КОНСТРУИРОВАНИЕ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ В ЖИЛЫХ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЯХ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 697.922.2

ао1:10.55287/22275398_2023_2_123

КОНСТРУИРОВАНИЕ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ В ЖИЛЫХ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЯХ

К. М. Фатуллаева

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), г. Москва

Аннотация

Были определены преимущества металлических воздуховодов для обеспечения нормируемого воздухообмена в квартирах, подтвержденные результатами расчета воздушного режима многоквартирного жилого дома. Для выбранного жилого дома была предусмотрена естественная система вентиляции с притоком воздуха через аэрационные проемы и вытяжкой через вентиляционные каналы, предусмотренные в помещениях кухни, ванной комнаты и санузла. При проектировании системы вентиляции необходимо определить поперечные сечения воздуховодов систем вентиляции таким образом, чтобы в результате расчета воздушного режима здания при расчетных для вентиляции погодных условиях, а именно при температуре наружного воздуха, равной 5 оС и полном безветрии, добиться нормируемого воздухообмена в квартирах. В результате выполнения расчетов по наладке систем вентиляции, которые обеспечивают нормируемый воздухообмен, было выявлено, что необходимо изменять поперечное сечение вентиляционных каналов, т. е. их аэродинамическое сопротивление, что возможно в случае металлических воздуховодов.

Ключевые слова

естественные системы вентиляции, нормируемый воздухообмен, воздушный режим зданий, многоквартирные жилые дома, скорость движения воздуха

Дата поступления в редакцию

10.02.2023

Дата принятия к печати

01.03.2023

Введение

Статья посвящена рассмотрению систем естественной вентиляции многоквартирных жилых домов, в которых воздуховоды вытяжной естественной системы вентиляции могут быть как металлическими, так и в строительном исполнении.

Воздухообмен внутри здания является сложным процессом, который зависит от множества факторов, которые учитываются при расчете воздушного режима здания. Решение воздушного режима здания представляет собой решение системы уравнений, количество которых зависит от числа узлов в аэродинамической схеме здания [1 - 3]. Узлами системы являются помещения здания и узлы систем вентиляции, в которых потоки воздуха соединяются и разделяются. Таким образом, система уравнений включает в себя формулы расчета расхода воздуха, проникающего

03

г

м О

-I

м

Э СО

х ц

* и

К Ц

Н I

(и и

(и н и

и <и

I

га и о

а ^

> а

ж!

■ О

<

ш

ш <

с;

с; >

н <

е

через наружные ограждающие конструкции (окна, двери), внутренние ограждающие конструкции (две, выходящие в общий коридор, удаляемого вытяжными системами вентиляции (на каждую вытяжную систему отдельно), и расхода воздуха, который проникает через приточное отверстие. Расходы воздуха зависят от разности давлений, приложенных с обеих сторон рассматриваемого элемента, и от характеристик сопротивления оконных и дверных проемов и элементов вентиляционных систем.

Не менее важным является проектирование системы вентиляции, которая обеспечивает нормируемый воздухообмен в здании. Несмотря на возможность проектировать централизованные приточные и вытяжные системы вентиляции [4], в массовом многоквартирном жилом строительство предпочтение отдают естественным системам вентиляции, что связано не только с простотой проектирования и монтажа, но и с экономией жилой площади, которую занимает сеть воздуховодов внутри квартиры.

Естественные приточно-вытяжная вентиляция представляют собой следующее: приток воздуха через аэрационный проем в жилые помещения, вытяжка через вытяжные каналы из помещений кухни, ванной комнаты и санузла, которые могут быть изготовлены из листовой стали или в строительной конструкции.

Задача проектировщика в том, чтобы выбрать поперечные сечения вентиляционных каналов, которые будут обеспечивать воздухообмен не ниже нормируемых значений при расчетных условиях.

Постановка задачи

Задача заключается в определении размеров каналов вытяжной системы вентиляции для обеспечения расходов воздуха в квартирах жилого здания не ниже нормируемых значений.

