Репозиторій ЧДТУ
Репозиторій ЧДТУ зберігає і дозволяє легкий і відкритий доступ до всіх видів цифрового контенту, включаючи текст, зображення, анімовані зображення, MPEG і набори даних
Дізнатися більше
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7013| Title: | Дослідження ефективності використання залізобетонних шахт вентиляції з примусовим повітрообміном |
| Authors: | Смоляр, Анатолій Михайлович Москалець, Костянтин Петрович |
| Keywords: | вентиляційні шахти;інженерні системи будівель;залізобетонні конструкції;примусовий повітрообмін;ефективність вентиляції |
| Issue Date: | Jan-2026 |
| Abstract: | Метою магістерської роботи є дослідження ефективності функціонування залізобетонних вентиляційних шахт у системах припливно-витяжної механічної вентиляції багатоповерхових житлових будівель, оцінка їх аеродинамічних, тепловологісних та енергетичних характеристик, а також обґрунтування раціональних конструктивних і експлуатаційних рішень для забезпечення нормативного повітрообміну та підвищення енергоефективності будівель. Для досягнення поставленої мети в роботі вирішено такі завдання: виконано аналіз вітчизняних і європейських нормативних документів щодо повітрообміну та вентиляційних каналів; розглянуто конструктивні особливості залізобетонних вентиляційних шахт; сформульовано математичну модель руху повітря у вертикальних каналах з урахуванням втрат тиску, дії вентиляторів та stack-ефекту; досліджено розподіл витрат повітря та перепадів тиску по висоті будівлі; проаналізовано тепловологісний режим у шахтах і умови виникнення конденсації; виконано розрахунок енергоспоживання вентиляційних установок у різних режимах роботи та проведено порівняння природної і примусової вентиляції. Предметом дослідження є аеродинамічні, теплотехнічні та енергетичні процеси, що відбуваються у залізобетонних вентиляційних шахтах кухонь і санітарних вузлів з примусовою тягою. Об’єктом дослідження є система припливно-витяжної механічної вентиляції багатоповерхової житлової будівлі із вертикальними залізобетонними вентиляційними шахтами. У результаті виконаних досліджень отримано кількісні характеристики розподілу витрат повітря, швидкостей і перепадів тиску по висоті шахт у різних режимах роботи (природна вентиляція, примусова при номінальній та зниженій продуктивності). Встановлено, що застосування примусової вентиляції з індивідуальними вентиляторами на шахтах забезпечує суттєве зменшення коефіцієнта нерівномірності повітрообміну, стабілізацію аеродинамічного режиму та зниження ризику утворення конденсату в зоні оголовка. Проведено оцінку тепловологісних параметрів повітря по висоті шахти та визначено умови, за яких можливе досягнення точки роси. Показано, що застосування частотного регулювання вентиляторів дозволяє істотно знизити річне енергоспоживання системи вентиляції при збереженні нормативних витрат повітря. Практичне значення одержаних результатів полягає у можливості використання розроблених розрахункових моделей і рекомендацій при проєктуванні та модернізації вентиляційних систем багатоповерхових житлових будівель, виборі параметрів вентиляційних установок, теплоізоляції шахт та організації оголовків з метою підвищення енергоефективності і забезпечення нормативного мікроклімату приміщень. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7013 |
| Appears in Collections: | 192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Кваліфікаційна робота магістра Москалець К.П. МГБ-404.pdf Restricted Access | 2.25 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
Міністерство освіти і науки України Черкаський державний технологічний університет Факультет технологій, будівництва та раціонального природокористування Кафедра промислового та цивільного будівництва «ДО ЗАХИСТУ ДОПУСТИТИ» Завідувач кафедри ПЦБ доцент, к.т.н. Сергій ПРЯНИК «___» _____________ 2026 р. УДК 699.86:69.057.1:691 ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА до кваліфікаційної роботи магістра на тему: «ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ ШАХТ ВЕНТИЛЯЦІЇ З ПРИМУСОВИМ ПОВІТРООБМІНОМ» Виконав здобувач 2 курсу, групи М-404 ступеня вищої освіти магістра спеціальності 192 Будівництво та цивільна інженерія Костянтин МОСКАЛЕЦЬ ______________ Керівник магістерської роботи к.т.н., доцент Анатолій СМОЛЯР ______________ Рецензент магістерської роботи ГАП Сергій ДЕМ'ЯНЕНКО ______________ Черкаси – 2026 рік РЕФЕРАТ Кваліфікаційна робота магістра містить 96 сторінки, 10 таблиць, 25 рисунків, список літератури з 40 найменувань. ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ ШАХТ ВЕНТИЛЯЦІЇ З ПРИМУСОВИМ ПОВІТРООБМІНОМ Метою магістерської роботи є дослідження ефективності функціонування залізобетонних вентиляційних шахт у системах припливно-витяжної механічної вентиляції багатоповерхових житлових будівель, оцінка їх аеродинамічних, тепловологісних та енергетичних характеристик, а також обґрунтування раціональних конструктивних і експлуатаційних рішень для забезпечення нормативного повітрообміну та підвищення енергоефективності будівель. Для досягнення поставленої мети в роботі вирішено такі завдання: виконано аналіз вітчизняних і європейських нормативних документів щодо повітрообміну та вентиляційних каналів; розглянуто конструктивні особливості залізобетонних вентиляційних шахт; сформульовано математичну модель руху повітря у вертикальних каналах з урахуванням втрат тиску, дії вентиляторів та stack-ефекту; досліджено розподіл витрат повітря та перепадів тиску по висоті будівлі; проаналізовано тепловологісний режим у шахтах і умови виникнення конденсації; виконано розрахунок енергоспоживання вентиляційних установок у різних режимах роботи та проведено порівняння природної і примусової вентиляції. Предметом дослідження є аеродинамічні, теплотехнічні та енергетичні процеси, що відбуваються у залізобетонних вентиляційних шахтах кухонь і санітарних вузлів з примусовою тягою. Об’єктом дослідження є система припливно-витяжної механічної вентиляції багатоповерхової житлової будівлі із вертикальними залізобетонними вентиляційними шахтами. У результаті виконаних досліджень отримано кількісні характеристики розподілу витрат повітря, швидкостей і перепадів тиску по висоті шахт у різних режимах роботи (природна вентиляція, примусова при номінальній та зниженій продуктивності). Встановлено, що застосування примусової вентиляції з індивідуальними вентиляторами на шахтах забезпечує суттєве зменшення коефіцієнта нерівномірності повітрообміну, стабілізацію аеродинамічного режиму та зниження ризику утворення конденсату в зоні оголовка. Проведено оцінку тепловологісних параметрів повітря по висоті шахти та визначено умови, за яких можливе досягнення точки роси. Показано, що застосування частотного регулювання вентиляторів дозволяє істотно знизити річне енергоспоживання системи вентиляції при збереженні нормативних витрат повітря. Практичне значення одержаних результатів полягає у можливості використання розроблених розрахункових моделей і рекомендацій при проєктуванні та модернізації вентиляційних систем багатоповерхових житлових будівель, виборі параметрів вентиляційних установок, теплоізоляції шахт та організації оголовків з метою підвищення енергоефективності і забезпечення нормативного мікроклімату приміщень. Ключові слова: вентиляційна шахта, залізобетонна шахта, припливно-витяжна вентиляція, примусовий повітрообмін, багатоповерхова житлова будівля, аеродинаміка повітряних потоків, втрати тиску, тепловологісний режим, конденсація, енергоефективність, рекуперація тепла, вентилятор, коефіцієнт нерівномірності повітрообміну, stack-ефект, мікроклімат приміщень, нормативний повітрообмін, енергоспоживання систем вентиляції. ABSTRACT The master’s qualification thesis comprises 96 pages, 10 tables, 25 figures, and a list of references including 40 sources. STUDY OF THE EFFICIENCY OF USING REINFORCED CONCRETE VENTILATION SHAFTS WITH MECHANICAL AIR EXCHANGE The aim of the master’s thesis is to investigate the efficiency of operation of reinforced concrete ventilation shafts in supply-and-exhaust mechanical ventilation systems of multi- storey residential buildings, to assess their aerodynamic, thermo-hygrometric and energy characteristics, and to substantiate rational structural and operational solutions to ensure standard air exchange and improve the energy efficiency of buildings. To achieve this aim, the following tasks were accomplished: an analysis of national and European regulatory documents on air exchange and ventilation ducts was carried out; the structural features of reinforced concrete ventilation shafts were examined; a mathematical model of air flow in vertical channels was developed taking into account pressure losses, fan operation and the stack effect; the distribution of air flow rates and pressure drops along the height of the building was studied; the thermal and humidity regime in the shafts and the conditions for condensation formation were analyzed; the energy consumption of ventilation units in different operating modes was calculated, and natural and mechanical ventilation were compared. The subject of the study is the aerodynamic, thermal and energy processes occurring in reinforced concrete ventilation shafts of kitchens and sanitary facilities with mechanical draft. The object of the study is the supply-and-exhaust mechanical ventilation system of a multi-storey residential building with vertical reinforced concrete ventilation shafts. As a result of the research, quantitative characteristics of the distribution of air flow rates, velocities and pressure differences along the height of the shafts were obtained for different operating modes (natural ventilation, mechanical ventilation at nominal and reduced capacity). It was established that the use of mechanical ventilation with individual fans installed on the shafts ensures a significant reduction in the air exchange non-uniformity coefficient, stabilization of the aerodynamic regime, and a decrease in the risk of condensate formation in the outlet (head) zone of the shafts. The thermal and humidity parameters of air along the shaft height were evaluated, and the conditions under which the dew point can be reached were determined. It was shown that the application of variable-frequency control of fans makes it possible to significantly reduce the annual energy consumption of the ventilation system while maintaining standard air flow rates. The practical significance of the obtained results lies in the possibility of using the developed calculation models and recommendations in the design and modernization of ventilation systems of multi-storey residential buildings, in selecting ventilation unit parameters, thermal insulation of shafts, and the arrangement of shaft outlets, in order to improve energy efficiency and ensure a standard indoor microclimate. Keywords: ventilation shaft, reinforced concrete shaft, supply-and-exhaust ventilation, mechanical air exchange, multi-storey residential building, air flow aerodynamics, pressure losses, thermal and humidity regime, condensation, energy efficiency, heat recovery, fan, air exchange non-uniformity coefficient, stack effect, indoor microclimate, standard air exchange, ventilation system energy consumption. ЗМІСТ ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ І ТЕРМІНІВ.... ВСТУП……………………………………………………………………………… 102 1 АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ТА НОРМАТИВНА БАЗА…………………………. 1.1 Стан та перспективи розвитку систем вентиляції в сучасних будівлях... 1.2 Конструктивні особливості залізобетонних вентиляційних шахт……… 1.3 Принципи роботи систем примусової вентиляції………………………... 1.4 Вимоги ДБН та європейських стандартів до повітрообміну і вентиляційних каналів………………………………………………...…… 1.5 Аналіз енергоефективності та експлуатаційної надійності вентиляційних шахт………………………………………………………... Висновки до розділу 1......................................................................................... 2 ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ТА МОДЕЛЮВАННЯ ПОВІТРООБМІНУ……...... 2.1 Аеродинаміка повітряних потоків у вертикальних каналах…………...... 2.1.1 Режими руху повітря у вертикальних каналах.................................. 2.1.2 Розподіл швидкості в поперечному перерізі шахти.......................... 2.1.3 Поздовжній розподіл тиску................................................................. 2.1.4 Вплив поверхових відгалужень........................................................... 2.1.5 Взаємодія примусової та природної тяги........................................... 2.1.6 Вплив геометрії та шорсткості на структуру потоку........................ 2.2 Тепловологісний режим у вентиляційних шахтах...................................... 2.2.1 Основні параметри тепловологісного стану повітря в шахті........... 2.2.2 Джерела вологи та тепла у витяжних потоках................................... 2.2.3 Теплообмін повітря з конструкціями шахти...................................... 2.2.4 Поздовжній температурний профіль у шахті..................................... 2.2.5 Вологісні процеси та умови конденсації............................................ 2.2.6 Вплив тепловологісного режиму на аеродинаміку і роботу механічної вентиляції........................................................................... 2.2.7 Конструктивні та експлуатаційні наслідки (для залізобетонних шахт)...................................................................................................... 2.2.8 Заходи стабілізації тепловологісного режиму................................... 2.3 Вплив геометрії та матеріалу шахт на втрати тиску................................... 2.3.1 Геометричні параметри вентиляційних шахт.................................... 2.3.2 Вплив форми поперечного перерізу................................................... 2.3.3 Місцеві втрати у зонах приєднання та змін перерізу........................ 2.3.4 Вплив матеріалу та шорсткості внутрішніх поверхонь.................... 2.3.5 Комплексний вплив геометрії та матеріалу на енерго- ефективність........................................................................................... 2.4 Математична модель роботи залізобетонної шахти з примусовою тягою (два незалежні вентилятори).............................................................. 2.4.1 Розрахункова схема та припущення.................................................... 2.4.2 Баланс витрат по висоті шахти............................................................ 2.4.3 Лінійні втрати тиску в шахті............................................................... 2.4.4 Місцеві втрати на приєднаннях та елементах шахти........................ 2.4.5 Гравітаційна складова (stack effect) та зміна густини....................... 2.4.6 Умова балансу тисків для шахти з примусовою тягою..................... 2.4.7 Модель розподілу витрат по поверхах (баланс мережі)................... 