Вентиляция: расчёты

Современный дом герметичен: пластиковые окна, утеплённый контур, мембраны. Вместе со сквозняками из него ушла и естественная вентиляция: воздух перестал обновляться сам. Результат предсказуем: CO₂ выше 1400 ppm к утру, влажность выше 60 % и конденсат на окнах, запахи и летучие органические вещества от отделки и мебели. Вентиляция сегодня не «пара решёток», а рассчитанная система с балансом притока и вытяжки, рекуперацией тепла и управлением по датчикам.

Гигиенический ориентир: 800–1000 ppm CO₂ и относительная влажность 40–60 %. В исследовании Harvard COGfx (Allen и др., 2016) результаты когнитивных тестов при около 950 ppm были примерно на 15 % ниже, а при около 1400 ppm примерно на 50 % ниже, чем при около 550 ppm. Работа небольшая, а связь именно CO₂ с эффектом позже оспаривалась: в более поздних экспериментах при тех же уровнях чистого CO₂ эффект не подтверждался. Поэтому правильнее считать CO₂ индикатором достаточности воздухообмена вместе с запахами, влажностью и летучими веществами, а не единственной причиной.

Нормируется и расход: для жилых комнат 30 м³/ч на человека (или 3 м³/ч на 1 м² жилой площади, берут большее), кухня 60–90 м³/ч, санузлы по 25 м³/ч. Эти числа и есть исходные данные расчёта, а не паспортный расход вентилятора «на максимуме». Посчитать их можно во вкладке «Воздухообмен».

• Качество воздуха как измеряемый показатель. После пандемии CO₂, PM2.5 и кратность воздухообмена вошли в нормы и корпоративные стандарты офисов. Датчики CO₂ и индикаторы качества воздуха стали штатной частью приточных установок и бризеров.
• Вентиляция по потребности (DCV). Расход следует за присутствием людей: датчики CO₂ и присутствия управляют заслонками и VAV-модулями. Экономия 30–50 % энергии вентиляторов и нагрева притока против постоянной подачи (по данным производителей и обзоров, зависит от загрузки помещения).
• Энтальпийные рекуператоры. Мембранные теплообменники возвращают не только тепло, но и влагу: зимой воздух не пересушивается, летом снижается нагрузка на кондиционирование, часто отпадает дренаж конденсата.
• Энергоэффективность узлов. EC-вентиляторы, удельная мощность SFP ниже 0,3–0,45 Вт/(м³/ч) как практический ориентир, аэродинамика корпуса. Регламент ЕС 1253/2014 (Ecodesign) с 2018 года требует для нежилых двунаправленных установок рекуперацию не ниже 73 % (для гликолевого контура 68 %) и ограничивает удельную мощность вентиляторов. Для жилых установок введён класс SEC по сезонной экономии энергии.
• Интеграция с отоплением и умным домом. Один контроллер для вентиляции, теплового насоса и увлажнения; сценарии «никого нет», «гости», ночной режим; статистика качества воздуха в приложении.
• Фильтрация по ISO 16890. Классы ePM10, ePM2.5, ePM1 подбираются под среду: для города ePM1, для аллергиков опционально ступень HEPA. Фильтр стал расходником с регламентом, а не «сеточкой на решётке».

Средний вывод: один рекуператор экономит больше любой «премиальной» отделки, но только если он работает в паспортной точке, а не «на максимуме». Ниже оценка тепла, которое уходит с вытяжным воздухом за сезон.

Квартира. Вытяжка уже есть: шахты кухни и санузлов. Дефицит всегда по притоку: герметичные окна дают инфильтрацию лишь при микропроветривании. Рабочие схемы: бризеры или компактные приточные установки с фильтром и нагревателем в каждой жилой комнате (30–60 м³/ч) либо квартирная приточная установка с разводкой по комнатам. Критично не ставить мощную вытяжку без компенсирующего притока: тяга шахт опрокидывается, в квартиру приходят запахи соседей, а при газовой колонке это ещё и вопрос безопасности.

Загородный дом. Стандарт: ПВУ с рекуперацией. Приток в спальни и гостиную, вытяжка из кухни, санузлов и постирочной. Баланс держат близким к нулевому, лёгкое разрежение (вытяжка на 5–10 % больше) допустимо только там, где нет открытых топок и приборов с естественной тягой; при камине, печи, атмосферном котле или колонке нужен баланс не ниже нулевого и отдельный воздух на горение. Кухонный зонт только отдельным каналом с жироуловителем: жировой аэрозоль убивает рекуператор. Производительность по таблице расходов плюс 10–15 %, ночной режим со снижением расхода на 20–30 %.

