Свист в окнах, невозможность закрыть створку окна, продувания стен (реальные!), сквозняк от балкона.. все это проблемы, которые возникают у жильцов высотных (16 этажей и более) домов. В чем причина этих проблем и как это исправить?
Нам часто и много зимой приходится проводить зимой тепловизионное обследование высотных зданий. Проблемы, описанные в этой статье присущи всем высотным зданиям и связаны с физикой работы систем естественной вентиляции в зимний период при больших перепадах давления. Опишем подробно: в чем проблема, причины и способы борьбы с ними.
«Гипертяга» — что это такое?
Эффект тяги возникает в многоэтажных зданиях, когда температурные значения воздуха за их пределами значительно выше или ниже значения внутри дома на аналогичной высотной отметке. Из-за недостаточно высокой герметичности ограждающих конструкций воздух попадает в нижнюю часть отапливаемого здания, а затем выходит через неплотности конструкций верхних этажей. Причина этого кроется в разных значениях плотностей воздуха внутри дома и за его пределами, которая в свою очередь обусловлена неравенством температуры на улице и в помещениях.
Особенно ярко данная проблема проявляется с наступлением зимы, а в случае сурового российского климата – когда дома тепло (+20оС) а на улице холодно (-20оС) — и вовсе является весьма распространенной.
Проявляется, в первую очередь, в виде сильного продувания окон. Регулировка и даже замена окон, как правило, ничего не дает. Эффект продувания многократно усиливается при понижении температуры воздуха на улице. Связано данное явление с эффектом «гипертяги», или в просторечии «печной трубы». При значительной разнице температур воздуха в помещении и на улице, при значительной этажности дома возникает избыточная тяга в вытяжных каналах системы вентиляции.
В нашей практике был случай, когда избыточная тяга в 25-ти этажном доме, при закрытых окнах, создавала разряжение в квартире в -100 Па от атмосферного давления на улице. Стандартное пластиковое окно, при такой разнице давлений, не в состоянии обеспечить герметичность. Проведя несложные расчеты, мы видим, что при разнице давлений в 100 Па и площади открывающейся створки в 1 м2, на створку будет действовать сила, пытающаяся ее открыть, величиной около 100 Н (для простоты: как будто на центр створки давит вес 10 кГ снаружи), а стандартные запорные оконные системы не рассчитаны на такие нагрузки.
В тех случаях, когда температура воздуха на улице выше, чем в здании, наблюдается обратный эффект. В жаркое время года воздух будет проникать в дом через верхние этажи, а выходить через нижние. В случае такого нисходящего потока в многоэтажных домах используется термин «эффект обратной тяги». Его возникновение также обусловлено различиями в плотности воздуха на улице и внутри здания.
Рис. 1. Эффекты тяги и обратной тяги
На рис. 1 представлены схематические изображения инфильтрации и эксфильтрации при холодном и жарком климате без учета влияния давления ветра и работы вентиляционной системы в многоэтажном здании. Движение воздуха вверх в многоэтажном здании будет формироваться в шахтах, лестничных пролетах, шахтах и прочих местах, где имеются негерметичные перекрытия, в том числе и с отверстиями. На Рис. 1 наглядно продемонстрировано, что уровень эксфильтрации и инфильтрации воздуха возрастает по мере расхождения с уровнем нейтрального давления (УНД).
Эффект тяги подробно рассмотрен в западной литературе. В работах представлены методы расчета данного эффекта (разницы давления на ограждающих конструкциях) для заданной разницы в температурных значениях воздуха в доме и на улице. Особое значение отводится УНД – показателю, где уровни эксфильтрации и инфильтрации минимальны, что обусловлено равенством гравитационного давления на улице и внутри помещения при заданной разнице температурных показателей наружного и внутреннего воздуха. На УНД оказывает влияние целый ряд факторов:
- наличие внутренних планировок и их конфигурация;
- герметичность ограждающих конструкций;
- планировка шахт лифта и инженерных систем, лестничных пролетов.
