Воздухопроницаемость окон и материалов наружных стен

Воздухопроницаемость окон и материалов наружных стен. Влияние на газовый
режим помещения.
http://www.winews.ru/?id=8&nid=238
Человек в течение одного часа вдыхает и выдыхает около 500 л воздуха, поэтому чистота
воздуха напрямую отражается на здоровье человека. Система приточно-вытяжной
вентиляции в помещениях обеспечивает требуемые значения параметров микроклимата:
величину концентрации пыли, углекислого газа и других примесей различной
токсичности. Работа приточно-вытяжной системы вентиляции непосредственно связана с
воздухопроницаемостью наружных ограждающих конструкций – стен и окон.
Комфорт воздушной среды напрямую зависит от химического состава воздуха. Вредные
вещества в виде пыли и газов различной дисперсности и токсичности поступают в
помещения вместе с воздухом с улицы: выхлопы автотранспорта, выбросы вредных
веществ промышленными предприятиями, ТЭЦ и др.
Вредные примеси поступают в воздух также и от источников внутри помещения:








пыль;
газы и аэрозоли;
полимерные поверхности;
пары различных растворителей от окрашенных или пропитанных поверхностей;
в процессе приготовления пищи;
пыль от тканей;
коррозия материалов;
различные бактерии от людей и животных, в том числе двуокись углерода,
вырабатываемая при дыхании человека, животных.
Рис. 1. Концентрация кислорода в воздухе
На рис. 1, 2а и 2б показано, как при поступлении в легкие человека в процессе дыхания
меняется химический состав воздуха соответственно по кислороду и углекислому газу. На
оси Х, в процентах, представлено содержание кислорода (рис. 1) и углекислого газа (рис.
2а и 2б) в воздухе. На оси Y – 1-процентное содержание кислорода и углекислого газа в
воздухе до поступления в легкие человека; 2-процентное содержание кислорода и
углекислого газа в воздухе, выдыхаемом человеком. Анализ графиков показывает, что
количество кислорода в воздухе в результате ассимиляции его в легких человека
уменьшилось в 1,27 раза, а количество углекислого газа возросло в 119 раз. Поэтому
санитарно-гигиенические нормы воздухообмена в помещении – это тот минимальный
расход воздуха, который должен поступать и удаляться из помещения для обеспечения
благоприятного газового режима.
Рис. 2а. Концентрация углекислого газа в Рис. 2б. Концентрация углекислого газа в
атмосферном воздухе
воздухе, выдыхаемом человеком
Наше обоняние неспособно сигнализировать о наличии в воздухе всех вредных для
организма веществ, а если мы и ощущаем присутствие каких-либо вредных примесей, то
организм может не отвечать какой-либо защитной реакцией или отвечать головной болью,
усталостью, покраснением кожи, ощущением духоты, аллергическими реакциями.
Загрязняющие воздух вещества проникают в организм человека в основном через органы
дыхания, а также через кожу и с пищей. Главный способ снижения влияния вредных
примесей, поступающих с воздухом в помещения, на организм человека – это организация
в помещении в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями необходимого
воздухообмена, который обеспечивает система приточно-вытяжной вентиляции. Но
несмотря на это, происходит ликвидация элементов систем вентиляции в помещениях,
зданиях и сооружениях различного назначения. В результате нарушается работа
вентиляции, снижается воздухообмен в помещениях, ухудшается качество среды
обитания.
Проанализировать особенности воздушно-теплового и газового режимов помещений
здания – сложная задача. Здание в каждый момент времени находится в одном из
промежуточных воздушно-тепловых режимов, который определяется изменением
климатических характеристик и режимом эксплуатации за прошедшие дни. Поэтому на
кафедре отопления и вентиляции Московского государственного строительного
университета разрабатывается комплекс методик, позволяющих прогнозировать
изменение параметров воздушно-теплового и газового режимов помещений здания во
времени.
Научно-технический прогресс привел не только к улучшению человеком многих
параметров своей среды обитания (например, скорость, достигаемая сверхзвуковыми
самолетами, превышает скорость полета самых быстрых птиц более чем в 20 раз). К
сожалению, в строительстве зданий и сооружений произошло обратное явление:
современное домостроение связано с необходимостью применения новых строительных
материалов повышенной прочности и долговечности, новых эффективных утеплителей,
полимерных или синтетических отделочных материалов, новых окон. От проверенного
временем экологически чистого строительного материала, такого как дерево, отказались
ради увеличения пожарной безопасности строений. В кирпичных домах удавалось создать
благоприятную среду обитания для человека, поскольку кирпич также является
экологически чистым строительным материалом с длительным сроком эксплуатации.
