О спасении от удушья в своей квартире или лонгрид о современной вентиляции
За окном зима, еще не закончилась пандемия коронавируса. Некоторые компании даже не думали переводить сотрудников обратно в офис, а кто-то и так всегда работал из дома. Изолировавшись в своих квартирах, многие стали замечать, что работать там, порой, сложнее чем в офисе. Одолевает усталость, апатия, сонливость. Думается не так хорошо, как в родном опенспейсе.
Некоторые склонны искать причину этого состояния в психологии, но часто всё тривиальнее. Всё дело в воздухе, а если точнее, в вентиляции. Под катом немного о последствиях и симптомах плохо вентилируемых помещений, о причинах, по которым большинство существующих систем вентиляции малоэффективны, обзор некоторых решений и мой личный план по разработке эффективной вентиляции для городской квартиры.
Немного медицины и цифр
Я убежден, что в большинстве случаев апатии и ускоренной утомляемости на удаленке виноват углекислый газ. Известно, что мы все являемся его источниками, так как он образуется в результате наших обменных процессов и выделяется с каждым нашим выдохом. В крови углекислый газ, как и кислород переносится гемоглобином. Чем выше концентрация CO2в воздухе, тем больше его присоединит гемоглобин и тем меньше присоединит кислорода, а соответственно, тем выше будет кислотность крови (гиперкапния и респираторный ацидоз).
Развитие респираторного ацидоза (снижение концентрации pH крови <7,35) приводит к невменяемой работе органов и систем, что в легких случаях проявляется апатией, депрессивным настроением, головной болью, мгновенной утомляемостью и желания дать храпака, уютно устроившись на клавиатуре, вместо того, чтобы настрочить терабайты кода на три спринта вперёд. При этом количество кислорода в окружающем воздухе может значительно не меняться. Некоторые даже называют такое состояние отравлением углекислым газом, по аналогии с угарным, т.к. явления, характерные для гипоксии, возникают при почти нормальном уровне кислорода в окружающем воздухе.
Человек хорошо себя чувствует при уровнях CO2 700ppm и ниже. В настоящий момент в среднем на планете воздух содержит 400ppm (ppm = part per million, 0.03%). При уровне 1000ppm в помещении становится душно и возникают первые симптомы кислородного голодания, ощущение удушья.
Если количество углекислого газа превысит 2000ppm, душно станет даже тренированным и невосприимчивым (при этом концентрация кислорода изменяется совсем незначительно, упав с 20% до 19.75%). Дальнейший рост концентрации приводит к отягощению состояния и даже развитию симптомов, характерных для дыхательной недостаточности.
По моим наблюдениям, в более 80% современных квартир в мегаполисах вентиляция оставляет желать лучшего. При этом каждый человек на протяжении одного часа выделяет 35 граммов углекислого газа. Для среднестатистической комнаты с площадью 20 квадратных метров высотой потолков 2.5 метра это означает ежечасный прирост количества углекислого газа на 584ppm. Т.е. 4-х часов с использованием стандартной вентиляции достаточно, чтобы концентрация достигла значений не только вызывающих снижение работоспособности, но пагубно влияющих на здоровье человека.
СО2 анализаторСколько нужно воздуха и что такое качественный воздух в квартире?
Оценить качество воздуха без аппаратных измерений сложно, субъективные ощущения не точны и сильно зависят от восприятия и способности адаптироваться. Как я уже упомянул, для оценки качества воздуха обычно используют концентрацию уровня газа СО2, а также концентрацию летучих органических веществ VOC, в Китае также применяют уровень мелкой пыли: PM2.5 и PM10.
В состав воздуха входит множество составляющих, которые требуют контроля: группа газов летучих органических веществ, формальдегиды от мебели и даже радиоактивный радон (который образуется на цокольных этажах) и еще много чего, что может быть продуктом нашей жизнедеятельности. Между тем, самое пагубное ощутимое влияние в большинстве случаев оказывает углекислый газ.
В Европе и России качество воздуха оценивают по концентрации СО2 и VOC. Так в ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» регламентируют эталонные показатели качества воздуха и концентрацию уровня углекислого газа. ГОСТ делит воздух на высокий и низкий класс, так для высокого класса предельная концентрация СО2 в помещении составляет 800 ppm, а для низкого — 1400 ppm.
