Как правильно организовать вытяжную вентиляцию в помещении.
Когда мы говорим о вентиляции в доме, то, в основном, подразумеваем вытяжку воздуха из помещения. Но само понятие «вентиляция помещения» не ограничено местом, где расположена решетка вытяжки, а затрагивает все помещение в целом. К тому же, есть много моментов, на которые следует обратить внимание, если стоит задача сделать качественную вентиляцию квартиры или частного дома.
Принципы, на которых работает вентиляция
Есть два типа вентиляции: естественная и принудительная. Всегда необходимо стремится к созданию естественной, так как она не создает дополнительный шум и не зависит от наличия электроэнергии. Принудительную вентиляцию с помощью электромеханических вентиляторов используют в тех случаях, когда не удается организовать естественную. В основном, вентилятор устанавливается на выходе воздуха, например, в вытяжном вентиляционном канале. Таким образом можно усилить проветривание какай-то конкретной комнаты, например, туалета или ванной. В качестве второго варианта — можно установить приточный клапан с функцией нагнетания воздуха. В этом случае в помещении при закрытых окнах и дверях будет создаваться избыточное давление, и воздух будет равномерно уходить через все вытяжные вентиляционные каналы.
Есть три основных пункта, с помощью которых возможно организовать естественную вентиляцию внутри квартиры или дома.
Таким образом, чем больше разность высот между точками входа и удаления воздуха, тем сильнее будет тяга.
Также необходимо понимать, что охлаждение воздуха внутри помещения с помощью кондиционеров сильно ухудшает естественную вентиляцию. Поэтому во время использования кондиционеров необходимо чаще проветривать помещение через окна или воспользоваться принудительной вентиляцией.
Для правильной работы вентиляции требуется входное и выходное отверстие. Если из помещения выходит определённый объем воздуха, то и зайти в помещение должен точно такой же объем. В основном при строительстве домов делают вентиляционные шахты, но не делают специальных приточных отверстий. Подразумевается, что воздух будет поступать в помещение через различные неплотности в окнах и дверях.
В некоторых случаях плохая работа вытяжки в квартире или доме может быть связана не с тем, что забит вентиляционный канал или что не хватает мощности вентилятора, а с тем, что отсутствует приток свежего воздуха в помещение.
Поэтому для улучшения работы вентиляции организуют приточные отверстия в наружных стенах помещения и устанавливают в них специальные клапаны.
Организация притока свежего воздуха с помощью приточных клапанов.
Существуют разные модели клапанов, различаемые по своему функционалу и по цене. Есть простые, предназначенные только для подачи воздуха с улицы во внутрь помещения, а есть и посложнее, с функцией подогрева его подогрева в холодное время года.
Приточный вентиляционный клапан без функции подогрева лучше всего смонтировать над батареей отопления. Таким образом холодный воздух, поступая в комнату, будет смешиваться с теплым, который подымается от батареи отопления, и, следовательно, нагреваться.
Также существуют приточные клапаны, устанавливаемые на пластиковые окна. Монтаж такого клапана нужно обговаривать еще на стадии заказа окна, так как такая процедура довольно трудоёмкая. Но при наличии желания и инструмента его можно установить самостоятельно. Информацию по его установке можно найти в сети интернет.
Проверка работоспособности вентиляционной шахты
Приток свежего воздуха в помещение может быть из различных мест, а его удаление только через одну или две вентиляционных шахты.
Для проверки силы потока, который уходит из квартиры, нужно приложить лист бумаги на вытяжную решетку полностью закрыв её. При нормальном потоке воздуха бумага должна прилипнуть к решетке.
Если же этого не произошло, то можно говорить о слабом потоке воздуха. Слабый поток может быть вызван двумя причинами: отсутствие нормального притока и проблемы в вытяжной шахте. Выяснить, какая из причин влияет на вентиляцию, очень легко. Достаточно открыть окна в комнате. Если бумага после этого прилипла к вытяжному отверстию, то проблема в недостаточном притоке воздуха, значит нужно организовывать дополнительный приток. Это можно сделать с помощью установки приточного клапана.
Если же при открытых окнах бумага не прилипает, то необходимо проверять вытяжную шахту. Для собственников квартир в многоквартирных домах для проверки вытяжной шахты следует обращаться в управляющую компанию.
Организация вентиляции в помещении.
Неправильно сделанная вентиляция может принести кучу проблем собственнику дома, от плохого проветривания помещений до обмерзания вентиляционных каналов в зимнее время и их постепенное разрушение. Поэтому при её организации нужно соблюдать некоторые нюансы.
Существует несколько моментов, которые обязательно нужно учитывать при проектировании и монтаже вентиляции в доме или квартире.
Организация вытяжных вентиляционных каналов в частном доме
Поэтому поток воздуха должен заходить в помещение в “чистых” комнатах, а выходить в “грязных”. Именно поэтому в многоквартирных домах вытяжные вентиляционные каналы всегда находятся в “грязных” комнатах. Это позволяет избежать распространение запахов по всему помещению.
В таком решении есть свои плюсы и минусы. Основной минус такого решения – это размер. Минимальный размер канала должен быть 140х140мм, тогда при ширине кирпича в 120мм размеры получаются 380х380мм. Из-за того, что поверхность внутри канала будет не гладкой, то его сопротивление движению воздуха будет больше, чем у канала, выполненного из круглой пластиковой вентиляционной трубы. Соответственного тяга у него будет меньше, чем у канала из трубы.
