Чаще всёго (особенно в жилищном комплексе) используется системы естественной вентиляции (воздух в ней перемещается естественным образом, без применения вентиляторов). Такая система устанавливается во всех типовых домах и коттеджах на этапе строительства и представляет собой вентиляционный канал (короб), через который из помещений удаляется загрязненный воздух.

Естественные системы вентиляции являются весьма энергоэффективными системами, но обладают одним существенным недостатком, их производительность зависит от случайных факторов: скорости и направления ветра, температуры воздуха и прочего. Если же в окнах установлены стеклопакеты, то естественная вентиляция просто перестает работать. Отсюда ощущение дискомфорта, духота и высокая влажность. Для решения этой проблемы иногда устанавливают вытяжные вентиляторы на кухне и в санузлах, забывая, что причина дискомфорта — в высокой герметичности пластиковых окон, не пропускающих свежий воздух внутрь помещения. Поэтому от вытяжных вентиляторов не будет заметного эффекта и помочь вам сможет только приточная вентиляция.

Состав системы вентиляции зависит от ее типа. Наиболее сложными и часто используемыми являются приточные искусственные (механические) системы вентиляции. Их состав мы и рассмотрим.

Стоит заметить, что они могут иметь различную комплектацию и стоимость от нескольких сотен до десятка тысяч долларов.

Так например, состав системы вентиляции зависит от её типа и назначения, наиболее сложными.

Типовая приточная механическая вентиляционная система, которая способна подогревать и очищать воздух от пыли, не очень сложна и состоит из определённого ряда элементов.

Описание этих элементов расположено по направлению движения воздуха, от входа вентисистемы к её выходу:

1) Воздухозаборная решетка. Через воздухозаборную (наружную) решетку в систему приточной вентиляции поступает воздух. Эти решетки, как и все другие элементы вентиляционной системы, бывают круглой или прямоугольной формы. Воздухозаборные решетки выполняют не только декоративные функции, но и защищают систему вентиляции от попадания внутрь посторонних предметов и дождя.

2) Воздушный клапан. Воздушный клапан устанавливается на входе приточного или на выходе вытяжного канала.

Этот клапан предотвращает попадание в помещение наружного воздуха при выключенной системе вентиляции. Воздушный клапан особенно необходим зимой, поскольку без него в помещение будет попадать холодный воздух и снег. Как правило, в приточных системах вентиляции устанавливаются воздушные клапана с электроприводом, что позволяет полностью автоматизировать управление системой — при включении вентилятора (и калорифера) клапан открывается, при выключении — закрывается.

3) Фильтр. Фильтр необходим для защиты как самой системы вентиляции, так и обслуживаемых помещений от пыли, пуха и насекомых. Обычно устанавливается один фильтр грубой очистки, который задерживает частицы величиной более 10 мкм. Если к чистоте воздуха предъявляются повышенные требования, то дополнительно могут быть установлены фильтры тонкой очистки (задерживают частицы до 1 мкм) и особо тонкой очистки (задерживают частицы до 0,1 мкм).

Фильтрующим материалом в фильтре грубой очистки служит ткань из синтетических волокон, например, акрила. Фильтр необходимо периодически очищать от грязи и пыли, обычно не реже 1 раза в месяц. Для контроля загрязнения фильтра можно установить дифференциальный датчик давления, который контролирует разность давления воздуха на входе и выходе фильтра — при загрязнении разность давления увеличивается.

4) Калорифер. Калорифер или воздухонагреватель предназначен для подогрева подаваемого с улицы воздуха в зимний период. Калорифер может быть водяным (подключается к системе центрального отопления) или электрическим. Для небольших приточных установок выгоднее использовать электрические калориферы, поскольку установка такой системы требует меньших затрат. Для больших офисов (площадью более 100 кв.м.) желательно использовать водяные нагреватели, иначе затраты на электроэнергию окажутся очень большими.