2.4.8 Результати, які дає модель, та її застосування в роботі.................... 2.5 Розрахунок енергоспоживання вентиляторів при двох незалежних шахтах............................................................................................................. 2.5.1 Вихідні параметри для розрахунку..................................................... 2.5.2 Розрахунок споживаної потужності кожного вентилятора.............. 2.5.3 Розрахунок річного споживання електроенергії................................ 2.5.4 Урахування частотного регулювання................................................. 2.5.5 Питома потужність вентиляторів........................................................ 2.5.6 Практичне застосування розрахунку в даній роботі......................... Висновки до розділу 2......................................................................................... 3 КОНСТРУКТИВНІ ТА ТЕХНОЛОГІЧНІ РІШЕННЯ......................................... 3.1 Типові конструкції залізобетонних вентиляційних шахт.......................... 3.1.1 Призначення та місце вентиляційних шахт у конструктивній схемі будівлі.......................................................................................... 3.1.2 Конструктивні типи вентиляційних шахт.......................................... 3.1.3 Геометричні параметри та планувальна структура шахт................. 3.1.4 Матеріали та армування....................................................................... 3.1.5 Просторова робота та конструктивна взаємодія з каркасом............ 3.1.6 Нормативні вимоги до вентиляційних шахт...................................... 3.2 Вузли примикання вентиляційних шахт до міжповерхових перекриттів та покриття...................................................................................................... 3.2.1 Загальні вимоги до вузлів примикання.............................................. 3.2.2 Вузол примикання монолітної залізобетонної шахти до міжповерхового перекриття................................................................. 3.2.3 Вузол проходження вентиляційної шахти через покриття............... 3.2.4 Протипожежні пояси та відсічки в зоні перекриттів........................ 3.2.5 Теплотехнічні аспекти вузлів примикання........................................ 3.3 Теплоізоляція та герметизація вентиляційних шахт.................................. 3.3.1 Теплотехнічні особливості залізобетонних вентиляційних шахт.... 3.3.2 Утеплення вентиляційних шахт у межах опалюваного об’єму....... 3.3.3 Теплоізоляція шахт у зоні холодного горища та покриття.............. 3.3.4 Герметизація стиків і проходів............................................................ 3.3.5 Запобігання конденсації та обмерзанню............................................ 3.4 Інтеграція систем примусової вентиляції в багатоповерхові будівлі....... 3.4.1 Передумови застосування механічної вентиляції............................. 3.4.2 Схеми організації примусової вентиляції.......................................... 3.4.3 Конструктивна інтеграція вентиляторів у вентиляційні шахти....... 3.4.4 Аеродинамічні та експлуатаційні вимоги.......................................... 3.4.5 Інтеграція рекупераційних систем...................................................... 3.4.6 Узгодження з конструктивною та теплотехнічною схемою будівлі.................................................................................................... 3.5 Пожежна безпека та акустичний захист вентиляційних шахт.................. 3.5.1 Роль вентиляційних шахт у забезпеченні пожежної безпеки будівлі..................................................................................................... 3.5.2 Протипожежні відсічки та вогнезахисні заходи................................ 3.5.3 Акустичні особливості вентиляційних шахт...................................... 3.5.4 Конструктивні заходи з акустичного захисту.................................... Висновки до розділу 3......................................................................................... 4 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ... 4.1 Методика та умови проведення експериментальних досліджень............. 4.1.1 Об’єкт дослідження.............................................................................. 4.1.2 Умови зимового розрахункового режиму.......................................... 4.1.3 Точки вимірювання............................................................................... 4.1.4 Вимірювані параметри та засоби......................................................... 4.1.5 Обробка результатів.............................................................................. 4.2. Результати вимірювань при природній вентиляції (вентилятори вимкнені)......................................................................................................... 4.3 Результати вимірювань при примусовій вентиляції (два незалежні вентилятори)................................................................................................... 4.3.1 Режим Б: примусова вентиляція (номінальна продуктивність)....... 4.3.2 Режим В: часткове навантаження (70% продуктивності)................. 4.3.3 Короткий аналіз результатів................................................................ 4.4 Порівняльний аналіз і графічна інтерпретація результатів....................... 4.4.1 Порівняння витрат повітря у верхній точці шахти (оголовок)......... 4.4.2 Порівняння перепадів тиску................................................................ 4.4.3 Оцінка рівномірності розподілу витрат по висоті............................. 4.4.4 Рекомендовані графіки для подання результатів............................... 4.4.5 Порівняння тепловологісних параметрів та ризику конденсації..... 4.5 Оцінка енергоефективності та відповідності нормативним вимогам....... 4.5.1 Відповідність витрат повітря вимогам ДБН....................................... 4.5.2 Річне енергоспоживання вентиляційних установок.......................... 4.5.3 Питома енергетична ефективність...................................................... 4.5.4 Узагальнююча оцінка........................................................................... Висновки до розділу 4......................................................................................... ВИСНОВКИ................................................................................................................ СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ.................................................................. ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ І ТЕРМІНІВ Одиниця Позначення Назва величини / терміну вимірювання Q Об’ємна витрата повітря м³/с v Середня швидкість повітря м/с A Площа поперечного перерізу каналу м² p Статичний тиск Па Δp Перепад тиску Па Δpₜᵣ Втрати тиску на тертя Па Δpₘᵢₛц Місцеві втрати тиску Па Δpᵥₑₙₜ Тиск вентилятора Па ρ Густина повітря кг/м³ λ Коефіцієнт тертя – Dг Гідравлічний діаметр каналу м Re Число Рейнольдса – H Висота вентиляційної шахти м g Прискорення вільного падіння м/с² T Температура повітря °C φ Відносна вологість % tр Температура точки роси °C kнер Коефіцієнт нерівномірності – повітрообміну N Потужність вентилятора Вт E Річне енергоспоживання кВт·год SFP Питома потужність вентилятора Вт/(м³/с) К Вентиляційна шахта кухні – С Вентиляційна шахта санвузлів – ДБН Державні будівельні норми України – EN Європейський стандарт – HVAC Система опалення, вентиляції та – кондиціювання Stack-ефект Димохідний ефект природної тяги – Точка роси Температура початку конденсації °C Рекуперація Повернення теплоти витяжного – повітря Аеродинамічний Сумарні втрати тиску в каналі Па опір Тепловий місток Ділянка підвищених тепловтрат – ВСТУП Сучасний етап розвитку будівельної галузі характеризується підвищеними вимогами до енергоефективності, екологічності та забезпечення нормативного мікроклімату в приміщеннях. Ущільнення забудови, зростання поверховості будівель і широке застосування герметичних огороджувальних конструкцій істотно знижують ефективність природної вентиляції, що зумовлює необхідність впровадження систем примусового повітрообміну. Важливу роль у таких системах відіграють вентиляційні шахти, які забезпечують транспортування повітря та формування стійких аеродинамічних режимів. Залізобетонні вентиляційні шахти є конструктивно надійними, вогнестійкими та технологічними елементами будівель, проте їх геометрія, шорсткість внутрішніх поверхонь, теплотехнічні характеристики та взаємодія з вентиляційним обладнанням істотно впливають на втрати тиску, енергоспоживання вентиляторів і загальну ефективність системи вентиляції. У зв’язку з цим виникає науково-практична задача комплексної оцінки ефективності використання залізобетонних шахт у системах примусової вентиляції та обґрунтування раціональних конструктивно-технічних рішень. Актуальність теми Актуальність дослідження зумовлена необхідністю підвищення енергоефективності та надійності систем вентиляції в сучасних будівлях шляхом оптимізації конструкції та експлуатаційних параметрів залізобетонних вентиляційних шахт, що працюють у режимі примусового повітрообміну, з урахуванням вимог чинних будівельних норм та стандартів. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами Робота виконана відповідно до наукового напряму кафедри з дослідження енергоефективних та інженерних систем будівель і споруд та узгоджується з тематикою науково-дослідних робіт університету в галузі енергоощадних технологій, вентиляції та кондиціювання повітря. Дослідження відповідає положенням державних програм з енергозбереження та підвищення енергоефективності будівельного фонду. Мета і задачі дослідження Метою кваліфікаційної роботи магістра є дослідження ефективності використання залізобетонних вентиляційних шахт у системах з примусовим повітрообміном та обґрунтування раціональних конструктивних і експлуатаційних рішень для підвищення їх енергоефективності. Для досягнення поставленої мети необхідно розв’язати такі задачі: ‒ проаналізувати нормативні вимоги до вентиляційних систем та вентиляційних каналів; ‒ дослідити аеродинамічні та теплотехнічні характеристики залізобетонних шахт; ‒ розробити математичну модель повітрообміну в шахтах з примусовою тягою; ‒ виконати розрахунок втрат тиску та енергоспоживання вентиляційного обладнання; ‒ порівняти ефективність різних конструктивних рішень; ‒ оцінити техніко-економічну доцільність їх застосування. Об’єкт і предмет дослідження Об’єктом дослідження є системи вентиляції будівель із примусовим повітрообміном. Предметом дослідження є аеродинамічні, теплотехнічні та енергетичні процеси в залізобетонних вентиляційних шахтах. Методи дослідження У роботі застосовано аналітичні та розрахункові методи аеродинаміки і теплотехніки, методи комп’ютерного моделювання повітряних потоків, методи енергетичного та техніко-економічного аналізу, а також порівняльний аналіз конструктивних рішень. Наукова та практична новизна У роботі вперше отримано комплексну оцінку впливу конструктивних параметрів залізобетонних вентиляційних шахт на аеродинамічні втрати та енергоспоживання систем примусової вентиляції. Удосконалено підходи до розрахунку тепловтрат і втрат тиску в шахтах з урахуванням їх геометрії та шорсткості поверхонь. Подальшого розвитку набули методи вибору раціональних конструктивних рішень з позицій енергоефективності. Практичне значення роботи полягає у можливості використання отриманих результатів при проєктуванні вентиляційних систем багатоповерхових будівель, розробці методик розрахунку вентиляційних шахт та підготовці навчально- методичних матеріалів з дисциплін інженерного профілю. Особистий внесок здобувача вищої освіти Усі наукові положення, розрахунки, моделі та висновки, викладені в кваліфікаційній роботі, отримані автором особисто. У разі використання ідей співавторів у публікаціях зазначено конкретний особистий внесок здобувача. Апробація результатів Основні результати дослідження доповідалися на наукових семінарах кафедри та студентських наукових конференціях університету. 1 АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ТА НОРМАТИВНА БАЗА Розділ присвячено аналізу сучасного стану проблеми проєктування та експлуатації вентиляційних систем із залізобетонними шахтами в будівлях різного призначення. Розглядаються основні тенденції розвитку систем вентиляції в умовах підвищених вимог до енергоефективності, герметичності огороджувальних конструкцій та забезпечення нормативних параметрів мікроклімату. У розділі виконується огляд наукових публікацій і нормативних документів, що регламентують проєктування вентиляційних каналів і шахт, аналізуються конструктивні особливості залізобетонних вентиляційних шахт, їх переваги та обмеження порівняно з іншими типами повітроводів. Окрема увага приділяється принципам роботи систем примусового повітрообміну, а також впливу аеродинамічних, теплотехнічних і експлуатаційних факторів на ефективність функціонування вентиляційних шахт. Метою розділу є формування теоретичної та нормативної бази для подальших розрахункових і експериментальних досліджень, визначення основних факторів, що впливають на роботу залізобетонних шахт у системах примусової вентиляції, а також обґрунтування напрямів подальшого аналізу та моделювання, виконаних у наступних розділах кваліфікаційної роботи магістра. 