Но несмотря на явные минусы есть и хорошие положительные моменты. Такой вытяжной канал из кирпича длительное время хорошо поддерживает тягу и позволяет решить проблему конденсата.
Рассмотрим, как происходит работа вытяжного кирпичного канала. Для примера, человек принимает душ и теплый воздух, насушенный водяным паром, подымается в вытяжном канале. В этот момент кирпич нагревается от теплого воздуха и частично впитывает влагу из воздуха. После того, как человек закончил принимать душ и выключил горячую воду, в вытяжку поступает уже более прохладный и сухой воздух, но теперь уже кирпичи будут отдавать свое тепло воздуху, дополнительно его нагревая. Нагрев воздуха поддерживает хорошую естественную тягу. Также в этот момент будет происходить сушка канала, так как сухой воздух будет забирать воду из кирпича.
Теперь рассмотрим, что произойдет, если установить в канал гильзу из вентиляционного пластика, оцинкованного металла или нержавейки. В этом случае изначально естественная тяга будет немного лучше, чем в вытяжном канале из кирпича. Но, в момент, когда в такой канал поступит теплый воздух насыщенный паром, а сам канал будет прохладным, возможно образование конденсата и его стекание в низ. Почему так происходит? Дело в том, что пластик и металл не впитывают влагу в отличие от кирпича и поэтому она будет конденсироваться на стенках прохладного канала. Также они не дадут кирпичам вокруг хорошо прогреться. Следовательно, в то время, когда человек закончит принимать душ, и в вытяжной канал пойдет сухой и более прохладный воздух, кирпич не сможет отдать это тепло воздуху и поддержать хорошую тягу. Это не означает, что тяга пропадет, она будет, но не такая, как могла бы быть если бы воздух дополнительно нагревался от кирпичей.
Какой должен быть воздух в квартире: влажность и качество. Способы очистки воздуха
Воздух в квартире очень важен, проветривания, открытые окна, кондиционеры все подойдет для того, чтобы воздух в квартире приносил вам здоровье.
Что необходимо знать про воздух в квартире
Мы часто, приходя к кому-то в гости отмечаем, что чем-то пахнет. Причем не так как у нас дома. Иногда это запах старости, несвежих вещей, а иногда присутствуют слишком резкие запахи отдушек, эфирных масел. Слишком сухой воздух, так же, как и излишне влажный тоже не принесут нам здоровья.
Что же все-таки необходимо знать про воздух в квартире, про влажность или, наоборот, как осушить воздух в квартире, чтобы мы чувствовали себя лучше и меньше болели.
Совет. Когда-то при покупке квартиры возникло желание поменять местами кухню и комнату. Тогда я не понимала, какие от этого могут быть последствия. Рекомендую этого не делать. Вот запланирована строителями кухня, там и нужно делать кухню. И ничего не менять.
Помимо постороннего шума, еще нужно учитывать тот факт, что вентиляция приточно-вытяжная сделана именно под это помещение, а также подводка электропроводки, труб для водоснабжения.
Качество воздуха в квартире
Мы сами того не замечая, очень часто не обращаем внимание на воздух. А ведь мы, каждый день употребляем его гораздо больше, чем воды и еды. И от качества воздуха зависит не только наше самочувствие, но и настроение.
Замечать мы начинаем что воздух какой-то не такой, только тогда, когда начинается у нас или у кого-то из близких аллергия, или ребенок начинает часто болеть.
А ведь есть нехитрые приемы, без вложения денег в дорогостоящие приборы, которые позволяют сделать воздух в квартире в меру влажным и чистым.
Простые способы очистки воздуха
Мы делаем в день около 20 тысяч вдохов, потребляем кислород, а выдыхаем углекислый газ. Поэтому проветривание как минимум 2-3 раза в день по 15-30 минут, в любую погоду сделают воздух чистым.
Зимой лучше 10 минут подержать сквозняк в комнате, так воздух быстрее обновиться, и квартира наполнится морозным воздухом и не остынет.
Деревянные окна сейчас более экологичные, чем пластиковые. Но пластиковые удобнее в применении. Поэтому на пластиковых окнах лучше всегда по возможности стоит устанавливать микро/проветривание, так постоянно воздух в комнате будет обновляться.
Очень много людей сейчас имеют аллергические заболевания. И аллергия бывает на простую домашнюю пыль. Они чихают, часто закладывает нос, затрудняется дыхание, болит голова и першит в горле.
Виной всему обилие вещей, книг. Минимализм очень полезная штука для жизни. Стоит учиться избавляться от лишних вещей. Они и создают ту пыль, которая и вызывает аллергию.
Ковровые покрытия часто являются самыми большими раздражителями. Но вот если их убирать часто, делать влажную уборку, то с ними гораздо приятней ногам. И пыль лучше оседает на них, а не летает в воздухе.
Влажная уборка поможет избавиться от пыли, если два раза в неделю просто протирать влажной чистой тряпкой пол, вначале намочить пол, а потом еще раз вытереть.
Химические вещества чаще всего используются для очистки грязной поверхности. Получается все намного быстрее, но частички химии остаются на поверхности, потом испаряются. Мы дышим этим и наносим себе непоправимый вред.
Предлагаю перейти на мойку своего дома либо щадящими экологическими средствами для уборки, либо простой водой, можно теплой. Воду стоит менять несколько раз, тщательно промывать тряпку. Можно использовать современные тряпки из микрофибры. Они хорошо убирают грязь.