Административное здание. Приточные и приточно-вытяжные установки с рекуперацией (пластинчатой, роторной или гликолевым контуром), DCV по CO₂ в переговорных и open-space, VAV-модули по зонам, диспетчеризация и учёт энергии. Отдельные контуры: кухни и санузлы (вытяжка с компенсацией), входные группы с тепловыми завесами, серверные с собственным охлаждением. Дымоудаление и подпор воздуха при пожаре самостоятельная нормируемая система, совмещать её с бытовой вентиляцией нельзя.

Скорость воздуха главный акустический параметр: звуковая мощность растёт примерно как 5–6-я степень скорости. Поэтому в жилье держат 2–3 м/с в ветках и до 4–5 м/с в магистралях, в офисах допускают выше. Ориентир по диаметрам при комфортных 2–3 м/с:

Расходы пересчитаны по площади сечения. Прямоугольное сечение того же размера по ширине и высоте пропускает меньше круга: например, 120×60 мм примерно на 40 % меньше, чем Ø125 мм. Эквивалентный диаметр прямоугольного канала считается по формуле dₑ = 1,3 · (a·b)^0,625 ÷ (a + b)^0,25. Свой случай посчитайте во вкладке «Воздуховоды».

Баланс строят от «чистых» зон к «мокрым»: приток в спальни и гостиную, переток через проёмы и переточные решётки, вытяжка из кухни, санузлов, постирочной. Вытяжку при отсутствии открытых топок принимают на 5–10 % больше притока: лёгкое разрежение не выпускает запахи в жилые комнаты. Если в доме есть камин, печь, атмосферный котёл или колонка, баланс делают нулевым, а воздух на горение подают отдельным каналом (см. вкладку «Тяга и опрокидывание»). Суммарный расход установки это максимум из притока и вытяжки плюс резерв на режимы boost.

• Трассы короче и прямее. Каждый лишний поворот на 90° даёт примерно +10–20 Па и шум; используйте плавные отводы и диагональные врезки.
• Коллекторная (лучевая) разводка полужёсткой трубой тише и балансируется расходомерами; тройниковая сталь для магистралей и больших расходов.
• Глушители с обеих сторон установки (приток и вытяжка), участок у спален звукоизолированным каналом.
• Холодные зоны. Все проходы через чердак, улицу и неотапливаемые помещения в изоляции с пароизоляцией, точка росы по расчёту воздуховодов.
• Решётки и диффузоры ставят не «где красиво», а по струе: без обдува постели и рабочих мест, скорость в жилой зоне не более 2 м/с.

Воздуховоды и трассы

• Герметичность нормируемый параметр: стыки стальных каналов на герметик, класс не ниже B для магистралей ПВУ; утечки 10–15 % съедают и расход, и рекуперацию.
• Уклоны вытяжных трасс к установке или конденсатосборнику; в холодных зонах изоляция по расчёту точки росы с пароизоляцией снаружи.
• Крепления с виброразвязкой (резиновые профили), шаг по нормам производителя; контакт с конструкциями даёт структурный шум.
• Гибкие вставки у установки гасят вибрацию; флекс не тянуть «с провисом» и не сжимать гармошкой.
• Кухонный зонт отдельным каналом с жироуловителем и ревизией; в ПВУ жиру входа нет.

Установка, автоматика, сдача

• Место. В техническом помещении, котельной или на чердаке, но не над спальней: структурный шум идёт по конструкциям. Подвес на виброопорах, доступ к фильтру и ротору без разборки потолка.
• Конденсат. Сифон (гидрозатвор) с высотой водяного столба по перепаду давлений установки, уклон дренажа; зимой дренаж холодного контура с подогревом или в тёплой зоне.
• Забор воздуха. Не менее 2 м от земли, в стороне от кухонных выбросов, гаража и канализационных стояков; выброс разнесён с забором на 1,5–2 м и не под окна.
• Пусконаладка. Расходы по анемометру или балансировочным диафрагмам на каждом диффузоре с протоколом; проверка режимов: ночной, boost, разморозка, авария питания.
• Автоматика. Датчики CO₂ в представительных комнатах, влажность в мокрых зонах; сценарии и напоминания о фильтрах.