Как я уже отмечал выше, даже при концентрации углекислого газа 1000 ppm происходит значительное ухудшение самочувствия, потеря реакции, рост усталости, может появляться головная боль. Поэтому норма низкого класса по ГОСТ не очень пригодна для нормальной жизни и тем более работы. С учетом значения в 35 г CO2, выделяемого одним человеком, можно рассчитать минимальный приток воздуха на одного человека, позволяющий не испытывать дискомфорт и симптомы «отравления» углекислым газом, по современным российским нормативным документам СП 54.13330.2016, для многоквартирных жилых домов он должен быть не менее 30 м3/ч на человека.
Из личного опыта и замеров у себя дома, могу сказать, что большинство людей явно чувствует порог концентрации СО2 более 1200 ppm, субъективное ощущение при этом — воздух становится затхлым. Также при таком пороге СО2 в воздухе становится выше концентрация формальдегида, летучих органических частиц, домашней пыли, что еще больше ухудшает микроклимат.
Почему не работают существующие системы вентиляции?
В 90% в наших многоквартирных домов система вентиляции построена на открывании окна и удалении затхлого воздуха через вытяжные каналы в санузлах и кухнях. Схематичный рисунок ниже показывает такого плана системы наглядно.
Принцип работы вентиляции Для адекватной работы вентиляции, обеспечивающей описанную выше норму, необходимо постоянно держать окно открытым или периодически проветривать по 10–15 мин/в час, даже ночью, т.е. 24 раза в сутки. Это также отражено в документах, т.к. СП 54.13330.2016 «Здания жилые многоквартирные» предписан постоянный воздухообмен. Несмотря на это, большинство игнорирует эти нормы, особенно в зимний период.
Окна у большинства почти постоянно закрыты, а соответственно, нормального вентилирования в достаточном объеме не происходит. Особенно это характерно для москвичей, у которых привычка открывать окна как можно реже укрепилась во время смога 2010-го года. Это закономерно приводит к росту концентрации углекислого газа, а также прочих вредных составляющих квартирного воздуха.
Сегодня существуют альтернативные решения, которые позволяют существенно изменить ситуацию.
Краткий обзор вентиляционных решений
Возможно, часть статьи, убранная под спойлерами, будет не очень интересна тем, кто хорошо осведомлен о существующих типах вентиляции.
2.1 Вентиляция окном. Как она работаетКак мы отметили выше, для правильной работы системы вентиляции с помощью окна, оно должно быть открыто постоянно или каждый час на 15 минут. Конечно, никто так часто не проветривает. Но, у окна есть режим микропроветривания (в народе «микропроветривание»), давайте рассмотрим его.
У режима микропроветривания есть свои достоинства и недостатки:
Достоинства:
Это абсолютно бесплатно.
Недостатков больше:
В режиме микропроветривания резко снижается шумоизоляция окна с 30 дБа у стандартного окна до 10–15 дБа в режиме микропроветривания. Это не то, чтобы опасный уровень шума, но определённо раздражающий.
Сложно контролировать объем приточного воздуха, чаще контроль происходит по температуре воздух: холодно или тепло. Что совсем не отражает реальной картины.
Воздух в Москве и других мегаполисах гарантировано загрязнен, по этой причине люди не торопятся открывать окна даже летом, опасаясь запахов, смога и пыли.
Возникает тепловой дискомфорт, так как воздух поступает по периметру окна, а не из его верхней части, как в старых деревянных окнах с форточкой. Воздух в верхней части помещения обычно нагрет на 2–3 С больше, чем в середине помещения, и именно туда следует направлять холодный воздух.
Необходимость контролировать режим микрощелевого проветривания, когда человек уходит из дома. Чаще всего люди, уходя из дома, закрывают микропроветривание, так как создается ощущение незащищенности квартиры.
Приточные клапаны — попытка решить проблемы, которые свойственны микровентиляции. Например, на картинке ниже изображен приточный клапан фирмы Вентек, монтируемый в оконной раме. По сути — это устройство, обеспечивающее отверстие воздушной заслонкой, которое устанавливается на окно или стену.
Достоинства приточных клапанов:
Воздух поступает всегда, когда мы дома или ушли. Поэтому всегда свежо.
Согласно информации в этой статье и отзывам, уровень шума практически не растёт, при использовании шумозащитных приточных клапанов.
Температурный комфорт при таком вентилировании выше, воздух подается в верхнюю часть помещения, где прогрет на 2 С больше. Это почти форточка в старых деревянных окнах.
