцией может отличаться в 10 раз, что связано с разной материалоёмкостью, конструктивным решением и применяемыми материалами. Это означает, что совсем не обязательно искать самые дешёвые модели, и вовсе не означает, что самый дорогой клапан – самый хороший. Необходимо учитывать потребительские параметры клапанов в комплексе.
Пропускная способность Если на каком-то конкретном объекте заказчик (проектировщик) по притоку воздуха сделал ставку на использование клапанов, их количество и месторасположение основываются на вентиляционных нормативах и правилах. Обычно для обеспечения компенсации необходимой вытяжки 110–140 м3 воздуха в час достаточно установки в жилых комнатах 3–4 клапанов с производительностью 30–40 м3/час при перепаде давлений 10 Па. На рынке встречаются устройства «микровентиляции» и «самопроветривания», в которых корпуса клапана, как такового, нет. Для прохода воздуха используют вырезы в контурах уплотнения, внутренние полости профиля и простейшие органы управления притоком, скрытые в профиле. Такие устройства дёшевы, мало влияют на характеристики окна по звукоизоляции, но имеют производительность на уровне нескольких м3 воздуха в час. Для притока необходимого количества воздуха в помещения количество таких устройств должно быть соответственно увеличено (для притока 140 кубометров, потребуется 28 клапанов с производительностью, например, 5 м3/час).
Звукоизоляция Если вспомнить, что главное в новых строительных технологиях (в частности, в применении герметичных окон) – создание наиболее комфортных условий проживания людей, а уровень шума в помещении является одной из наиболее важных характеристик комфорта, становится ясно, что при выборе того или иного клапана необходимо обратить внимание, насколько сильно его установка повлияет на звукоизоляцию окна. Фирмы-производители оконных клапанов в лабораторных условиях испытывают свою продукцию по различным методикам и указывают величины звукоизоляции в каталогах и рекламных материалах. Встречаются такие характеристики, как звукоизоляция от транспортного шума RAтран в дБА, индекс изоляции воздушного шума Rw в дБ, величина звукоизоляции Dn 10 road, Dn 10 rose в дБ. Причем одна и та же конструкция может в цифровом выражении иметь заметно отличающиеся величины разных индексов, а это означает, что выбирать клапаны просто по максимальной цифре, характеризующей звукоизоляцию, не совсем правильно. Специалисты по строительной акустике НИИ строительной физики считают, что для адекватной оценки звукоизоляции окна с клапаном (если речь идёт о транспортном шуме) необходимо в лабораторных условиях измерить RAтран данного конкретного окна в закрытом состоянии без клапана и аналогичного окна с закрытым и полностью открытым клапаном. Отметим, что на российском строительном рынке уже присутствуют оконные клапаны с весьма высокими акустическими характеристиками, практически не снижающие звукоизоляцию закрытого окна.
Приточные устройства «АЭРЭКО»
Место установки клапана При оценке привлекательности того или иного клапана очень важно учитывать, где его предстоит установить, так как сам монтаж и сопутствующие расходы могут превысить стоимость самого клапана. Ясно, что при отсутствии окон как таковых (подсобные помещения, гаражи и т.д.) придётся использовать стеновые клапаны. При возможности выбора между стеной и окном необходимо учитывать и затраты на монтаж. Одно дело – оставить отверстия для клапана в стене при строительстве коттеджа или изготовлении панели на заводе ЖБИ, другое дело – делать отверстие в квартире «сталинского» кирпичного дома. Важно также, монтируют ли клапаны на стадии изготовления окна в цехе или придётся монтировать их на уже стоящих окнах в обжитых квартирах. В этом случае клапаны, монтируемые непосредственно в переплёт окна без замены стеклопакета, наиболее предпочтительны. Клапаны, монтируемые в запененный стык окно-стена, вообще могут быть установлены только в момент монтажа окна, иначе окно придётся перемонтировать.
Органы управления По типу регулирования притока воздуха клапаны могут не иметь вообще никаких органов управления, иметь ручное управление и автоматическое управление по тем или иным параметрам. Клапаны без управления – это простейшая щель для прохода воздуха с минимальным обустройством. Движение воздуха через них определяется перепадом давлений воздуха снаружи и внутри помещения, а количество воздуха – перепадом и проходным сечением. Более сложные и удобные в эксплуатации клапаны имеют подвижные заслонки, управляемые вручную. Таким образом, потребитель имеет возможность регулировать приток воздуха по своему желанию. В ряде клапанов используют элементы автоматики, направленные на увеличение энергосберегающих способностей окна с клапаном. Часто используются подвижные заслонки, находящиеся в потоке проходящего через клапан воздуха и частично запирающие воздушный канал при резких порывах ветра и вообще при увеличении перепада давлений. Такие устройства играют роль автоматического стабилизатора величины подаваемого снаружи воздуха. Аналогичную роль могут играть и заслонки, реагирующие на падение температуры внешнего воздуха (что аналогично увеличению перепада давлений при естественной вентиляции). Существуют стеновые и оконные клапаны с регулированием притока воздуха по уровню относительной влажности внутреннего воздуха (гигрорегулируемые клапаны), позволяющие учитывать при организации притока воздуха реальные потребности находящихся в помещении людей.
