И. В. Фомин, Б. Т. Сизов. Использование аэрационных устройств в системах естественной вентиляции церковных зданий

И. В. Фомин, Б. Т. Сизов. Использование аэрационных устройств в системах естественной вентиляции церковных зданий

Особенности внутренней объемно-пространственной структуры церковных зданий приводят к проблеме наличия зон застойного воздуха, особенно в подкупольных пространствах. Кроме того, во время проведения служб имеет место поступление тепла, влаги и углекислого газа от людей, продуктов горения и тепла от горящих свечей и лампадного масла. Все это негативно отражается на сохранности настенных росписей, иконостаса, декоративной отделки, предметов внутреннего убранство представляющих историко-культурную ценность.

Оснащение автоматическими системами кондиционирования и вентиляции в ряде случаев невозможно по архитектурным [1] и другим соображениям. Кроме того, в процессе эксплуатации таких систем значительны затраты на электроэнергию и техническое обслуживание.

Первые работы по исследованию и созданию аэрационных устройств (далее АУ) клапанного типа («клапаны-хлопушки») были начаты Н. П. Зворыкиным (Спасский собор Спасо-Андроникова монастыря) в 60-х гг. XX в.

В конце 80-х гг. АУ были установлены в соборе Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря [2] (ил. 1). В конце 90-х АУ были установлены в соборе Рождественского монастыря (XVI в.) в Москве, в Успенском соборе (XVII в.) г. Великий Устюг (ил. 3) и в других памятниках (ил. 2).

Исследования и практика показывают, что система естественной вентиляции в целях нормализации температурно-влажностного режима, ликвидации застойных зон и удаления продуктов горения свечей и лампадного масла эффективна и может быть построена посредством использования следующих технических средств:

– Открывающиеся элементы (форточки) в каждом окне первого яруса северного и южного фасадов и в каждой апсиде (для «регулируемого» проветривания в соответствии с [2,3]). Устройство и расположение открывающихся элементов должно быть удобным для открывания в любое время года.

– Двери – для «регулируемого» проветривания в соответствии с [2, 3].

– Аэрационные устройства, описанные в ряде публикаций [1–6].

Ил. 1.1 – деревянный корпус АУ; 2 — жалюзи; 3 — заслонки

Ил. 4. Движение воздуха при естественной вентиляция церковного здания

Второе поколение АУ (ил. 5, 6, 7) появилось в 2000 г. в связи с реставрацией Софийского собора в г. Вологда (на тот момент АУ были еще не «прозрачные»). Были применены новые конструкционные материалы и технические решения, что позволило повысить эффективность и надежность АУ.

При кажущейся простоте АУ представляет собой достаточно сложную механическую систему, работающую в условиях воздействия переменных циклических (возникающих при открытии – закрытии заслонок АУ) нагрузок, широком диапазоне изменения температуры и влажности воздушной среды. Кроме того, конструкция АУ не должна нарушать архитектурный облик здания, должна быть проста в монтаже и надежна в эксплуатации.

АУ состоят из двух модулей:

– клапанного (обратный клапан, открывается только наружу) модуля (К),

– модуля незадуваемых жалюзи (Ж).

Функция модуля К – организация естественного проветривания в целях нормализации температурно-влажностного режима, ликвидации застойных зон и удаления продуктов горения.

Функция модуля Ж – защита АУ от:

– проникновения атмосферных осадков;

– сильных порывов ветра.

АУ представляют собой чисто механическое устройство, заслонки которого открываются только наружу при наличии разности давлений ? Р:

? Р = Р_вн – Р_н, где

Р_вн – давление внутри здания, Па;

Р_н – наружное давление, Па.

Эта разница может возникнуть в случае, если давление воздушной среды внутри здания станет больше наружного в силу разных факторов (повышение температуры внутри здания, либо если наружное давление в месте установки АУ станет меньше давления внутри здания (разряжение в зоне аэродинамической тени при наличии ветра). В любом случае открытие заслонок осуществляется автоматически и не требует каких либо действий со стороны обслуживающего персонала. В случае открытия заслонок АУ и удаления определенного количества воздуха из внутреннего объема здания (Ил. 4) происходит восполнение воздушной среды за счет поступления воздуха снаружи. Снаружи воздух проникает естественным путем в результате инфильтрации через оконные и дверные заполнения, поры материала ограждающих конструкций или же регулируемо путем открывания дверей или открывающихся элементов окон.