Вопросы подрядчику до подписания договора

• Где таблица баланса притока и вытяжки по комнатам и суммарный расход с запасом?
• Какой шум у установки в рабочей точке и где она стоит? Сколько дБ(А) будет у решёток спален ночью?
• Воздуховоды: тип, класс герметичности, изоляция холодных участков, показаны ли они на схеме?
• Как балансируете: расходы по каждому диффузору анемометром, протокол в составе сдачи?
• Фильтры: класс, где люки, стоимость комплекта и периодичность замены?
• Зимний сценарий: разморозка, конденсат, отключение электричества, что делает система?
• Есть ли в доме камин, печь или атмосферный котёл, и как учтено разрежение от вытяжки?

• Вентиляция начинается с таблицы расходов по комнатам: приток в чистые зоны, вытяжка из мокрых, переток под дверями.
• В герметичном доме естественная схема не работает: ПВУ с рекуперацией 75–90 % стандарт; в доме 150 м² она возвращает порядка 7–9 МВт·ч тепла за сезон при круглосуточной работе на 300 м³/ч.
• Энергия живёт в деталях: SFP и EC-вентиляторы, герметичные трассы, DCV по CO₂ дают заметную экономию на вентиляционной энергии.
• Акустика и конденсат проектируются заранее: место узла, виброопоры, глушители, скорости 2–3 м/с в ветках, изоляция и сифон.
• Система без протокола балансировки и регламента фильтров полуфабрикат: требуйте документы и люки доступа при приёмке.

Источники и оговорки: Regulation (EU) No 1253/2014 (Ecodesign для вентиляционных установок); Allen J.G. и др., Environ. Health Perspect., 2016 (COGfx); EN 308 (методика измерения рекуперации); ISO 16890; нормы воздухообмена по СН 4.02.03-2019 (значения справочные, сверяйтесь с проектом). Расчёты тепла на диаграммах оценочные для типового дома.

В нормально работающей естественной вентиляции воздух из помещения поднимается по шахте и уходит наружу. Опрокидывание (обратная тяга) это когда поток в шахте или дымоходе идёт в обратную сторону: в квартиру или дом возвращаются запахи, влага, дым и продукты горения. Шахтой движет разность плотностей тёплого воздуха внутри и холодного снаружи, и это очень слабая сила.

• Для шахты высотой 10 м при +20 °С в помещении естественная тяга составляет около 19 Па при −20 °С на улице, около 9 Па при 0 °С, около 4 Па при +10 °С и нулевая при +20 °С; при +25 °С она уже обратная.
• Давление работающей вытяжки в тесном доме без притока легко доходит до 10–20 Па, а порыв ветра на фасаде даёт ещё несколько паскалей. Любая из этих сил в разы больше тяги шахты в межсезонье.
• Именно поэтому шахта работает зимой и отказывает весной, осенью и в жару, особенно на верхних этажах, где она короткая.

Формула для самостоятельной оценки: Δp = 3460 · h · (1/Tн − 1/Tв), Па, где h высота шахты в метрах, T в кельвинах. Посчитайте свой случай в калькуляторе выше, там же учитывается разрежение от вытяжки.

Часто причин несколько сразу: например, зимним вечером работают вытяжка на кухне и вентилятор в ванной, окна закрыты, а на верхнем этаже шахта короткая.

• Угарный газ (CO). Главная опасность для газифицированных квартир и домов с камином, печью или газовым котлом с открытой камерой. Газ без цвета и запаха, симптомы начинаются с головной боли и сонливости, при высокой концентрации развивается тяжёлое отравление. При опрокидывании тяги дымоход перестаёт выводить продукты горения.
• Запахи и дым. Запах кухни и сигаретный дым от соседей, жир и сажа на отделке, дым из камина.
• Влага и плесень. Воздух остаётся в доме, влажность растёт выше 60 %, конденсат на окнах и откосах, грибок.
• Духота и CO₂. Утром в спальне больше 1400 ppm, плохой сон и самочувствие.
• Нарушение работы газовых приборов. Срабатывает автоматика безопасности, колонка гаснет, котёл уходит в аварию.