Для того чтобы водяной калорифер мог поддерживать заданную температуру воздуха, для него необходим, так называемый, узел обвязки, в который входит водяной насос, клапаны и другие элементы. Узел обвязки позволяет регулировать поток теплоносителя через калорифер, регулируя тем самым его теплоотдачу и температуру воздуха на выходе вентсистемы.

Существует способ в несколько раз снизить затраты на подогрев поступающего воздуха. Для этого используется рекуператор — устройство, в котором холодный приточный воздух нагревается за счет теплообмена с удаляемым теплым воздухом. Разумеется, воздушные потоки при этом не смешиваются.

5) Вентилятор, основа любой системы искусственной вентиляции. Он подбирается с учетом двух основных параметров: производительности (количества «прокачиваемого» воздуха) и полного давления (подробнее об этих параметрах рассказывается в разделе Расчет вентиляции). По конструктивному исполнению вентиляторы бывают двух видов: осевые (например, бытовые вентиляторы «на ножке») и радиальные (центробежные) (как «беличье колесо»). Осевые вентиляторы обеспечивают хорошую производительность, однако имеют низкое давление: если на пути воздушного потока встречается препятствие (длинный воздуховод с поворотами, решетка и т. п.), то скорость потока заметно падает. Поэтому в системах вентиляции с разветвленной сетью воздуховодов применяют радиальные вентиляторы, отличающиеся высоким давлением создаваемого воздушного потока. Другими важными характеристиками вентиляторов являются уровень шума и габариты. Все эти параметры в большой степени зависят от стоимости и марки оборудования.

6) Шумоглушитель. Поскольку вентилятор является источником шума, после него обязательно устанавливают шумоглушитель, чтобы предотвратить распространение шума по воздуховодам. Основным источником шума при работе вентилятора являются турбулентные завихрения воздуха на его лопастях, то есть аэродинамические шумы. Для снижения этих шумов используется звукопоглощающий материал определенной толщины, которым облицовываются одна или несколько стенок шумоглушителя. В качестве звукопоглощающего материала обычно используют минеральную вату, стекловолокно и т.п. Степень звукопоглощения определяется, в первую очередь, длиной шумоглушителя. Удовлетворительных результатов можно добиться, используя шумоглушители длиной не менее 1 метра.

7) Воздуховоды. После выхода из шумоглушителя обработанный воздушный поток готов к распределению по помещениям. Для этих целей используется воздухопроводная сеть, состоящая из воздуховодов и фасонных изделий (тройников, поворотов, переходников). Основными характеристиками воздуховодов являются площадь сечения, форма (круглая или прямоугольная) и жесткость (бывают жесткие, полугибкие и гибкие воздуховоды).

Скорость потока в воздуховоде не должна превышать определенного значения, иначе воздуховод станет источником шума. Поэтому площадью сечения воздуховода определяется объем прокачиваемого воздуха, то есть размер воздуховодов подбирается исходя из расчетного значения воздухообмена и максимально допустимой скорости воздуха.

Жесткие воздуховоды изготавливаются из оцинкованной жести и могут иметь круглую или прямоугольную форму. Полугибкие и гибкие воздуховоды имеют круглую форму и изготавливаются из многослойной алюминиевой фольги. Круглую форму таким воздуховодам придает каркас из свитой в спираль стальной проволоки. Такая конструкция удобна тем, что воздуховоды при транспортировке и монтаже можно складывать «гармошкой». Недостатком гибких воздуховодов является более высокое аэродинамическое сопротивление, вызванное неровной внутренней поверхностью, поэтому их используют только на участках небольшой протяженности.

Существуют также термоизолированные воздуховоды, предназначенные для подачи воздуха, температура которого отличается от температуры окружающей среды. В квартирах и коттеджах часто применяют шумопоглощающие воздуховоды. Они похожи на термоизолированные, но их внутренняя поверхность сделана из перфорированного материала, позволяющего поглощать шумы специальному материалу, покрывающему поверхность воздуховода. Использование таких воздуховодов позволяет в некоторых случаях обойтись без шумоглушителя.