Вместо дерева стали применять обыкновенный красный кирпич, а в ХХ веке вместо
дерева и кирпича – железобетон и другие виды бетонов. Появились силикатный и другие
качественные виды кирпича с улучшенными теплотехническими свойствами. Начиная с
1995 года только из кирпича здания не строят: стена стала многослойной – с применением
эффективных утеплителей, железобетона, а кирпич используют для облицовки. Отказ от
красного кирпича и дерева при строительстве зданий и сооружений привел к ухудшению
химического состава воздуха внутри помещений. В частности, концентрация двуокиси
углерода увеличилась почти в 20 раз.
Наружные стены зданий, выполненные из современных строительных материалов, в том
числе железобетона (или иного бетона) и эффективных утеплителей, обладают высоким
сопротивлением воздухопроницанию по сравнению с деревянными и кирпичными
стенами, что снижает количество поступающего свежего воздуха в помещения при
фильтрации воздуха через наружные ограждающие конструкции.
Современные жилые здания в основном оборудованы естественной системой вентиляции.
Приток свежего воздуха для работы системы естественной вентиляции помещений
складывается из воздуха, фильтрующегося в помещения сквозь неплотности окон, стыки
стен и через наружные ограждающие конструкции. Минимальное количество воздуха,
требуемое для вентиляции помещений, необходимо, чтобы в помещении концентрация
диоксида углерода была ниже величины предельно допустимой концентрации (ПДК) [1,
2].
Концентрация углекислого газа в чистом воздухе приземного слоя атмосферы в 119 раз
меньше концентрации двуокиси углерода в воздухе, выдыхаемом человеком, – это
является причиной быстрого увеличения концентрации двуокиси углерода и других
вредных веществ в помещении, не оборудованном системой принудительной вентиляции.
Проведены расчеты воздушно-теплового и газового режимов типового 12-этажного
здания в холодный период года в расчете на климатические условия Москвы [3] для
определения изменения концентрации диоксида углерода в воздухе помещения. В
рассматриваемом здании на 5-м этаже в квартире общей площадью 100 м2, в комнате
площадью 20 м2, находятся два человека в течение 24 ч. В этой комнате есть одно окно
площадью 1,5 м2. Проведены расчеты для двух вариантов воздухопроницаемости окна: 5
кг/(м2xч) согласно современным нормам [4] и 10 кг/(м2xч) согласно нормам до 1995 года
[5]; для обоих вариантов положения межкомнатной двери – закрыта и открыта; для
четырех вариантов строительных материалов наружных стен: железобетон, кирпич
красный обыкновенный, керамзитобетон плотностью 900 кг/м3, дерево. Состояние
межкомнатной двери в данный промежуток времени влияет на объем воздуха внутри
помещения, что сказывается на концентрации двуокиси углерода: при закрытой двери
объем равен 54 м3, при открытой – 270 м3.
Пример. Расчет изменения концентрации диоксида углерода при непостоянном во
времени воздушно-тепловом и газовом режимах здания в холодный период года
проводился при среднесуточных температурах наружного воздуха (–28, –15, –5, 0 °С).
При температуре наружного воздуха, равной 0 °С, проведены расчеты при указанной
выше воздухопроницаемости окна, при воздухопроницаемости с приоткрытым окном
(щель) и при открытом окне для дополнительного проветривания помещения.
Результаты исследований показаны на графиках (рис. 3–6), где приведены значения
концентрации двуокиси углерода при различных температурах наружного воздуха при
заданных четырех вариантах строительных материалов наружных стен: бетон, кирпич,
керамзитобетон легкий, дерево. При воздухопроницаемости окна 5 кг/(м2xч) и закрытой
межкомнатной двери – рис. 3, при воздухопроницаемости окна 5 кг/(м2xч) и открытой
межкомнатной двери – рис. 4, при воздухопроницаемости окна 10 кг/(м2xч) и закрытой
межкомнатной двери – рис. 5, при воздухопроницаемости окна 10 кг/(м2xч) и открытой
межкомнатной двери – рис. 6. При температуре 0 °С на всех рисунках показана
концентрация диоксида углерода при закрытом окне, при небольшой щели (0/1) и при
открытом окне (0/2).
