Кондиционеры настенного типа
FTXS-K

Публикации

Особенности работы воздушных клапанов в окнах в квартире жилого здания в холодный период года

РЫМАРОВ А. Г., доцент канд. техн. наук,

СМИРНОВ В.В., инженер, аспирант,

ЗИНЧЕНКО Д.Н., инженер, аспирант, кафедра Отопления и вентиляции МГСУ

                                                                                                                                                                                                                                         

Естественная вентиляция на сегодняшний день применяется в жилых, общественных, административных и офисных зданиях. Главное преимущество естественной вентиляции – низкие капитальные и эксплуатационные затраты. Существуют следующие препятствия для работы естественной системы вентиляции в квартире жилого здания:

1. современные герметичные окна;

2. закрытые герметичные межкомнатные двери и двери в ванную и санузел;

3. недостаточный размер вентиляционных каналов;

4. вмешательство жильцов в конструкцию вентиляционной системы (замена или ликвидация вентканалов, изменение трассировки, установка вентиляторов и т.д.).

Естественная вентиляция выполняет задачу по формированию требуемых значений микроклимата Б помещениях, таких как: температура, относительная влажность и концентрация вредных примесей.

Для работы естественной вентиляции требуется неорганизованный приток свежего воздуха, например, через окна, обладающие заданным сопротивлением воздухопроницанию и вытяжные каналы на кухне и в санузле, рассчитанные на соответствующие расходы перемещающегося по ним воздуха.

Применение современных герметичных окон происходит повсеместно, но при этом остается вопрос: откуда взять приточный воздух? Наилучший вариант – это применить механическую приточную вентиляцию, но это возможно не всегда и не везде. Открывание окон и фрамуг приведет к выхолаживанию помещений, что не приемлемо по санитарно-гигиеническим нормам.

Один из способов подать наружный воздух в помещения – это применить воздушные клапаны, через которые воздух поступает автоматически при отклонении относительной влажности в помещении от требуемого значения или при ручном регулировании, когда человек открывает или закрывает клапан самостоятельно. Влияние на относительную влажность воздуха в помещении оказывает человек, растения, животные бытовые процессы. При автоматическом открытии/закрытии клапана если относительная влажность воздуха в помещении низкая, например, зимой она часто не превышает 30-40%, то клапан будет всегда закрыт.

Воздушный клапан врезается в верхнюю часть оконного блока в центре выше стеклопакета. При открытом клапане в холодный период года образуется струя холодного воздуха, которая поднимается вверх и в зависимости от скорости и температуры в струе развивается в помещении, затухая и приобретая температуру, равную температуре внутреннего воздуха, втечение некоторого интервала времени. Вопрос заключается в том, какова будет скорость воздуха и его температура в расчетном режиме холодного периода года и не приведет ли данная технология к увеличению теплопотерь и к дискомфорту в помещениях квартиры?

Таблица 1

Кухня

1

Температура внутреннего воздуха в помещении, °С

23,1

2

Относительная влажность воздуха в помещении, %

44,2

3

Средняя скорость воздуха у воздушного клапана

4,6

4

Расход приточного воздуха, м3

19,8

5

Температура приточного воздуха на выходе из воздушного клапана, °С

1,5

Таблица 2

Комната 17,8 м2

1

Температура внутреннего воздуха в помещении, °С

25,2

2

Относительная влажность воздуха в помещении, %

30,4

3

Средняя скорость воздуха у воздушного клапана

4,8

4

Расход приточного воздуха, м3

20,7

5

Температура приточного воздуха на выходе из воздушного клапана, °С

1,2

Таблица 3

Комната 13,2 м2

1

Температура внутреннего воздуха в помещении, °С

25,6

2

Относительная влажность воздуха в помещении, %

46

3

Средняя скорость воздуха у воздушного клапана

5,31

4

Расход приточного воздуха, м3

22,9

5

Температура приточного воздуха на выходе из воздушного клапана, °С

1,5

Проведены исследования воздушных клапанов с ручным регулированием, установленных в ПВХ окнах в квартире на 10-м этаже 16-этажного жилого типового здания в г. Москве. Исследования проводились при температуре наружного воздуха 0 °С и при скорости ветра 3-6 м/с, при открытом положении воздушного клапана. Измерения проводились в помещениях кухни и в двух комнатах квартиры прибором Testo 435-4 с трехфункциональным зондом. Результаты исследований приведены в таблицах.

