Солнечные и Геотермальные отопительные системы

24.04.2014
Микроклимат энергоэффективного дома. Часть 1 . Вентиляция.

   Вы приезжаете с работы в свой большой дом площадью, например 200м2, поворачиваете ручку включения вентиляции на "1" и получаете свои положенные 30куб.метров свежего воздуха для того, что бы концентрация углекислого газа не превышала 0.12% или 1200ppmv(по объёму). Дальше приходят дети из школы и вы переставляете ручку на 2-ю скорость, что бы подавалось 60кубометров в час, за тем муж и 3-я скорость и уже 120м3 в час, и так до утра пока все не уедут из дома по своим делам.
   
  Немного комичная ситуация, не правда ли? Но именно так требует современный Свод Строительных Норм и Правил (СНиП). Требует, но не объясняет как вентиляционная система должна "догадаться" в какую комнату и сколько нужно подавать воздуха в каждый момент, и почему 30м3 на человека или 3м3 на 1м2 жилой площади? Ведь для дыхания человек использует всего 0,5м3 (500литров) воздуха в час.

 Давайте попробуем разобраться откуда берётся цифра 30м3 в час на одного человека? Дело в том, что все эти требования относятся к устройству самой распространённой смешивающей (или смесительной) вентиляционной системы, в которой свежий воздух с улицы перемешивается с воздухом в помещение.

 -А что есть какой то другой способ вентиляции?
-Да есть, но об этом ниже.
  
 Хорошо известно, что человек выдыхает в час приблизительно 24литра углекислого газа (СО2). В природном чистом воздухе концентрация CO2 около 400ppm, или 0.4л на 1 м3 воздуха. В городах эта цифра зашкаливает далеко за 550ррм, или 0.55л на 1м3.

   Зима не лето, все окна закрыты и каждый час, от каждого жильца в доме прибавляется по 24л углекислого газа, который нужно удалять, что бы концентрация СО2 не превысила допустимую санитарную норму 0.12% , 1200ppm, или 1.2 литра CO2 на 1 кубический метр воздуха. Таким образом, каждый выброшенный на улицу 1 куб. метр воздуха уносит с собой 1.2 литра углекислоты, а взамен поступает 1 куб. чистого воздуха с концентрацией 0.4л на 1 куб. метр. Разница по СО2 составляет 0.8л на каждый кубический метр воздухообменной операции.

   Необходимо выбросить 24л углекислого газа в час от одного человека, или 24л/0.8л= 30кубов грязного воздуха, заменив его чистым, только для того что бы удержать концентрацию внутри дома на предельно допустимом уровне в 1200ppm, или 0.12% по СО2 и не вылезти за пределы санитарной нормы.

   А если нужен воздух более чистый , например 600ppm по СО2? Тогда потребуется вытягивать 24л/(0.6-0.4)=120м3 на человека или 480м3 на семью из 4-х человек. А если вся семья собралась в гостиной на чай или для просмотра фильма? Как подать такой гигантский объём воздуха в одно помещение?
   На этом проблемы не заканчиваются, зимой 480м3 будут уносить с собой 6кВтчасов тепловой энергии в час, или 144кВтчаса в день, что равносильно затратам на отопление ещё одного дома площадью 200м2. На место использованного поступит сухой морозный воздух с улицы, который уничтожит последние остатки домашней влаги, так необходимой для здоровой жизни. И да же увеличивая воздухооборот почти до бесконечности смешивающей вентиляцией, не возможно достичь наружной чистоты воздуха, лишь увеличится дискомфорт в доме от сквозняка, сухости и температурного дисбаланса.

Что же делать?

  Частично, на 70-80% проблема тепловых потерь и возврата влаги через вентиляцию решается современными рекуператорами, но даже оставшиеся 25% тепловых потерь остаются огромными и не совместимыми с понятиями эффективность, комфортное проживание, энергосбережение и разумные затраты на вентиляцию.

   Наличие рекуператора в современной вентиляционной системе - это элемент необходимый, но не достаточный. Гораздо более эффективным и важным решением, по нашему мнению, является грамотное устройство вытесняющего способа вентиляции в доме в замен перемешивающего. «Огромным преимуществом вытесняющего способа вентиляции является то, что при одной и той же кратности воздухообмена,  она обеспечивает  существенно более высокое качество воздуха, чем смешивающая вентиляция.» Цитата из «Displacement ventilation in non-industrial premises. REHVA guidbook.»