Рекомендуем не использовать дома:
Но только в том случае, если вы их правильно подберете и также будете за ними ухаживать, мыть и протирать листья. Растения выделяют кислород и поглощают углекислый газ, а иногда и увлажняют воздух в помещении.
Таких растений достаточно много, которые принесут пользу дома и будут не очень обременительны в уходе. 5-7 растений на комнату порядка 25-30 метров способны очистить воздух без ионизатора и увлажнителя.
И другие виды растений.
Эти простые способы позволят вам сделать воздух в квартире чистым и свежим.
Но не только это помогает поддерживать ваше жилье в экологичном для вашего здоровья состоянии.
Воздух в квартире должен быть в меру влажным. Как это определить?
Сухость и влажность воздуха
Слишком сухой воздух в квартире может быть причиной аллергических заболеваний, он портит глаза, пересушивая слизистую, кожу.
Но и слишком влажный воздух тоже приносит неудобства: запотевают окна, появляется конденсат, и появляется плесень и грибок.
О влажности воздуха всегда говорят нам по телевизору. Если она приближается к 100%, то нам становится тяжело дышать, особенно если воздух холодный.
А если на улице ветреная погода и влажность около 25-30%, то мы ощущаем сухость в горле и тоже становится тяжело дышать. Слишком сухой воздух электризуется и в нем скапливается больше пыли.
Как различается воздух по влажности:
Существуют параметры комфортного микроклимата в квартире, определенные ГОСТом:
В детской комнате рекомендуется поддерживать влажность на уровне 50-60%, ребенок будет спокойнее спать и реже болеть.
Как измерить влажность воздуха в квартире?
Я давно пользуюсь ионизатором воздуха, и он автоматически определяет влажность воздуха. Очень полезная штука дома, воздух становится чище и приятнее «на вкус».
Обычно можно измерить влажность гигрометром, лучше всего электронным. Стоимость его в пределах 500-600 рублей, места много не занимает. Зато всегда вы будете знать какая влажность в квартире.
Есть и домашние метеостанции. Они позволяют отследить влажность, температуру, атмосферное давление, даже дают прогноз на ближайшее время. Стоит около 2000 рублей.
Стоит иметь какой-то прибор для измерения влажности дома, полезно для здоровья знать каким воздухом вы дышите.
Например, сухой воздух не способствует снижению стресса. И наоборот, при влажности в пределах 30-60% уровень стресса падает почти на 25%, чем у тех людей, которые дышат сухим воздухом.
Риск заболеть ОРВИ повышается при сухом воздухе в помещении. При влажном воздухе концентрация болезнетворных вирусов и бактерий в помещении падает и риск заболеть ОРВИ снижается.
Аллергикам и астматикам полезен влажный воздух, но все же в пределах от 40 до 60%.
Я пользуюсь много лет ионизатором воздуха. Ионизаторы воздуха за счет заряженных частиц способны положительным образом влиять на организм:
Однако и повышенная влажность в квартире часто вызывает появление плесени, грибка. С ней обязательно необходимо бороться. Необходимо проверить вентиляционные отверстия, и работу самой вентиляции.
Попробуйте проверку работы вентиляции сделать самостоятельно. Необходимо поднести листик бумаги к вентиляции, предварительно открыв окно. Если листок держится на решетке вентиляционной, то сама вентиляция находится в рабочем состоянии. А вот если нет, то вызывайте ТСЖ своего дома и решайте эту проблему с ними.
Существуют и приборы, которые можно использовать для улучшения воздуха в квартире.
Например, приточно-вытяжная вентиляционная установка Lossnay (Лоссней) выравнивает теплоту воздуха и следит за его влажностью.
Приточный воздух охлаждается и осушается летом, а также нагревается и увлажняется зимой за счет вытяжного воздуха. Прибор несложен в работе, требует только замену фильтров и чистку теплообменника.
Если воздух все же сухой в квартире, то лучше всего приобрести увлажнитель воздуха с датчиком или регулятором влажности воздуха.
Вывод можно сделать только один — нужно обязательно знать влажность воздуха в квартире. Здоровье всегда должно стоять в приоритете!
Давление воздуха в комнате
Возможно, воздух из комнаты уходит через вытяжную вентиляцию?
Возможно, воздух из комнаты уходит через вытяжную вентиляцию?
Я же пишу русским языком, из ПРИТОЧНОГО диффузора веет холодным уличным воздухом, тогда когда вентиляция отключена, разумеется то же самое происходит и через вытяжной диффузор. Но по логике если давление воздуха в комнате выше, то теплый воздух должен уходить по воздуховодам на улицу, а почему холодным веет??
по существу у вас «тёплый» воздух выходит по вытяжному каналу или неорганизованно, в комнате пониженное давление, через приточку подсасывает уличный или какой-то там «холодный» воздух.
Веет потому, что в комнате давление ниже.
Бабочка это обратный клапан лепестковый, который не гарантирует полного перекрывания канала, подсосы возможны.
Холодный воздух скорее всего идет через выключенную систему скорее всего из-за ветрового давления на наружную решетку. Под действием силы ветра бабочка приоткрывается и пускает холодный воздух внутрь. Меняйте ее на клапан с приводом.