8) Распределители воздуха. Через воздухораспределители воздух из воздуховода попадает в помещение. Как правило, в качестве воздухораспределителей используют решетки (круглые или прямоугольные, настенные или потолочные) или диффузоры (плафоны). Помимо декоративных функций, воздухораспределители служат для равномерного рассеивания воздушного потока по помещению, а также для индивидуальной регулировки воздушного потока, направляемого из воздухораспределительной сети в каждое помещение. Воздухораспределительные решетки бывают регулируемые (позволяют регулировать направление потока по вертикали или по горизонтали и вертикали) и не регулируемые.

9) Системы регулировки и автоматики. Последним элементом вентиляционной системы является электрический щит, в котором обычно монтируют систему управления вентиляцией.

В простейшем случае система управления состоит только из выключателя с индикатором, позволяющего включать и выключать вентилятор. Однако чаще всего используют систему управления с элементами автоматики, которая включает калорифер при понижении температуры приточного воздуха, следит за чистотой фильтра, управляет воздушным клапаном и т.д. В качестве датчиков для системы управления используют термостаты, гигростаты, датчики давления и т.п.

Дополнительные компоненты используются для охлаждения, увлажнения, осушения воздуха и энергосбережения, т.е. для более эффективного обеспечения системы вентиляции.

Наиболее востребованными дополнительными компонентами являются:

1) Рекуператор. Как говорилось ранее, данное устройство позволяет снизить потребляемую калорифером мощность при сохранении как производительности системы вентиляции, так и температуры приточного воздуха. Происходит это за счет подогрева приточного воздуха тепловой энергией удаляемого (вытяжного) воздуха. На практике подобные устройства чаще устанавливаются в больших коттеджах или офисах, где экономия электроэнергии особенно актуальна. Распространение получили три вида рекуператоров:

a) пластинчатые рекуператоры, являются самым простым и недорогим типом рекуператоров, в них потоки приточного и вытяжного воздуха движутся по узким каналам, обмениваясь теплом через тонкие стенки каналов. Эти рекуператоры не имеют движущихся частей и поэтому просты в изготовлении, но их КПД не слишком высок и составляет около 50–60%. В холодный период года такие рекуператоры склонны к обмерзанию, что затрудняет их применение в московском регионе. В теплый период года пластинчатый рекуператор желательно заменять летним блоком, чтобы избежать образования конденсата в приточном канале.

б) с промежуточным теплоносителем, в таких рекуператорах используется два теплообменника, между которыми циркулирует водно-гликолиевый раствор. Один из теплообменников расположен в приточном канале, второй — в вытяжном. Теплоноситель нагревается удаляемым воздухом, а затем передает тепло приточному воздуху. Передача тепла может регулироваться изменением скорости циркуляции теплоносителя. Такие рекуператоры имеют низкую эффективность, их КПД составляет 45–60%.

в) роторный рекуператор, в таких рекуператорах тепло передается вращающимся между вытяжным и приточным каналами ротором. Уровень рекуперации тепла может регулироваться скоростью вращения ротора. Роторные рекуператоры имеют высокую стоимость, однако, их КПД также самый высокий — до 90%. Еще одно преимущество роторных рекуператоров — частичная передача влаги от удаляемого воздуха к приточному.

2) Увлажнитель воздуха.

Основной проблемой, с которой сталкиваются обитатели вентилируемых помещений - крайне низкая влажность воздуха в холодное время года. Причина этого явления в том, что зимой холодный наружный воздух содержит очень мало влаги. Когда этот воздух попадает в дом и нагревается, его влажность падает до 10–20% (подробнее об этом можно узнать из статьи Что такое влажность воздуха). Для борьбы с чрезмерной сухостью воздуха систему вентиляции дополняют канальным увлажнителем или используют ПУ с секцией увлажнения, что позволяют поддерживать во всех обслуживаемых помещениях оптимальный уровень влажности.

3) Охладитель и осушитель воздуха.

Система вентиляции может не только нагревать, но и охлаждать воздух. Для этого в нее встраивают охладитель, который может быть водяным или фреоновым.