1.1 Стан та перспективи розвитку систем вентиляції в сучасних будівлях Системи вентиляції є одними з ключових інженерних систем будівель, що забезпечують нормативні параметри повітряного середовища, санітарно-гігієнічні умови та тепловий комфорт у приміщеннях. У сучасних умовах їх роль суттєво зростає у зв’язку з підвищенням вимог до енергоефективності, герметичності огороджувальних конструкцій, зменшенням інфільтрації повітря та впровадженням технологій низькоенергетичного і пасивного будівництва[1-3, 8]. Традиційно в житлових і громадських будівлях широко застосовувалися системи природної вентиляції (рис. 1.1), робота яких ґрунтується на різниці температур і тисків внутрішнього та зовнішнього повітря. Проте зі зростанням поверховості будівель, ускладненням планувальних рішень, ущільненням забудови та зменшенням повітропроникності огороджувальних конструкцій ефективність природної вентиляції стає нестабільною та залежною від зовнішніх кліматичних умов. Це призводить до недостатнього повітрообміну, погіршення якості повітря, підвищення вологості та концентрації шкідливих домішок [12,18]. Рисунок 1.1 – Житловий будинок з системою природної вентиляції У зв’язку з цим у сучасній будівельній практиці спостерігається тенденція переходу до механічних та комбінованих систем вентиляції з примусовим повітрообміном. Такі системи забезпечують керований і прогнозований повітрообмін, можливість регулювання витрат повітря, очищення, підігріву або охолодження, а також рекуперації теплоти відпрацьованого повітря. Особливого поширення набули припливно-витяжні системи з теплоутилізацією, що дозволяють істотно знизити тепловтрати будівель (рис. 1.2) [20,26]. Важливим елементом вертикального транспортування повітря в багатоповерхових будівлях залишаються вентиляційні канали та шахти. У масовому житловому та громадському будівництві традиційно використовуються залізобетонні вентиляційні блоки і шахти, які відзначаються високою міцністю, довговічністю, вогнестійкістю та технологічністю монтажу. Разом з тим, їх конструктивні та аеродинамічні характеристики суттєво впливають на опір повітряного потоку, рівень шуму, теплові втрати та загальну енергетичну ефективність системи вентиляції [29]. Рисунок 1.2 – Припливно-витяжна система вентиляції будівлі Перспективи розвитку систем вентиляції пов’язані з подальшим впровадженням енергоощадних технологій, автоматизованого керування повітрообміном, викорис- танням високоефективних вентиляторів, рекуператорів теплоти та інтеграцією вентиляційних систем у загальну концепцію «розумної будівлі». У цьому контексті актуальним є удосконалення конструкцій вентиляційних шахт, зокрема залізобе- тонних, з метою зменшення аеродинамічних втрат, підвищення теплоізоляційних властивостей, забезпечення герметичності та акустичного комфорту [34]. Таким чином, сучасний стан розвитку систем вентиляції характеризується переходом від переважно природного повітрообміну до керованих систем примусової вентиляції, у яких залізобетонні вентиляційні шахти залишаються важливими конструктивними елементами. Подальший розвиток цих систем потребує науково обґрунтованих досліджень їх аеродинамічної та енергетичної ефективності, що й зумовлює доцільність виконання даної кваліфікаційної роботи магістра [40]. 1.2 Конструктивні особливості залізобетонних вентиляційних шахт Залізобетонні вентиляційні шахти є важливими елементами інженерних систем багатоповерхових будівель, призначеними для організованого відведення та подачі повітря між поверхами і назовні. Їх конструктивні рішення визначаються архітектурно-планувальними особливостями будівлі, вимогами аеродинаміки, пожежної безпеки, звукоізоляції та довговічності [31-33]. Конструктивно вентиляційні шахти виконуються у вигляді вертикальних каналів прямокутного або кругового перерізу, сформованих із збірних або монолітних залізобетонних елементів (рис. 1.3). У масовому житловому будівництві поширеними є збірні вентиляційні блоки з вбудованими каналами, що монтуються по поверхах і утворюють безперервну вертикальну шахту. У будівлях з монолітним каркасом шахти часто влаштовують як монолітні залізобетонні стінки, які одночасно виконують функції жорсткості та вогнестійких огороджень інженерних комунікацій. Рисунок 1.3 – Приклад конструктивного виконання вентиляційних блоків та вертикальної вентиляційної шахти в багатоповерховій будівлі Геометричні параметри шахт (форма та розміри поперечного перерізу, висота, кількість і взаємне розташування каналів) істотно впливають на аеродинамічний опір та розподіл повітряних потоків. Прямокутні канали є технологічно зручними для інтеграції в планувальні схеми, проте характеризуються підвищеними втратами тиску порівняно з круглими через наявність кутів та нерівномірний розподіл швидкостей. Круглі або близькі до круглих перерізи забезпечують кращі аеродинамічні умови, однак їх застосування в залізобетонному виконанні обмежене конструктивними та технологічними чинниками [14]. Внутрішня поверхня залізобетонних шахт, як правило, має більшу шорсткість порівняно з металевими або пластиковими повітроводами, що зумовлює збільшення коефіцієнтів тертя та аеродинамічних втрат. З метою їх зменшення застосовують внутрішнє оштукатурювання, облицювання або вставні вкладиші з гладких матеріалів. Важливим конструктивним аспектом є також забезпечення герметичності стиків між елементами шахти та місцями приєднання повітроводів, що впливає на стабільність повітрообміну та рівень неконтрольованих підсмоктувань[15]. Особливу увагу приділяють вузлам примикання вентиляційних шахт до міжповерхових перекриттів, покриття та покрівлі. Ці вузли повинні забезпечувати вогнестійкість, теплоізоляцію, звукоізоляцію та відсутність теплових містків. У верхній частині шахти передбачається встановлення оголовків, дефлекторів або приєднання до вентиляційного обладнання, що також впливає на аеродинамічний режим роботи системи [34]. Залізобетонні шахти відзначаються високою міцністю та вогнестійкістю, що дозволяє використовувати їх як протипожежні перешкоди та канали для видалення диму. Водночас значна маса та теплоємність конструкцій зумовлюють теплову інерційність і можливі додаткові тепловтрати, особливо у разі розташування шахт у зоні неопалюваних приміщень або надпокрівельному просторі [36]. Таким чином, конструктивні особливості залізобетонних вентиляційних шахт визначають їх аеродинамічні, теплотехнічні та експлуатаційні характеристики. Раціональний вибір геометрії, матеріалів оздоблення внутрішніх поверхонь, вузлів примикання та теплоізоляції є необхідною умовою забезпечення ефективної роботи систем примусової вентиляції та зниження їх енергоспоживання [38]. 1.3 Принципи роботи систем примусової вентиляції Системи примусової вентиляції призначені для забезпечення керованого та стабільного повітрообміну в приміщеннях незалежно від зовнішніх кліматичних умов і природних рушійних сил. Їх робота ґрунтується на створенні різниці тиску за допомогою вентиляторів, що забезпечують переміщення повітря по мережі повітроводів і вентиляційних шахт з необхідними витратами та швидкостями [4, 5]. За функціональним призначенням розрізняють припливні, витяжні та припливно-витяжні системи вентиляції. Припливні системи забезпечують подачу очищеного і, за потреби, підігрітого або охолодженого повітря в приміщення, витяжні – видалення відпрацьованого повітря, а припливно-витяжні поєднують обидві функції та дозволяють організувати збалансований повітрообмін. У сучасних енергоефективних будівлях широкого поширення набули припливно-витяжні системи з рекуперацією теплоти, які дають змогу зменшити втрати енергії на вентиляцію. Робота систем примусової вентиляції характеризується взаємодією вентилятора з аеродинамічним опором мережі, що включає повітроводи, фасонні частини, вентиляційні решітки та вертикальні шахти. Продуктивність вентилятора і створюваний ним тиск повинні компенсувати сумарні втрати тиску на тертя та місцеві опори, забезпечуючи розрахункові витрати повітря. При цьому аеродинамічні характеристики вентиляційних шахт, зокрема залізобетонних, істотно впливають на режим роботи системи та енергоспоживання обладнання. Важливим принципом є зонування повітрообміну та організація напрямків руху повітря від «чистих» зон до «брудних», що відповідає санітарно-гігієнічним вимогам. Розподіл повітря в приміщеннях здійснюється за допомогою повітророзподільників, які формують необхідні поля швидкостей і температур, забезпечуючи комфортні умови перебування людей [16]. Сучасні системи примусової вентиляції оснащуються засобами автоматизо- ваного керування, що дозволяють регулювати витрати повітря залежно від наповненості приміщень, якості повітря, температури та вологості. Застосування частотно-керованих приводів вентиляторів, датчиків СО₂ та систем диспетчеризації сприяє оптимізації режимів роботи та зниженню енергоспоживання [17]. У багатоповерхових будівлях вертикальний транспорт повітря часто організовується через вентиляційні шахти, які об’єднують повітроводи окремих поверхів у єдину систему (рис. 1.4). При цьому необхідно враховувати вплив висоти шахти, температурних градієнтів, розподілу тиску та можливих реверсивних потоків. У системах примусової вентиляції ці фактори компенсуються роботою вентиляторів, проте конструктивні та аеродинамічні характеристики шахт визначають величину додаткових втрат тиску та рівень шуму [19]. Рисунок 1.4 – Принципова схема організації витяжної вентиляції в багатоповерховій будівлі Таким чином, принципи роботи систем примусової вентиляції базуються на створенні керованого повітряного потоку за допомогою вентиляторів, подоланні аеродинамічного опору мережі та забезпеченні нормативних параметрів мікроклімату. Ефективність таких систем значною мірою залежить від раціонального проєктування вентиляційних шахт, зокрема залізобетонних, які є невід’ємною частиною повітропровідної мережі [21]. 1.4 Вимоги ДБН та європейських стандартів до повітрообміну і вентиляційних каналів Проєктування та експлуатація систем вентиляції в Україні регламентуються чинними державними будівельними нормами (ДБН), а в країнах Європейського Союзу – гармонізованими стандартами EN та вимогами директив з енергоефектив- ності будівель. Ці нормативні документи встановлюють обов’язкові вимоги до кратності та витрат повітрообміну, якості внутрішнього повітря, параметрів мікроклімату, а також до конструкції та аеродинамічних характеристик вентиляційних каналів і шахт [6-9]. Згідно з ДБН В.2.5-67:2013 «Опалення, вентиляція та кондиціювання» та ДБН В.2.2-15:2019 «Житлові будинки. Основні положення», у житлових та громадських будівлях повинні забезпечуватися нормативні витрати припливного та витяжного повітря залежно від призначення приміщень, кількості людей і рівня забруднення повітря. Нормами встановлюються мінімальні значення подачі свіжого повітря, як правило, у межах 20–60 м³/год на одну особу, а також кратність повітрообміну для кухонь, санвузлів, технічних і допоміжних приміщень. Особлива увага приділяється забезпеченню видалення вологи, продуктів згоряння та шкідливих домішок [19-23]. Вимоги до вентиляційних каналів і шахт включають обмеження швидкостей повітря, допустимі втрати тиску, умови шумового та вібраційного комфорту, а також показники герметичності. Для вертикальних шахт встановлюються мінімальні розміри поперечного перерізу, вимоги до гладкості внутрішніх поверхонь, вогнестійкості та межі поширення вогню і диму. ДБН також регламентують необхідність улаштування протипожежних відсічних пристроїв, димових клапанів і зонування систем вентиляції в будівлях підвищеної поверховості. Європейські стандарти, зокрема EN 16798 «Energy performance of buildings – Ventilation for buildings», визначають класи якості внутрішнього повітря (IDA 1– IDA 4), для яких встановлюються рекомендовані витрати повітря на одну особу та на одиницю площі приміщення. Стандарти EN 12237 і EN 1507 регламентують вимоги до повітроводів і каналів, включаючи класи герметичності, допустимі витоки повітря, міцність і допустимі деформації. Для вентиляційних шахт у складі будівельних кон- струкцій особливо важливими є вимоги до герметичності класів C і D, що забезпечу- ють мінімальні неконтрольовані втрати повітря та зменшення енергоспоживання [35]. В контексті енергоефективності значну роль відіграють положення Директиви 2010/31/ЄС (EPBD) та концепції будівель з майже нульовим споживанням енергії (nZEB), які вимагають мінімізації тепловтрат через вентиляцію шляхом застосування рекуперації теплоти, високоефективних вентиляторів і повітроводів з малими аеродинамічними опорами. Це висуває підвищені вимоги до геометрії вентиляційних каналів, їх теплоізоляції та герметичності, особливо у випадку вертикальних залізобетонних шахт, що проходять через неопалювані зони або покрівлю. Таким чином, вимоги ДБН та європейських стандартів формують комплекс критеріїв до систем примусової вентиляції, які охоплюють санітарно-гігієнічні, аеродинамічні, теплотехнічні, акустичні та протипожежні аспекти. Виконання цих вимог при проєктуванні та експлуатації залізобетонних вентиляційних шахт є необхідною умовою забезпечення нормативного повітрообміну, енергоефективності та безпеки будівель, а також визначає напрями їх подальшого конструктивного вдосконалення. 1.5 Аналіз енергоефективності та експлуатаційної надійності вентиляційних шахт Енергоефективність систем примусової вентиляції значною мірою визначається аеродинамічними та теплотехнічними характеристиками вентиляційних шахт, які формують основну частину опору повітряної мережі та впливають на величину енергоспоживання вентиляційного обладнання. Для залізобетонних шахт вирішальне значення мають геометричні параметри каналів, стан внутрішніх поверхонь, герметичність стиків, а також умови теплообміну з навколишніми конструкціями. Аеродинамічні втрати тиску в шахтах зумовлені тертям повітря об стінки, місцевими опорами в зонах поворотів, приєднання відгалужень та переходів перерізів. Підвищена шорсткість внутрішніх поверхонь залізобетону призводить до збільшення коефіцієнтів тертя порівняно з гладкими металевими або полімерними повітроводами, що вимагає застосування вентиляторів більшої потужності і, відповідно, зростання споживання електроенергії. Зменшення аеродинамічного опору досягається шляхом оптимізації форми перерізу каналів, збільшення їх гідравлічного радіуса, внутрішнього облицювання або використання вставних гладких вкладишів [29]. Теплотехнічна ефективність вентиляційних шахт визначається рівнем тепловтрат через їх огороджувальні конструкції та можливістю утворення теплових містків у вузлах примикання до перекриттів і покриття. За відсутності належної теплоізоляції у вертикальних каналах можливе інтенсивне охолодження або нагрівання повітря, що знижує ефективність рекуперації та збільшує навантаження на системи опалення і кондиціювання. Особливо це актуально для шахт, розташованих у неопалюваних зонах, технічних поверхах та надпокрівельному просторі. Експлуатаційна надійність вентиляційних шахт обумовлюється їх конструктивною міцністю, вогнестійкістю, стійкістю до вологи та агресивних середовищ, а також стабільністю аеродинамічних характеристик у часі. Залізобетонні конструкції характеризуються високою довговічністю та вогнестійкістю, що забезпечує надійну роботу вентиляційних каналів протягом усього терміну експлуатації будівлі. Разом з тим, можливе накопичення пилу, жирових відкладень, продуктів корозії арматури та конденсату, що призводить до зменшення ефективного перерізу каналів, зростання опору та погіршення санітарного стану [37]. Важливим чинником надійності є герметичність вентиляційних шахт, яка впливає на точність балансування повітряних потоків і запобігання неконтрольованим витокам. Порушення герметичності у стиках збірних елементів або в місцях проходу через перекриття може спричиняти паразитні перетоки, зниження ефективності рекуперації та підвищення енергоспоживання [39]. Таким чином, енергоефективність і експлуатаційна надійність залізобетонних вентиляційних шахт визначаються комплексом аеродинамічних, теплотехнічних і конструктивних факторів. Їх раціональне поєднання, дотримання вимог герметичності, теплоізоляції та якості внутрішніх поверхонь є необхідною умовою зниження енергетичних витрат на вентиляцію та забезпечення стабільної і безпечної роботи систем примусового повітрообміну впродовж усього життєвого циклу будівлі. Висновки до розділу 1 1. Встановлено, що в умовах підвищених вимог до енергоефективності та герметичності огороджувальних конструкцій природна вентиляція не забезпечує стабільного нормативного повітрообміну, що зумовлює необхідність широкого застосування систем примусової вентиляції в сучасних будівлях. 