Проблема «промерзания» клапанов При появлении на российском рынке оконных вентиляционных клапанов в конце 1990-х годов, одновременно появились и опасения, что продукция из европейских стран с весьма тёплыми зимами не выдержит испытания нашими отрицательными температурами. Опасения эти абсолютно логичны, поскольку сам принцип любого клапана – ввести струю холодного внешнего воздуха в тёплое помещение с влажным воздухом (зимой содержание влаги вне и внутри помещения отличается на порядок). При этом внутри помещения неизбежно окажутся некоторые детали клапана, обдуваемые внешним воздухом и имеющие, соответственно, внешнюю температуру. Поскольку и производители, и потребители современных герметичных окон хорошо знакомы с проблемой конденсата и обмерзания краёв стеклопакетов, эти опасения автоматически переносят и на клапаны.
Справедливости ради надо отметить, что на некоторых моделях оконных клапанов из европейских стран при морозах 10–30°C наблюдались такие явления, как примерзание заслонок, появление конденсата и наледи на корпусе. Дело тут, конечно, не в климате страны-производителя, а в конструкционных особенностях клапанов и применяемых материалах для их изготовления. С другой стороны, известны факты успешного использования, например, французских оконных клапанов в Новосибирске с температурами до минус 45°C.
При выборе того или иного клапана для работы в районах с отрицательными температурами нужно просто обращать внимание на его устройство. Раз уж неизбежно появление внутри помещения деталей с внешней температурой, конструктивно должен быть обеспечен обдув этих деталей внешним воздухом, чтобы не допустить их контакт с влажным внутренним воздухом (своеобразная динамическая защита). Если для изготовления клапана применяют материалы с высокой теплопроводностью (сталь и алюминий) необходимо обращать внимание на распределение температур по корпусу клапана, чтобы вне зоны обдува не вызывать появление так называемой точки росы. В любом случае, для нормальной работы клапанов требуется движение воздуха через них, за что несёт ответственность уже вытяжная система здания. Именно по этой причине в нашей стране невозможно в лабораторных условиях корректно смоделировать работу оконных клапанов в реальных зимних условиях: потребуется генератор холодного (минус 30–40°C) воздуха с производительностью 40–50 м3/час и поддержание в тёплой части климатической камеры реальной для зимы относительной влажности 25–30%.
Тем не менее, десятки оконных фирм, работающих с оконными клапанами на постоянной основе, нашли выход в проведении своеобразных натурных испытаний для снижения риска возможных рекламаций. Самое простое – это установить клапаны в герметичные окна нескольких своих сотрудников, понаблюдать за работой оборудования в течение зимы и только после этого принимать решение.
Вентиляционные клапаны и проблема энергосбережения Раз уж без свежего воздуха для нормального самочувствия людей не обойтись, а в холодное время года его надо подогревать и тратить на это деньги, становится ясно, что делать это нужно экономно. К сожалению, в строительной литературе до сих пор встречаются призывы обеспечить в квартирах 2-, 3-кратный воздухообмен. Тянется это всё из советских представлений о неисчерпаемости и дешевизне наших энергоносителей. В литературе часто приводят структуру тепловых потерь жилого дома, где доля окон составляет 30–40%. Но относится это к старой «столярке» со щелями и служит убедительным доказательством необходимости скорейшего и массового перехода на современные герметичные окна.
В зданиях, возведённых в соответствии с современными нормами по утеплению, ситуация совершенно иная. Если в средней полосе России построен (реконструирован) жилой дом с сопротивлением теплопередаче стен на уровне 3 м2 °С/Вт и окон на уровне 0,5-0,6 м2 °С/Вт, то подогрев нормативного количества вентиляционного воздуха составит 50-60% всех тепловых потерь. Таким образом, в современных зданиях подогрев вентиляционного воздуха становится «врагом номер один» в плане дальнейшего энергосбережения.
Именно поэтому периодическое проветривание помещений открыванием створок с большим неконтролируемым поступлением холодного воздуха в здания к энергосбережению отношения не имеет никакого. Требуется управляемый постоянный приток воздуха в нормативных количествах. Если приток воздуха в жилые помещения происходит через вентиляционные клапаны, для энергосбережения основную роль играет тип управления клапанов. Трудно ожидать, что сами жильцы без приборов, вручную, установят оптимальный приток, хотя и этот способ гораздо более эффективен по сравнению с традиционным проветриванием. В то же время многолетние испытания гигрорегулируемой вентиляции с оконными и стеновыми клапанами показали, что за счёт автоматического снижения притока в помещениях с отсутствующими жильцами (влажность воздуха в пустых помещениях всегда ниже) можно сэкономить от 15 до 40% тепла, идущего на подогрев вентиляционного воздуха с фиксированным протоком.
В настоящее время АПРОК ведёт работу по созданию в соответствии с Федеральным законом «О техническом регулировании» отраслевого стандарта по использованию вентиляционных клапанов. Мы рассчитываем, что его разработка будет завершена в 2007 году и станет дополнением уже изданных стандартов и рекомендаций АВОК по вентиляции жилых зданий (например «Технических рекомендаций по организации воздухообмена в квартирах многоэтажного жилого дома» ТР АВОК-4-2004). Это поможет и оконным фирмам, и проектировщикам в создании комфортных условий во вновь строящихся и реконструируемых зданиях.
А.В. Спиридонов, к.т.н., президент АПРОК,
Б.И. Бутцев, к.ф-м.н., руководитель технического комитета АПРОК