Для нас в нашем климате важен другой аспект: помимо указанных выше причин на УНД оказывает влияние и вентиляционная система. Если из-за неё в здании наблюдается разрежение (объема приточного воздуха меньше вытяжного), тогда показатель УНД будет выше, при этом инфильтрации в нижней части здания и разница давлений будут возрастать. Если вентиляционная система обеспечивает подпор, тогда УНД снизится, вследствие чего инфильтрация и разница на нижних этажах многоэтажного дома будут ниже.
Простыми словами: установка герметичных пластиковых окон БЕЗ обеспечения притока воздуха (приточных вентклапанов и т.п.) приводит к значительному разряжению в квартире, и, как следствие – продуванию створок окон, а порой даже стен (при некачественной кладке и утеплении). При тепловизионном обследовании таких зданий мы часто видим эту характерную картину: промерзшие от сквозняков откосы окон, выхоложенные углы и примыкания перекрытий..
Согласно теории разница давлений на ограждающих конструкциях многоэтажного здания может быть рассчитана для любой высоты. На рис. 2 представлено схематическое изображение разницы давлений, которая формируется на ограждающих конструкциях многоэтажных домов при заданной разнице температур воздуха в помещении и на улице. Важно отметить, что на рис. 2 изображена идеальная модель без учета множества факторов, таких как ветровое давление (данный показатель учтен на рис. 3) и режим работы вентиляционной системы. Кроме того, в данной модели предполагается гипотетическое здание без перекрытий и перегородок (то есть движению воздуха внутри помещения не оказывается сопротивление), а ограждающие конструкции герметичны в одинаковой степени вне зависимости от этажа, на котором они располагаются.
Рассчитать УНД и фактический эффект тяги очень трудно и в некоторых случаях и вовсе невозможно, так как показатели будут постоянно меняться вследствие открытия и закрытия дверей лифтов, входных дверей и других факторов.
Рис. 2. Идеальная модель разницы давлений в зависимости от этажа
Среди основных проблем, связанные с эффектом тяги в многоэтажных зданиях:
- возникновением зон с разрежением или избыточным давлением;
- трудности в обеспечении комфортного обогрева нижних этажей;
- эксфильтрация/инфильтрация воздуха через ограждающие элементы конструкции здания.
Рис. 3. Эффект тяги с учётом давления ветра
Из-за возникновения зон с разрежением или избыточным давлением в подавляющем числе случаев возникают проблемы с закрытием и открытием дверей лифтов и лестничных пролетов.
Проблема с отоплением обусловлена тем, что фактическая инфильтрация через ограждающие конструкции и входные двери на нижних этажах может превышать проектные нормы. Это в лучшем случае чревато невозможностью поддерживать температуру воздуха в пределах комфортных значений. В некоторых ситуациях и вовсе может наблюдаться заморозка и повреждение спринклерных систем пожаротушения. В подавляющем числе случаев причиной проблемы является неправильный учёт инфильтрации при расчете тепловых потерь в процессе проектирования или в тех случаях, когда во время строительства не обеспечивается должный уровень герметичности элементов здания в соответствии с проектными требованиями.
Проведение эксфильтрации влажного и теплого воздуха нежелательно, так как при конденсации в порах или на поверхности ограждающих конструкций влага способна нанести ощутимый вред материалам, а также сократить эксплуатационный срок здания.
Для минимизации эффекта тяги могут использоваться такие архитектурные и инженерные решения:
- ограждающие конструкции, способные обеспечить максимальную герметичность;
- револьверные двери на входе в здание;
- тамбур-шлюзы для всех выходов и входов из здания, лестничных клеток, в дополнение к которым может идти система подбора воздуха на VAV-клапанах;
- оснащение общеобменной вентиляционной системы опцией контроля давления по зонам помещения, для чего применяется переменный расход и устанавливаются VAV-клапаны.
В решении описанных выше проблем может помочь тепловизионное обследование зданий, выполняемое с применением специального устройства — тепловизора.
Благодаря данной экспертизе можно своевременно выявить имеющиеся дефекты для их последующего устранения: при тепловизионном обследовании здания замеряются как параметры работы систем вентиляции в разных режимах и на разных высотах, так и проводится полная диагностика теплозащиты, что позволяет выявить все дефекты, проблемные режимы работы систем вентиляции и разработать рекомендации по их устранению: это непросто, но возможно – существуют специализированные инженерные решения.