2. Показано, що залізобетонні вентиляційні шахти є конструктивно надійними, вогнестійкими та довговічними елементами вентиляційних систем багатоповерхових будівель, однак їх геометрія, шорсткість внутрішніх поверхонь і вузли примикання істотно впливають на аеродинамічний опір, тепловтрати та рівень шуму. 3. Узагальнено принципи роботи систем примусової вентиляції, відповідно до яких продуктивність та енергоспоживання вентиляторів визначаються сумарними втратами тиску в мережі, значну частку яких формують вертикальні вентиляційні шахти. 4. Проаналізовано вимоги ДБН та європейських стандартів щодо повітрообміну, герметичності, вогнестійкості, аеродинамічних і теплотехнічних характеристик вентиляційних каналів, що підтверджує необхідність забезпечення нормативних витрат повітря та мінімізації втрат енергії в системах примусової вентиляції. 5. Обґрунтовано, що енергоефективність і експлуатаційна надійність залізобетонних вентиляційних шахт залежать від оптимізації їх конструктивних параметрів, якості внутрішніх поверхонь, теплоізоляції та герметичності, а також від умов експлуатації та технічного обслуговування. Отримані у розділі результати формують теоретичну і нормативну основу для подальших розрахункових і експериментальних досліджень аеродинамічних та енергетичних характеристик залізобетонних вентиляційних шахт у системах примусового повітрообміну, які будуть виконані в наступних розділах кваліфікаційної роботи. 2 ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ТА МОДЕЛЮВАННЯ ПОВІТРООБМІНУ Проєктування та експлуатація припливно-витяжних систем механічної вентиляції в будівлях цивільного призначення вимагають глибокого розуміння фізичних процесів руху повітря, тепло- і масообміну, а також взаємодії повітряних потоків з конструктивними елементами будівлі. З позицій інженера-будівельника та конструктора вентиляційних систем, повітрообмін розглядається не лише як санітарно-гігієнічний процес, а як складна аеродинамічна система, у якій кожен елемент – від вентилятора до вентиляційної шахти та повітророзподільника – формує загальний режим тисків, швидкостей і енергоспоживання. У будівлях цивільного призначення, що характеризуються значною площею приміщень, багатоповерховістю та різноманіттям функціональних зон, припливно- витяжна механічна вентиляція повинна забезпечувати збалансований повітрообмін, виключати утворення застійних зон, реверсивних потоків та неконтрольованих інфільтрацій, а також гарантувати стабільність роботи за різних зовнішніх і внутрішніх умов. При цьому особливу роль відіграють вертикальні вентиляційні шахти, у яких формуються основні втрати тиску та виникають явища, пов’язані з дією гравітаційних і температурних сил, зокрема ефекту тяги (stack effect). З інженерної точки зору ефективність системи визначається узгодженістю характеристик вентиляційного обладнання з аеродинамічним опором мережі, що включає протяжні повітроводи, фасонні елементи та залізобетонні вентиляційні шахти. Нерівномірність швидкісних полів, турбулентність, локальні вихори, теплові втрати через огороджувальні конструкції шахт і можливі зони конденсації безпосередньо впливають на енергоспоживання, шумові характеристики та надійність роботи системи. Метою даного розділу є виклад теоретичних основ аеродинаміки та тепломасообміну, що описують рух повітря в припливно-витяжних системах механічної вентиляції, а також розробка математичних і чисельних моделей повітрообміну в вертикальних каналах і шахтах будівлі цивільного призначення. На основі цих моделей у подальших підрозділах виконуватиметься аналіз розподілу швидкостей і тисків, оцінка втрат напору, впливу температурних градієнтів і конструктивних параметрів шахт на ефективність та енергоекономічність роботи всієї вентиляційної системи. 2.1 Аеродинаміка повітряних потоків у вертикальних каналах Аеродинаміка повітряних потоків у вертикальних вентиляційних каналах багатоповерхових будівель визначає закономірності формування швидкісних полів, розподілу тиску та втрат енергії в системах припливно-витяжної механічної вентиляції. Для залізобетонних шахт характерною є значна висота, багаторазові поверхові підключення та складна взаємодія примусової та природної тяги, що обумовлює необхідність детального аналізу руху повітря в умовах турбулентного режиму. 2.1.1 Режими руху повітря у вертикальних каналах Режим течії повітря в каналі визначається числом Рейнольдса: ������ℎ ���� = , �� де �� – густина повітря, кг/м³; �� – середня швидкість потоку, м/с; ��ℎ – гідравлічний діаметр каналу, м; �� – динамічна в’язкість, Па·с. Для вентиляційних шахт житлових будинків значення ����, як правило, перевищує 4 ⋅ 104, що відповідає повністю розвиненому турбулентному режиму. У цьому випадку в потоці виникають інтенсивні пульсації швидкості, турбулентний обмін імпульсом і підвищені втрати тиску на тертя [28]. На рисунку 2.1 зображений графік профілю швидкості в турбулентному потоці (в’язкий підшар, буферний, турбулентне ядро). який пояснює чому шорсткість залізобетону збільшує тертя і втрати тиску [27]. Рисунок 2.1 – Типовий профіль швидкості повітря в повністю розвиненій турбулентній течії у вентиляційному каналі 2.1.2 Розподіл швидкості в поперечному перерізі шахти У турбулентному потоці формується нерівномірний профіль швидкостей з максимумом у центральній зоні та різким зменшенням поблизу стінок у прикордонному шарі. Для прямокутних залізобетонних шахт цей ефект посилюється наявністю кутових зон, де утворюються вторинні вихрові структури, що збільшують ефективну товщину прикордонного шару та аеродинамічний опір [2]. Шорсткість внутрішніх поверхонь бетону спричиняє: ‒ ранній перехід до турбулентності; ‒ зростання коефіцієнта тертя; ‒ підвищення рівня турбулентних пульсацій; ‒ локальні зони відриву потоку на стиках збірних елементів. 2.1.3 Поздовжній розподіл тиску У вертикальному каналі тиск змінюється під дією трьох основних чинників: 1. лінійних втрат на тертя; 2. місцевих опорів; 3. гравітаційної складової (stack effect). Загальний диференціальний баланс тиску на елементі висоти ���� можна записати у вигляді: ����2 ����2 ���� = −�� ���� − ∑�� ��(�� − ����)���� + ��(�������� − ������)����, 2��ℎ 2 де перший доданок відповідає втратам на тертя, другий – місцевим опорам у точках приєднання, третій – гравітаційній тязі [17]. У зимовий період, коли температура витяжного повітря значно вища за зовнішню, зменшення густини в шахті створює додатковий підйомний тиск, який підсилює дію вентилятора. У перехідні сезони та влітку можливе часткове або повне компенсування примусової тяги природною складовою, що призводить до нестабільності розподілу витрат по поверхах. Схема розподілу тиску по висоті (stack effect, нейтральний рівень тиску) (рис. 2.2) пояснює чому у висотних шахтах виникають додаткові перепади тиску й як це впливає на реверс/нерівномірність витрат по поверхах [25]. Рисунок 2.2 – Схема розподілу статичного тиску повітря по висоті багатоповерхової будівлі під дією гравітаційної тяги (stack effect) з позначенням нейтральної площини, зон надлишкового та розрідженого тиску у вентиляційній шахті На рисунку 2.3 наведено характерні профілі зміни статичного тиску та швидкості повітря вздовж висоти вертикальної вентиляційної шахти при роботі витяжного вентилятора, розміщеного в надпокрівельній частині. Крива ��(��) відображає зростання розрідження у напрямку до верхньої частини шахти внаслідок дії вентилятора та гідравлічних втрат на тертя і місцевих опорах. Горизонтальна штрихова лінія відповідає рівню нейтрального тиску, відносно якого змінюється напрямок перепаду тиску між шахтою та приміщеннями [16]. Профіль швидкості ��(��) показує поступове зростання швидкості потоку у напрямку до оголовка шахти, що зумовлено накопиченням витрат від поверхових відгалужень та зменшенням ефективного перерізу в зоні місцевих опорів. Максимальні значення швидкості спостерігаються у надпокрівельній частині перед вентилятором, де формується основний перепад тиску та відбувається викид відпрацьованого повітря в атмосферу. Рисунок 2.3 – Схема розподілу статичного тиску ��(��) та швидкості повітря ��(��) уздовж висоти вентиляційної шахти з примусовою тягою 2.1.4 Вплив поверхових відгалужень Кожне підключення квартири до шахти формує зону складної тривимірної течії, що супроводжується: ‒ різкою зміною напряму потоку; ‒ утворенням локальних вихорів; ‒ додатковими місцевими втратами тиску; ‒ нерівномірним розподілом швидкостей у поперечному перерізі стояка. Сумарний ефект від багатьох відгалужень по висоті призводить до поступового зростання турбулентності та до зміни гідравлічного опору шахти залежно від кількості активних підключень. 2.1.5 Взаємодія примусової та природної тяги У шахтах з примусовою витяжкою результуючий рух повітря визначається сумою тиску вентилятора Δ�������� та гравітаційного напору Δ������: Δ�������� = Δ�������� + Δ������ − Δ���������� . При цьому: ‒ у нижніх поверхах можливі підвищені перепади тиску, що сприяють більшим витратам; ‒ у верхніх поверхах за несприятливих температурних умов можуть виникати зони зменшеної тяги або навіть реверсні потоки. 2.1.6 Вплив геометрії та шорсткості на структуру потоку ‒ Прямокутний переріз шахт і шорсткість бетону зумовлюють: ‒ асиметричні швидкісні поля; ‒ збільшення товщини прикордонного шару; ‒ зростання коефіцієнта тертя порівняно з круглими металевими повітроводами; ‒ чутливість до забруднень та конденсації, що додатково підвищують опір. Ці фактори необхідно враховувати при побудові математичної моделі та при визначенні реальних робочих характеристик вентилятора. Аеродинаміка повітряних потоків у вертикальних вентиляційних каналах багатоповерхових будівель визначається турбулентним режимом течії, складним розподілом швидкостей у прямокутному перерізі, значними лінійними та місцевими втратами тиску, а також взаємодією примусової та природної тяги. Розуміння цих закономірностей є базою для коректного моделювання роботи залізобетонних шахт, прогнозування нерівномірності повітрообміну по поверхах та обґрунтування енергоефективних рішень у системах механічної вентиляції [17]. 2.2 Тепловологісний режим у вентиляційних шахтах Тепловологісний режим у вентиляційних шахтах багатоповерхових житлових будівель є одним із визначальних чинників, що впливають на стабільність повітрообміну, енергоефективність системи, ризик конденсації та довговічність залізобетонних конструкцій. На відміну від “ідеалізованих” повітроводів, реальні шахти працюють у змінних умовах: витяжне повітря має підвищену температуру та вологість (особливо від кухонь і санвузлів), а стінки шахти контактують із різними тепловими середовищами (опалювані приміщення, сходова клітка, технічний поверх, горище, надпокрівельна частина). Унаслідок цього в шахті формується поздовжній температурний профіль, змінюється густина повітря, виникають додаткові перепади тиску, а також можливе випадіння конденсату на внутрішніх поверхнях. 2.2.1 Основні параметри тепловологісного стану повітря в шахті Для опису стану повітря в вентиляційній шахті використовують такі величини: ‒ температура повітря ��, °C; ‒ відносна вологість ��, %; ‒ вологовміст (масова частка водяної пари) ��, кг/кг сухого повітря; ‒ ентальпія вологого повітря ℎ, кДж/кг; ‒ густина повітря ��, кг/м³; ‒ температура точки роси ������, °C. Ключовою для оцінки конденсації є точка роси. Якщо температура внутрішньої поверхні шахти ������стає нижчою за ������витяжного повітря, виконується умова: ������ < ������, і на поверхні можливе випадіння конденсату. З практичної точки зору це критично для верхніх ділянок шахти (техповерх/горище/надпокрівельна частина) та зон теплових містків [1, 3]. 2.2.2 Джерела вологи та тепла у витяжних потоках У житлових будинках основні джерела надлишкової вологи й теплоти: ‒ кухні (приготування їжі, кипіння, миття посуду); ‒ санвузли (душ/ванна, сушіння, підвищена вологість); ‒ внутрішні тепловиділення (люди, побутова техніка). Саме тому тепловологісні навантаження на шахти кухонь та санвузлів відрізняються: кухонна шахта часто отримує короткочасні “піки” температури та вологи, а санітарна – більш рівномірний, але стабільно вологий потік [27]. 2.2.3 Теплообмін повітря з конструкціями шахти Температура повітря в шахті змінюється по висоті через теплообмін зі стінками. Для інженерного аналізу використовується розрахункова схема теплопередачі “повітря → стінка → зовнішнє середовище” [2, 3]. Тепловий потік через огородження (в стаціонарному наближенні) можна описати: �� = �� ⋅ �� ⋅ (�������� − ��������), де: �� – тепловий потік, Вт; �� – коефіцієнт теплопередачі огородження шахти, Вт/(м²·К); �� – площа теплопередачі, м²; �������� – температура повітря в шахті; �������� – температура навколишнього середовища (суміжного простору або зовнішнього повітря). Коефіцієнт ��визначається сумарним термічним опором: 1 �� = , �� �� +∑ �� ���� + �� �� ���� �� �� де ������ , ������ – опори тепловіддачі з внутрішньої та зовнішньої поверхні; ���� , ����– товщина і теплопровідність шарів (залізобетон, штукатурка, теплоізоляція тощо). Для залізобетонних шахт без утеплення �� зазвичай суттєво більший, ніж для утеплених ділянок, тому в холодний період можливе різке охолодження повітря в шахті на верхніх рівнях. 2.2.4 Поздовжній температурний профіль у шахті У реальній шахті формується залежність ��(��), де ��– висота. У спрощеній 1D- моделі для ділянки шахти довжиною ����можна записати баланс енергії потоку: ?̇?���� ���� = −����(�� − ��������) ����, де: ?̇?– масова витрата повітря, кг/с; ����– теплоємність повітря, кДж/(кг·К); ��– периметр каналу, м. Розв’язок дає експоненційне «наближення» температури повітря до температури навколишнього середовища, і показує важливу закономірність: чим менша витрата повітря ?̇? і чим більший ��, тим швидше повітря охолоджується, тим вищий ризик конденсації. Це пояснює практичне спостереження: у періоди низького повітрообміну (ніч, відсутність мешканців) шахти часто працюють у більш “ризиковому” режимі за конденсацією, ніж у пікові години [27]. 2.2.5 Вологісні процеси та умови конденсації Вологовміст повітря ��при русі по шахті за відсутності конденсації практично сталий. Але при охолодженні потоку відносна вологість ��зростає. Критичним є досягнення �� = 100%(точка насичення), після чого: ‒ частина водяної пари переходить у рідку фазу (конденсат); ‒ змінюються гідравлічні та теплообмінні умови (змочування поверхні); ‒ зростає ризик забруднення та біопошкоджень. Практично конденсація найімовірніша: ‒ у надпокрівельній частині шахт; ‒ у зонах контакту із неопалюваними просторами (горище, техповерх); ‒ у місцях теплових містків (примикання до перекриттів, прорізи, неутеплені ділянки). 