  Теоретически  вытесняющий способ вентиляции от 6-х до 8-ми раз эффективней перемешивающего, особенно для вредных веществ с маленькими концентрациями , таких как стиролы, фенолы , формальдегиды, и большинство антропотоксинов, выделяемых человеком при дыхании.

   Однако на практике  реализовать такое превосходство не всегда возможно. Например, высокотемпературное отопление (радиаторами или  конвекторами) не совместимо с вытеснительным способом вентиляции. Большая часть свежего, более холодного воздуха, нагреваясь от батарей резко устремится вверх, под потолок , где удалится через вытяжные каналы без использования по назначению.

  Наилучшим же вариантом для реализации вытесняющей вентиляции будет низкотемпературная система отопления, например, теплыми полами или теплыми стенами.

   Вытеснительная  вентиляция с рекуператором , это не открытие последних десятилетий, на протяжение веков , в каждой Русской рубленной избе с печным отоплением использовался именно такой способ вентиляции.

  Роль рекуператора выполнял воздухопроницаемый межвенцовый мох, через который холодный воздух проникал внутрь избы, падал  по стенам водопадом вниз к полу, нагретому печным инфракрасным излучением, и медленно нагреваясь, единым фронтом, поднимался вверх к потолку.

  Как дым от сигареты, как пар от кастрюли с горячей водой,  так и выдыхаемый человеком воздух стремится подняться вверх и собраться в метре от потолка, (по научному это называется турбулентная диффузия) где будет достигнута максимальная концентрация вредных веществ. Дальше, за счёт разности парциальных давлений внутри и снаружи избы, весь загрязненный воздух, через деревянный потолок с глиняной засыпкой, через тот же межвенцовый  мох , обмениваясь теплом с инфильтрующимся кислородом, медленно уйдёт на улицу.

 Коэффициент турбулентной диффузии для газов на четыре-пять порядков больше чем коэффициент молекулярной диффузии. Это и приводит к тому, что выдыхаемый углекислый газ с температурой 36 градусов, быстро, за секунды, поднимается вверх под потолок. Далее  перемешивание с воздухом идет молекулярной диффузией, и при отсутствии конвекции, занимает долгие часы. В результате происходит накопление грязного воздуха в метре от потолка.

   Сейчас в домах всё реже встречается печное отопление, а рубленный пятистенок площадью 50м2, используют разве что под баню. Современный же дом хорошо утеплён,  конструкция наружных  стен в нем многослойная, в ней, как минимум, разделены несущая часть и теплоизоляционная, имеет много комнат различного функционального назначения.  По этому реализация вентиляции вытесняющим способом превращается в не простую инженерную задачу.

  При сегодняшней тенденции к энергосбережению, уже  не позволительно бессмысленно вентилировать весь дом одновременно. Вентиляция должна быть адресной. Чистый воздух должен подаваться туда, где он необходим, где в данный момент находятся люди. 

   Для этого в каждом жилом помещении необходим  датчик  управления  в зависимости от концентрации углекислого газа. Тогда вентиляционная система становится "умной", она отслеживает местонахождения хозяев в доме, и всегда адресно доставляет им чистый воздух. Отсюда следует, что и нет необходимости в одном огромном , мощном вентиляционном блоке на весь дом. Достаточно иметь  "бутерброд" из нескольких маленьких вентиляционных рекуператоров, каждый из которых будет отвечать за свою обслуживаемую зону.  В таком случае автоматически снижается энергопотребление и решается проблема обмерзания рекуператоров в сильные морозы, за счёт цикличности и очерёдности работы рекуператоров.

   Существует и другие более экономичные и не менее эффективные решения построения вентиляционной системы о которых мы рассказываем на семинарах и индивидуальных консультациях.

Размер обслуживаемых зон имеет значение. Любой менеджер по продаже вентиляционных систем скажет вам , что чем больше помещение, тем больше проблем с организацией в нём вентиляции и предложит вам установить толстенную приточно-вытяжную систему.  Хотя на самом деле всё обстоит с точностью до наоборот. Большому помещению вентиляция вообще не нужна. Гостиная комната площадью 50м2 способна удерживать под потолком около 50кубометров использованного воздуха, суммарный выдох от 4-х человек в течение 25 часов! Пару проветриваний в день и проблема чистейшего воздуха будет решена.

