Результаты реконструкции многоквартирных домов в Эстонии по схеме KredEx. Вентиляционные системы

Ярек Курницкий (Jarek Kurnitski),

Ало Микола (Alo Mikola), Таллинский технический университет

Комплексная реновация многоквартирных домов (МКД) в Эстонии проводится с 2010 года. В целом программа реновации¹ предусматривает модернизацию к 2050 году многоквартирных зданий, построенных до 2000 года (в общей сложности 14 000 зданий). На данный момент реновацию прошли около 3 000 МКД. Предлагаем оценить результаты реновации этих домов в области модернизации вентиляционных систем.

При внедрении первой целевой программы реновации в Эстонии в 2010–2014 годах было допущено множество ошибок, что повысило ценность полученного опыта. Неудивительно, что отсутствие вентиляции стало серьезной проблемой с самого начала, так как реконструкция ограждающих конструкций здания блокирует естественную вентиляцию. Оценка кратности воздухообмена в большой выборке реконструированных многоквартирных зданий иллюстрирует эту проблему (рис. 1). Очевидно, что естественная вентиляция и индивидуальные квартирные вентиляционные установки оказались неспособны обеспечить эффективный воздухообмен.

Рисунок 1. Измеренные уровни воздухообмена в реконструированных квартирах через год эксплуатации после передачи

При использовании систем механической вентиляции ситуация усложняется. Согласно протоколам измерения расхода воздуха, на этапе ввода этих зданий в эксплуатацию все механические системы вентиляции обеспечивали расчетный расход воздуха. Измерения, проведенные приблизительно год спустя, показали, как вентиляционные системы работали на практике во время отопительного периода. Поквартирные вентиляционные установки (single room ventilation units, SRVU) и естественная вентиляция обеспечивают настолько низкую кратность воздухообмена, что это может создавать угрозу для жильцов. Кроме того, такого воздухообмена недостаточно для ассимиляции влаги, которая может провоцировать развитие плесени.

Также отмечалось, что в период эксплуатации воздухообмен снижается во многих зданиях с механической вытяжкой (mechanical exhaust, ME) и с тепловым насосом, использующим низкопотенциальную теплоту вытяжного воздуха (exhaust air heat pump, EAHP); это может быть обусловлено холодными сквозняками или энергосберегающими мерами. Интенсивность вентиляции в центральных сбалансированных системах вентиляции с рекуперацией (heat recovery ventilation, HRV) в большинстве зданий не уменьшилась и соответствует требованиям.

Требования к системам вентиляции

Для обеспечения эффективной вентиляции в реконструированном МКД с 2015 года технические условия грантов на реновацию KredEx предписывают, чтобы вентиляционная система соответствовала требованиям стандарта EN 16798-1:2019 для категории микроклимата в помещении II или имела расход приточного и вытяжного воздуха в помещении, соответствующий расчетным значениям, указанным в табл. 1.

Расчетное значение расхода приточного воздуха составляет 10 л/с для гостиных и спален. Расчетное значение расхода вытяжного воздуха для туалетов составляет 10 л/с, для ванных комнат – 15 л/с (10 л/с в небольших квартирах) и для кухонь – 8 л/с (6 л/с в небольших квартирах). Для балансирования воздушных потоков необходимо увеличить расход приточного воздуха в небольших квартирах и расход вытяжного воздуха в крупногабаритных квартирах, как обозначено «+» в табл. 1.

На кухне рекомендовано дополнительно предусмотреть кухонные вытяжки производительностью 25 л/с. Однако это не является обязательным условием при реновации, поскольку, чтобы реализовать эту рекомендацию, могут потребоваться дополнительные воздуховоды и модификация существующей кухонной мебели, что нежелательно для жильцов.

Вентиляционные системы

Существуют два решения, отвечающих требованиям схемы KredEx к расходу воздуха и рекуперации тепла и широко применяющихся на практике:

• централизованная механическая приточно-вытяжная вентиляция (сбалансированная вентиляция) с рекуперацией (HRV);
• механическая вытяжная вентиляция с тепловым насосом, использующим низкопотенциальную теплоту вытяжного воздуха (EAHP).

