Свежий воздух

Здоровый человек без пищи сможет прожить больше месяца, без воды – неделю, а без воздуха всего несколько минут. О том, что человек находится на коротком поводке дыхания, задумываются редко – ведь воздух есть везде.

Именно дыхание является признаком жизни. «Создал Господь Бог человека из пыли земной, вдохнул в его ноздри дыхание жизни, и человек ожил» - так описывает Библия (Быт. 2:7) творение Адама.

«Человек есть то, что он ест» (Фейербах). Под едой можно понимать все ресурсы, которые потребляет человек, и от которых зависят реакции обмена веществ в человеке. Неопровержимым признаётся факт зависимости состояния человека от химического состава употребляемой воды. Да и когда качество воздуха становится дискомфортным, человек предпринимает меры, например, при смоге одевают маски, респираторы. Для нормальной работоспособности и самочувствия необходим свежий воздух. Что воздух загрязняет? В первую очередь сам человек, в основном выдыхаемый им углекислый газ. Что бы не вдыхать свой же углекислый газ, можно поступить, как Циолковский – он работал, вдыхая воздух через трубочку, проведённую в сад. Обычно для этой цели используют другие способы поступления свежего воздуха в помещение, где находится человек, например, открывают форточку. Тогда свежий воздух смешивается с воздухом в помещении, повышая в нём содержание кислорода, необходимого для функционирования организма человека. Свежий воздух вытесняет частично загрязнённый, таким образом удаляется кислород, содержащийся в загрязнённом воздухе. Т.е. при таком способе повышения качества воздуха свежего воздуха необходимо гораздо больше, чем при дыхании «по Циолковскому». На вопрос, сколько свежего воздуха необходимо, первым ответил немецкий ученый-гигиенист Макс фон Петенкофер. 

Нормы потребления воздуха человеком

В 1858 г., базируясь на допустимом количестве углекислоты в воздухе, он вычислил, что человеку для дыхания необходимо минимум 25-27 м3 свежего воздуха в час. Это количество воздуха было названо «воздушный куб» и от него до сих пор отталкиваются гигиенисты всего мира – меньше нельзя категорически т.к. человек будет задыхаться.

В настоящее время есть два подхода к нормированию воздухообмена. Ещё советские СНиПы, оперировавшие категориями минимальной площади для проживания человека, предусматривали кратность воздухообмена – для жилых помещений однократное замещение воздуха в час, для кухонь и санузлов – трехкратное. Логичный вопрос – а если в доме нет жильцов, и воздух никто не «пачкает», зачем выбрасывать на улицу тепло с незагрязнённым воздухом? Такая же ситуация в случаях, когда на одного жильца приходится много площади и много объёма помещений – в частных домах. Существующие нормы кратности воздухообмена оказываются в таких случаях избыточными и приводят к большим теплопотерям. Поэтому возникли другие отраслевые стандарты, например Стандарт АВОК (ассоциация инженеров по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике, сайт http://www.abok.ru/)  «Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена» (в Приложении 1 в конце статьи таблицы с нормами из этого документа). В этом стандарте учитывается мировой опыт и ставится задача по обеспечению комфорта пребывания человека в помещении при минимизации воздухообмена.

Явление замещения грязного воздуха в помещении свежим называется вентиляцией. Способов вентиляции много, но принцип один – если необходимо подать в помещение свежий воздух, который называется ПРИТОКОМ, необходимо удалить старый – ВЫТЯЖКА, между которыми может присутствовать транзитная составляющая - ПЕРЕТОК.

Залповое проветривание

Самый примитивный способ вентиляции называется залповым проветриванием. Идеологически его пропагандировали производители и установщики пластиковых окон на заре их появления в России. Заключается этот способ в открытии створки пластикового окна (в которых форточки не принято делать) настежь приблизительно на 15 минут. За это время теоретически весь воздух замещается свежим (при этом стены и предметы помещения зимой не успевают существенно остыть) и концентрация кислорода в помещении становится выше, чем при постепенном замещении.

