Циркуляция воздуха и вентиляция бань

Переходя к вопросам вентиляции, сразу отметим, что в обыденной жизни мы даже представить не можем, как изменилось бы все вокруг, если бы воздух стал бы вдруг неподвижной субстанцией. Если бы теплый воздух «не сплывал» наверх, то не могли бы гореть никакие пламена, в том числе и спички, так как вблизи расположенный кислород тотчас же вырабатывался бы, а новый не подходил бы к зоне горения: для поддержания пламени (да и любого беспламенного процесса горения тоже), пришлось бы постоянно искусственно дуть на огонь. Воздух, не перемещаясь, стал бы прекрасным теплоизолятором (утеплителем), и все процессы охлаждения (в том числе и человеческого тела) пришлось бы оформлять по иному. Именно эти вопросы решаются в области космической инженерии, так как в условиях невесомости привести воздух в движение можно только искусственными механическими устройствами — вентиляторами.

Все существующие виды утеплителей являются по существу устройствами для предотвращения движения воздуха в каком-либо зазоре. Подвижный воздух, циркулирующий, например, в оконной раме (стеклопакете) под действием нагрева из помещения, является, может быть, неплохим утеплителем (по сравнению с некоторыми другими утеплителями), но в то же время лучше его назвать не теплоизолятором, а переносчиком тепла (рис. 36-н). Если зазор разделить на несколько газоизолированных зон (ячеек, сот, пор), то воздух, нагревшись в какой-нибудь точке, не может сразу «уплыть» в удаленную холодную зону, так как его путь прегражден барьерами (вертикальными, горизонтальными, наклонными), и ему придется много раз передавать тепло из одного воздушного объема в другие. Например, располагаемые в полах герметичные воздушные полости являются очень эффективными теплоизоляторами (утеплителями), так как нагрев воздуха в полостях осуществляется сверху, и поэтому свободноконвективная циркуляция воздуха в полостях минимальна, а полости отделены друг от друга. И чем меньше размер этих изолированных полостей (зон), тем меньше теплопроводность. Но при этом теплопроводность не может стать ниже теплопроводности гипотетически неподвижного воздуха. Ячеистая (сотовая) структура утеплителя характерна для вспененных полимеров и вспученных материалов. Но есть еще один вид утеплителей — волокнистых (типа минеральной ваты). В минеральной вате волокна так близко расположены друг к другу, что создают большое газодинамическое сопротивление движущемуся воздуху. Конечно, лучше было бы воздух вовсе удалить из зазора, а если длину свободного пробега молекул сделать больше размеров зазора (режим вакуума), то теплопроводность стала бы вообще исчезающе низкой. Ввиду сложности изготовления и эксплуатации такой вакуумной изоляции (типа термоса), зазор часто заполняют вместо воздуха тяжелым одноатомным газом (аргоном, криптоном, ксеноном), имеющим в 20—30 раз более низкую теплопроводность, нежели воздух. Все эти решения широко используются, в частности, при изготовлении электрических осветительных лампочек накаливания (переход от вакуумных стеклянных колб к наполненным ксеноном или криптоном). Но в банях ни вакуум, ни криптон пока не применяют.

Абстрагируясь от материальных стен, потолков и полов, любое помещение можно теоретически рассматривать как объем воздуха, огражденный зонами с неподвижным воздухом (утепленные стены, потолки и полы). Внутри такого объема воздуха необходима циркуляция (упорядоченные круговые перемешивания) воздуха для передачи тепла от печи (или батарей отопления) в помещение. Кроме того, необходим умеренный продув всей этой системы (вентиляция) для осушения воздуха в случае его возможного увлажнения. То есть по существу любое помещение, в том числе и баня, представляет собой «воздушный дом», имеющий внешние неподвижные слои воздуха, внутренние циркулирующие потоки воздуха и сквозные вентиляционные потоки воздуха. Если бы имелась хоть какая-нибудь реальная возможность останавливать, удерживать и вновь создавать потоки воздуха в любом месте какими-то дистанционными методами, то можно было бы «строить» дома и бани из воздуха. По сути, баня — это совокупность неподвижных и подвижных зон воздуха. И стены нужны только для того, чтобы сделать слой воздух неподвижным.

Вентиляция и циркуляция воздуха нужна не только для высушивания увлажненных стен помещения, но и для самого помещения с целью создания комфортных условий для человека. При этом зачастую вентиляцию рассматривают в литературе крайне упрощенно: чтобы не было душно или чтобы просохли полы... В действительности же функций у вентиляции много: устранение задымленности, излишков тепла, запахов, переувлажнения воздуха, сушка помещения, охлаждение полов и т. п.

