Сегодня строительство различных зданий и сооружений находится на подъеме. Очень популярным стало частное строительство, результатом которого становится возникновение коттеджных поселков. Зачастую неотъемлемым атрибутом загородной жизни является баня или сауна, и вентиляция крайне важна для комфортного отдыха в бане, поэтому необходимо подходить к этому вопросу с большой ответственностью. Прежде чем сделать вентиляцию, нужно знать о функциях, которые она будет выполнять. Суть в том, что система работает сразу в двух основных направлениях, которые определяют режим работы. Обе функции важны и дополняют друг друга:
Режим мытья. Чтобы процесс принятия оздоровительных процедур происходил по всем правилам, нужна постоянная циркуляция свежего воздуха.
Режим просушки. После того как мытье завершилось, с помощью вентиляции должно происходить естественное проветривание и быстрое просушивание всех помещений, которые подвергались воздействию пара и влаги. Эта процедура будет способствовать долговечности деревянных конструктивных элементов сооружения.
Необходимо знать общие принципы работы вентиляции, чтобы понимать, как она функционирует [1]:
• В парной температурный баланс должен быть стабилен. Приток свежего воздуха не должен нарушать существующий тепловой режим.
• Температура в парилке должна быть разной в зависимости от высоты расположения человека, принимающего банные процедуры. В нижней части парилки воздух должен быть прохладный, на уровне полки воздушные потоки должны окутывать комфортом и теплом, на верхнем лежаке должна быть самая высокая температура, от которой должно быть жарко.
• Из комнаты парной должен вытягиваться воздух, насыщенный углекислым газом, а поступать – с оптимальным количеством кислорода.
Если схема произведена правильно, то соблюдаются все вышеописанные принципы. Для этого нужно, чтобы все вентиляционные коммуникации были на своем месте:
• Чтобы свежий воздух успевал нагреться до нужной температуры, место его притока размещают в непосредственной близости от печки.
• Отработанный воздух должен выходить через отверстие, расположенное в стене напротив печки. Для этого нужно прорисовать визуальную диагональ. При таком расположении вентиляционной коммуникации в парной, распределение нагретого воздуха будет равномерным.
• Главное отверстие для выхода отработанного воздуха располагают недалеко от потолка, а вспомогательное, которое постоянно не закрывается во время принятия парных процедур, располагается на высоте 1 м от пола. Это взаимное расположение вентиляционных отверстий способствует образованию под потолком стойкого пара, который находится в так называемом парном кармане.
Несмотря на перечисленные общие сведения по проектированию вентиляции бани, имеется множество факторов, которые нужно учитывать, поэтому подход к каждому случаю должен быть индивидуален.
На бытовом уровне достаточно различать два параметра состояния воздуха, чтобы оценить состояние воздушной среды – температуру и относительную влажность, но для проектирования вентиляции этого недостаточно.
Рассмотрим методику расчета к конкретному примеру в русской бане:
– площадь 9 м2, высота 2 м, в бане находятся 3 человека одновременно.
Русская баня
Параметры воздуха в летний период (СП 131.13330.2012) [2]:
t = 26,2°С, – температура воздуха в помещении;
ρ = 1,150 кг/м3, – плотность воздуха с учетом влагосодержания;
ϕ = 56,3 %, – относительная влажность;
Δi = 56,8 кДж/(кг. сух. воздуха), – теплосодержание;
Δd = 11,96 г/(кг.сух.воздуха), – влагосодержание;
Pп = 1,912 кПа, – парциальное давление водяного пара;
Pнп = 3,398 кПа – парциальное давление насыщенного пара;
Параметры воздуха в зимний период (СП 131.13330.2012):
t = –31°С, – температура воздуха в помещении;
ρ = 1,432 кг/м3, – плотность воздуха с учетом влагосодержания;
ϕ = 80 %, – относительная влажность;
Δi = –30,61 кДж/(кг.сух.воздуха), – теплосодержание;
Δd = 0,2235 г/(кг.сух.воздуха), – влагосодержание;
Pп = 0,036 кПа, – парциальное давление водяного пара;
Pнп = 0,045 кПа – парциальное давление насыщенного пара;
Параметры воздуха в помещении парной бани:
t = 60°С, – температура воздуха в помещении;
ρ = 1,010 кг/м3, – плотность воздуха с учетом влагосодержания;
ϕ = 39 %, – относительная влажность;
Δi = 194,63 кДж/(кг.сух.воздуха), – теплосодержание;
Δd = 51,5 г/(кг.сух.воздуха), – влагосодержание;
Pп = 7,748 кПа, – парциальное давление водяного пара;
Pнп = 19,857 кПа – парциальное давление насыщенного пара;
Вентиляцию в бане разделяем по предназначению на два режима:
– Режим мытья
– Режим просушки
Эффективность вентиляции в этих режимах различна, это обусловлено различной ассимилирующей способностью воздуха в летнее и зимнее время. При расчете и подборе площади сечения вентиляционных каналов бани, следует обязательно учитывать эти факторы.