Для осушения воздуха применяется охлаждение с последующим нагревом воздуха. Для этого обрабатываемый воздух проходит последовательно через испаритель и конденсатор кондиционера. В результате температура воздуха почти не изменяется, а влажность — снижается. Вентиляция с осушением воздуха используется в бассейнах и других помещениях с повышенной влажностью.

При выборе оборудования для системы вентиляции, в первую очередь необходимо рассчитать следующие параметры:

• Рабочее давление (Па) и скорость потока воздуха в воздуховодах (м/с).
• Допустимый уровень шума (дБ).
• Мощность калорифера (кВт).

Производительность по воздуху. Подбор оборудования для системы вентиляции начинается с расчета требуемой производительности по воздуху или «прокачки», измеряемой в кб.м/ч. Для этого необходим поэтажный план помещений с экспликацией (таблицей наименований каждого помещений с указанием его площади). Расчет начинается с определения требуемой кратности воздухообмена для каждого помещения. Кратность воздухообмена показывает, сколько раз в течении одного часа происходит полная смена воздуха в помещении, например, для помещения площадью 50 кв.м. с высотой потолков 3 м (объем 150 кб.м.) двукратный воздухообмен соответствует 300 кб.м/ч. Требуемая кратность воздухообмена зависит от назначения помещения, количества людей, мощности тепловыделяющего оборудования и определяется СНиП (Строительными Нормами и Правилами). Так, для большинства жилых помещений достаточно однократного воздухообмена, для офисных помещений требуется 2-3-х кратный воздухообмен. Просуммировав расчетные значения воздухообмена для всех помещений, мы получим требуемую производительность по воздуху. Типичные значения производительности — 100-800 кб.м/ч для квартир, 1000-2000 кб.м/ч для коттеджей, 1000-10000 кб.м/ч для офисов.

Рабочее давление, скорость потока воздуха в воздуховодах и допустимый уровень шума

После расчета производительности по воздуху приступают к проектированию воздухораспределительной сети, которая состоит из воздуховодов, фасонных изделий (переходников, разветвителей, поворотов и т.п.) и распределителей воздуха. Расчет воздухораспределительной сети начинают с составления схемы воздуховодов. По этой схеме рассчитываю три взаимосвязанных параметра — рабочее давление, скорость потока воздуха и уровень шума. Требуемое рабочее давление определяется мощностью вентилятора и рассчитывается исходя из диаметра и типа воздуховодов, числа поворотов и переходов с одного диаметра на другой, типа распределителей воздуха. Чем длиннее трасса и чем больше на ней поворотов и переходов, тем больше должно быть давление, создаваемое вентилятором. От диаметра воздуховодов зависит скорость потока воздуха. Обычно эту скорость ограничивают 13-15 м/с. При больших скоростях возрастают потери давления и увеличивается уровень шума. В тоже время, использовать «тихие» воздуховоды большого диаметра не всегда возможно, поскольку их трудно разместить в межпотолочном пространстве. Поэтому при проектирование систем вентиляции часто приходится искать компромисс между уровнем шума, требуемой мощностью вентилятора и диаметром воздуховодов.

Мощность калорифера. Калорифер используется в приточной системе вентиляции для подогрева наружного воздуха в холодное время года. Мощность калорифера рассчитывается исходя из производительности системы вентиляции, требуемой температурой воздуха на выходе системы и минимальной температурой наружного воздуха. Два последних параметра определяются СНиП. Температура воздуха, поступающего в жилое помещение, должна быть не ниже 16°С. Минимальная температура наружного воздуха зависит от климатической зоной и для Владимира равна —26°С (рассчитывается как средняя температура самой холодной пятидневки самого холодного месяца в 13 часов). Таки образом, при включении калорифера на полную мощность он должен нагревать поток воздуха на 40°С. Типичные значения расчетной мощности калорифера — от 1 до 5 кВт для квартир, от 5 до 50 кВт для офисов.