Может быть еще такое: бабочка является как бы стенкой разделяющий теплую и холодную стороны в канале, по сечению канала появляется некое расслоение воздуха по высоте, где теплый воздух со стороны комнаты охлаждается у стенки бабочки и начинает вываливаться через нижнюю часть воздуховода в комнату, а теплый через верхнюю подходит из комнаты к бабочке и создается конвеция, которую вы принимаете за дутье из диффузора.
Веет потому, что в комнате давление ниже.
Естественная вентиляция работает за счет разности плотностей между уличным воздухом и воздухом в помещении в первую очередь и за счет высоты столба вытяжной шахты.
Может. Например, всё тепло улетает в общедомовую естественную вентиляцию. Ту, что с шахтой и перепадом высот достаточной, чтобы протащить холод через приток и вытяжку.
У меня дверь в комнате закрыта, через щель под ней не такая большая площадь,да и скорость мала, тем более уж, в сан.узле сечение ВЕ заужено. Скорее действительно из-за порыва ветра, бабочка чуть приоткрывается.
А что такое порыв ветра, как не локальное повышение наружного давления, которое и передавливает внутреннее?
Тем более, что это могут быть и не порывы, а всего лишь наветренная сторона дома.
по существу у вас «тёплый» воздух выходит по вытяжному каналу или неорганизованно, в комнате пониженное давление, через приточку подсасывает уличный или какой-то там «холодный» воздух.
Сильно напоминает задачу про взлетающий самолёт. Объём тут не при делах, только неправильно понятая физика процесса.
Это с разной-то температурой?
Нет, это скорее индивидуальные заскоки.
а покажите-ка цитату, где я говорил, что «холодный воздух имеет давление ниже»
я просто подумал, что раз Вы возразили, то это означает, что Вы поддержали точку зрения о более ысоком давлении теплого воздуха
Контроль перепада давления в чистых помещениях
Контроль перепада давления с помощью системы вентиляции является одним из методов обеспечения чистоты помещения и защиты от утечек опасных загрязнений. Чтобы не допустить проникновения загрязнений извне, в помещении поддерживают избыточное давления. Если требуется избежать утечек загрязненного воздуха, например из лабораторий, где ведется работа с опасными веществами, в помещении создается отрицательный перепад давления (разрежение).
В статье рассмотрены основные требования, принципы, рекомендации, оборудование и технические решения для обеспечения контроля и регулирования перепада давления в помещениях с помощью системы вентиляции.
Обзор нормативных документов
Общие требования по поддержанию положительного дисбаланса в чистых помещениях приведены в СП 60.13330.2016 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41—01—2003» [1].
Согласно п. 7.5.4 этого документа при отсутствии тамбур-шлюза расход воздуха для обеспечения дисбаланса следует создать разность давления не менее 10 Па по отношению к давлению в защищаемом помещении, но не менее 100 м3/ч на каждую дверь.
Более четкие рекомендации дает ГОСТ Р «Чистые помещения. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Общие требования» [2], где «поддержание положительного или отрицательного давления воздуха в помещении» прямо называется задачей системы вентиляции и кондиционирования. В документе вводится понятие «утечка воздуха», возникающая из-за перепада давления между помещениями, и предъявляется требование к расчету и учету величины утечки в балансе воздухообмена. В приложении В стандарта приведен пример таблицы балансов воздухообмена, учитывающей утечки (перетоки) воздуха как инфильтрацию и эксфильтрацию.
В пункте 4.8 документа указывается, что регулировать баланс воздухообмена нужно с помощью клапанов (регуляторов потока воздуха), устанавливаемых на притоке и (или) вытяжке. Более четких требований и рекомендаций, касающихся применяемых клапанов, в стандарте нет.
ГОСТ Р «Чистые помещения. Методы энергосбережения» [3] содержит требование принимать при проектировании общие и специальные меры экономии энергии, в том числе согласно п. 4.4.2 предусматривать регулирование расходов воздуха средствами автоматизации, например, задавать режимы для рабочего и нерабочего времени и поддерживать параметры микроклимата, исходя из конкретных условий.
Для поддержания чистоты воздуха в лечебных учреждениях стандарт ГОСТ Р [4] предписывает использовать, в частности, принцип перепада давления. Согласно п. 5.3.3 документа перепад давления воздуха между смежными помещениями с различными классами чистоты должен быть не менее Для беспрепятственного открывания дверей рекомендуемый перепад давления между смежными помещениями, разделенными дверью, не должен превышать 20 Па.
В пункте 7.2 изложены требования по контролю расхода воздуха, однако в данном случае речь идет о разовых контрольных замерах с помощью расходомера или анемометра.
Стандарт ГОСТ Р ИСО 14644—4—2002 «Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 4» [5] в основном применяется к производственным чистым помещениям. Для их защиты от загрязнений извне необходимо поддерживать более высокое статическое давление по сравнению с соседними зонами. Для производственных процессов важно не допустить даже кратковременного возникновения обратного потока воздуха, поэтому перепад давления должен быть стабильным и достаточным по значению.
Согласно стандарту перепад давления следует поддерживать с помощью различной техники балансирования потоков воздуха (активных/автоматизированных и пассивных/ручных систем), при этом необходимо регулировать относительное количество воздуха, которое подается в каждую зону системой подачи воздуха и удаляется из нее через воздуховоды или другим образом.