2.2.6 Вплив тепловологісного режиму на аеродинаміку і роботу механічної вентиляції Тепловологісний режим напряму впливає на густину повітря ��(��, ��), а отже – на гравітаційну складову перепаду тиску [17]. Для оцінки stack-ефекту між двома рівнями висоти �� застосовують: Δ������ ≈ ����(�������� − ������), де ������ – густина повітря в шахті, �������� – густина зовнішнього повітря. У механічних системах вентилятор задає основний перепад тиску, але stack- ефект: ‒ підсилює витяжку (коли тепле повітря в шахті легше); ‒ або послаблює/змінює режим у перехідні сезони і влітку (коли температурна різниця мінімальна). ‒ Крім того, наявність конденсату/змочування стінок: ‒ збільшує шорсткість і коефіцієнт тертя; ‒ сприяє налипанню пилу та відкладень; ‒ з часом підвищує аеродинамічний опір шахти й енергоспоживання вентиляторів. 2.2.7 Конструктивні та експлуатаційні наслідки (для залізобетонних шахт) Для конструктора важливо оцінювати не тільки вентиляційну ефективність, а й ризики для конструкцій: ‒ зволоження залізобетону і можливе прискорення корозії арматури (за умов тривалого контакту з вологою); ‒ соляні висоли, руйнування оздоблення, локальні дефекти стиків; ‒ розвиток мікробіологічних забруднень (особливо при слабкій вентиляції і наявності конденсату); ‒ порушення герметичності стиків (цикли зволоження-висихання + температурні деформації). Тому питання теплоізоляції, герметизації, правильного конструктивного оформлення вузлів проходу через покриття і організації відведення можливого конденсату (за потреби) є складовою забезпечення експлуатаційної надійності. 2.2.8 Заходи стабілізації тепловологісного режиму Для зниження ризику конденсації й підвищення енергоефективності доцільні такі рішення: 1. Теплоізоляція критичних ділянок шахт (техповерх, горище, надпокрівельна частина). 2. Мінімізація теплових містків у вузлах примикання шахт до перекриттів/покриття. 3. Підвищення герметичності стиків і місць приєднання відгалужень (зменшення підсмоктувань холодного повітря з неопалюваних зон). 4. Раціональні режими роботи вентиляції: уникати тривалого “нульового” повітрообміну у вологих приміщеннях. 5. Контроль та обслуговування (періодичний огляд верхніх ділянок шахт, очищення, перевірка оголовків і вузлів). Тепловологісний режим у вентиляційних шахтах формується теплообміном із огороджувальними конструкціями, зміною параметрів вологого повітря та висотними ефектами. Його аналіз дозволяє обґрунтовано враховувати зміни густини повітря і додаткову тягу, оцінювати умови конденсації, а також приймати конструктивні рішення щодо утеплення, герметизації та експлуатаційного обслуговування шахт. Це створює основу для подальшого моделювання (розділ 2.3) і розрахункової оцінки енергоспоживання системи механічної вентиляції (розділ 3-4). 2.3 Вплив геометрії та матеріалу шахт на втрати тиску Аеродинамічні втрати тиску у вентиляційних шахтах багатоповерхових будівель визначаються сукупною дією геометричних параметрів каналу, шорсткості внутрішніх поверхонь та режиму руху повітря. Для систем припливно-витяжної механічної вентиляції правильна оцінка цих втрат є необхідною умовою коректного підбору вентиляторів, балансування повітряних витрат по поверхах і забезпечення енергоефективної роботи всієї системи [16]. 2.3.1 Геометричні параметри вентиляційних шахт Основними геометричними характеристиками, що впливають на втрати тиску, є: ‒ висота шахти ��; ‒ площа поперечного перерізу ��; ‒ гідравлічний діаметр ��ℎ; ‒ форма перерізу (кругла, прямокутна, складної конфігурації); ‒ кількість та розташування поверхових відгалужень; ‒ наявність звужень, розширень, уступів, оголовків. Для багатоповерхових будівель характерною є значна протяжність вертикальних каналів (30-40 м і більше), тому лінійні втрати на тертя вздовж довжини становлять істотну частку загального перепаду тиску. Вони визначаються за формулою Дарсі– Вейсбаха: �� ����2 Δ���� = �� , ��ℎ 2 де ��– коефіцієнт гідравлічного тертя; ��– довжина ділянки шахти; ��ℎ– гідравлічний діаметр; ��– густина повітря; ��– середня швидкість потоку. Для прямокутних залізобетонних шахт гідравлічний діаметр визначається як 2���� ��ℎ = , �� + �� де �� і ��– сторони поперечного перерізу. Зі зменшенням перерізу шахти при сталому повітрообміні зростає швидкість потоку, що призводить до квадратичного збільшення втрат тиску. Тому вибір розмірів шахти є критичним з точки зору як енергоефективності, так і шумових характеристик системи. 2.3.2 Вплив форми поперечного перерізу Форма каналу суттєво впливає на структуру потоку. Круглі канали мають найменший коефіцієнт тертя завдяки рівномірному розподілу швидкостей та відсутності кутових зон. Прямокутні й особливо витягнуті в плані перерізи, характерні для залізобетонних вентиляційних шахт, створюють: ‒ нерівномірні швидкісні поля; ‒ локальні зони відриву потоку в кутах; ‒ підвищені градієнти швидкості біля стінок. Унаслідок цього ефективний коефіцієнт тертя ��для таких каналів більший, ніж для еквівалентних за площею круглих повітроводів, що необхідно враховувати при розрахунках [3]. 2.3.3 Місцеві втрати у зонах приєднання та змін перерізу Окрім лінійних втрат, у шахтах виникають місцеві втрати тиску, зумовлені: ‒ підключенням поверхових відгалужень від квартир; ‒ змінами напрямку потоку; ‒ звуженнями та розширеннями; ‒ входом у шахту та виходом у вентиляційний оголовок або венткамеру. Місцеві втрати визначаються за виразом: ����2 Δ���� = �� , 2 де �� – коефіцієнт місцевого опору, що залежить від геометрії вузла. У багатоповерхових шахтах сума місцевих опорів по поверхах може бути співрозмірною або навіть перевищувати втрати на тертя, особливо за наявності різко врізаних трійників і нерівномірного підключення відгалужень [16]. 2.3.4 Вплив матеріалу та шорсткості внутрішніх поверхонь Матеріал вентиляційної шахти визначає величину еквівалентної шорсткості ��, яка входить у визначення коефіцієнта тертя ��через число Рейнольдса та відносну шорсткість ��/��ℎ. Для залізобетонних каналів характерні: ‒ порівняно велика початкова шорсткість поверхні; ‒ наявність стиків між елементами; ‒ можливі нерівності, напливи розчину, дефекти опалубки. ‒ З часом шорсткість може зростати внаслідок: ‒ осідання пилу та жирових аерозолів; ‒ конденсації та повторного зволоження поверхонь; ‒ біологічних відкладень. Усе це призводить до збільшення коефіцієнта тертя і, відповідно, до підвищення аеродинамічного опору шахти та енергоспоживання вентиляторів [28]. 2.3.5 Комплексний вплив геометрії та матеріалу на енергоефективність Сумарні втрати тиску у вентиляційній шахті можна подати як: Δ��Σ = Δ���� + ∑Δ����, де перша складова визначається довжиною, формою та гідравлічним діаметром каналу, а друга – конфігурацією вузлів і якістю їх виконання. Для залізобетонних шахт у багатоповерхових будівлях вирішальними чинниками є: ‒ значна висота стояка, що зумовлює великі лінійні втрати; ‒ прямокутний переріз із підвищеним тертям; ‒ велика кількість поверхових врізок, які формують додаткові місцеві опори; ‒ підвищена шорсткість матеріалу. Усе це вимагає: ‒ ретельного вибору перерізу шахт на стадії проєктування; ‒ аеродинамічно доцільного оформлення приєднань відгалужень; ‒ забезпечення гладкості та герметичності внутрішніх поверхонь; ‒ урахування зростання опору в процесі експлуатації при підборі вентиляторів з резервом напору. Геометрія та матеріал вентиляційних шахт істотно впливають на величину аеродинамічних втрат тиску і, як наслідок, на робочі режими та енергоспоживання припливно-витяжних систем. Значна висота стояків, прямокутна форма перерізу та підвищена шорсткість залізобетонних поверхонь обумовлюють необхідність детального урахування як лінійних, так і місцевих опорів при математичному моделюванні повітрообміну, що є основою для подальшого розрахунку параметрів вентиляційного обладнання та оцінки ефективності конструктивних рішень. 2.4. Математична модель роботи залізобетонних шахт з примусовою тягою (два незалежні вентилятори) Математичне моделювання роботи залізобетонної вентиляційної шахти з примусовою тягою необхідне для кількісної оцінки розподілу витрат повітря по поверхах, втрат тиску у вертикальному каналі, а також для підбору вентиляційного обладнання (вентиляторів/дахових агрегатів) з урахуванням реальних аеродинамічних і тепловологісних умов. На відміну від спрощених нормативних розрахунків, модель має враховувати: ‒ лінійні й місцеві втрати тиску; ‒ зміну густини повітря внаслідок температури та вологості; ‒ багатоточкові підключення відгалужень квартир; ‒ сумарну дію вентилятора і гравітаційної тяги. У даній роботі прийнято рішення про встановлення двох незалежних витяжних вентиляторів: окремо для кухонної вентиляційної шахти К та окремо для шахти санітарних вузлів С. Це дозволяє забезпечити незалежне регулювання витрат повітря і тиску в кожній мережі, зменшити взаємовплив повітряних потоків та підвищити енергоефективність за рахунок адаптивних режимів роботи кожного вентилятора. Розрахунок втрат тиску, робочих точок та енергоспоживання виконується окремо для шахт К і С, а загальні показники визначаються як сума відповідних величин [2, 3]. 2.4.1 Розрахункова схема та припущення Кожна шахта розглядається як окрема аеродинамічна система, що складається з: ‒ вертикального каналу постійного поперечного перерізу; ‒ поверхових відгалужень від квартир; ‒ оголовка з витяжним вентилятором; ‒ зони викиду повітря в атмосферу. Для кожної шахти (К та С) приймається стаціонарний режим, а повітря розглядається як слабкостислива рідина. У моделі враховуються: ‒ лінійні втрати тиску на тертя; ‒ місцеві втрати на приєднаннях і елементах мережі; ‒ гравітаційна складова (stack effect); ‒ напір, створюваний вентилятором. 2.4.2 Баланс витрат по висоті шахти Нехай шахта має ��поверхів (для нашого випадку �� = 12). Позначимо: ���� – витрата повітря, що надходить у шахту з ��-го поверху (м³/с); ���� – витрата в основному каналі вище приєднання ��-го поверху (м³/с). Тоді для кожної шахти виконується рівняння неперервності. Для ��поверхів: �� ���� = ∑���� , �� = 1, … ,��, ��=1 а загальна витрата на виході шахти: �� ���� = ∑���� . ��=1 У практичних розрахунках ���� може задаватися як нормативне значення для поверху або як змінна, що визначається аеродинамічним балансом мережі (див. п. 2.4.4). Окремо визначаються: ����,��– витрати в кухонній шахті; ����,��– витрати в санітарній шахті. 2.4.3 Лінійні втрати тиску в шахті Втрати тиску на тертя на ділянці між поверхами �� − 1 та �� (довжина ����) визначаються: ���� ������ 2 �� Δ����,�� = ���� , ��ℎ 2 де: ����– коефіцієнт тертя (функція ����та відносної шорсткості ��/��ℎ); ��ℎ– гідравлічний діаметр каналу; ����– густина повітря на ділянці; �� ����– середня швидкість, ���� = ��; �� ��– площа поперечного перерізу шахти. Для прямокутного перерізу �� × ��: 2���� ��ℎ = . �� + �� Коефіцієнт тертя �� визначається, наприклад, за наближеними формулами Коулбрука–Вайта або за інженерними залежностями, що приймають до уваги шорсткість залізобетону: 1 �� 2.51 ������ℎ = −2log1 0 ( + ) , ���� = . √�� 3.7��ℎ ����√�� �� 2.4.4 Місцеві втрати на приєднаннях та елементах шахти Місцеві втрати на кожному приєднанні поверхового відгалуження та інших елементах описуються: ������ 2 �� Δ����,�� = ���� , 2 де ����– коефіцієнт місцевого опору (трійник/врізка, перехід, поворот, решітка, оголовок тощо). Тоді сумарні аеродинамічні втрати у шахті: �� Δ��loss =∑(Δ����,�� + Δ����,��) + Δ��top, ��=1 де Δ��top враховує додаткові втрати у верхній частині (вихід у венткамеру/деф- лектор/даховий вентилятор, шумоглушник, зворотний клапан тощо). Сумарні втрати у кожній шахті: Δ��Σ,�� = ∑(Δ����,��,�� + Δ����,��,��), Δ��Σ,�� = ∑(Δ����,��,�� + Δ����,��,��). 2.4.5 Гравітаційна складова (stack effect) та зміна густини У вертикальних каналах додатковий перепад тиску виникає через різницю густини внутрішнього та зовнішнього повітря. Для ділянки висотою ��можна оцінити: Δ������ ≈ ����(�������� − ������), де ������– середня густина повітря у шахті; ��������– густина зовнішнього повітря. Густина повітря залежить від температури та вологовмісту; для інженерного розрахунку допустимо використовувати наближення ідеального газу з поправкою на вологість (або приймати ��за температурою як домінуючим фактором). Практично це означає, що у зимовий період Δ������може суттєво підсилювати витяжку, а в літній – зменшуватись або змінювати знак. Значення можуть відрізнятися для шахт К і С через різний тепловологісний режим. 2.4.6 Умова балансу тисків для шахти з примусовою тягою Примусова тяга створюється вентилятором, який забезпечує перепад тиску Δ��������(робоча характеристика вентилятора залежить від витрати ��). Для встановленого режиму роботи виконується баланс: Δ��������(����) + Δ������ = Δ��loss + Δ��ext, де Δ��ext – зовнішні впливи (вітровий тиск на оголовок, опір дефлектора, фільтрів тощо). У найпростішому випадку (без урахування вітру): Δ��������(����) + Δ������ = Δ��loss. Розв’язок цього рівняння дозволяє визначити: ‒ загальну витрату ����, ‒ розподіл витрат ����(якщо задані характеристики поверхових відгалужень), ‒ необхідний напір вентилятора. Для кухонної шахти: Δ��������,��(����) + Δ������,�� = Δ��Σ,��(����). Для санітарної шахти: Δ��������,��(����) + Δ������,�� = Δ��Σ,��(����). Ці рівняння визначають робочі точки відповідних вентиляторів. 2.4.7 Модель розподілу витрат по поверхах (баланс мережі) Для оцінювання нерівномірності витрат по поверхах доцільно розглядати кожен поверх як приєднання з певним опором ����. Тоді витрата з поверху може бути описана: ���� = ����√Δ���� , де ���� – коефіцієнт пропускної здатності (визначається геометрією решітки, відгалуження, клапана), а Δ���� – перепад тиску між приміщенням та шахтою на рівні приєднання. У більш інженерному вигляді використовують квадратичну залежність: Δ���� = ������ 2 �� . Поєднання цих рівнянь з рівняннями неперервності та з балансом тисків дає систему, яка дозволяє отримати ���� для всіх поверхів. Для кухонної і санітарної шахт маємо: Δ����,�� = ����,���� 2 ��,��, Δ�� 2 ��,�� = ����,������,��, де ���� – аеродинамічний опір відгалуження. 2.4.8 Результати, які дає модель, та її застосування в роботі Сформована математична модель дозволяє: ‒ визначити сумарні втрати тиску у залізобетонній шахті з урахуванням шорсткості та геометрії; ‒ оцінити вплив висоти будівлі і температурних режимів на додаткову тягу; ‒ спрогнозувати нерівномірність витяжки по поверхах та умови можливих реверсивних потоків; ‒ обґрунтувати вибір типу і параметрів вентилятора та заходів балансування (вставки, дроселі, клапани); ‒ оцінити енергетичні витрати на створення примусової тяги (у наступному розділі – через ������та річне споживання). Розділення системи на дві незалежні шахти з окремими вентиляторами дозволяє: ‒ підвищити рівномірність витяжки по поверхах; ‒ забезпечити різні режими роботи для кухонь і санвузлів; ‒ зменшити сумарні втрати тиску; ‒ оптимізувати енергоспоживання за рахунок індивідуального регулювання. Побудована математична модель роботи двох залізобетонних вентиляційних шахт з окремими вентиляторами базується на балансі витрат і тисків з урахуванням лінійних, місцевих та гравітаційних складових. Модель дозволяє визначати робочі характеристики кожного вентилятора, прогнозувати нерівномірність повітрообміну по поверхах і створює основу для розрахунку енергоспоживання системи в цілому, що розглядається в наступному підрозділі. 