Безопасность как при закрытом окне, дети не выпадут и воры не залезут.
Без недостатков также не обошлось:
Нужна вентиляционная тяга для работы клапана круглый год, т.е. необходимо устанавливать вентилятор для создания вентиляционной тяги летом.
Нужна современная автоматизация приточных клапанов, так как в помещении может меняться количество людей, а соответственно, и потребность в воздухе.
Также автоматизация необходима для экономии тепловой энергии, например: когда человек ушел, зачем вентилировать помещение в полном объеме?! Альтернативой полной автоматизации может стать голосовое управление через голосовых ассистентов или мобильные приложения, но мне пока не доводилось с такими сталкиваться.
Проблема с фильтрацией. Больше характерна для оконных клапанов, так как стеновые имеют хоть какие-то фильтры. Оконные, как правило, не умеют фильтровать воздух и пропускать его в достаточном объёме, попытки некоторых производителей реализовать фильтры в оконных клапанах завершились провалом, они практически не пропускают воздух, хотя и продаются повсеместно сейчас.
Несколько примеров:
Цена решения — от 1000 руб.
Бризеры — компактные приточные устройства с фильтрацией и нагревом воздуха. Одно из наиболее современных решений для вентиляции жилых помещений. Подходят для систем вентиляции многоквартирных домов. Приток воздуха обеспечивает бризер, а за удаление воздуха отвечают стандартные вентиляционные каналы в доме.
Достоинства:
Вентиляция работает всегда, когда это необходимо пользователю.
Наличие разных типов фильтров, в зависимости от условий использования.
Электрический нагрев воздуха, тем, кому это необходимо.
Недостатки:
Устанавливаются внутри помещения и занимают там много места (характерно для установок типа Тион), установки типа МиниБокс могут монтироваться на балконе и улице
Шумные, за счет постоянной работы вентилятора. Чтобы уменьшить шум — снижают обороты, что уменьшает эффективность. Также могут приняться шумоглушители, но они требуют дополнительных затрат. Пример шумоглушителя для типа Тиона.
Функция нагрева воздуха электричеством требует вложений и далеко не всем по карману.
В случае использования компактных приточных установок необходимо выполнять разводку вентиляционных коробов в помещении, что съедает часть полезного объема.
Монтаж, требующий алмазного бурения несущих стен, нередко пугает людей, т.к. диаметр отверстий составляет 125 мм.
Требует установки в каждую комнату, иначе будет нарушено правильное движение воздуха из комнат в вытяжные шахты
Примеры решений:
Цена решения: — от 20–25 тыс руб на 1 комнату.
Рекуператор — это вентиляционное устройство, которое подает свежий воздух и удаляет загрязненный.
За счет применения в своем составе теплообменника, устройство экономит энергию за счет того, что осуществляет нагрев приточного холодного воздуха за счет охлаждения удаляемого. КПД в реальных условиях от 60% до 80%, что и так хорошо. Рекуператоры бывают разной производительности от скромных 15 м3/ч и до очень больших значений для офисных зданий.
Рекуператоры для бытового применения бывают трех видов:
С регенеративным теплообменником — воздух сначала проходит через теплообменник в одном направлении, отдавая тепло, а потом в другом, нагреваясь, пример решения — рекуператор типа Вакио.
У такого типа устройств применяется маломощный вентилятор с напором воздуха не более 20 Па, что недостаточно для преодоления вентиляционной тяги в многоквартирном доме зимой, которая составляет порядка 100–200 Па для дома высотой 12 этажей. Такое решение подходит для малоэтажных строений. И основная рекомендация устанавливать по 2 шт. на помещение, чтобы они работали в противофазе, как это рекомендовано производителями.
Полноценный рекуператор с теплообменником и двумя вентиляторами. Такие устройства можно ставить в любые помещения и здания, ограничением является лишь их габариты от 0,7×0,7×0,4 метра и более и разводка воздуховодов для притока и вытяжки в каждую комнату. Ниже представлено фото размещения такого рекуператора на балконе.
Достоинства:
Экономия энергии.
Могут создавать большие объемы притока свежего воздуха.
Недостатки:
Большая отчуждаемая площадь на саму вентиляционную установку и вентиляционные коробы для притока и вытяжки.
Самая большая стоимость среди всех описанных вентиляционных устройств, так как необходимо оплатить вентиляционную установку и в два раза больше воздуховодов в сравнении с компактными приточными установками.