В литературе по дачным баням рекомендации по вентиляции крайне противоречивы. Чаще всего без всякого обоснования предлагаются следующие параметры непрерывно действующей проточно-вытяжной вентиляции: или шестикратный (6 крат) воздухообмен в час, или 60 м³/час на одного человека. Все эти величины очень большие. Порой такого воздухообмена нет даже в некоторых цехах химических производств. По крайней мере, теплопотери, связанные с вентиляцией, при этом могут значительно превышать теплопотери через стены бани, что само по себе очень серьезно. Что касается скорости циркуляции воздуха в бане, то она вовсе не обсуждается даже специалистами, хотя она для бани значительно важнее вентиляции. Но что самое удивительное, авторы, всерьез рекомендующие, например, шестикратный воздухообмен, и понятия не имеют, как реально контролировать такой воздухообмен, как реально измерять рядовому дачнику скорость подачи свежего воздуха в баню. Тем более, что естественная вентиляция (в отличие от искусственной принудительной) очень сильно зависит от внешних метеорологических условий (температуры, скорости ветра и т. п.).

Таким образом, скорость вентиляции бани является ориентировочным конструктивным параметром, который следует учитывать при создании бани, но контролировать объективно его потом никто не будет иначе, как органами чувств (субъективно). Задачей строителя является лишь обеспечение самой возможности вентиляции бани. В процессе последующей эксплуатации люди при мойке сами определяют необходимую им скорость вентиляции.

Оценим необходимые параметры вентиляции, хотя было бы правильней говорить не о вентиляции, а о кондиционировании воздуха в бане или, по крайней мере, о воздушном отоплении, поскольку свежий воздух в баню должен подаваться в подогретом виде, например, за счет нагрева в калориферном пространстве печи или дымовой трубы.

Человек в нормальных условиях пропускает через легкие около 0,5 м³/час воздуха, причем необратимо потребляет из воздуха примерно 20 литров кислорода в час. Таким образом, при объеме парилки 30 м³ человеку теоретически хватит кислорода на десять суток. Вдыхаемый воздух содержит по объему 21% кислорода и 0,03% углекислого газа, выдыхаемый — 16% кислорода и 4% углекислого газа. В результате содержание углекислого газа в бане при отсутствии вентиляции растет, причем предельно допустимое содержание углекислого газа в воздухе для постоянного (пожизненного) пребывания, равное 0,1%, будет достигнуто уже через полтора часа, что указывает на необходимость вентиляции для снижения концентрации углекислого газа (диоксида углерода) с расходом приточного воздуха 20 м³/час на одного человека.

Кроме углекислого газа человек выделяет в бане до 1 литра в час пота, который в сауне тотчас испаряется в режиме потоотделения. При этом абсолютная влажность воздуха в бане объемом 30 м³ возрастает за 1 час до критической абсолютной влажности по хомотермальной таблице. При желании сохранить режим сухого потения (потоотделения) необходима вентиляция для снижения влажности воздуха с расходом приточного воздуха также 20 м³/час на одного человека. Если в сауне находятся три человека, то кратность обмена воздуха следует повысить в три раза. Это максимальные цифры, так как часть влаги сконденсируется на полу бани.

Полученные цифры хорошо согласуются с требованиями СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» (приложение 19): минимальный расход наружного воздуха для помещений с естественным проветриванием составляет 20—30 м³/час на одного человека для производственных участков и 3 м³/час на 1 м² жилых участков. При отсутствии естественной вентиляции принудительная вентиляция должна составлять 20—60 м³/час на 1 человека. В соответствии с СНиП 2.08.02-89 «Общественные здания и сооружения» определена кратность вентиляции в парилках встроенных бань, равная единице. Эти цифры не столь значительны при горении металлической печи, которая сама потребляет 100 м³/час свежего воздуха, но при потушенной печи цифры очень большие и свидетельствуют однозначно о том, что если вы хотите дышать в бане воздухом, примерно идентичным наружному по санитарии, то париться и мыться вам придется при горячей печи, чтобы сохранить приемлемый уровень температуры в бане.