Пункт 4.21 стандарта ГОСТ Р «Правила производства и контроля качества лекарственных средств (GMP)» [6] помимо поддержания перепадов давления требует на каждой технологической стадии проводить мониторинг и контроль параметров помещения, в том числе давления воздуха. Для производства ряда лекарственных средств используют изолированные помещения, в которых поддерживается отрицательный перепад давления (разрежение).
Но самые серьезные и сложновыполнимые требования к перепаду давления предъявляет свод правил СП «Безопасность работы с микроорганизмами групп патогенности» [7]. Помещения «заразной» зоны лабораторий должны быть оборудованы системами приточно-вытяжной механической вентиляции, обеспечивающими в том числе «создание и поддержание требуемой величины отрицательного давления (разрежения) относительно окружающей среды». При этом в зависимости от назначения помещений определяется величина разрежения в 50 и 100 Па. Для наиболее опасных изолирующих помещений необходимо создание и поддержание разряжения в с постоянным автоматическим регулированием и регистрацией параметров.
Таким образом, существующая нормативная база четко определяет требования к созданию и поддержанию перепада давления в помещениях различного назначения. При этом в справочной литературе дается не так много информации и рекомендаций по практической организации перепада давления, выбора схем и технических решений, оборудования, обеспечения автоматического регулирования, точности и скорости работы системы, алгоритмов управления и контроля основных рабочих параметров.
Герметичность помещения и перетоки воздуха
Рассмотрим полностью герметичное помещение, которое обслуживается системой приточно-вытяжной вентиляции. В случае когда объем подаваемого приточного воздуха точно соответствует объему вытяжного воздуха, в помещении будет поддерживаться стабильное давление по отношению к атмосферному. Как только объем приточного воздуха станет больше, чем объем вытяжного, воздушный баланс нарушится и давление в помещении начнет резко увеличиваться.
Это следует из уравнения Бернулли, решение которого может быть использовано для определения избыточного давления:
где ρ — плотность воздуха;
F — площадь неплотностей (щелей), м2;
dL — разница расхода приточного и вытяжного воздуха (утечки);
μ — коэффициент расхода.
Согласно уравнению (1) избыточное давление пропорционально утечкам воздуха из помещения, то есть разнице между расходами приточного и вытяжного воздуха, и обратно пропорционально площади различного рода неплотностей в ограждающих конструкциях помещения, через которые воздух может проникать в соседние помещения.
Коэффициент расхода μ для круглого отверстия принимают но применительно к вентиляции помещения, где как в основном встречаются длинные тонкие щели с острыми кромками, рекомендуется принимать коэффициент μ = 0,72.
Если бы помещение было абсолютно герметичным, то есть площадь щелей в нем стремилась к нулю, то даже самые незначительные отклонения в балансе между приточным и вытяжным воздухом приводили к резкому скачку давления:
Если помещение будет абсолютно герметично, как стальной баллон для сжатого воздуха, то даже при незначительной разнице в балансе приточного и вытяжного воздуха давление внутри повысится настолько, насколько позволит напор вентилятора. Поэтому, чтобы контролировать стабильное давление в полностью герметичном вентилируемом помещении, нужно идеально точно и быстро регулировать объем приточного и вытяжного воздуха, что в большинстве случаев практически невозможно.
В реальных условиях ограждающие конструкции даже самых герметичных помещений — стены, потолок и, конечно же, двери — имеют различного рода неплотности. Как только в одном помещении возникает избыточное давление по отношению к соседним, появляются утечки (перетоки) воздуха — эксфильтрация и инфильтрация. Именно благодаря небольшим перетокам становится технически возможным стабильно поддерживать разницу давления в помещении по отношению к соседним помещениям. Если же герметичность помещения недостаточно высока, то есть площадь щелей F слишком большая, то для поддержания давления требуется обеспечить очень большой дисбаланс dL. При проведении пусконаладочных работ из-за реальной низкой герметичности помещения требуемое давление просто не удается создать, несмотря на существенный дисбаланс расходов воздуха.
Таким образом, чтобы контролировать перепад давления в помещении, нужно иметь возможность контролировать баланс расхода приточного и вытяжного воздуха и обеспечить приемлемый уровень перетоков. То есть нужны точные регуляторы расхода воздуха, а ограждающие конструкции помещения при этом не должны быть идеально герметичными, но в то же время должны обеспечивать минимальные утечки воздуха.
Если известно желаемое значение перепада давления в помещении, можно определить требуемую величину перетоков (разницу расходов приточного и вытяжного вентиляционного воздуха), например по формуле, рекомендуемой стандартом ASHRAE Fund.97, p25.11:
В отечественной нормативной базе также есть требование расчета утечки воздуха для каждого помещения и учета в балансе воздухообмена [2]. А для расчета количества воздуха, проходящего через дверную щель (предполагается, что других воздухопроницаемых щелей в помещении нет), предлагается использовать формулу
которая описывает тот же процесс, что и (3), но вместо коэффициента расхода μ = ней используется коэффициент местных сопротивлений = 0,85, а составляющая «ρ/2», равная для воздуха 0,6, отсутствует. В итоге перетоки, рассчитанные по формуле (4), получаются несколько ниже.
Рассмотрим ситуацию, когда требуется поддерживать избыточное давление 15 Па в высокогерметичном помещении с площадью щелей 0,001 м2 и в помещении с относительно невысокой герметичностью с площадью щелей 0,01 м2, что условно соответствует щели под дверью шириной 1 мм и 1 см соответственно. Используя формулу (3), получим:
В первом случае для достижения результата необходимо, чтобы разность между притоком и вытяжкой dL составляла 12,9 м3/ч, во втором — 129,6 м3/ч.