Температура и относительная влажность внутреннего воздуха соответствуют нормам. Скорость воздуха на выходе из клапана меняется от 4,6 до 5, 31 м/с, что связано с образованием достаточно мощной струи холодного воздуха с начальной температурой 1,2-1,5 СС. Анализ результатов представлен на рис.1-3.

5.jpg

На рис. 1 показано, сколько воздуха поступает в помещения квартиры в период испытаний, при этом, перепад давления между наружным и внутренним воздухом составил 23,96 Па. Из рисунка видно, что меньше воздуха поступает на кухню, несколько больше в среднюю комнату и чуть больше в дальнюю комнату, суммарный расход воздуха равен 63,4 м3/ч, что меньше требуемого минимального воздухообмена при электрической плите на кухне равном:

60 + 50=110м3/ч.

Проведен расчет характеристики сопротивления воздушного клапана для получения расходов воздуха при перепаде давления между наружным и внутренним воздухом равном 40,82 Па (температура наружного воздуха равна -28 СС, скорость ветра принята равной 4,9 м/с).

Расходы в помещениях квартиры получены следующие:

  • на кухне – 25,85 м3/ч,
  • в комнате 17,8 м2 – 27,02 м3/ч,
  • в комнате 13,2 м2 – 29,89 м3/ч,
  • суммарное количество приточного воздуха оказалось равным 82,8 м3/ч, что так же меньше требуемого минимального воздухообмена.

На рис. 2 показаны величины расходов приточного воздуха, поступающего в помещения квартиры, при величине перепада давления равной 40,82 Па.

Данные исследований показывают, что воздухообмен, полученный с применением воздушного клапана, ниже требуемого в исследуемом и в расчетном случаях согласно норм. Температура приточного воздуха слишком мала для быстрого нагрева данного количества воздуха системой отопления.

На рис.3 показаны начальные скорости струй, поступающих в помещения квартиры при перепадах давления 23,96 Па и 40,82 Па, из графиков видно, что скорость изменяется от 4,5 до 7 м/с.

#1-5.jpg

Проведен расчет приточной струи по методике [1], данная струя является плоской, неизотермической, холодной, направленние развития – вверх помещения, расстояние до оконного откоса – 0,15 м, силы инерции развивают струю вверх, а гравитационные силы – вниз. Струя движется вверх вдоль окна, ударяется в оконный откос, поворачивает внутрь помещения. Для расчета температуры, скорости и расстояния, на которое опустится струя при движении в рассматриваемых помещениях квартиры, рассчитываем критерии Архимеда начальный и локальный Аr0 и Аrх.Полученные данные расчета струй на расстоянии 1 м от окна приведены в табл. 4.

Таблица 4

Помещение

Температура наружного воздуха, °С

Скорость, м/с

Разность между температурой внутреннего воздуха и в струе, °С

Расстояние до пола, м

Кухня

0

0,28

7,83

1,35

– 28

0,75

8,86

1,12

Комната 17,8 м2

0

0,32

8,01

1,34

– 28

0,74

9,76

1,16

Комната 13,2 м2

0

0,45

6,38

1,46

– 28

0,55

14,52

1,31

Из полученных данных видно, что имеет место дутье холодного воздуха из воздушного клапана во всех помещениях квартиры, что приведет к необходимости закрыть воздушные клапаны.

При исследованиях анализ качества воздушного клапана не проводился, особенностью рассматриваемого клапана является наличие ручного регулятора размера щели для притока воздуха.

Если воздушный клапан открыт, то при отсутствии подогрева наружного воздуха клапан обмерзает шапкой льда, что приводит к прекращению его работы.

Прежние типы окон обладали заданной и не выше требуемой воздухопроницаемостью, при этом потоки холодного воздуха через щели размером доли миллиметра легко нагревались отопительными приборами системы отопления, что не приводило к дутью холодного воздуха.

Литература

1. Гримитлин М.И.Распределение воздуха в помещениях. М.: «Стройиз-дат», 1982.