Для обеспечения постоянной вентиляции с расходом приточного свежего воздуха 20 м³/час необходимы по крайней мере два отверстия в бане (внизу — приточное, наверху — вытяжное) с площадью прохода порядка 1:2 дм² каждое. Нижнее отверстие, как говорилось выше, лучше совместить с отверстием слива сточной воды и расположить в зоне калорифера печи. Верхнее отверстие желательно оснастить дверкой, его можно расположить где угодно, не придавая серьезного значения местонахождению. При этом следует помнить уже упоминавшийся факт: в любом отверстии в бане (форточке) имеется поток воздуха внутрь бани и поток воздуха наружу. Если вы делаете баню для себя, то можно отверстия вообще не делать, а предусмотреть для вентиляции форточку и две щели шириной 2:3 см над и под дверью из парной в предбанник. Если вы захотите попариться в конденсационном режиме, то эти щели вам придется временно уплотнить тканевыми затычками.

Помимо общеобменной вентиляции важно предусмотреть возможность быстрого проветривания бани, в частности, от дыма. Эта система носит характер аварийной вентиляции и реализуется на практике обычно распахиванием всех дверей бани (внутренних и наружной). Так как возможность такого вентилирования помещений методом залпового проветривания существует практически во всех садовых и дачных банях (но далеко не во всех квартирных), то проблемы с вентиляцией у садоводов не возникает никогда: при необходимости можно просто распахнуть или приоткрыть двери или окно (форточку). Поэтому все вышеописанные соображения о постоянной вентиляции скорее будут полезны для постоянно действующих общественных бань-саун (например, в гостиницах) или при просушке бани (особенно летом, когда баня сохнет особенно плохо, а гниет особенно сильно). Следует отметить, что проблема просушивания квартирных саун одна из наиболее неприятных, поскольку ограничивает срок службы (в первую очередь по эстетическим параметрам) дорогостоящей продукции. Но одной лишь внутренней вентиляцией квартирной бани все вопросы просушки снять не удается по той простой причине, что надо сушить и снаружи все зазоры между баней и стенами здания. Аналогичная проблема возникает при попытках пристраивания бань к садовым и дачным домикам: влажный воздух из бани (а также влажный воздух, сопутствующий сточным водам) распространяется по жилым помещениям и, что особенно опасно, по вечно холодным лагам и перекрытиям черного пола под домом. Это приводит к периодической конденсации влаги из воздуха преимущественно на нижних сторонах горизонтальных поверхностей в подполье, к увлажнению и гниению древесины в подпольном пространстве (и бани, и дома). Именно в необходимости сушки заключаются все проблемы деревянных бань, именно поэтому в современных финских саунах фактически отказываются от банных режимов, стараются избежать не только использования воды, но и возможности образования воздуха, чрезмерно увлажненного за счет потоотделения и поддач воды на каменку. Отметим, что шведы при постройке квартирных саун вообще отказываются от пароизоляционных слоев внутри стен, совместив при этом вентиляцию помещения с вентиляцией стен за счет легкой продуваемости минеральной ваты.

Вообще говоря, вентиляционные системы для очистки воздуха и вентиляционные системы для просушки стен и полов бани должны быть не только раздельными, но и работать на совершенно различных принципах, причем не одновременно. Ситуация в чем-то сходная с вентиляцией помещений каменных зданий и вентиляцией фасадов и фундаментов. Вопросы просушивающей вентиляции вплотную стыкуются с вопросами изоляции ограждающих конструкций, поэтому должны решаться в комплексе при создании изолирующего модуля. В случае простых и дешевых садовых бань можно порекомендовать лишь простейшие решения, заключающиеся в полной газо-водонепроницаемости стен и полов: все, что внутри бани, сушится быстро горячим циркулирующим воздухом от печи (с продувом обшивки), все, что снаружи, намокать не должно, а в редких аварийных ситуациях сушится долго за счет легкого продува ветрозащитных слоев наружным воздухом. В любом случае необходим беспрепятственный продув подпольного пространства бани, а также желательно, чтобы каркас бани весь целиком был снаружи от газо-водонепроницаемой мембраны и имел продухи.

Для ориентировки укажем, что при протопке внутри бани циркулируют (не покидая помещения) потоки воздуха 500—1000 м³/час с линейной скоростью до 2—3 м/сек в случае металлической печи мощностью 20—30 кВт (или 50—100 м³/час в случае кирпичной печи мощностью отдачи тепла 2—3 кВт). При этом на горение дров подается 50—100 м³/час свежего воздуха, на нагрев которого требуется 0,5 кВт тепла. Таким образом, в мощный циркуляционный поток воздуха подмешивается слабый вентиляционный поток воздуха. Но если печь потушена, то роль вентиляционного потока становится заметной, а иногда и определяющей. Так, например, в русских парных банях, в том числе черных, вентиляцию вообще не используют, поскольку получить конденсационный режим при заметной постоянной вентиляции помещения не удается. Вместо вентиляции при необходимости используют залповые проветривания. Но при сушке бани без вентиляции не обойтись. В современных сухих финских саунах достаточно мощную вентиляцию используют скорее для предотвращения увлажнения полов, хотя для получения сверхсухих спортивных саун без вентиляции тоже не обойтись, причем вентиляцию фактически оформляют в виде воздушного отопления.