Методика исследования

Для решения поставленной задачи выполнен расчет воздушного режима одной секции многоквартирного жилого дома с естественной приточно-вытяжной вентиляцией, которая обеспечивает нормируемый воздухообмен квартир. Зная расход воздуха, который необходимо удалить из помещения, и нормируемой скорости в сечении воздуховодов подбираются поперечное сечение воздуховодов. И с учетом этих данных, решается система балансовых уравнений, которые должны сойтись. Полученные результаты позволили определить преимущества и недостатки исполнения вентиляционных каналов в строительном исполнении по сравнению с металлическими воздуховодами.

Обсуждение результатов. Не смотря на все чаще встречающиеся механические системы вентиляции в массовом многоквартирном жилом строительстве [5, 6, 7, 8], в статье будет рассмотрен жилой дом с естественным побуждением движения воздуха. Приток воздуха осуществляется через аэрационное отверстие (в данном случае через откидную сворку окна), а удаление воздуха — через вытяжные каналы.

В соответствии с [4] каналы вентиляционных систем могут быть металлическими или выполнены в строительном исполнении в жилых домах высотой до 50 м. Во многих регионах не развито высотное строительство, жилые дома имеют не более 15 этажей, в связи с чем каналы вентиляционных систем выполнены в строительной конструкции.

В рассматриваемом здании заложены металлические воздуховоды с одним сборным вентиляционным каналом, к которому подключаются ответвления-спутники с каждого этажа кроме

последних двух, которые обслуживаются отдельными каналами. На концах ответвлений установлены возухораспределители — решетки (Рисунок 1). Добиться требуемого воздухообмена с учетом всех факторов затруднительно, но допустимо в случаи изменения аэродинамического сопротивления участков вентиляционных систем. Как правило, на участках ответвлений создается дополнительное сопротивление путем установки регулирующих устройств, к которым относятся дроссель-клапаны, шиберы. Для изменения аэродинамического сопротивления в рассматриваемом здании на ответвлениях предусмотрены шиберы, создающие дополнительные потери давления. Для каждого помещения (кухни, ванной комнаты и санузла) предусматривается свой индивидуальный сборный канал.

Рис. 1. Принципиальная схема вытяжной системы вентиляции

При проектировании систем вентиляции жилых домов и определения поперечного сечения вентиляционного канала ориентируются на нормируемый воздухообмен. Для квартир он следующий[]:

• кухня 60 м3/ч;

• ванная, душевая, туалет, совмещенный санузел 25 м3/ч.

При предварительном подборе поперечных сечений участков вентиляционных систем ориентируются еще и на скорость. Так в соответствии с [4, 9] рекомендуемые средние скорости движения воздуха в воздуховодах систем приточной, вытяжной вентиляции для жилых зданий должны быть следующими (Таблица 1):

Таблицу 1 см. на следующей странице

03

г

м О

-I

м

Э СО

х ц

* и

К Ц

Н I

(и и

(и н и

< 5

со Щ

на *

< I

^ 12

2 > * &

хё

■ о

Таблица 1

Рекомендуемые средние скорости движения воздуха в воздуховодах систем приточной, вытяжной вентиляции для жилых зданий

Тип системы Скорость, м/с

В спутниках 1,0 - 1,5

В сборном канале 2,0 - 2,5

В вытяжной шахте До 1,0

Системы с механическим побуждением в пределах обслуживаемых помещений 1,5 - 2,5

Системы с механическим побуждением вне пределов обслуживаемых помещений 2,0 - 4,0

Для выбора наиболее эффективного варианта прокладки воздуховод выполнен расчет воздушного режима секции многоквартирного жилого дома в 19 этажей с тремя квартирами на этаже. Расчет выполняется при расчетных для вентиляции параметрах наружного воздуха:

• ^ = +5 оС;

• Ув = 0 м/с.

Приточным отверстием является открытая под углом 30 град откидная створка окна.

Задача - получить нормируемый воздухообмен из помещений.