Решение 1

Дополнительная теплоизоляция толщиной 200 мм позволяет смонтировать новый приточный воздуховод на фасаде здания. Эффективность рекуперации тепла составляет ≥ 80 %, а удельная мощность вентиляционной установки SFP составляет < 1,8 кВт/м³/с). Шумоглушение в централизованной системе HRV обеспечивается легко, а сквозняк практически отсутствует, так как приточный воздух нагревается. Вентиляционная установка данной системы устанавливается на крыше или на чердаке (рис. 2–5).

Рисунок 2. Схема вентиляционных воздуховодов внутри теплоизоляции фасада здания в разрезе.

Плоские пластиковые или круглые, выполненные из листовой стали приточные воздуховоды устанавливаются внутри дополнительной теплоизоляции на наружных стенах и крыше. Старые вентиляционные каналы используются для отвода воздуха из квартир. Поскольку герметичность этих каналов обычно нарушена, внутри старых вентиляционных каналов по умолчанию всегда устанавливаются новые вентиляционные воздуховоды. В отдельных случаях вытяжные воздуховоды могут монтироваться на фасаде, наподобие приточных воздуховодов.

Рисунок 3. Вентиляционные воздуховоды на стене и установка ТОВ

Приточный воздух подается по воздуховодам в гостиные и спальни, а вытяжной отводится из туалетов, ванных комнат и кухонь. Установка вентиляционных воздуховодов внутри дополнительного слоя теплоизоляции позволяет избавиться от видимых воздуховодов внутри квартир. Диффузоры приточного воздуха устанавливаются на наружной стене гостиной и спальни, а клапаны вытяжного воздуха размещаются в кухне, ванной комнате и туалете. Объем работ по монтажу вентиляции внутри квартир минимален и при правильной организации не мешает жильцам.

Рисунок 4. Фотография 9-этажного здания в процессе реновации с использованием воздуховодов из листового металла

Вентиляционные воздуховоды на крыше следует устанавливать внутри теплоизоляционного слоя крыши или закрывать отдельным слоем теплоизоляции. Для обеспечения высокой эффективности рекуперации тепла и предотвращения распространения запахов обычно используют пластинчатые противоточные теплообменники. Для подогрева приточного воздуха после узла рекуперации тепла рекомендуется использовать водяной змеевик повторного нагрева. Важный аспект – защита от замерзания; так как использование змеевиков предварительного нагрева не допускается, обычно применяется секционная дефростация с эффективным управлением. Подробный принцип работы системы HRV с установкой воздуховодов на фасаде показан на рис. 5.

Рисунок 5. Принцип устройства централизованной системы HRV после реновации

Решение 2

Второе популярное решение основано на применении теплового насоса, использующего низкопотенциальную теплоту вытяжного воздуха (EAHP), который можно установить в любую централизованную механическую вытяжную вентиляционную систему. Исследования, проведенные для климата Германии, Италии и Эстонии, показали, что тепловой насос, использующий теплоту вытяжного воздуха, в условиях Центральной Европы и более теплых климатических зонах обеспечивает более эффективную рекуперацию тепла, чем система HRV.

В данной системе необходимо уделить особое внимание выбору эффективного воздухозаборного решения, поскольку простые воздухозаборные отверстия передают наружный шум, создают холодные сквозняки и обычно обладают недостаточной фильтрацией.

Схема KredEx требует использовать для подогрева приточного воздуха отопительные приборы, которые дополнительно оснащены воздухозаборной секцией с фильтром (обычно с эффективностью ePM1 60 % (F7)) и подогревают приточный воздух практически до комнатной температуры. Отопительные приборы не подвержены замерзанию, даже при закрытых термостатах, что было подтверждено в ходе лабораторных испытаний и широкого применения в холодном климате.

Вытяжной воздух подается на крышу на теплообменник «воздух–жидкость» вытяжной вентиляционной установки, где тепло передается через контур теплоносителя на тепловой насос. Тепловой насос выдает теплоту для отопления помещений и горячего водоснабжения. Сезонный коэффициент эффективности (SCOP) составляет 3,0–4,0, в зависимости от схемы соединения и кривой нагрева.

Основная проблема данного решения при реновации зданий заключалась в использовании старых каналов естественной вентиляции без установки новых воздуховодов внутри старых каналов. Низкая герметичность старых каналов может привести к несбалансированным расходам воздуха и проблемам с шумом. Основной принцип системы с EAHP показан на рис. 6.