Чтобы оценить влияние герметичности на требования к оборудованию для системы вентиляции, сравним два помещения, в которых требуется поддерживать перепад давления в 15 Па. Допустим, в помещении № 1 объемом 15 м3 должен быть обеспечен воздухообмен 450 м3/ч. При высокой герметичности дисбаланс в 12,9 м3/ч составляет всего 3% расхода приточного воздуха, и поддержать такую точность подачи воздуха будет достаточно сложно, а незначительные отклонения расходов воздуха приведут к существенным колебаниям давления. В то же время при дисбалансе в 129,6 м3/ч разница расходов приточного и вытяжного воздуха составит 29%, и обеспечивать регулировку в таком диапазоне значительно проще, однако разница между приточным и вытяжным воздухом будет весьма существенной, что может оказаться неприемлемым. Например, не будет обеспечен требуемый расход вытяжного воздуха или производительность приточной системы окажется недостаточной. Для более крупного помещения № 2 объемом 70 м3 с воздухообменом 2100 м3/ч дисбаланс в 12,9 м3/ч составит всего 0,6% общего расхода, а 129,6 м3/ч — 6%. Если помещение № 2 будет слишком герметичным, поддерживать в нем заданное давление станет технически невозможно, так как точность регулирования 0,6% недостижима для большинства моделей современных регуляторов расхода воздуха. А вот обеспечить дисбаланс в 129,6 м3/ч будет просто.
В общем случае для стабильного поддержания перепада давления рекомендуется, чтобы объем перетока составлял общего расхода вентиляционного воздуха.
Требуемый для поддержания перепада давления дисбаланс не зависит от объема помещения и определяется только его герметичностью. В то же время объемы подаваемого приточного и вытяжного воздуха определяют необходимую точность регулирования расхода. Обеспечить поддержание дисбаланса в 100 м3/ч при общем расходе 1000 м3/ч гораздо проще, чем при расходе в 20 000 м3/ч. Поэтому помещения маленького объема должны быть более герметичными, чем крупные помещения с большим воздухообменом.
Оборудования и схемы регулирования для поддержания перепада давления
Итак, чтобы обеспечить перепад давления в помещении, нужно создать дисбаланс между приточным и вытяжным потоками.
Теоретически для этой цели можно использовать обыкновенные дроссельные заслонки и попытаться наладить систему вручную, но при любом изменении условий работы системы вентиляции перепад давления будет крайне нестабильным, поэтому такой вариант практически не применяется. Чтобы получить приемлемый результат, необходимо использовать различные комбинации приточных и вытяжных регуляторов постоянного (CAV) и переменного (VAV) расхода.
В самом простом случае для регулирования и стабильного поддержания дисбаланса между притоком и вытяжкой можно использовать два механических регулятора СAV с фиксированными расходами воздуха на приточном и вытяжном воздуховодах (
. 1). Это наиболее дешевый вариант. Расход воздуха через регулятор CAV, в отличие от обычной дроссельной заслонки, не зависит от колебаний давления в воздуховоде, что позволяет достаточно стабильно поддерживать требуемый расход как на притоке, так и на вытяжке.
Избыточное давление в помещении обеспечивается за счет разницы в расходах приточного и вытяжного воздуха. Разница расходов устанавливается на шкале регулятора CAV вручную, механически, при проведении пусконаладочных работ. При этом точность поддержания расходов регуляторами составляет примерно 10%. Для небольших по объему помещений с невысокой герметичностью этого вполне достаточно.
В процессе эксплуатации установившийся перепад давления в помещении можно только наблюдать с помощью дополнительного датчика, но нельзя контролировать (регулировать). Также нет никакой возможности отслеживать реальные расходы приточного и вытяжного воздуха.
Обычно такую схему используют для тамбур-шлюзов и менее важных помещений, где достаточно поддержания давления с точностью Система не будет компенсировать изменения герметичности в помещении в процессе эксплуатации, однако при необходимости регуляторы CAV позволяют выполнить ручную корректировку расходов. Данное решение не подходит для помещений с переменными режимами работы вентиляции, например, для помещений с местными отсосами или с чередованием дневного и ночного режимов воздухообмена.
Второй, более технологичный вариант поддержания давления — использование регулятора постоянного расхода CAV на притоке и клапана — регулятора давления на вытяжке (рис. 2).
Клапан — регулятор давления представляет собой готовое заводское изделие: воздушная заслонка в компактном корпусе, на котором смонтирован контроллер «К», сервопривод заслонки «M» и преобразователь перепада давления «P».
При помощи тонкой пластиковой трубки преобразователь давления соединяется с объемом контролируемого помещения, к контроллеру подключается питание и выставляется величина давления, которое нужно поддерживать. Поддержание перепада давления происходит автоматически: если давление в помещении ниже требуемого, заслонка прикрывается, а если выше — открывается до максимума. При этом клапан-регулятор управляет перепадом давления, но не измеряет и не контролирует фактический расход вытяжного воздуха.
В данном случае в клапане-регуляторе используется специально разработанный для поддержания давления контроллер с ПИД‑регулятором. Параметры ПИД‑регулятора адаптируются к режиму поддержания давления в системах вентиляции и позволяют быстро и точно установить заслонку в требуемое положение. Такой контроллер не нуждается в дополнительном программировании и настройке параметров при выполнении пусконаладочных работ. Дополнительно контроллер может открывать и закрывать заслонку по внешней команде.
