Проблема вентиляции помещений

Данная статья была опубликована в журнале «Окна.Двери.Витражи.», №4 от 2005 г. В ней комплексно и разносторонне рассматривается проблема вентиляции жилых помещений. Особое внимание уделено влиянию установки современных ПВХ-окон на микроклимат помещения.

•  малая толщина дерева, применение преимущественно цельного бруса приводили к деформации окна;
•  в старых окнах практически отсутствовали эластичные уплотнители по всему периметру, поэтому входящему потоку наружного воздуха эти окна могли оказывать лишь незначительное сопротивление;
•  простое исполнение области оконного фальца;
•  оконная фурнитура допускала использование только рам с недостаточным прижимным усилием. Уровень пропускания воздуха через стыки при усиленном давлении (нажатии) значительно возрастал.

В процессе эксплуатации стали возрастать неконтролируемые теплопотери при прохождении воздуха через неплотности во всей оболочке здания.
Тем не менее эта “самовентиляция” через стыки окна помогала избежать вызванных повышенной влажностью повреждений посредством снижения относительной влажности воздуха.
В противовес старым окнам, современные отличаются повышенными теплоизоляционными качествами: 

•  обеспечение прямой ливневой устойчивости независимо от этажа и высоты строения;
•  уменьшение теплопотерь через оконные стыки;
•  повышенные теплозащитные характеристики;
•  минимизация коэффициента пропускной способности стыков. 

 В строительных документах каждое окно определяется также как устройство для вентиляции помещений, где находятся или живут люди. Точных предписаний по вентиляции, как, например, в скандинавских странах, пока что нет. Существуют лишь мнения. Например, необходимо повышать требования к минимальной теплозащите с целью повышения температуры поверхностей в помещении. Или пока нет точных общеобязательных норм по воздухообмену и вентиляции помещений, следует разрабатывать соответствующие временные предписания и правила.
Оба высказывания подтверждают и доказывают, что комплекс проблем, связанных с вентиляцией, нельзя решить только исключительно за счет окна. Закрытое окно должно обеспечивать экономию энергии, улучшение жилищного комфорта и в конечном итоге — качества жизни. Здоровый климат в помещении может быть обеспечен через целенаправленное использование окон или специальных конструкций, а также вентиляционных устройств.
В докладе по проблемам строительных повреждений 1995 года четко говорится: “Необходимо тщательнее планировать и выполнять (нормы и правила), связанные с воздухопроницаемостью и систематической вентиляцией в домах новой постройки…”.
К вентиляции помещений предъявляются самые различные требования. Они складываются из условий комфорта людей, находящихся в помещении таких, например, как приятная температура воздуха зимой и летом, низкий уровень посторонних запахов, низкая концентрация в воздухе вредных веществ, требования защиты корпуса дома и пожарной безопасности.
В итоговом виде эти требования выглядят следующим образом:
1. регулирование температуры воздуха в помещении;
2. регулирование влажности воздуха в помещении;
3. замена (обновление) использованного (выдыхаемого) воздуха;
4. удаление запахов (табачный и кухонный запахи);
5. удаление образующихся в воздухе вредных веществ, например, от окраски стен или применения строительных отделочных материалов;
6. обеспечение притока воздуха, необходимого для открытого огня в помещении (печи, камины, газовые горелки);
7. обеспечение притока воздуха, необходимого для функционирования вытяжной и принудительной вентиляции;
8. уменьшение содержания в воздухе пыли и пыльцы растений.

Сами требования относительно наружных стен часто противоречат друг другу. В одних говорится о герметичности, в других, наоборот, предполагается применение неплотных окон с продуваемыми стыками.
Аргументы в пользу герметичного окна, не пропускающего наружный воздух:
•  отделение климата в помещении от внешней среды, прежде всего, в качестве защиты от сквозняков и атмосферных осадков;
•  ограничение вентиляционных теплопотерь;
•  обеспечение шумозащиты;
•  обеспечение противовзломной надежности.
Аргументы в пользу неплотного окна:
•  отвод влаги из помещения;
•  обеспечение необходимого воздухообмена для создания комфортного климата внутри помещения и удаления вредных веществ;
•  обеспечение притока кислорода для людей или источников открытого огня.