Основными техническими характеристиками АУ являются:

– (h*, х*, z*) – посадочные размеры (высота, ширина, глубина) АУ, мм;

– S – площадь проходного сечения АУ, м²;

– ? Pmin – чувствительность АУ, Па;

– G – пропускная способность АУ, м³/час.

Ил. 7. Модули АУ

Количество, расположение и способ установки АУ определяются рядом факторов:

– объемно-пространственной композицией здания;

– особенностями внешней аэродинамики здания;

– «розой ветров»;

– устройством оконных блоков;

– обеспечением равномерности удаление продуктов горения свечей;

– удобством технического обслуживания;

– минимизацией застойных зон и рядом других факторов.

Очень важно при проектировании, выборе площади проходного сечения, мест расположения и способа установки АУ максимально учесть и использовать энергию ветра. Главной особенностью ветровой энергии является неравномерность ее проявления во времени и пространстве. При построении модели ветра(нахождения распределения скоростей ветра во времени) целесообразно применять распределение Вейбулла, рекомендованное в [13].

По среднегодовой скорости ветра для данного региона([10]), находим распределение повторяемости скоростей ветра во Вейбуллу([14]):

Где V-градация скорости ветра;

? – параметр масштаба, численно близкий к величине среднегодовой скорости ветра;

? – параметр формы кривой распределения.

Этот подход хорошо себя зарекомендовал при проектировании ветроэнергетических установок [11–13], где очень важно максимально использовать энергию ветра и при проектировании АУ для систем естественной вентиляции церковных зданий.

Возможно использование АУ и для организации проветривания в средней зоне здания. В этом случае АУ устанавливаются во фрагментах фасадных оконных рам третьего, второго и даже первого (ил. 11) света. В случае, если оконный блок состоит из двух оконных рам, необходима (чтобы в межрамном пространстве не образовывался конденсат и иней) установка изолирующего короба, в который и монтируется АУ.

Уже в 2003 г. появились АУ третьего поколения – «прозрачные» (Ил. 8-16).

Таблица 1. Основные технические характеристики АУ

Литература

1. Фомин И. В., Сизов Б. Т. Использование аэрационных устройств в системах естественной вентиляции церковных зданий-памятников архитектуры // Природные условия строительства и сохранения храмов православной Руси. 4-й международный научно-практический симпозиум: Сб. тезисов. Сергиев Посад, Троице-Сергиева Лавра, 8-10 октября 2009.

2. Микроклимат церковных зданий. М., 2000.

3. АВОК СТАНДАРТ-2-2004 «Храмы православные. Отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха». М., 2004.

4. Гордеев Ю. И., Илларионова И. В., Сизова Е. А. Аэрационные устройства для зданий – памятников культовой архитектуры (клапаны хлопушки) // Вопросы температурно-влажностного режима памятников истории и культуры: Сб. научных трудов. М., 1990.

5. Фомин И. В., Сизов Б. Т. Аэрационное устройство для памятников гражданской и церковной архитектуры. Патент № 2262642. Приоритет изобретения 6.11.2003.

6. Фомин И. В., Сизов Б. Т., Викулин Я. Н. Аэрационное устройство пониженной шумности для памятников гражданской и церковной архитектуры. Патент № 2333428, Приоритет изобретения 22.02.2007.

7. Кей Д. Уикс и Энн И. Гример. Сохранение, восстановление, реставрация и реконструкция исторических объектов. М., 2008; Геттер Э. И. Архитектурно-строительная аэродинамика. М., 1984

8. СНиП 23-01-99. «Строительная климатология».

9. Табунщиков Ю. А., Шилкин Н. В. Аэродинамика высотных зданий // Журнал АВОК. 2004. № 8.

10. Фокин К. Ф. Естественный режим памятника // Сообщения Научно-методического совета по охране памятников культуры Министерства культуры СССР. М., 1970. Вып. V. С. 101–102.

11. ГОСТ Р 51237-98 «Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и определения»

12. Харитонов В. П. «Автономные ветроэнергетические установки». М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006 г.

13. Кузнецов Б. А., Фомин И. В., Рубинчик Б. А. «Ветроэнергетическая установка с осью вращения, пересекающей направление ветра». Патент № 2099589.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.