Рис. 3. Изменение концентрации двуокиси углерода при воздухопроницае-мости окна
5 кг/(м2 ( ч) и закрытой межкомнатной двери
Рис. 4. Изменение концентрации двуокиси углерода при воздухопроницае-мости окна
5 кг/(м2 ( ч) и открытой межкомнатной двери
Рис. 5. Изменение концентрации двуокиси углерода при воздухопроницае-мости окна
10 кг/(м2 ( ч) и закрытой межкомнатной двери
Рис. 6. Изменение концентрации двуокиси углерода при воздухопроницае-мости окна
10 кг/(м2 ( ч) и открытой межкомнатной двери
Анализ полученных результатов показал, что пониженные значения концентрации
вредной примеси имеются в доме с деревянными стенами, несколько выше значения
концентрации углекислого газа в доме со стенами из легкого керамзитобетона и кирпича,
а самые высокие концентрации вредной примеси в доме с железобетонными стенами.
Больший объем воздуха при открытых межкомнатных дверях понижает концентрацию
двуокиси углерода в комнате. Современные эффективные утеплители обладают низкой
воздухопроницаемостью, что повышает сопротивление воздухопроницаемости стен из
кирпича с прослойкой из эффективного утеплителя до воздухопроницаемости стен из
керамзитобетона плотностью 1100 кг/м3. Воздухопроницаемость материалов окон сильно
влияет на величину концентрации вредных примесей в помещении. Современные ПВХокна обладают низкой воздухопроницаемостью, что приводит к значительному росту
концентрации двуокиси углерода в помещении по сравнению с окнами, принятыми в
эксплуатацию в зданиях до 1995 года.
В вопросе формирования комфортного микроклимата в помещении работа системы
вентиляции занимает одно из первых мест. Попытки заменить вентиляцию
проветриванием приводят к отрицательным результатам, так как необходимость в
проветривании помещения – осознанная человеком потребность в свежем воздухе,
осуществляемая путем открывания-закрывания окна (что уместно в теплый период года).
В нашей стране холодный период года длится – в зависимости от географической широты
– более 200 суток, а период с отрицательными температурами наружного воздуха
составляет в среднем 5–6 месяцев в году.
Поэтому открывание окон для проветривания в холодный период с образованием
небольших щелей, размер которых человек не может контролировать, приводит к
поступлению в помещения слишком больших объемов холодного воздуха, что в свою
очередь повышает энергетические затраты – необходимо нагреть этот воздух. Также
растет число простудных заболеваний у людей. Проветривание помещений путем
открывания-закрывания окна – процесс, зависящий от активности самого человека.
Например, человек по каким-либо причинам не может подойти к окну и открыть его или
закрыть. Смысл и основная функция работы системы вентиляции – постоянная подача и
удаление воздуха из помещения, причем в заданном количестве в присутствии или
отсутствии в помещении человека независимо от состояния его здоровья и активности.
Новые нормы по теплозащите зданий требуют экономить тепловую энергию, в том числе
за счет снижения воздухообмена в помещениях. Это приведет к необходимости более
частого проветривания помещений в холодный период года. В итоге может свестись на
нет экономия тепла несмотря на применение новых эффективных утеплителей и наличие
герметичных окон, так как, возможно, увеличится количество простудных заболеваний
Литература, использованная при подготовке материала
1. СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование».–М.: Госстрой
России,
1998.
2. СНиП
2.08.01-89*
«Жилые
здания».–М.:
Госстрой
России,
1998.
3. СНиП 23-01-99 «Строительная климатология».–М.: Госстрой России, 1999.
4. СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника».–М.: Госстрой России, 1998.
5. СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника».–М.: Стройиздат, 1986.
Андрей РЫМАРОВ
доцент МГСУ, к. т. н.
Кирилл ЛУШИН
ассистент кафедры отопления и вентиляции МГСУ
Алексей ЛАТУШКИН
ассистент МГСУ
Владимир СМИРНОВ
студент факультета теплогазоснабжения и вентиляции МГСУ