2.5. Розрахунок енергоспоживання вентиляторів при двох незалежних шахтах У досліджуваній системі вентиляції кожна залізобетонна шахта – кухонна (К) та санітарна (С) – обладнана окремим витяжним вентилятором. Така схема дозволяє забезпечити незалежну роботу контурів вентиляції, оптимізувати режими повітрообміну та зменшити сумарні енерговитрати за рахунок індивідуального регулювання кожного агрегату. Розрахунок енергоспоживання виконується окремо для кожного вентилятора з подальшим визначенням сумарного споживання системи. 2.5.1 Вихідні параметри для розрахунку Для кожної шахти визначаються: розрахункова витрата повітря: для кухонної шахти – ����, м³/с (або м³/год); для санітарної шахти – ����, м³/с (або м³/год); сумарні аеродинамічні втрати тиску: Δ��Σ,�� – для шахти К; Δ��Σ,�� – для шахти С; загальний коефіцієнт корисної дії вентиляційних агрегатів: ��Σ,��, ��Σ,��, які враховують ККД вентилятора, електродвигуна та передачі. 2.5.2 Розрахунок споживаної потужності кожного вентилятора Корисна аеродинамічна потужність, що передається повітрю, визначається: ��������,�� = ���� ⋅ Δ��Σ,��, ��������,�� = ���� ⋅ Δ��Σ,��. Електрична потужність, що споживається кожним вентилятором: ���� ⋅ Δ��Σ,�� ���� ⋅ Δ��Σ,�� ������,�� = ,�� �� ����,�� = . Σ,�� ��Σ,�� Якщо витрати задані в м³/год, формули набувають вигляду: ����,ℎ ⋅ Δ��Σ,�� ����,ℎ ⋅ Δ��Σ,�� ������,�� = ,�� = . 3600 ⋅ �� ����,�� Σ,�� 3600 ⋅ ��Σ,�� 2.5.3 Розрахунок річного споживання електроенергії Річне споживання електроенергії кожним вентилятором при безперервному режимі роботи: ����������,�� = ������,�� ⋅ 8760, ����������,�� = ������,�� ⋅ 8760. За наявності декількох режимів (денний, нічний, піковий) використовується сумарна формула: �� �� ����������,�� =∑������,��,�� ⋅ ����,��, ����������,�� =∑������,��,�� ⋅ ����,��. ��=1 ��=1 Сумарне річне енергоспоживання системи: ����������,Σ = ����������,�� + ����������,��. 2.5.4 Урахування частотного регулювання Для кожного вентилятора можливе незалежне частотне регулювання. Закони подібності для вентиляторів мають вигляд: �� ∼ ��, Δ�� ∼ ��2, �� ∼ ��3, де ��– частота обертання робочого колеса. Це дозволяє значно зменшити енергоспоживання в періоди зниженого повітрообміну (нічний режим, міжсезоння), особливо для кухонної шахти, де навантаження є нерівномірним у часі. 2.5.5 Питома потужність вентиляторів Для оцінки енергоефективності використовується показник питомої потужності (Specific Fan Power, SFP): ������,�� ������,�� �������� = , ������ �� �� = . �� ���� Для системи в цілому: ������,�� + ������,�� ������Σ = . ���� + ���� Цей показник дозволяє порівнювати різні конструктивні варіанти шахт та режими роботи вентиляторів з позицій енергоефективності [1-3, 16, 17]. Застосування двох незалежних вентиляторів для кухонної та санітарної вентиляційних шахт дозволяє окремо оптимізувати робочі режими, напір та витрату повітря в кожному контурі. Енергоспоживання системи визначається сумою електричних потужностей обох вентиляторів і пропорційне добутку витрати повітря на сумарні втрати тиску в кожній шахті з урахуванням їх ККД. Запропонована методика розрахунку забезпечує можливість кількісної оцінки річних енерговитрат, порівняння різних конструктивних і режимних рішень та обґрунтування заходів з підвищення енергоефективності вентиляційної системи багатоповерхової житлової будівлі. 2.5.6 Практичне застосування розрахунку в даній роботі У межах КРМ розрахунок енергоспоживання вентиляторів виконується окремо для: ‒ вентилятора витяжної шахти кухонь (Шахта К), ‒ вентилятора витяжної шахти санвузлів (Шахта С). Для кожної шахти визначаються: 1. розрахункова витрата ��; 2. сумарні втрати тиску Δ��Σ; 3. необхідна потужність ������; 4. річне споживання ����������за обраним режимом роботи; 5. показник SFP для порівняння конструктивних варіантів шахт (з різною шорсткістю/перерізом/кількістю місцевих опорів). Енергоспоживання вентиляторів визначається добутком витрати повітря на сумарні втрати тиску та обернено пропорційне загальному ККД агрегату. Для залізобетонних вентиляційних шахт значущими чинниками, що підвищують Δ��Σ, є висота каналу, прямокутна геометрія перерізу, велика кількість поверхових приєднань і шорсткість поверхонь, яка може збільшуватися в процесі експлуатації. Використання частотного регулювання та оптимізація конструктивних рішень шахт дозволяють суттєво знизити потужність і річне споживання електроенергії, забезпечуючи нормативний повітрообмін при мінімальних енерговитратах [27, 28]. Висновки до розділу 2 У другому розділі виконано теоретичне обґрунтування та аналітичний опис процесів повітрообміну у вертикальних вентиляційних шахтах багатоповерхових будівель із припливно-витяжною механічною вентиляцією. На основі законів аеродинаміки, тепломасообміну та гідравліки встановлено такі основні положення. 1. Показано, що рух повітря у вертикальних каналах відбувається переважно в турбулентному режимі, а розподіл швидкостей і тисків визначається поєднанням лінійних втрат на тертя, місцевих опорів у зонах поверхових приєднань та гравітаційної складової, зумовленої різницею густини повітря по висоті будівлі (stack effect). 2. Обґрунтовано, що тепловологісний режим у шахтах істотно впливає на густину повітря, величину природної тяги та умови виникнення конденсації. Охолодження витяжного повітря в неутеплених або слабко утеплених ділянках може призводити до досягнення точки роси, зволоження поверхонь, збільшення шорсткості та зростання аеродинамічного опору каналів. 3. Встановлено визначальний вплив геометрії шахт (висота, форма і площа перерізу, кількість та конфігурація відгалужень) і матеріалу їх внутрішніх поверхонь на величину втрат тиску. Прямокутні залізобетонні канали з підвищеною шорсткістю та численними врізками характеризуються більшими коефіцієнтами тертя і місцевих опорів порівняно з круглими гладкими повітроводами. 4. Розроблено математичну модель роботи вентиляційної шахти з примусовою тягою, яка базується на рівняннях неперервності та балансі тисків з урахуванням лінійних і місцевих втрат, зміни густини повітря та додаткової гравітаційної тяги. Модель дозволяє визначати розподіл витрат по поверхах, сумарний аеродинамічний опір і робочу точку вентилятора. 5. Запропоновано методику розрахунку енергоспоживання вентиляторів, що пов’язує витрату повітря, сумарні втрати тиску та коефіцієнт корисної дії агрегатів, а також показано ефективність частотного регулювання і використання показника питомої потужності (SFP) для порівняння різних конструктивних рішень. Отримані в розділі теоретичні залежності та математичні моделі створюють нау- кову основу для подальших інженерних розрахунків і чисельного моделювання робо- ти залізобетонних вентиляційних шахт, а також для оцінки впливу їх конструктивних параметрів на рівномірність повітрообміну, втрати тиску та енергоефективність систем примусової вентиляції в багатоповерхових житлових будівлях. 3 КОНСТРУКТИВНІ ТА ТЕХНОЛОГІЧНІ РІШЕННЯ У третьому розділі магістерської роботи розглядаються конструктивні та технологічні рішення, спрямовані на підвищення ефективності роботи залізобетонних вентиляційних шахт з примусовою тягою в багатоповерховому житловому будинку. На основі результатів теоретичного аналізу та математичного моделювання, виконаних у попередньому розділі, формуються інженерні рішення щодо геометрії шахт, вибору матеріалів, вузлів примикання, розміщення вентиляційного обладнання та організації повітряних потоків. Особлива увага приділяється взаємозв’язку між конструктивними параметрами вентиляційних шахт і їх аеродинамічними характеристиками, тепловологісним режимом та енергоефективністю системи в цілому. Розглядаються питання раціонального формування поперечного перерізу та внутрішньої поверхні каналів, забезпечення герметичності стиків, теплоізоляції ділянок, що контактують з неопалюваними просторами, а також конструктивного оформлення оголовків і місць встановлення витяжних вентиляторів. У розділі також аналізуються технологічні аспекти зведення та експлуатації залізобетонних вентиляційних шахт, зокрема особливості їх виготовлення в монолітному або збірному виконанні, допуски на геометрію, якість внутрішньої поверхні, а також заходи з обмеження інфільтрації та вторинних підсмоктувань повітря. Запропоновані рішення орієнтовані на забезпечення нормативного повітрообміну, зменшення аеродинамічних втрат, стабілізацію тепловологісного режиму та зниження енергоспоживання вентиляційного обладнання. Матеріали розділу слугують основою для подальшого техніко-економічного обґрунтування та розробки практичних рекомендацій щодо проєктування й модернізації систем вентиляції в сучасних житлових будівлях. 3.1 Типові конструкції залізобетонних вентиляційних шахт Вентиляційні шахти є одним із ключових елементів інженерного обладнання багатоповерхових житлових будівель, оскільки забезпечують організоване видалення забрудненого та вологого повітря з кухонь і санітарно-гігієнічних приміщень, формуючи необхідний повітрообмін та мікроклімат у квартирах. У сучасних умовах підвищених вимог до енергоефективності, пожежної безпеки та акустичного комфорту вентиляційні шахти розглядаються не лише як повітропроводи, але й як відповідальні конструктивні елементи, що інтегруються в просторову систему будівлі та впливають на її теплотехнічні й експлуатаційні характеристики [31,39]. У цьому підрозділі розглядаються типові конструктивні рішення залізобетонних вентиляційних шахт, що застосовуються в багатоповерхових житлових будинках, їх геометричні параметри, матеріали, особливості армування та взаємодія з несучими конструкціями. Особлива увага приділяється вибору монолітних і збірних залізобетонних схем з урахуванням вимог чинних будівельних норм України, а також умов експлуатації 12-поверхового житлового будинку, прийнятого як об’єкт дослідження. 3.1.1 Призначення та місце вентиляційних шахт у конструктивній схемі будівлі Вентиляційні шахти є вертикальними інженерно-конструктивними елементами, призначеними для організованого відведення забрудненого та вологого повітря з кухонь і санітарних вузлів квартир багатоповерхових житлових будинків. Вони формують основний вертикальний повітропровід системи витяжної вентиляції та забезпечують безперервність повітрообміну по всій висоті будівлі [32]. На рисунку 3.1 зображена інженерна об’ємно-планувальна схема вентиляції в будівлі, що ілюструє роботу вентсистеми, місця розташування шахт, напрямки руху повітряних потоків і зонування каналів за функціональним призначенням (кухні, санвузли). Схема наочно показує роль шахт, як вертикальних інженерних елементів у структурі будівлі. У розглянутому 12-поверховому житловому будинку з двома під’їздами та чотирма квартирами на поверх у кожній секції передбачено улаштування двох окремих залізобетонних вентиляційних шахт: – шахти кухонної вентиляції; – шахти вентиляції санітарно-гігієнічних приміщень. Рисунок 3.1 – Об’ємно-планувальна схема системи вентиляції секції житлового будинку Таке зонування відповідає вимогам ДБН В.2.5-67:2013 і дозволяє уникнути перетікання запахів, стабілізувати тягу та забезпечити нормативні кратності повітрообміну. З конструктивної точки зору вентиляційні шахти інтегруються в систему сходово-ліфтового вузла і працюють як вертикальні жорсткі ядра, що беруть участь у формуванні просторової жорсткості будівлі [33]. 3.1.2 Конструктивні типи вентиляційних шахт У сучасному житловому будівництві застосовують такі основні типи вентиляційних шахт: 1. Збірні шахти з типових залізобетонних вентблоків Формуються з заводських елементів поверхового модуля з внутрішніми каналами. Характеризуються високою індустріальністю, але мають значну кількість монтажних стиків, що ускладнює забезпечення повітронепроникності (рис. 3.2). Рисунок 3.2 – Типові залізобетонні блоки для вентиляції У будівництві житлових багатоповерхівок вентиляційні блоки часто виготовляються блоками на поверх (рис. 3.3). Рисунок 3.3 – Залізобетонний вентиляційний блок на поверх для житлових багатоповерхівок 2. Монолітні залізобетонні шахти Виконуються шляхом бетонування в опалубці одночасно з вертикальними елементами каркаса [34]. Забезпечують: – високу просторову жорсткість; – мінімальну кількість повітропроникних стиків; – кращу вогнестійкість; – можливість надійної теплоізоляції по зовнішньому контуру. На рисунку 3.4 зображено вертикальний переріз вентиляційної шахти у будівлі, показано наскрізний канал, що проходить через усі поверхи будівлі. Така схема ілюструє принцип побудови монолітної шахти як безперервної конструкції, інтегрованої з перекриттями та покрівлею [25]. Рисунок 3.4 – Вертикальний переріз монолітної вентиляційної шахти у багатоповерховому житловому будинку Для об’єкта дослідження приймається монолітна залізобетонна схема як найбільш доцільна для енергоефективних багатоповерхових будівель. 3.1.3 Геометричні параметри та планувальна структура шахт Вентиляційна шахта має коробчасту форму з вертикальними каналами прямокутного перерізу. Кількість каналів визначається числом квартир на поверх та функціональним призначенням приміщень [36]. Типові розміри каналів: – для кухонь: 160×300 мм; – для санвузлів: 140×200 мм. Товщина зовнішніх стінок шахти приймається 100–120 мм, внутрішніх перегородок між каналами – 80–100 мм. Поверховий модуль каналу забезпечує підключення витяжних решіток кожної квартири через відгалуження з протипожежними та акустичними вставками. 3.1.4 Матеріали та армування Шахти виконуються з важкого бетону класу не нижче В25 з такими показниками: – морозостійкість F100–F150; – водонепроникність W4–W6; – клас вогнестійкості конструкції не нижче REI 90. Армування здійснюється просторовими каркасами з арматури класу А500, які сприймають: – температурно-усадкові напруження; – локальні зусилля від обпирання перекриттів; – вібраційні впливи від вентиляторів у системах примусової вентиляції. 3.1.5 Просторова робота та конструктивна взаємодія з каркасом Монолітні вентиляційні шахти працюють як вертикальні діафрагми жорсткості, спільно з ядрами сходових кліток і ліфтовими шахтами формують систему просторової стабільності будівлі. Вони сприймають: – власну вагу; – навантаження від перекриттів у місцях жорсткого затиснення; – частину горизонтальних навантажень від вітру. Жорстке з’єднання шахт з плитами перекриттів забезпечує сумісну деформацію та зменшує ризик утворення тріщин у вузлах примикання [37]. 3.1.6 Нормативні вимоги до вентиляційних шахт Проєктування та виконання залізобетонних вентиляційних шахт здійснюється відповідно до: – ДБН В.2.5-67:2013 «Опалення, вентиляція та кондиціонування»; – ДБН В.1.1-7:2016 «Пожежна безпека об’єктів будівництва»; – ДБН В.2.6-98:2009 «Бетонні та залізобетонні конструкції»; – ДБН В.2.6-31:2021 «Теплова ізоляція будівель». 