   Достаточно вспомнить школьный класс и просьбу учителя : «Иванов, открой фрамугу!». Во всех Советских школах вентиляция была организована по такому гениальному способу, как проветривание через фрамугу. Стоя, учитель первым чувствовал  когда грязный воздух начинал  спускаться до уровня дыхания. Открыв фрамугу, холодный свежий воздух по окну водопадом падал вниз,  нагревался интенсивным  перемешиванием с тёплым воздухом от батарей  и поступал прямо в зону дыхания учеников. Грязный, подпотолочный воздух при этом быстро удалялся через верхнюю часть открытой фрамуги. Просто и эффективно.

Ещё одна очень распространённая ошибка, которую делают «продвинутые» производители вентиляционных систем, допуская контакт свежего, живого воздуха с нагревательными элементами. Дело в том, что металлическая поверхность нагревателя выступает в роли катализатора на котором развивается эндотермическая реакция окисления, уменьшающая ионизованность и меняющая химический состав воздуха, делая его «мёртвым», что нельзя сказать про теплообменные процессы, происходящие в рекуператоре, где две газовые среды обмениваются теплом и влагой через специальную мембрану при минимальной разнице температур.

Основные моменты на которые нужно обращать внимание при организации вентиляции в энергоэффективном доме.

• Любая вентиляция плохо совмещается с радиаторным, конвекторным способом отопления.
• Чем больше помещение, тем меньше ему необходима вентиляционная система, достаточно периодических проветриваний.
• Только вытесняющий принцип вентиляции хорошо согласуется с принципами энергосбережения, качества воздуха в обслуживаемой зоне и комфорта проживания.
• Самый подходящий вариант для реализации вытесняющей вентиляции это низкотемпературная система отопления, например, теплыми полами или теплыми стенами.
• Подогрев свежего воздуха нагревательными элементами не допустим.
• Для работы вытеснительной вентиляции необходимо подавать воздух с температурой ниже чем в помещении в нижнюю часть помещения. Вытяжка всегда под потолком. Ещё в 19-м веке , выдающийся академик Владимир Ефимович Грум-Гржимайло, указывал, что «температура приточного воздуха должна быть +15°С, тогда воздух не поднимется сразу вверх и не будут стыть ноги…»
• Вентиляция должна быть адресной, умной и управляться по результатам  мониторинга качества воздуха в каждом помещении.
• Лучше отдельный  рекуператор для каждой обслуживаемой зоны, чем один большой агрегат на весь дом.
• Вытяжка из кухни, зонт над варочной плитой, должен быть обязательно сделан отдельным воздуховодом.
• Воздуховоды из санузлов не должны соединяться в один канал с воздуховодами из жилых комнат.
• Воздуховоды желательно использовать  с внутренней гладкой  поверхностью. Никак не гофра.
• При разводке воздуховодов, чем меньше углов и поворотов по горизонтали , тем лучше.

Работа вытесняющей вентиляции в небольшой комнате

Для примера возьмём комнату охранника площадью 13 квадратных  метров с высотой потолков 2м40см.
  Объём помещения около 30м3 и для него, в котельной, установлен рекуператор Мини 100 (100м3 в час на 2-ой скорости и 60м3 в час на 1-ой, при отсутствии вентканалов).
  
   Подача свежего воздуха из рекуператора осуществляется ближе к полу.
   С учетом сопротивления вентиляционных каналов это около 25-30м3 в час.

Вытяжка грязного воздуха сделана под потолком.

Стены дома имеют газопроницаемость, по этому, в отсутствии людей, концентрация углекислого газа и других вредных примесей стремится к уличным величинам, что и фиксирует цифровой монитор на стене.

При появлении человека в помещении, концентрация углекислого газа начинает расти и через, примерно, 20минут достигает уровня 900ppm. Контроллер отслеживает это и включает рекуператор на первой скорости вентилирования. Как видно из видео , через 1 минуту и 30 секунд, уровень загрязнения падает до 830ppm, вентиляция выключается и ожидает пока показания опять не превысят 900ppm.
 РЕМ: Уровень 850ррm, согласно ГОСТ 30494-2011, соответствует категории "Высокое качество воздуха".

Мы поможем найти индивидуальное решение по вентиляции Вашего дома.


При перепечатке материала, ссылка на сайт www.teplodarom.com обязательна!