     Защита корпуса зданий от повреждений, вызываемых повышенной влажностью
Главными источниками повышенной влажности в помещениях являются приготовление пищи, уборка помещений с использованием воды, использование ванной и душа, открытые водные пространства (аквариумы, фонтаны), комнатные растения и сами люди.
В квартире общей площадью 100 кв. м, где проживают три человека, в воздух за сутки передается в среднем около 12 литров воды. При этом не учитывается еще и количество воды, образующейся в результате естественного испарения.
Удаление влаги возможно только в том случае, когда в помещение поступает достаточное количество свежего воздуха, обладающего достаточной гигроскопичностью (способностью к принятию влаги).
При недостаточном удалении влаги на внутренних поверхностях помещения может образоваться конденсат. Особенно этому влиянию подвержены наружные стены, а также участки стен за мебелью или занавесками (гардинами). Следствие – влажные стены и углы в помещении. Повреждения становятся видимыми чаще всего в виде образующейся плесени.
Современная ситуация
В 90 % всех квартир ФРГ необходимый воздухообмен происходит через окна и неплотности в корпусе здания (так называемая свободная вентиляция). В остальных случаях используется принудительная вентиляция (как нагнетательная, так и вытяжная).

Факторы, важные для вентиляции

    Содержание кислорода в воздухе
Помещения, в которых находятся люди, практически не нуждаются в дополнительном кислородном обеспечении. Содержащегося в воздухе кислорода достаточно даже тогда, когда по другим параметрам замена воздуха становится необходимой.

     Углекислый газ
Содержание в воздухе углекислого газа является существенным показателем, характеризующим качество воздуха. Разработанный Петтенкоффером масштаб содержания углекислоты в воздухе, так называемый индекс Петтенкоффера, дает представление о предельных нормах содержания СО2.
Выдыхаемый человеком воздух содержит около 4% углекислого газа, что приводит к возрастанию уровня СО2 в помещении, где находятся люди.
С точки зрения здоровья это не представляет опасности, даже когда уровень концентрации СО2 превышает пороговые значения, определенные для нормального воздуха, на 0,1-0,15%.
 Монооксид углерода (угарный газ)
Невидимый и не имеющий запаха угарный газ образуется только в помещениях с открытым огнем: печи, камины, газовые горелки.
Насыщение воздуха помещения угарным газом может произойти только в том случае, когда образующиеся при горении газы устремляются внутрь комнаты, а также когда при этом снаружи не поступает достаточного количества кислорода, необходимого для горения. Поэтому для таких помещений необходимо тщательное планирование системы воздухоподачи.
Запахи и летучие вещества (сигаретный дым, кухонные запахи, испарения) хорошо воспринимаются человеческим обонянием. Именно они в первую очередь вызывают желание проветрить помещение.
    Солнечное излучение
Под воздействием солнечных лучей помещение может сильно нагреваться. В зависимости от величины и расположения окна для отвода тепла может требоваться особенно интенсивная вентиляция.
    Тепловая энергия
Вентиляция помещений с точки зрения экономии тепловой энергии является наиболее щепетильной темой. С одной стороны, мнения о том, насколько вентиляция влияет на отопительный процесс всего дома, сильно расходятся. С другой стороны, попытки ограничить теплопотери за счет сокращения (уменьшения) вентиляции также небеспредельны, поскольку уровень и качество воздухообмена не могут быть ниже необходимого гигиенического и строительно-физического минимума.
Факторы, влияющие на динамику теплопотерь, разнообразны – от теплозащиты стен до качества отопительных систем и приборов, плотности стыков панелей здания и оконных стыков, формы здания, а также индивидуальных особенностей потребительского поведения.
В старых зданиях, не подвергшихся санированию (время постройки – начало 70-х годов), 65-80% тепла теряется трансмиссионным путем (теплопроводность) через воздухонепроницаемые элементы здания – стены, крыша, остекление и т.д. Лишь 20-30% всех теплопотерь приходится на вентиляцию.
В домах, построенных в соответствии с нормами WSVO’95 и имеющих герметичные окна, уровень теплопотерь, приходящихся на вентиляцию, повышается до 45%. Причина заключается в следующем:
1. смена половины объема воздуха в помещении происходит через окно в откинутом положении за 30-60 минут. При этом теряется от 40 до 65% тепловой энергии отопления;
2. в энергосберегающих домах и домах, построенных в соответствии с WSVO’95, использованы все имеющиеся мероприятия по уплотнению и теплоизоляции зданий. Эти дома так хорошо изолированы, так что доля теплопотерь через стены составляет в них лишь30-40% от общего количества.
Таким образом на потери через вентиляцию приходится около 2/3 всего тепла.