Сторонники этой теории пытаются утверждать, что высокая концентрация кислорода при таком проветривании позволить «продержатся» целую ночь обитателю помещения. Наверное, при достаточном объёме помещения – высокие потолки (это точно не про мансарду) и действительно полном замещении, что выглядит сомнительно при отсутствии вытяжки, когда воздухообмен происходит только в районе окна, это может быть правдоподобным. Но в реальности происходит так, что обитатель такого помещения просыпается утром «разбитым» и уставшим, потому что не осуществил посреди ночи ещё одного залпового проветривания. Почему не открыть створку на всю ночь? Зимой в окно будет «улетать» теплый воздух, а летом в жару это ещё больше нагреет помещение. Теплопотери зимой на вентиляцию при неорганизованном воздухообмене могут превышать 50%, т.е. без правильной вентиляции об экономии теплоносителей вкупе с комфортом проживания можно забыть.

Естественная вентиляция

Традиционный способ вентиляции называется «естественная вентиляция». Естественная вентиляция функционирует по принципу разрежения – вытяжные каналы создают отрицательное давление на их входе, побуждая движение воздуха в помещении, а приток осуществляется в жилых комнатах через неплотности окон, форточки. Разрежение в вентканалах создаётся конвекцией – за счет того, что теплый воздух в помещении легче холодного наружнего и за счет движения воздуха (ветра) в оголовке вентканала. В самом принципе побуждающего действия естественной вентиляции и кроется её главная проблема – неравномерность этого побуждающего действия в течение года. Зимой, когда разница температур между помещением и улицей большая, конвективная составляющая тяги избыточна, а ещё если на улице ветер, то тяга на входе в вентканалы зашкаливает.

Поэтому возникает достаточное разрежение в помещении и начинает «дуть» из всех щелей. И наоборот, летом на улице может быть теплее, чем в помещении, т.е. конвективной тяги не будет, и при отсутствии ветра тяги не будет вообще. Открыв форточку настежь, вентилироваться будет только в районе форточки. Из-за недостаточной вентиляции возникает ощущение духоты и кажется, что без кондиционера не обойтись. Но свежего воздуха кондиционер не даст, он только охладит грязный воздух в помещении, т.е. проблемы вентиляции не решит.

Естественная вентиляция заложила "естественный" основополагающий принцип любой вентиляции вообще - принцип перетока. За редким исключением удаление воздуха из помещений, куда осущесвляется приток, не устраивают. В жилых помещениях, особенно в спальнях, концентрация кислорода наиболее актуальна, а в технических - санузлах, кухнях, где воздух загрязняется наиболее сильно, важнее скорость удаления сильнозагрязнённого воздуха. Поэтому, раз в технических помещениях воздух быстро загрязняется, принимается допущение, что приток в эти помещения может и не быть идеально свежим. к тому же, в течение суток ситуация, когда и в спальнях спят и на кухне готовят, непродолжительна, поэтому также допускается, что воздух загрязняется либо в спальнях, либо на кухне и туалетах. По строительным правилам этот переток осуществляется либо через щель под дверью, либо через специальные переточные клапана. Теоретически и практически обосновано, что для полноценного перетока достаточно двухсантиметрового зазора под дверью.

Продвинутые решения

Не изменяя принципов естественной вентиляции – функционирование по разрежению, существуют способы механизации вентиляции. Наиболее простейший – установка вытяжного вентилятора на каждый вытяжной канал (либо по вентилятору на каждый вентиляционный коллектор, объединяющий несколько вентканалов), которые должны работать практически постоянно, в том числе и во время отсутствии людей в здании (квартире). Для притока используются «продвинутые» «форточки» - приточные клапана, оконные или стеновые, основная цель использования которых – нормировать количество приточного воздуха, обеспечив минимизацию воздухообмена при обеспечении достаточного комфорта.