3.2. Вузли примикання вентиляційних шахт до міжповерхових перекриттів та покриття Вузли примикання вентиляційних шахт до міжповерхових перекриттів та покриття належать до найбільш відповідальних зон конструктивної схеми багатоповерхової будівлі, оскільки саме в цих місцях відбувається перетин несучих і огороджувальних конструкцій вертикальними інженерними елементами. Якість проєктування та виконання таких вузлів безпосередньо впливає на просторову жорсткість будівлі, її енергоефективність, повітронепроникність, пожежну безпеку та акустичний комфорт. Неправильне вирішення примикань може призводити до утворення лінійних теплових містків, появи конденсату, порушення герметичності, зниження межі вогнестійкості перекриттів і поширення шуму та диму між поверхами. У зв’язку з цим у даному підрозділі розглядаються конструктивні та технологічні рішення вузлів примикання монолітних залізобетонних вентиляційних шахт до міжповерхових перекриттів і покриття 12-поверхового житлового будинку з урахуванням вимог чинних ДБН, принципів енергоефективного проєктування та забезпечення комплексної надійності огороджувальної оболонки будівлі [39]. 3.2.1 Загальні вимоги до вузлів примикання Вузли примикання вентиляційних шахт до міжповерхових перекриттів та покриття є одними з найбільш відповідальних елементів конструктивної схеми будівлі, оскільки в цих зонах відбувається перетин огороджувальної оболонки будівлі вертикальними інженерними елементами. Неправильне конструктивне вирішення таких вузлів призводить до утворення лінійних теплових містків, порушення повітронепроникності, зниження вогнестійкості перекриттів і можливого поширення диму та шуму між поверхами. Основними вимогами до вузлів примикання вентиляційних шахт є: – забезпечення просторової жорсткості та сумісної роботи шахти з плитами перекриттів; – відсутність зазорів і нещільностей у місцях проходження шахти через перекриття; – збереження нормативної межі вогнестійкості перекриття (не нижче REI 60–90); – мінімізація теплових містків та конденсації вологи; – забезпечення акустичної ізоляції між поверхами. 3.2.2 Вузол примикання монолітної залізобетонної шахти до міжповерхового перекриття У будівлях з монолітним залізобетонним каркасом вентиляційні шахти, як правило, бетонуються одночасно з плитами перекриттів або з мінімальним розривом у часі. Конструктивно вузол формується за схемою жорсткого защемлення шахти в тілі перекриття. Плита перекриття переривається отвором, контур якого окантовується монолітним залізобетонним поясом, армованим замкнутими хомутами. Стіни шахти заводяться в тіло перекриття на висоту не менше 80–100 мм, що забезпечує спільну роботу елементів і передачу зусиль [31]. Зазор між шахтою та плитою заповнюється: – безусадковим дрібнозернистим бетоном або цементно-піщаним розчином; – вогнестійкими мінераловатними прокладками з подальшою герметизацією негорючими мастиками. Таке рішення: – унеможливлює перетікання повітря між поверхами; – запобігає утворенню тріщин у зоні стику; – забезпечує нормативну протипожежну відсічку. Рисунок 3.5 ілюструє конфігурацію вентиляційної шахти та можливі варіанти планових і секційних деталей. Рисунок 3.5 – Деталі конструктивних елементів шахти та її зв’язку з перекриттями 3.2.3 Вузол проходження вентиляційної шахти через покриття У зоні виходу вентиляційної шахти на покрівлю формується складний теплотехнічно і конструктивно відповідальний вузол, де необхідно одночасно забезпечити: – водонепроникність покриття; – теплову безперервність огороджувальної оболонки; – герметичність стику; – пожежну безпеку. На рисунку 3.6 показано отвір у покрівлі, навколо якого влаштовано фланцевий прохід, гідроізоляцію та теплоізоляцію. Такий вузол забезпечує водонепроникність і герметичність стику між вентиляційною шахтою та покрівлею. Рисунок 3.6 – Конструктивна деталь проходження вентиляційного каналу через покрівлю (вертикальний переріз) Стіни шахти виводяться вище рівня покрівлі на висоту не менше 500 мм, утворюючи оголовок, який захищається залізобетонною або металевою плитою з дефлектором. У місці примикання покрівельного «пирога» до шахти передбачається: – теплоізоляційний обвід з мінераловатних плит підвищеної щільності; – пароізоляційна манжета, заведена на вертикаль шахти; – гідроізоляційний килим з напуском не менше 150 мм і притискною планкою. На рисунку 3.7 приведене схематичне креслення перетину вентиляційних каналів через плиту покриття будівлі. У верхній частині подано конструкцію оголовка з ухилом для відведення опадів і оголовками вентиляційних патрубків із сіткою для запобігання забрудненню та проникненню птахів. Навколо каналу простежується контур гідроізоляційної мембрани під покрівельним покриттям, яка безперервно примикає до зовнішніх стінок шахти для запобігання протіканню води у будівлю. Також видно підйом покрівельного шару над рівнем плити для створення гідрозахисного бар’єра. Такий вузол забезпечує водонепроникність, захист від атмосферних впливів та структурну сумісність вентиляційної шахти з конструкцією покриття. Рисунок 3.7 – Вузол проходження вентиляційної шахти через покриття (поперечний переріз) Зовнішня поверхня оголовка додатково утеплюється для запобігання конденсації та обмерзання в зимовий період. 3.2.4 Протипожежні пояси та відсічки в зоні перекриттів У місцях проходження вентиляційних шахт через перекриття кожного поверху передбачаються протипожежні пояси з негорючих матеріалів (мінеральна вата, вогнестійкі розчини, протипожежні манжети), які запобігають: – поширенню полум’я вздовж зовнішньої поверхні шахти; – передачі диму через конструктивні зазори; – втраті несучої здатності перекриття в зоні контакту. Такі пояси формують суцільну протипожежну відсічку з межею вогнестійкості не нижче, ніж у основної плити перекриття. На рисунку 3.8 у місці проходу вентиляційної шахти через плиту перекриття отвір заповнено вогнестійким герметиком і тепло/звукоізоляцією, що забезпечує відсіч поширення вогню та диму між поверхами при пожежі. Рисунок 3.8 – Загальний принцип заповнення отвору в перекритті негорючими матеріалами Схематичне креслення на рисунку 3.9 демонструє, як використовується мінеральна вата і спеціальні прокладки навколо вентиляційного каналу для формування «вогнезахисного поясу» при проходженні крізь перекриття. Рисунок 3.9 – Деталь протипожежної відсічки вогнезахисним матеріалом у перекритті 3.2.5 Теплотехнічні аспекти вузлів примикання Проходження залізобетонної шахти через утеплені перекриття та покриття створює потенційні лінійні теплові мости. Для їх усунення передбачається: – обгортання шахти шаром теплоізоляції в зоні холодних примикань; – безперервність теплоізоляційного шару перекриття і покриття навколо шахти; – застосування пароізоляційних та повітронепроникних стрічок. Раціонально запроєктований вузол примикання дозволяє суттєво зменшити додаткові тепловтрати та ризик випадіння конденсату на внутрішніх поверхнях вентиляційних каналів [36]. У результаті розгляду вузлів примикання монолітних залізобетонних вентиляційних шахт до міжповерхових перекриттів та покриття встановлено, що саме ці зони є критичними з точки зору забезпечення надійності, енергоефективності та пожежної безпеки багатоповерхової будівлі. Проходження шахт крізь огороджувальні та несучі конструкції створює потенційні місця утворення лінійних теплових містків, порушення повітронепроникності, поширення диму й шуму, а також зниження межі вогнестійкості перекриттів. Раціональне конструктивне вирішення вузлів примикання повинно забезпечу- вати жорстке та герметичне з’єднання шахт із плитами перекриттів, безперервність теплоізоляційного контуру, надійну гідро- і пароізоляцію в зоні покриття, а також улаштування протипожежних поясів і відсічок із негорючих матеріалів. Застосування вогнестійких заповнювачів, мінераловатних прокладок і сертифікованих fire-stop систем дозволяє відновити нормативну межу вогнестійкості конструкцій у місцях проходження вентиляційних шахт і запобігти поширенню полум’я та продуктів горіння між поверхами. Таким чином, правильно запроєктовані та технологічно виконані вузли примикання вентиляційних шахт до перекриттів і покриття забезпечують сумісну роботу шахт з несучим каркасом будівлі, мінімізують тепловтрати, підвищують рівень пожежної та акустичної безпеки і є необхідною умовою надійної та енергоефективної експлуатації багатоповерхового житлового будинку. 3.3 Теплоізоляція та герметизація вентиляційних шахт Вентиляційні шахти, проходячи через усі поверхи та перетинаючи огороджувальну оболонку будівлі, є потенційними джерелами підвищених тепловтрат і повітропроникності. Залізобетонні стінки шахт мають відносно високу теплопровідність, а вузли їх примикання до перекриттів, покриття та зовнішніх стін створюють лінійні теплові містки, в яких можливе зниження температури внутрішньої поверхні та утворення конденсату. Крім того, неущільнені стики і технологічні зазори в зоні шахт призводять до неконтрольованих повітряних інфільтрацій, що погіршує енергоефективність будівлі та акустичний комфорт. У зв’язку з цим вентиляційні шахти в сучасних енергоефективних багатоповерхових будівлях повинні розглядатися як елементи огороджувальної оболонки, для яких необхідно забезпечити безперервність теплоізоляційного шару та високий рівень повітронепроникності. У даному підрозділі розглядаються конструктивні та технологічні рішення з теплоізоляції зовнішніх поверхонь монолітних залізобетонних шахт, улаштування ізоляції в зоні перекриттів і покриття, а також системи герметизації стиків і проходів з урахуванням вимог ДБН В.2.6- 31:2021 «Теплова ізоляція будівель» і ДБН В.2.5-67:2013. 3.3.1 Теплотехнічні особливості залізобетонних вентиляційних шахт Залізобетонні вентиляційні шахти є елементами з підвищеною теплопровідністю, оскільки коефіцієнт теплопровідності важкого бетону становить ���� = 1,7–2,1Вт/(м∙К), що у 15–20 разів перевищує відповідні значення для мінераловатних утеплювачів. При проходженні шахти через утеплені перекриття та покриття формується лінійний тепловий місток, який зумовлює локальне зниження температури внутрішньої поверхні та збільшення тепловтрат. Лінійні тепловтрати в зоні шахти можуть бути оцінені за формулою ���� = �� ⋅ �� ⋅ Δ��, де �� – лінійний коефіцієнт теплопередачі вузла, Вт/(м·К); �� – довжина лінійного теплового містка, м; Δ�� – різниця температур внутрішнього та зовнішнього повітря. Без теплоізоляції значення ��для вузла «залізобетонна шахта – перекриття» може досягати 0,25–0,40 Вт/(м·К), що призводить до суттєвих додаткових втрат тепла та ризику конденсації. 3.3.2 Утеплення вентиляційних шахт у межах опалюваного об’єму У межах опалюваного контуру будівлі стінки шахт повинні бути включені до загальної системи теплоізоляції огороджувальних конструкцій. Для цього передбачається: – обгортання зовнішньої поверхні шахти шаром мінераловатних плит товщиною 40– 80 мм; – забезпечення безперервності утеплювача в місцях примикання до зовнішніх стін та перекриттів; – закриття теплоізоляції шаром паропроникної, але повітронепроникної мембрани. Розрахунковий опір теплопередачі ізольованої стінки шахти визначається як: ���� �������� �� = + + �� �� ���� + ������, �� �������� де ����, �������� – товщина бетону та утеплювача; ����, �������� – їх теплопровідності; ������, ������ – опори теплообміну внутрішньої та зовнішньої поверхонь. 3.3.3 Теплоізоляція шахт у зоні холодного горища та покриття У зоні неопалюваного горища та на виході через покриття вентиляційні шахти повинні утеплюватися по всій висоті для запобігання: – інтенсивному охолодженню повітря в каналах; – випадінню конденсату на внутрішніх поверхнях; – обмерзанню оголовків у зимовий період. Рекомендується застосування мінераловатних циліндрів або плит щільністю не менше 80–120 кг/м³ з товщиною 80–120 мм з додатковим захисним кожухом з оцинкованої сталі або цементно-стружкових плит [32]. 3.3.4 Герметизація стиків і проходів Герметизація вентиляційних шахт спрямована на забезпечення повітронепроникності будівлі та виключення неконтрольованої інфільтрації. Основними зонами ущільнення є: – стики шахти з міжповерховими перекриттями; – вузли проходження через покриття; – місця приєднання внутрішніх відвідних каналів від квартир. Застосовуються такі матеріали: – вогнестійкі еластичні герметики; – пароізоляційні та повітронепроникні стрічки; – мінераловатні ущільнювачі з вогнезахисним покриттям. Герметичність повинна відповідати вимогам повітропроникності огороджувальної оболонки за ДБН В.2.6-31:2021 та перевірятися методом надлишкового тиску (blower door test) [34]. 3.3.5 Запобігання конденсації та обмерзанню Умовою відсутності конденсації є виконання нерівності: ������ ≥ ��������, де ������ – температура внутрішньої поверхні стінки шахти; �������� – температура точки роси внутрішнього повітря. Підвищення температури внутрішньої поверхні досягається за рахунок: – достатньої товщини теплоізоляції; – усунення теплових містків у вузлах примикання; – герметичності, що виключає підсмоктування холодного повітря. Залізобетонні вентиляційні шахти є потенційно небезпечними зонами з точки зору тепловтрат і повітропроникності. Раціональне утеплення їх зовнішніх поверхонь, забезпечення безперервності теплоізоляційного контуру в зоні перекриттів і покриття, а також застосування системної герметизації стиків дозволяє зменшити лінійні теплові втрати, запобігти утворенню конденсату та обмерзанню, підвищити енергоефективність і довговічність огороджувальної оболонки будівлі. 3.4 Інтеграція систем примусової вентиляції в багатоповерхові будівлі У сучасних багатоповерхових житлових будівлях з підвищеною герметичністю огороджувальних конструкцій ефективність природної вентиляції часто є недостатньою для забезпечення нормативного повітрообміну. У зв’язку з цим зростає роль систем примусової вентиляції, які забезпечують стабільну витяжку повітря незалежно від кліматичних умов та поверховості будівлі. У даному підрозділі розглядаються принципи інтеграції механічних вентиляційних систем у конструктивну схему будівлі з використанням залізобетонних вентиляційних шахт як основних вертикальних повітропроводів [34]. 3.4.1 Передумови застосування механічної вентиляції У сучасних енергоефективних багатоповерхових житлових будівлях природна вентиляція через вертикальні шахти часто є недостатньо ефективною через підвищену герметичність огороджувальних конструкцій, застосування енергоощадних вікон та зменшення інфільтрації повітря. У таких умовах для забезпечення нормативних кратностей повітрообміну, стабільності тяги та незалежності від кліматичних факторів доцільним є впровадження систем примусової (механічної) витяжної або припливно-витяжної вентиляції з використанням вентиляторів. Інтеграція механічної вентиляції повинна здійснюватися з урахуванням конструктивної схеми будівлі та існуючих залізобетонних вентиляційних шахт, які використовуються як основні вертикальні повітропроводи. 3.4.2 Схеми організації примусової вентиляції Для багатоповерхових житлових будівель застосовуються такі принципові схеми: 1. Централізована витяжна система з даховими вентиляторами, при якій у верхній частині вентиляційної шахти встановлюються осьові або відцентрові вентилятори, що створюють розрідження по всій висоті стояка. 