Наличие вентиляции 10:20 м³/час на одного человека означает, что наибольшая кратность воздухообмена достигается в банях малого размера. Если в сауне объемом 5 м³ одновременно находятся 4 человека, то кратность воздухообмена составит при этом 8—16 раз в час. Естественно, получение конденсационного режима в этих условиях крайне затруднительно и возможно только методом «сауна-спорт». В то же время в турецкой бане объем 100 м³ при нахождении 2 человек кратность воздухообмена составит всего лишь 0,2—0,4 раза в час при том же притоке воздуха. Отсюда следует важный вывод: чем меньше объем бани, тем меньшую влажность в ней можно получить (при наличии постоянно действующей вентиляции), и все абсолютно наоборот, если постоянно действующая вентиляция отсутствует.

Наличие вентиляции помещения (а значит и наличие определенного уровня теплозатрат на нагрев приточного воздуха) приводит к тому, что имеется определенный разумный уровень утепления стен, свыше которого утеплять стены уже бессмысленно. Этот момент мы акцентируем в связи с ужесточением официальных норм по утеплению ограждающих конструкций зданий. В соответствии с изм. № 3 к СНиП II-3- 79 «Строительная теплотехника» расчетный коэффициент теплового сопротивления стен существенно увеличен с 0,9 до 3,15 м²град/Вт. Это означает, что если раньше кирпичные стены жилых домов делали толщиной в два с половиной кирпича (до 70 см), то сейчас толщину кирпичных стен следует принимать до 9 кирпичей (до 2,5 м). Если раньше толщина брусовой стены 15 см считалась вполне приемлемой, то сейчас требуется брус толщиной 50 см. Естественно, такую толщину стен бессмысленно делать, если в стене имеется «дыра» — вентиляционное отверстие площадью 1 дм², через которое «свищет» ветер. Чем больше людей находится в здании, тем больше вентиляционных отверстий потребуется, тем больше свежего воздуха надо вводить в здание. Поэтому, если в бане много людей, то надо увеличивать расход приточного воздуха, увеличивать мощность печи на нагрев этого воздуха, а стены при этом утолщать бессмысленно; более того, можно делать стены даже потоньше, поскольку через стены тепла выходит меньше, чем идет на нагрев приточного воздуха.

В полном соответствии с изложенным, изм. 4 к СНиП II-3-79 (вслед за увеличением сопротивления теплопередаче через стены по изм. 3) снизило нормативную воздухопроницаемость светопрозрачных ограждений (окон) с 10 до 6 кг/м²час. Интересно отметить, что наряду со снижением воздухопроницаемости окон указано на необходимость применения окон с форточками, которые легко открыть. При этом нормативное сопротивление теплопередаче окон остается в несколько раз меньше, чем сопротивление теплопередаче стен, вследствие чего при наличии световых проемов требуется повышенный уровень мощности отопления. Конечно, все эти нормы не являются обязательными для дачников, тем более при постройке бань индивидуального периодического использования. В соответствии с ГОСТ 11214-86 обычные городские деревянные окна со спаренными створками и с двойным остеклением имеют сопротивление теплопередаче в интервале 0,39—0,44 м²град/Вт, то есть зимой теплопотери в жилых домах через окна составляют 0,1 кВт/м². Широко внедряемые пластиковые окна с одинарным или двойным стеклопакетами (два или три стекла) имеют сопротивление теплопередаче до 0,5—0,7 м²град/вт. Рекордные мировые показатели для окон со стеклопакетами из специальных стекол с теплоотражающими покрытиями составляют 1,5 м²град/вт. Таким образом, даже при больших площадях остекления бани до 2 м² потери тепла через обычные деревянные окна с двойным—тройным остеклением не превысят 1 кВт. В то же время даже закрытые окна такой площади дадут уровень вентиляции 10—20 м³/час (без специального утепления). Использование дорогостоящих пластиковых или алюминиевых окон со стеклопакетами практически не улучшит характеристик бани.

Источник: Сауна. Гигиеническая баня для дачника и садовода. Хошев Ю.М. 2003

поддержать Totalarch

Добавить комментарий

CAPTCHA
Этот вопрос задается для проверки того, не является ли обратная сторона программой-роботом (для предотвращения попыток автоматической регистрации)