Системы принудительной вентиляции с приточно-вытяжными установками

Другой способ устройства вентиляции предлагают системы принудительной вентиляции с приточно-вытяжными установками. Такие установки готовят воздух, забираемый с улицы, его очищают, увлажняют, при необходимости могут подогревать, и с помощью воздуховодов, подают этот воздух в жилые помещения. Из технических помещений, санузлов и кухни осуществляется забор грязного воздуха. Такого рода системы как правило балансируются однократно и количество приточного воздуха, подаваемого в жилые помещения и вытяжного примерно одинаково (давление притока немного превышает давление на входе в вытяжку) и не изменяется во времени.

Поэтому, если весь вытяжной воздух выбрасывать на улицу, теплопотери будут огромными, т.к. такие системы как раз и настраиваются по кратности воздухообмена. Минимизация забираемого с улицы приточного и удаляемого вытяжного воздуха осуществляется по другому. Реализуется принцип рециркуляции – вытяжной воздух очищается, и подаётся  снова в воздуховоды притока. Для обеспечения требуемого количества кислорода в воздухе небольшая часть вытяжного потока выбрасывается на улицу, передавая тепло приточному воздуху в так называемом рекуператоре. У таких систем много плюсов – в помещении почти нет пыли, т.к. воздух постоянно в движении и очищается, приточный воздух имеет ту же температуру, что и температура в помещении, поэтому сквозняков нет в принципе. За эти достоинства расплачиваются высокой стоимостью оборудования, высокой стоимостью обслуживания системы (необходимо вовремя менять дорогие фильтры), а самое главное – приходится дышать воздухом, которым уже однажды подышали, по аналогии с космонавтами – откуда те берут воду… Такие системы очень распространены в странах развитого капитализма, более того, в некоторых из них вентиляционные системы без рециркуляции и рекуперации законодательно запрещены.

Как дополнение к принудительной вентиляции, ещё более повышающий КПД системы в целом компания Rehau придумала грунтовый воздухозаборный теплообменник Avadukt Termo. Устроена система очень просто. На этапе изготовления фундамента вокруг дома по низу котлована (в случае с коттеджем) укладывают специальную полипропиленовую трубу голубого цвета с добавлением серебра (придающего свойства бактерицидности, необходимые при образовании конденсата), вход которой присоединяют к нержавеющему оголовку с фильтрами, очищающими воздух.

Другой конец трубы присоединяется к входному патрубку вентиляционной установки или используется самостоятельно, с дополнением вентилятором. 

Принцип работы следующий. Температура земли ниже глубины промерзания на Северо-западе России достаточно стабильна и составляет +5 - +10 градусов по Цельсию. Зимой, забираемый холодный воздух с улицы подогревается, снижая затраты на подогрев приточного воздуха, а летом – охлаждается, при этом выделяется конденсат, снижая затраты на кондиционирование. При большой разнице температур в земле и на улице КПД системы огромно – на 1 кВт электроэнергии (вентилятор) забирается у грунта до 30 кВт тепла. В России такие системы только начинают приживаться – ведь на один коттедж стоимость комплекта составляет более 3000 евро.

Реальность современного малоэтажного строительства такова, что застройщики редко уделяют внимание организации правильного воздухообмена, используя залповое проветривание в домах стоимостью несколько миллионов рублей. Порой даже для специального оборудования (в газовых котельных и при использовании газовой плиты на кухне необходимы вентиляционные каналы) каналы устраивают только тогда, когда монтируют оборудование.

Приложение 1

Нормы минимального воздухообмена в помещениях жилых зданий¹⁾

¹⁾ Концентрация вредных веществ в наружном (атмосферном) воздухе не должна превышать ПДК в воздухе населенных мест.

²⁾ Во время, когда помещение не используется, норму воздухообмена следует уменьшать до следующих величин: в жилой зоне - до 0,2 ч^-1; в кухне, ванной комнате и туалете, построчной, гардеробной, кладовой - до 0,5 ч^-1.

³⁾ Если приточный воздух поступает непосредственно в помещения кухни, ванной комнаты или туалета, не следует допускать его перетекание в жилые помещения.

Таблица 3

Нормы минимального воздухообмена в помещениях общественных зданий