Примеры установок:
Цена для компактных рекуператоров — от 10–15 тыс. руб.
Цена центральных рекуператоров — от 30–40 тыс. руб, без учета воздуховодов и установки.
Как дополнение к обзору вентиляционных систем, можно коротко сказать о решениях автоматизации проветривания через окно с помощью приводов. Можно приобрести окно со встроенным приводом, можно дооснастить окно приводом.
Таким образом вентиляцию через окно можно автоматизировать, что упрощает автоматическую работу системы вентиляции. Но остаются недостатки вентиляции как с обычным окном, читайте выше. Чаще всего такая автоматизация требует подведение электрического кабеля к окну, о чем нужно подумать заранее.
Пример решения от компании DriVent привод с автономным питанием.
Все, кого не забанил гугл, легко найдут массу аналогов на алиэкспресс и сайтах производителей.
Цена решения — от 3000 руб за привод без автоматики.
Подводя итог, решения делятся на простые и экономные — окно и приточный клапан, либо на высокотехнологичные и дорогие — бризер или рекуператор. Второе решение дороже, так как ставить нужно в каждую комнату с заказом алмазного бурения стен. А в случае с рекуператором — еще и сделать разводку вентиляционных каналов.
Также необходимо учесть, что вентилятор на притоке создает дополнительный дискомфорт в виде шума. Устанавливая вентилятор в жилой комнате, в случае с бризером, очень трудно добиться тихой работы. На низких оборотах вентилятор всегда дает кратно меньше приток воздуха, что недопустимо.
Личный опыт в борьбе за свежий воздухМне понадобилась вентиляция в новой квартире: было душно, на окнах в морозы выпадал конденсат. Это могло привести к плесени. Постоянная борьба за открытое окно (открыто долго — холодно, закрыл — душно) и понимание, что всем, в том числе и детям, играющим в основном на полу, нужно дышать свежим воздухом, вынудили меня разработать работающую вентиляцию. Рассмотрев все решения, стало ясно, что мне подходит приточный клапан, проблем с отоплением нет. Другие решения более сложные и дорогие, более того, их нужно закладывать на стадии ремонта квартиры.
Решение было принято в пользу оконных приточных клапанов, вот основные причины:
Легко установить — не требуют сложного монтажа и сверления стен
Стоимость решения — мне обошлась в 5 тысяч рублей на 3 клапана
После установки приточных клапанов климат в квартире нормализовался, влажность упала, конденсат на окнах исчез и дома стало свежо. Теперь жена, уходя на прогулку с ребенком, перестала открывать окно для проветривания.
Выяснилось, что для работы классической вентиляции необходимо наличие вентиляционной тяги в вентканалах дома. Эта тяга появляется только в холодный период, а точнее при температуре наружного воздуха ниже 5С. Такое решение повсеместно используется в России на основании старых советских нормативов.
Поэтому, начиная с межсезонья и продолжая летом, вентиляция перестала работать, для чего пришлось установить вытяжной вентилятор в санузел, который включался в работу, когда естественная тяга исчезала. Решение, когда приток осуществляется за счет клапанов, а вытяжка — за счет вентиляторов, используется в большинстве европейских стран: Англия, Франция, Польша и частично в Германии.
Вот обзор блогера на такое решение «Вентиляция в доме. Как делают немцы»
Я понял, что использование приточных клапанов и вытяжного вентилятора — это, в моём случае, идеальная система при условии ее достаточной автоматизации. И решил самостоятельно разработать автоматическое управление. Пока его проектировал, понял, что необходима оригинальная концепция вентиляционной системы, пришлось её придумать. Такие существуют в системах умный дом, но далеко не идеальны, так как не учитывают множество факторов, существующих в российских квартирах.
Так я загорелся идеей поставить на поток производство таких систем и с головой ушел в разработку. Сейчас всё на уровне прототипов и испытаний. Готов первый девайс — автоматический вытяжной вентилятор, на подходе еще автоматическое приточное устройство. Ниже концепт, к сожалению все что нужно уместить в этот корпус не влезет в такую форму, так что прототипы выглядят не так, но зато уже работают на людей.
Пока вы читаете этот пост, я тружусь над следующим, с фотоотчетами о разработке и конкретными цифрами из опытов. Продолжение следует. Тем кто дочитал до конца буду признателен за советы и комменты на Хабре.