Что можно предпринять для превентивного устранения проблем связанных с «гипертягой»?
Исходя из опыта тепловизионного контроля зданий, проводимого нашей компанией с 2010 года подготовили краткий перечень рекомендаций: на что обратить внимание при проектировании, производстве работ и приемке объекта, чтобы избежать претензий по качеству теплозащиты и параметров микроклимата.
Часть рекомендаций имеет критичное значение – особенно для высотных зданий (высотой 15 и более этажей).
Для зданий значительной высоты характерны дефекты, формируемые в силу дополнительно воздействия «гипертяги» — избыточной тяги естественной системы вентиляции здания. Такие рекомендации дополнительно выделены жирным шрифтом.
- Межсекционные деформационные швы: необходимо обеспечить качественную заделку и герметизацию шва – особенно в цокольной части здания.
Если используется система вентфасада – разместить вдоль шва дополнительно ветрозащитную мембрану.
Если в здании лучевая система отопления – то на этажах 1-4 разместить луч отопления ВДОЛЬ стен, примыкающих к шву (в силу специфики проявлений данного дефекта он практически не проявляется на этажах выше 4-го); если стояковая – по возможности разместить стояк отопления в углах, примыкающих к дифшву.
- Ветрозащитные мембраны: по возможности – по всему фасаду; при отсутствии возможности – обязательно: углы здания + монолитные элементы (для Уфы – как минимум по южному фасаду здания – со стороны господствующих зимних ветров)
- Монолитно-каркасные здания + вентфасад: по углам здания желательно по всей высоте применить утеплитель большей плотности (75-80 кг/м3)
- Монолитно-каркасные здания + вентфасад: до монтажа фасада провести визуальный контроль и дополнительную зачеканку/запенивание швов примыканий заполнения стен (по вертикали и по горизонтали) для блокировки инфильтраций через «пустошовку». Критично для этажей от 15 и ниже (выше дефекты не носят критического проявления в силу меньшего перепада давления)
- Монолитно-каркасные здания + вентфасад: обратить внимание на качество исполнения штукатурки, контроль ДО монтажа стяжки: тщательная заделка швов примыканий к перекрытиям
- Заделка стояков коммуникаций перед зашивкой, заливка стыков – во избежание тяги в каналах коммуникаций
- Установка клапанов микропроветривания/приточных клапанов в каждой оконной конструкции/квартире – для обеспечения нормальной работы системы вентиляции и компенсации перепада давления (критично для высотных зданий)
- Монтаж слоя утепления доводить до уровня отметки кровли (не завершать на отметке пола техэтажа); утеплять монолитные элементы снегозадержания на кровле – часто в данных монолитных элементах формируются мостики холода. На техэтаже – утеплить отмостку наружных стен и монолитных элементов.
- Если в здании лучевая система отопления: разместить лучи отопления максимально близко и вдоль наружных стен, внешних углов и монолитных элементов каркаса – для компенсации возможных дефектов теплозащиты
- Рекомендуется установка радиаторов на всех наружных стенах; особое внимание – угловым помещениям.
- При проектировании – проверить: нет ли в проекте помещений санузлов, имеющих наружную стену и при этом НЕ имеющих приборов отопления (кроме полотенцесушителя) – если такие санузлы есть – то доработать проект
Способы, как бороться с причинами, последствиями и проблемами, которые возникают по причине «гипертяги» (повышенной/высокой/избыточной тяги) в системах естественно-вытяжной (да и приточной!) вентиляции мы собрали и обобщили в «ТЕПЛОТЕКЕ» — небольшой сборник практических советов с примерами в формате ПДФ.
БашкирЭнергоАудит — перечень рекомендаций по утеплению здания (ТЕПЛОТЕКА, версия для САЙТА)
Если захотите поделиться этой информацией с коллегами — пожалуйста!
вот ссылка на эту страницу в виде QR-кода: 
Отдельные рекомендации мы обдумали и изложили в виде готовых пунктов для «ТЗ на проектирование». Об этом подробнее написано в самой «ТЕПЛОТЕКЕ».
Удачи Вам и тепла в доме!
коллектив компании «АА «БашкирЭнергоАудит»