Если для помещения важно гарантированно обеспечить расчетный объем вытяжного воздуха, то клапан — регулятор давления может быть установлен на приточном воздуховоде.
Рабочие характеристики системы контроля и поддержания давления во многом определяются используемыми в клапанах — регуляторах сервоприводами. Поэтому рассмотрим их характеристики более подробно.
Сервоприводы для клапанов — регуляторов давления и регуляторов переменного расхода VAV
От моделей сервоприводов, установленных на клапанах — регуляторах давления и регуляторах переменного расхода VAV, существенно зависят стоимость оборудования и результат его работы.
Все электрические сервоприводы, применяемые в регуляторах, имеют дискретный шаг вращения. Время поворота штока стандартного сервопривода на 90° около Точность позиционирования при этом составляет 5%, что примерно соответствует повороту на 2°. При расходе воздуха через регулятор 1000 м3/ч шаг изменения расхода при минимальном повороте заслонки можно оценить в м3/ч, что в ряде случаев слишком много для контроля дисбаланса вентиляции помещения. Поэтому для точной работы c относительно большими расходами воздуха и в помещениях с высокой герметичностью стандартные сервоприводы не подходят. В этих случаях необходимо использовать высокоскоростные сервоприводы, время полного поворота которых составляет всего Конструкция высокоскоростного сервопривода позволяет обеспечить точность позиционирования заслонки в 0,5°, чего вполне достаточно для контроля воздушного баланса и перепада давления в большинстве чистых помещений, в том числе оснащенных местными вытяжками постоянного и периодического действия.
Однако для контроля давления в высокогерметичных помещениях, например, таких, как [7], где наличие перетоков практически недопустимо, необходима еще более высокая точность позиционирования заслонки. Такую точность могут обеспечить пневматические сервоприводы с плавным ходом штока.
До недавнего времени пневматические сервоприводы были единственным решением для контроля давления в полностью герметичных помещениях, но сейчас появилось новое поколение высокоточных электрических сервоприводов с шагом поворота заслонки в 0,1°, что делает их сопоставимыми с пневматическими и открывает новые возможности.
При использовании стандартного сервопривода на клапане — регуляторе давления, установленного, как на рисунке 2, в не очень больших и не слишком герметичных помещениях, можно добиться точности поддержания расхода на уровне 10% при времени выхода на режим около 90 секунд, точность поддержания перепада давления может быть не более ±5 Па. Таких параметров оказывается вполне достаточно для большинства простых помещений, используемых в медицине.
Применение регулятора с высокоскоростным сервоприводом позволит сократить время выхода на режим до В этом случае контакты положения входной двери очень рекомендуется подключить к клапану-регулятору, так чтобы при открытии двери заслонка не закрывалась, а оставалась в открытом положении. При закрытии двери это позволит избежать резких скачков давления, которые могут привести даже к механическим повреждениям ограждающих конструкций герметичного помещения.
Преимущество рассмотренных выше схем заключается в простоте, надежности и полной автономности. Для контроля перепада давления не требуются внешние управляющие контроллеры и другие средства автоматизации. Конечно, в помещениях могут быть установлены дополнительные дифференциальные манометры или преобразователи давления, но их функция будет ограничена только наблюдением за фактическим перепадом давления. Использование простых регуляторов CAV и регуляторов давления позволит создать перепад давления, но выполнить требования [3, 6, 7] будет технически невозможно.
Существует простая возможность существенно улучшить схему регулирования, показанную на рисунке 2, — установить на подаче воздуха регулятор переменного расхода VAV вместо регулятора CAV. Он будет выполнять ту же самую функцию — обеспечивать постоянный фиксированный расход приточного воздуха, но уже с точностью менее 5%. При этом регулятор будет выдавать информацию о фактическом значении расхода воздуха, и система диспетчеризации сможет получать данные об объеме воздуха, который реально поступает в помещение, и выполнять требования [3, 6].
Использование внешнего цифрового программируемого контроллера позволяет реализовать более сложные и технологичные схемы управления перепадом давления и контроля параметров вентиляции в помещении (рис. 3).
В этой схеме сигнал от преобразователя перепада давления «Р» подается непосредственно на внешний цифровой контроллер, управляющий стандартными регуляторами переменного расхода на притоке и на вытяжке. Такие регуляторы оснащены штатными микроконтроллерами и могут изменять проходящий через них расход воздуха пропорционально управляющему сигналу от внешнего цифрового контроллера. Кроме того, регуляторы постоянно измеряют расход проходящего воздуха и выдают обратный сигнал, который может быть подан к внешнему цифровому контроллеру. В результате цифровой контроллер не только задает требуемые расходы воздуха через приточный и вытяжной регуляторы, но и получает обратные сигналы фактических значений, то есть обеспечивает постоянный контроль не только перепада давления в помещении, но и реального объема приточного и вытяжного воздуха, что особенно важно для некоторых производственных процессов.
Такая схема позволяет реализовать большое количество вариантов режимов работы и настройки системы. Так, когда большой воздухообмен не требуется (например, помещение не используется), можно снижать воздухообмен при сохранении контроля перепада давления. После открытия входной двери в помещение внешний контроллер может снизить установленный перепад давления и затем плавно вернуть его к заданному значению, избегая опасных резких скачков давления. В систему контроля могут быть легко интегрированы дополнительные вытяжные системы, такие как местные отсосы с постоянным или переменным режимом работы.