Расчет ведем по летнему режиму, как наименее благоприятному, так как воздух насыщен водяными парами и имеет более высокую температуру по сравнению с зимним режимом.
Принимаем условно длину вытяжного воздуховода 3 м, а также геометрическую разницу высот 3 м.
Режим мытья
Задача рассчитать необходимый расход воздуха в данном случае сводится к ассимиляции влаги, выделяемой людьми, а также углекислого газа [3].
Расчеты показали, что параметры приточного воздуха должны быть следующими:
t = 60°С, – температура подогретого воздуха после прохода через печь;
ϕ = 9,6 %, – относительная влажность;
Δi = 91,5 кДж/(кг.сух.воздуха), – теплосодержание;
Δd = 11,96 г/(кг.сух.воздуха), – влагосодержание;
Pп = 1,912 кПа, – парциальное давление водяного пара;
Pнп = 17,857 кПа – парциальное давление насыщенного пара;
Массовый расход воздуха для ассимиляции составит – 23 кг/ч, обьемный 21,7 м3/ч.
Обьемный расход воздуха для ассимиляции СО2 составит – 46 м3/ч.
Принимаем значение – 46 м3/ч.
ρ = 1,150 кг/м3, – плотность воздуха с учетом влагосодержания при t = 26,2°С;
ρ = 1,033 кг/м3, – плотность воздуха с учетом влагосодержания t = 60°С;
Располагаемое давление составит – 3,4 Па.
Потеря давления в воздуховоде Ф 100 мм составит – 6,3 Па. Этот диаметр не подходит.
Потеря давления в воздуховоде Ф 125 мм составит – 2,5 Па. Выбираем Ф 125.
Режим просушки
Из исходных данных видно, что разница влагосодержания между обычным летним воздухом и воздухом в парной составляет – 39,54 г/(кг. сух. воздуха), это влагу и надо ассимилировать до параметров наружного воздуха.
Обычная естественная вентиляция рассчитывается на температуру наружного воздуха 5°С, т.е при температуре воздуха больше этого значения она не работает, т.к. пропадает располагаемое давление [4;5;6]. Для данного примера оно составит – 1,7 Па.
Обьемный расход воздуха для ассимиляции влаги составит – 14 м3/ч.
Мы задаемся целью рассчитать располагаемое давление при других условиях:
ρ = 1,168 кг/м3, – плотность воздуха с учетом влагосодержания при t = 22°С, ϕ = 55 %;
ρ = 1,150 кг/м3, – плотность воздуха с учетом влагосодержания при t = 26,2°С, ϕ = 56,3 %;
Располагаемое давление составит – 0,53 Па.
Потеря давления в выбранном воздуховоде Ф 125 мм составит – 0,2 Па. Выбираем Ф 125.
Расчет показывает, что на выбор сечения воздуховода и нормируемого воздухообмена оказывают влияние множество факторов. В данном примере выделение количества СО2 (л/ч) принято, как при легкой работе и зависит от количества людей в бане. При интенсивных движениях количество СО2 возрастет до 45 л/ч. Расчетный диаметр воздуховода тогда составит Ф 160 мм. На практике люди регулируют подачу воздуха сами, каждый по своему состоянию и температурному режиму бани, поэтому этот процесс сложный и нестационарный.
Вентиляционная система будет представлена двумя точками воздухозабора из нижней и верхней зоны (мытье и осушение) Так как в работе будет находиться только одно вытяжное отверстие. Диаметр воздуховодов ответвлений составит Ф 125 мм, с последующим объединением в общий воздуховод Ф 125 мм. Сопротивления вытяжных решеток, условных отводов, флюгарка учтены в примере.
Для разного типа бань (Турецкий хаммам, Финская сауна, Сауна – спорт и т.д. ) необходим расчет для поддержания своего микроклимата в помещении парной.
В заключение необходимо отметить, что для интенсивности просушки в летнее время, возможно применение искусственной вентиляции. По пожеланию заказчика возможна установка автоматики для поддержание температуры и влажности, концентрации СО2, а также автоматизированного обеспечения приточным и вытяжным воздухом. Данный пример, показывает необходимость применения расчета для обеспечения оптимального воздухообмена в банях.