Рисунок 6. Система EAHP - вентиляционные радиаторы с тепловым насосом, использующим тепло вытяжного воздуха

Существует множество возможных схем соединения EAHP; рекомендуется режим работы с приоритетным отоплением помещений и максимальным охлаждением обратной воды системы централизованного отопления. Если EAHP используется с котлом, также возможно подключение к обратной магистрали системы отопления для работы при более низких температурах (рис. 7).

Рисунок 7. Подключение к обратной магистрали системы отопления: а) схема подключения теплового насоса, работающего на тепле вытяжного воздуха б) вентиляционный радиатор

Вентиляционные решения, запрещенные в Эстонии

С 2015 года схему KredEx нельзя использовать для систем естественной вентиляции и индивидуальных поквартирных вентиляционных установок (SRVU).

SRVU с регенеративными керамическими теплообменниками и одиночным вентилятором работают циклами, поэтому в каждой комнате устанавливаются две установки, которые переключаются между режимами притока и вытяжки каждые 60–70 с. Во время вытяжного цикла тепло из вытяжного воздуха накапливается в керамическом теплообменнике, а затем используется во время приточного цикла для подогрева холодного наружного воздуха. Эти установки обычно оснащаются фильтрами грубой очистки класса G3.

Эксплуатационные измерения показали, что такая система не обеспечивает достаточный воздухообмен и эффективную рекуперацию теплоты. Основная проблема связана с большим отрицательным давлением из-за эффекта тяги в квартирах на нижних этажах, которое перекрывает давление, создаваемое небольшими вентиляторами, и SRVU начинают работать как простые воздухозаборники. Вентиляторы, используемые с SRVU, оказались неработоспособными при типичном давлении в многоэтажных зданиях в холодные периоды года.

Также SRVU генерируют слишком много шума и не имеют достаточной защиты от замерзания. На рис. 8 показана еще одна проблема SRVU. В то время как в правильно спроектированной вентиляционной системе воздух перемещается из гостиной и спален к вытяжкам в ванной, туалете и кухне, в случае SRVU вытяжки предусмотрены в гостиных и спальнях. Это означает, что вытяжные потоки из ванной, туалета и кухни приблизительно в два раза превысят расход приточного воздуха, что понизит эффективность рекуперации тепла и отрицательно скажется на энергопотреблении. Таким образом, для правильного использования SRVU необходимо продлить вытяжки до ванных, туалетов и кухонь, что технически сложно, а часто вообще невозможно, так как для этого необходимо установить воздуховоды в используемых квартирах.

Рисунок 8. Вентиляционные решения, при которых запрещено проводить реновацию по схеме KredEx: а) естественная вентиляция, б) поквартирные вентиляционные установки (SRVU)

Результаты полученного опыта реновации МКД

Эстонский опыт реновации показывает, что использование эффективной теплообменной вентиляции позволяет добиться экономии энергии до 70 %, при этом обеспечивая качественный внутренний микроклимат. Критичным аспектом в процессе реновации был объем монтажных работ внутри квартир.

Для распространения энергоэффективных вентиляционных решений на практике потребовались строгие требования к вентиляции с расходами воздуха, заданными для комнат. В качестве стандартных решений с 2015 года применяется централизованная механическая приточно-вытяжная вентиляция и механическая вытяжная вентиляция с тепловым насосом, использующим низкопотенциальную теплоту вытяжного воздуха. Кроме того, для стимулирования выполнения новых требований и обеспечения эксплуатационных показателей потребовалось разработать типовые проектные чертежи и сделать протоколы измерения расхода вентиляционного воздуха обязательными при сдаче в эксплуатацию.

Экономический анализ показывает, что гранты, выдаваемые правительством, не влияют на состояние бюджета из-за средних налоговых поступлений от реновационных проектов в размере 32 %. Реновация имеет положительную репутацию и считается выгодной для домовладельцев, так как она улучшает внутренний микроклимат и общее состояние объекта, а также увеличивает стоимость недвижимости.

¹ Программа реновации проводится благодаря грантам. Обычно за счет грантов оплачивается 30 % от общей стоимости реновации в больших городах и 40–50 % на периферии.