Рассмотрим математическую модель воздушного режима здания, которая вошла в основу расчетной программы. Система уравнений, описывающая воздушный режим здания, состоит из пары уравнений для каждого узла схемы. Первое уравнение — I закон Кирхгофа (1), а второе—уравнение Бернулли (1):

(1)

Н=|

р _ р = с

' т+к 1 т ^ т

• С

(2)

При этом решается система уравнений (1), порядок которой равен числу помещений здания. В этих уравнениях расходы Gm п через каждый воздухопроницаемый элемент п каждого узла т записывается в виде уравнения (2). Неизвестными в задаче являются расходы Gm п и давления Рт в каждом узле т.

Характеристика сопротивления воздухопроницаемых отверстий определяется по формуле [10]: • для окна п , ПА / (кг/ч) 2 :

(3)

для двери п , ПА / (кг/ч) 2 :

(4)

где: Ят п — сопротивление воздухопроницанию воздухопроницаемого элемента п, (м2 • ч)/кг, при разности давлений по обе стороны воздухопроницаемого элемента 10 Па; Рт п — площадь воздухопроницаемого элемента п, м2;

10 — разность давлений для светопрозрачных заполнений проёмов окон, при которой производятся испытания их воздухопроницаемости, Па.

Характеристика аэродинамического сопротивления элементов вытяжных систем вентиляции 5, ПА/(кг/ч)2, зависят от расходов воздуха. Она определяется по формуле:

(5)

где: X — коэффициент гидравлического трения, определяющий в долях динамического давления линейную потерю давления на длине воздуховода; й—эквивалентный по скорости диаметр воздуховода, м; I—длина воздуховода, м;

С — коэффициент местного сопротивления на участке, выражающий местные потери давления в долях динамического давления; f— живое сечение элемента, м2; р — плотность перемещаемого воздуха, кг/м3.

Полное избыточное давление на здание с учетом внутреннего гравитационного давления, Па, будет равно:

Р2*-А)(а - А)+(С„,

03

г

м О

-I

м

Э СО

(6)

Представлены результате расчета воздушного режима одной из трех квартир (рисунок 2). Были достигнуты нормируемые воздухообмены (рисунок 3) путем изменения поперечного сечения участков сборного вентиляционного канала (таблица 2) и изменения аэродинамических сопротивлений на ответвлениях при помощи шиберов, установленных на ответвлениях систем вентиляции.

Рис. 2. План квартиры

X

ц

*

и

К Ц

Н I

(и и

(и н и

и <и

I

га и о

а ^

> а

ж!

■ О

<

ш

ш <

с;

с; >

н <

е

\

2-1 28 32 36 40 44 48 52 56 60 Расход воздуха, м'/ч

Рис. 3. Расходы воздуха, удаляемого системами естественной вентиляции из квартиры 1: 1, 2—из помещений санузла и совмещенного санузла, 3 — из помещения кухни

Таблица 2

Размеры поперечных сечений сборных вентиляционных каналов

Ответвления 15x150

Сборный вертикальный канал Изменение поперечного сечения канала по высоте

Система № 1 (кухня) 200x250 250x300 300x300 300x350 350x350 350x400

Система № 2 (санузел) 200x200 200x200 200x250 200x300 200x350

Система № 3 (ванная комната) 200x200 200x200 200x250 200x300 200x350

Полученные результаты свидетельствуют о необходимости совместного изменения поперечного сечения сборного вентиляционного канала и изменения потерь давления при помощи регулирующих устройств на ответвлениях для достижения требуемых расходов воздуха в системе. В таком случаи металлические воздуховоды имеют значительное преимущество перед воздуховодами в строительном исполнении, поперечное сечение сборного вентиляционного канала которого не изменяется по высоте. Помимо этого металлические воздуховоды имеют значительно меньшую шероховатость, аэродинамическое сопротивление, что улучшает аэродинамику. Единственным их недостатком является более высокая стоимость по сравнению с вариантом строительном исполнении, но это не столь значительно в случае рассмотрения работы систем вентиляции и достижения требуемого микроклимата в помещениях жилых зданий.