Таблица 1 . Расчет точки росы

Влажность воздуха
Содержащийся в воздухе водяной пар влияет как на само здание, так и на находящихся в нем людей.
Слишком сухой, равно как и слишком влажный, воздух воспринимается человеком как некомфортный.
Относительная влажность воздуха имеет большое значение для самого здания, в особенности для его открытых частей. При соприкосновении теплого воздуха, имеющего высокую относительную влажность, с холодными элементами здания может образоваться конденсат.
Способность воздуха к восприятию (впитыванию) водяного пара зависит от температуры воздуха.
Например, воздух, имеющий температуру 20 °С, может вобрать 17,5 г водяного пара на один кубометр. Тогда наступает точка насыщения, и относительная влажность воздуха составляет 100%. При температуре 0 °С тот же объем воздуха может принять лишь 5 г водяного пара.
При охлаждении теплого воздуха (20 °С) до 0 °С из каждого кубометра воздуха выделяется 12,5 г влаги. Это значит, что при понижении температуры воздух более не в состоянии удерживать то количество влаги, которое он содержал, будучи теплым. Избыточное количество влаги выпадает в виде конденсата.
Диаграмма точки росы дает необходимую физическую информацию. При повышающейся влажности воздуха и постоянной (константной) температуре воздуха точка росы смещается в область более высоких температур (рис. 1 ).
С точки зрения строительной физики предотвращение образования конденсата абсолютно необходимо для предотвращения роста плесневых грибков.

Рис. 1. Относительная влажность воздуха

Проблема загрязнения плесневым грибком

В качестве критерия оценки условий, максимально способствующих появлению плесени, используется следующее положение. Риск появления плесени максимален, когда на протяжении минимум пяти дней, не менее 12 часов каждый день относительная влажность воздуха, соприкасающегося с поверхностью строительных элементов, превышает 80%.
Помимо традиционного проветривания предлагаются следующие способы снижения риска образования плесени:
•  независимое от потребителя обеспечение минимального воздухообмена путем использования механических устройств;
•  интегрированные (встроенные) в окно воздухоотводные (вентиляционные) каналы, работающие в зависимости от ветра и температуры воздуха.
Было бы иллюзией считать, что в будущем все строения будут оснащены устройствами такого рода, соответствующими EnEV 2000. Скорее всего, по-прежнему будет доминировать обычная оконная вентиляция по таким причинам как стоимость, требуемое для установки место, шум, поведение потребителя.
В современном строительстве при помощи оконной вентиляции можно обеспечить необходимый объем минимального воздухообмена. Последние исследования дали новые результаты по эмиссии влаги, зависимости влажности воздуха от типа строения, позволили по-новому взглянуть на проблему образования плесени.

Наиболее значимые факторы, влияющие на рост плесневых образований
Влажность
Для образования спор и роста плесневые грибки нуждаются прежде всего во влаге. Большинству видов домашней (бытовой) плесени необходима относительная влажность, начиная от 80-85%. Оптимальная влажность для грибков – 90-98%.
Уровень кислотности
Плесневые грибки предпочитают слабокислую среду со значениями рН от 4,5 до 6,5. Некоторые виды растут при значениях рН 2 или рН 8.
Температура
Минимальная температура роста – 0 °С, оптимальная – между 30 и 45 °С.
Питание
Требования к пище плесневых грибков минимальны. Им вполне достаточно самой обыкновенной домашней пыли.
Кислород
Для жизнедеятельности плесневым грибкам необходимо небольшое количество кислорода (меньше, чем человеку).
Свет
Свет для роста домашней (бытовой) плесени не нужен.

Некоторые виды плесневых грибков, с которыми строителям приходится бороться особенно часто: 

	Cladosporium herbarum – цвет от темно-зеленого до черного. По фактуре напоминает старый бархат;
	Aspergillus versicolor – Aspergillus niger – различные варианты цвета – от темно-оливкового до коричневого и черного. По структуре напоминает прослойки ваты толщиной в несколько миллиметров;
	Penicillium brevicompactum цвета от темно-зеленого до черного.

Наиболее подвержены нападению неприятных грибков детские и спальные комнаты. На третьем месте – ванные комнаты и душевые. Плесень более агрессивна в старых домах (даже санированных), чем в новостройках. Исследования показали, что риск появления неприятной сине-зеленой поросли существенно снижается, если оставлять помещение на ночь с открытым окном. Важно не столько интенсивное, сколько регулярное и постоянное проветривание помещения.
Помимо эстетических проблем плесневые образования могут привести к более серьезным последствиям, чем кажется на первый взгляд. В деревянных домах плесень вызывает необратимые процессы. Например, стены могут просто сгнить.
В кирпичных или панельных домах ее появление неминуемо сопровождается изменением микроклимата, размягчением и деформацией некоторых отделочных материалов. Новые материалы в домостроении и особенно появление новых герметичных оконных систем делают проблему вентиляции жилых помещений очень актуальной.