Используя данную схему, можно добиться точности контроля перепада давления до При использовании стандартных сервоприводов схема позволяет обеспечить выход на режим не более чем за 60 секунд, при использовании высокоскоростных сервоприводов это время составит менее 15 секунд.
Однако реализация данной схемы во многом зависит от возможностей внешнего цифрового контроллера и скорости коммуникации и требует дополнительного объема проектно-монтажных работ, что критично при значительном количестве помещений. Поэтому для наиболее сложных и ответственных объектов производители оборудования предлагают альтернативное решение (рис. 4).
В этой схеме также используются два регулятора переменного расхода VAV, но каждый регулятор имеет штатный микропроцессорный контроллер «МК» со специально разработанным программным обеспечением. Преобразователь перепада давления в помещении «Р» подключается непосредственно к одному из микропроцессорных контроллеров регулятора VAV. Микропроцессорные контроллеры обмениваются данными по сетевому протоколу, передавая в том числе информацию о расходах воздуха и положении заслонок. Чтобы соединить приточный и вытяжной регуляторы в единую систему, можно использовать обычный коммутационный шнур, что сводит к минимуму объем монтажных работ и вероятность ошибок.
Схема на рис. 4 имеет все преимущества схемы с внешним цифровым контроллером, но при этом обладает более высокими быстродействием и надежностью благодаря специально разработанному программному обеспечению. На верхний уровень системы диспетчеризации здания по стандартным сетевым протоколам подается только общая информация о рабочих параметрах, а процесс регулирования воздушного баланса и перепада давления выполняется на полевом уровне.
Стандартно для регуляторов VAV с микропроцессорными контроллерами используются только высокоскоростные сервоприводы, что обеспечивает точность поддержания расхода не менее 5% и время выхода на режим менее 10 секунд. Точность поддержания давления может достигать ±2 Па. Данное решение рекомендуется применять для контроля перепада давления в помещениях с очень высокой герметичностью, где объемы перетоков воздуха должны быть минимальными, а также в помещениях с большим количеством дополнительных постоянных и переменных вытяжных систем.
Общие рекомендации по обеспечению перепада давления
Рассмотренные схемы демонстрируют основные принципы различных решений для поддержания и регулировки перепада давления в помещениях. В зависимости от конкретных требований объекта возможны различные комбинации регуляторов постоянного (CAV) и переменного (VAV) расхода, а также регулирование перепада давления как за счет изменения объема вытяжного воздуха, так и за счет изменения объема приточного воздуха. Выбор той или иной схемы обусловлен экономической целесообразностью, требованиями к герметичности ограждающих конструкций помещения и к точности и скорости регулирования перепада давления.
При проектировании и сооружении помещений с перепадом давления действуют следующие рекомендации.
Диапазон значений перепада давления между соседними помещениями различных классов должен составлять (оптимально — около 15 Па). Точность контроля перепада давления, которую позволяет обеспечить большинство вариантов, составляет ±5 Па, поэтому перепад давления между помещениями различных классов менее 10 Па не гарантирует надежной работы. В свою очередь, перепады давления более 25 Па, как правило, не улучшают показателей чистоты и требуются только в изолирующих помещениях.
Контроль давления во всех соседних помещениях должен выполняться относительно общего референтного помещения с постоянным стабильным давлением, обычно коридора. Не рекомендуется измерять перепад давления относительно запотолочного пространства. Не допускается каскадный принцип подключения преобразователей давления, когда одно помещение с контролируемым перепадом работает по датчику, соединенному с другим помещением с меньшим или большим перепадом, это приводит к значительным неточностям регулирования и постоянным колебаниям давления.
Герметичность помещений, в которых контролируется перепад давления, должна быть достаточно высокой, но не чрезмерной. На практике гораздо чаще приходится сталкиваться с ситуацией, когда герметичность ограждающих конструкций помещения недостаточна для поддержания перепада давления, и объемов приточного или вытяжного воздуха просто не хватает для того, чтобы компенсировать возникающие перетоки в соседние помещения.
При использовании в помещениях местных вытяжек периодического действия требуется применение более сложных схем регулирования давления, в том числе с внешними цифровыми контроллерами.
Чем больше объем помещения и расходы приточного и вытяжного воздуха, тем сложнее контролировать давление в помещении, так как требуются очень высокая точность и скорость работы регуляторов. Регуляторы с высокоскоростными сервоприводами должны применяться для высокогерметичных помещений или в случаях, когда величина перетоков и, соответственно, дисбаланс между приточным и вытяжным воздухом составляют менее 5% общего воздухообмена. При больших расходах приточного и вытяжного воздуха для более точного контроля дисбаланса используют схемы с несколькими регуляторами расхода и давления на притоке или вытяжке.
Литература
1. СП 60.13330.2016 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41—01—2003».
2. ГОСТ Р «Чистые помещения. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Общие требования».
3. ГОСТ Р «Чистые помещения. Методы энергосбережения».
4. ГОСТ Р «Чистота воздуха в лечебных учреждениях. Общие требования».
5. ГОСТ Р ИСО 14644—4—2002 «Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 4».
6. ГОСТ Р «Правила производства и контроля качества лекарственных средств (GMP)».
7. СП «Безопасность работы с микроорганизмами групп патогенности».