Выводы

Анализируя полученные результаты рекомендуется проектировать металлические воздуховоды в многоквартирных жилых домах не зависимо от высоты и этажности для обеспечения воздухообмена, максимально близкого к нормируемому.

Библиографический список

1. Малявина, Е. Г. Воздушный режим высотного жилого здания в течение года. Часть 1. Воздушный режим при естественной вытяжной вентиляции / Е. Г. Малявина, С. В. Бирюков, С. Н. Дианов // АВОК. — 2004. — № 8. — С. 6 - 13.

2. Малявина, Е. Г. Расчет воздушного режима многоэтажных зданий с различной температурой воздуха в помещениях / Е. Г. Малявина, С. В. Бирюков // АВОК.—2008. — № 2. — С. 40 - 44.

3. Агаханова, К. М. Расчет воздухообмена квартир многоэтажного жилого здания при гибридной вентиляции в переходный и теплый период года / Е. Г. Малявина, К. М. Агаханова, Ю. Н. Левина // БСТ: Бюллетень строительной техники. — 2019. — № 6 (1018). — С. 63 - 65.

4. СП 60.13330.2020. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003.—М.: Минстрой России. 2020. — 116 с.

5. СП 54.13330.2016. Здания жилые многоквартирные. Актуализированная редакция СНиП 31-01-2003.—М.: Минрегион России, 2016.—42 с.

6. Ливчак, И. Ф. Вентиляция многоэтажных жилых зданий / И. Ф. Ливчак, А. Л. Наумов. — М.: АВОК-ПРЕСС, 2005. —134 с.

7. Бройда, В. А. Эффективность приточно-вытяжных устройств с регенерацией тепла при совместной работе с естественной вытяжной вентиляцией / В. А. Бройда // Известия казанского государственного архитектурно-строительного университета. — 2011. — № 4 (18). — С. 193 - 198.

8. Шилкин Н. В., Никитина Т. П. Индивидуальное регулирование вентиляции в многоквартирных жилых зданиях / Н. В. Шилкин // АВОК. — 2020. — № 3. — С. 38 - 43.

9. Боломатов В. Н. Выбор скорости воздуха в воздуховодах систем вентиляции, кондиционирования, аспирации и противодымной защиты — В. Н. Боломатов // АВОК. — 2021. — № 3. — С. 46 - 51.

10. Тертичник, Е. И. Вентиляция / Е. И. Тертичник.—М.: Издательство АСВ, 2015. — 608 с.

и

Z н

Û -I н

D

CÛ

DESIGN OF VENTILATION SYSTEMS IN RESIDENTIAL MULTI-STOREY BUILDINGS

K. M. Fatullaeva

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow

Abstract

The advantages of metal air ducts for ensuring normalized air exchange in apartments were determined, confirmed by the results of calculating the air regime of an apartment building. For the selected residential building, a natural ventilation system was provided with air inflow through aeration openings and

The Keywords

Natural ventilation systems, normalized air exchange, air regime of buildings, apartment buildings, air velocity

X ç

s

*

u

s s J

к ç

s н i

<U

u

I

<U H

и

< S

Cû gi

S *

< I

ç S

S* zë

■ о

exhaust through ventilation ducts provided in the rooms of the kitchen, bathroom and bathroom. When designing a ventilation system, it is necessary to determine the cross-sections of the air ducts of ventilation systems in such a way that, as a result of calculating the air regime of the building under the calculated

Date of receipt in edition

Date of acceptance for printing

01.03.2023

10.02.2023

weather conditions for ventilation, namely, at an outdoor temperature equal to 5 oC and complete windlessness, to achieve normalized air exchange in apartments. As a result of calculations on the adjustment of ventilation systems that provide normalized air exchange, it was found that it is necessary to change the cross-section of the ventilation ducts, that is, their aerodynamic resistance, which is possible in the case of metal ducts.

Ссылка для цитирования:

К. М. Фатуллаева. Конструирование систем вентиляции в жилых многоэтажных зданиях. — Системные технологии. — 2023. — № 2 (47). — С. 123 - 130.