• Тест бумагой. Закройте окна и двери в комнате, поднесите к решётке вентканала узкую полоску тонкой бумаги или салфетки. Лист должен прижиматься к решётке. Если он отклоняется в комнату, тяга обратная.
• Тест в разных режимах. Повторите проверку при включённой кухонной вытяжке, при включённом вентиляторе в ванной, при работающей стиральной сушилке. Это самые частые режимы, в которых тяга исчезает.
• Тест на приток. Откройте окно или форточку. Если тяга появилась после этого, причина в нехватке притока, а не в самой шахте.
• Тест в жаркий и ветреный день. Одной проверки зимой мало: на верхнем этаже тяга может пропасть при +20 °С на улице.
• Замер расхода. Анемометр или балометр на решётке: кухня 60–90 м³/ч, санузел около 25 м³/ч. Заметно меньше значит засор или нехватку притока.
• Для газовых приборов и дымоходов. Проверку тяги в дымоходе при включённой вытяжке делает только газовая служба или специализированная организация. Самим «править» тягу газового прибора нельзя.
• Для частного дома. Дифференциальным манометром измеряют разность давлений между домом и улицей при включённой вытяжке. Для помещений с открытой топкой в зарубежной практике ориентиром служит разрежение не более 4 Па; допустимое значение зависит от типа топки, его уточняют по проекту и паспорту.

Заодно проверьте влажность

Конденсат на окнах и откосах это почти всегда признак недостатка вентиляции. Окно мокнет, когда температура его поверхности ниже точки росы воздуха. Точка росы при +20 °С в помещении:

Внутренняя поверхность холодного откоса зимой легко опускается до +8…+10 °С. Поэтому при влажности около 50–60 % конденсат на таких поверхностях неизбежен, а разумная цель 40–50 %.

Что делать в квартире, по порядку

• 1. Обеспечьте приток. Клапаны в окнах или стене, бризер, проветривание в режиме микрощели. Не заклеивайте решётки и не закрывайте клапаны «от шума».
• 2. Откройте путь воздуху внутри. Зазоры под дверями или переточные решётки: воздух должен дойти от спален до кухни и санузла.
• 3. Кухонная вытяжка. В многоквартирном доме мощный вентилятор, врезанный в общую шахту, подавляет тягу соседей и сам работает хуже. Безопаснее рециркуляционный режим с угольным фильтром либо вывод по проекту в отдельный канал. Если подключение к шахте допущено, нужен обратный клапан и согласование.
• 4. Вентиляторы в санузле. Только с обратным клапаном, расход близко к норме (около 25 м³/ч на санузел), лучше с таймером или датчиком влажности.
• 5. Содержите шахту в порядке. Раз в год перед отопительным сезоном проверяйте тягу и чистоту решёток, подавайте заявку на прочистку каналов, не зашивайте решётки и не удлиняйте каналы самодельными трубами.
• 6. Газ. Колонка или плита и мощная вытяжка работают вместе только при открытой форточке. Поставьте датчик CO и датчик газа, не меняйте и не заглушайте вентканал на кухне без согласования.
• 7. Новостройка. Прямо при приёмке проверьте тягу всех шахт и зафиксируйте результат в акте: мусор в каналах тогда обязан убирать застройщик.

Что делать в доме с камином, печью или атмосферным котлом

• Воздух на горение. Подавайте с улицы по отдельному каналу, камин выбирайте с закрытой топкой и герметичной дверцей. Газовый котёл лучше с закрытой камерой сгорания (коаксиальный дымоход): он не зависит от воздуха в доме.
• Баланс ПВУ. Приток не ниже вытяжки, а при работающем камине больше. Разрежение в помещении с топкой не должно превышать 4 Па (ориентир, уточняйте по паспорту топки).
• Блокировки. Кухонный зонт без компенсирующего притока при растопке не включайте: ставьте реле давления или блокировку с камином, а вытяжку оснащайте компенсирующим притоком.
• Дымоход. Устье выше конька (не ниже 0,5 м над ним), правильное сечение, утепление над кровлей, ревизии и чистка по графику. Размеры и высоту определяет проект и нормы.
• Герметичность. Чем герметичнее дом, тем важнее приток. Для пассивного дома мощную вытяжку без компенсирующего притока включать нельзя.
• Проверка. После монтажа замерьте разность давлений между домом и улицей при всех режимах (вытяжка, ПВУ, камин), протокол приложите к сдаче.