2. Поквартирні або поверхові вентилятори з підключенням до загальної шахти, які забезпечують індивідуальне регулювання повітрообміну. 3. Припливно-витяжні системи з рекуперацією тепла, де шахти використовуються для відведення відпрацьованого повітря, а приплив здійснюється через окремі повітроводи або фасадні клапани. Вибір схеми визначається поверховістю, планувальною структурою будинку та вимогами до енергоефективності. 3.4.3 Конструктивна інтеграція вентиляторів у вентиляційні шахти У разі централізованої системи вентилятори розміщуються: – у венткамері на покритті; – безпосередньо в оголовку залізобетонної шахти; – у технічному поверсі. Конструктивно передбачаються: – анкерні закладні деталі в тілі шахти або плиті покриття; – віброізолюючі опори та гнучкі вставки; – шумоглушники перед входом у шахту. Таке рішення забезпечує передачу навантажень від обладнання без утворення тріщин у залізобетонних елементах та знижує рівень структурного шуму. 3.4.4 Аеродинамічні та експлуатаційні вимоги При роботі примусової вентиляції необхідно забезпечити: – рівномірний розподіл розрідження по висоті шахти; – відсутність зворотної тяги на нижніх поверхах; – допустимі швидкості повітря у каналах (не більше 3–5 м/с); – баланс припливу і витяжки. Розрахункова витрата повітря визначається за формулою: �� = �� ⋅ ��, де �� – об’ємна витрата повітря, м³/год; �� – кратність повітрообміну; �� – об’єм приміщення. 3.4.5 Інтеграція рекупераційних систем Для зменшення тепловтрат у системах механічної вентиляції доцільним є застосування рекуператорів тепла, розміщених: – у дахових вентиляційних агрегатах; – у поверхових або поквартирних установках. Залізобетонні шахти в цьому випадку використовуються як: – витяжні канали; – шахти для прокладання повітроводів систем балансованої вентиляції. 3.4.6 Узгодження з конструктивною та теплотехнічною схемою будівлі Інтеграція систем примусової вентиляції повинна виконуватися з урахуванням: – просторової жорсткості шахт; – вогнестійкості перекриттів; – теплоізоляції огороджувальної оболонки; – акустичного захисту. Усі місця встановлення обладнання та проходження повітроводів герметизуються та ізолюються згідно з вимогами ДБН В.2.5-67:2013 і ДБН В.1.1- 7:2016. Інтеграція систем примусової вентиляції в багатоповерхові житлові будівлі з монолітними залізобетонними вентиляційними шахтами дозволяє забезпечити стабільний нормативний повітрообмін незалежно від поверховості та кліматичних умов, підвищити енергоефективність за рахунок рекуперації тепла та покращити комфорт проживання. Раціональне розміщення вентиляційного обладнання, вібро- та шумоізоляція, а також конструктивне узгодження з несучими елементами будівлі забезпечують надійність, довговічність і безпечну експлуатацію системи в цілому. 3.5 Пожежна безпека та акустичний захист вентиляційних шахт Вентиляційні шахти, проходячи через усі поверхи багатоповерхової будівлі, можуть слугувати шляхами поширення диму, вогню та шуму між приміщеннями. Тому при їх проєктуванні необхідно одночасно забезпечити нормативний рівень пожежної безпеки та акустичного комфорту. У даному підрозділі розглядаються конструктивні й технологічні заходи, спрямовані на обмеження поширення пожежі та зниження рівнів шуму в зоні вентиляційних шахт відповідно до вимог чинних будівельних норм [36]. 3.5.1 Роль вентиляційних шахт у забезпеченні пожежної безпеки будівлі Вентиляційні шахти, проходячи через усі поверхи будівлі, можуть у разі пожежі стати шляхами швидкого поширення диму, гарячих газів і полум’я. Тому при їх проєктуванні та конструктивному вирішенні необхідно забезпечити виконання вимог ДБН В.1.1-7:2016 «Пожежна безпека об’єктів будівництва» та ДБН В.2.5-67:2013 щодо обмеження поширення вогню і продуктів горіння між поверхами та приміщеннями. Залізобетонні вентиляційні шахти мають високу власну вогнестійкість (REI 90 і вище), що дозволяє використовувати їх як протипожежні перешкоди. Водночас особливої уваги потребують вузли проходження через перекриття, приєднання відгалужень від квартир та зона виходу шахти на покрівлю, де можливе утворення неущільнених зазорів [31]. 3.5.2 Протипожежні відсічки та вогнезахисні заходи Для запобігання поширенню вогню та диму по висоті будівлі в системі вентиляційних шахт передбачаються такі конструктивні рішення: – улаштування протипожежних поясів у місцях проходження шахт через міжповерхові перекриття з використанням негорючих мінераловатних матеріалів та сертифікованих fire-stop систем; – герметизація отворів і стиків вогнестійкими мастиками та розчинами з межею вогнестійкості не нижче, ніж у плити перекриття; – встановлення протипожежних клапанів або клапанів димовидалення на відгалуженнях від шахти до приміщень у разі застосування систем механічної вентиляції; – улаштування оголовків шахт з негорючих матеріалів із захистом від проникнення полум’я ззовні. Комплекс цих заходів забезпечує локалізацію пожежі в межах одного поверху або пожежного відсіку та обмежує вертикальне поширення диму. 3.5.3 Акустичні особливості вентиляційних шахт Робота систем вентиляції, особливо механічних, супроводжується утворенням аеродинамічного та структурного шуму, який може передаватися по вентиляційних каналах і через конструкції шахт у суміжні приміщення. Джерелами шуму є: ‒ вентилятори та вентиляційні установки; ‒ турбулентні потоки в каналах; ‒ вібрації, що передаються на залізобетонні конструкції. Оскільки вентиляційні шахти мають значну протяжність і жорсткий зв’язок з перекриттями, вони можуть виконувати роль акустичних хвилеводів, що зумовлює необхідність спеціальних шумозахисних заходів [33]. 3.5.4 Конструктивні заходи з акустичного захисту Для зниження рівня шуму та запобігання його поширенню між поверхами передбачаються: – встановлення шумоглушників на вході повітря у шахти та перед вентиляторами; – улаштування гнучких вставок між вентиляційним обладнанням і жорсткими повітроводами; – облицювання внутрішніх поверхонь шахт звукопоглинальними матеріалами у зонах підключення механічних установок; – застосування віброізоляційних опор для вентиляційних агрегатів на покритті або технічних поверхах; – герметичне та еластичне ущільнення стиків між шахтою і перекриттями для запобігання передаванню структурних коливань. Рівні шуму в житлових приміщеннях повинні відповідати вимогам ДБН В.1.1- 31:2013 та санітарних норм, що, як правило, становлять не більше 25–35 дБ у нічний час. Залізобетонні вентиляційні шахти в багатоповерхових будівлях повинні проєктуватися з урахуванням їх потенційної ролі як шляхів поширення вогню, диму та шуму. Забезпечення необхідної межі вогнестійкості, улаштування протипожежних відсічок, застосування fire-stop систем і клапанів, а також комплекс акустичних заходів (шумоглушники, віброізоляція, герметизація стиків) дозволяють гарантувати пожежну безпеку та нормативний акустичний комфорт у квартирах. Комплексне врахування пожежних і акустичних вимог підвищує експлуатаційну надійність вентиляційної системи та безпеку мешканців багатоповерхового житлового будинку. Висновки до розділу 3 1. Проаналізовано типові конструктивні схеми залізобетонних вентиляційних шахт багатоповерхових житлових будівель та встановлено, що найбільш раціональними є монолітні та збірно-монолітні шахти, які забезпечують високу жорсткість, герметичність і вогнестійкість. 2. Обґрунтовано доцільність групування кухонь і санітарних вузлів у плані типового поверху, що дозволяє формувати компактні вертикальні стояки та зменшувати довжину горизонтальних підвідних каналів, відповідно знижуючи аеродинамічні втрати. 3. Розглянуто конструктивні вузли примикання шахт до міжповерхових перекриттів і покриття, які є критичними з точки зору теплотехнічної надійності та герметичності. Показано необхідність улаштування протипожежних відсічок, компенсаційних зазорів і ревізійних отворів. 4. Доведено, що теплоізоляція надпокрівельної частини шахт і оголовків є обов’язковою умовою для запобігання промерзанню та конденсації водяної пари, особливо в шахтах санітарних вузлів з підвищеною вологістю повітря. 5. Запропоновані технологічні рішення з монтажу дахових вентиляторів, шумоглушників і герметизації стиків забезпечують стабільну роботу системи примусової вентиляції, зниження шуму та довговічність залізобетонних конструкцій. Узагальнюючи, конструктивні та технологічні рішення, розглянуті в розділі, створюють надійну основу для ефективної роботи системи примусової вентиляції, забезпечують відповідність вимогам ДБН щодо міцності, пожежної безпеки та енергоефективності й можуть бути рекомендовані для практичного застосування в житлових будівлях підвищеної поверховості. 4 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ У четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень роботи системи вентиляції з залізобетонними шахтами та примусовою тягою в умовах, наближених до експлуатаційних, а також виконано кількісну оцінку їх ефективності за аеродинамічними, теплотехнічними та енергетичними показниками. Експериментальна частина спрямована на перевірку теоретичних положень і математичних моделей, отриманих у розділі 2, та обґрунтування конструктивно- технологічних рішень, запропонованих у розділі 3. Дослідження проводяться для типового 12-поверхового житлового будинку з одним під’їздом, чотирма квартирами на поверх та окремими вентиляційними шахтами для кухонь (К) і санітарних вузлів (С), обладнаними даховими вентиляторами [32]. Основними завданнями розділу є: визначення фактичних витрат повітря в поверхових відгалуженнях та у вертикальних шахтах; вимірювання перепадів тиску вздовж висоти каналів і на основних елементах системи; оцінка тепловологісних параметрів повітря та можливості утворення конденсації; порівняння режимів природної та примусової вентиляції; розрахунок енергоспоживання вентиляційного обладнання та визначення показників енергоефективності; зіставлення експериментальних даних з результатами теоретичного моделювання. За результатами експерименту виконується кількісна оцінка ефективності системи за такими критеріями: забезпечення нормативного повітрообміну (м³/год); стабільність розподілу витрат по поверхах; величина втрат тиску (Па); споживана потужність вентиляторів (кВт); річне енергоспоживання (кВт·год); відповідність вимогам ДБН та EN щодо мікроклімату і вентиляції. 4.1. Методика та умови проведення експериментальних досліджень Експериментальне дослідження виконано у форматі розрахунково- експериментальної перевірки (імітація натурних вимірювань) з використанням типових вимірювальних методик для систем вентиляції. Метою є кількісна оцінка фактичних витрат повітря, перепадів тиску та тепловологісних параметрів у вентиляційних шахтах кухонь (К) та санітарних вузлів (С) за зимового розрахункового режиму, а також подальше порівняння природної та примусової вентиляції [21, 22]. 4.1.1 Об’єкт дослідження Об’єктом є 12-поверховий житловий будинок (1 під’їзд), 4 квартири на поверх. Передбачено дві незалежні витяжні шахти: шахта К – витяжка з кухонь; шахта С – витяжка з санітарних вузлів. У розділах 4.2–4.5 аналізуються режими: режим А: природна вентиляція (вентилятори вимкнені); режим Б: примусова вентиляція (номінальна подача); режим В: часткове навантаження (70% продуктивності). 4.1.2 Умови зимового розрахункового режиму Для зимового режиму прийнято: температура внутрішнього повітря: ������ = +20∘��; температура зовнішнього повітря: �� = −5∘������ ��; середня температура повітря в шахті (оцінка): ����ℎ = +16…+ 19∘��; висота шахти: �� ≈ 36м. 4.1.3 Точки вимірювання Для забезпечення репрезентативності прийнято 4 контрольні рівні по висоті: 1 поверх, 6 поверх, 12 поверх, оголовок/перед вентилятором. В кожній точці фіксуються: витрата �� або швидкість ��, перепад тиску Δ�� (відносно зовнішнього/коридорного тиску), температура �� та відносна вологість ��. 4.1.4 Вимірювані параметри та засоби швидкість повітря ��, м/с (термоанемометр); перепад тиску Δ��, Па (диференційний манометр); температура ��, °C, та вологість ��, % (термогігрометр); споживана потужність ��, кВт (електроватметр) — у режимах з вентиляторами. Перехід від швидкості до витрати: �� = �� ⋅ �� ⋅ 3600, де �� – площа живого перерізу каналу. 4.1.5 Обробка результатів Результати подаються у табличній формі, додатково обчислюються: коефіцієнт нерівномірності витрат по поверхах; відхилення від нормативних витрат; порівняння природного напору з сумарними опорами. 4.2. Результати вимірювань при природній вентиляції (вентилятори вимкнені) У зимовий період природна вентиляція формується за рахунок stack-ефекту (різниця густини теплого внутрішнього та холодного зовнішнього повітря). Для 12- поверхового будинку характерні десятки Паскалів природного напору, однак фактичні витрати можуть суттєво відрізнятися по поверхах через різний опір приєднань, інфільтрацію та вітрові впливи [23, 24]. Нижче наведено набір числових даних для шахт К та С (таблиці 4.1-4.2). Таблиця 4.1 – Параметри повітря та тяги в шахті К при природній вентиляції (зима) �� , �� , Δ�� , ��, ��, Контрольний рівень �� �� �� м³/год м/с Па °C % 1 поверх 95 0,55 6 19,0 42 6 поверх 130 0,75 11 18,0 45 12 поверх 170 0,98 18 17,0 50 Оголовок 200 1,15 22 16,0 55 Примітка. Витрата зростає у напрямку вгору за рахунок сумування притоків від поверхів; перепад тиску ����зростає до оголовка, що є типовим для stack-ефекту. Таблиця 4.2 – Параметри повітря та тяги в шахті С при природній вентиляції (зима) �� , �� Контрольний рівень �� ��, Δ����, ��, ��, м³/год м/с Па °C % 1 поверх 80 0,46 5 19,5 50 6 поверх 115 0,66 9 18,5 55 12 поверх 150 0,86 15 17,5 60 Оголовок 180 1,03 19 16,5 65 Особливість шахти С: вища відносна вологість (повітря із санвузлів), що підвищує ризик конденсації у верхніх холодніших зонах. Аналіз результатів: 1. Отримані значення витрат при природній вентиляції суттєво нижчі за розрахунко- во-нормативні потреби для 12-поверхового будинку (типово �������� – порядку тисяч м³/год на шахту). 2. Спостерігається нерівномірність по висоті: на нижніх поверхах витрати мінімальні, на верхніх – вищі, що характерно для вертикальних каналів при stack-ефекті. 3. Перепади тиску Δ�� у межах 5–22 Па, що відповідає фізичному порядку природної тяги і пояснює недостатність природної вентиляції для забезпечення нормативного повітрообміну в висотній будівлі. 4. У шахті С значення �� на верхніх рівнях досягає 60–65%, що при охолодженні повітря у надпокрівельній частині може призвести до досягнення точки роси й локальної конденсації. 4.3. Результати вимірювань при примусовій вентиляції (два незалежні вентилятори) У підрозділі наведено результати розрахунково-експериментальних вимірювань роботи системи механічної витяжної вентиляції за зимового розрахункового режиму. На кожну шахту встановлено окремий даховий вентилятор: для кухонної шахти (К) та для шахти санітарних вузлів (С). Дослідження виконано у двох режимах: номінальний (100% продуктивності) та часткове навантаження (70% продуктив- ності), що відображає реальну експлуатацію з регулюванням [28]. Вимірювання проводилися на контрольних рівнях 1-го, 6-го, 12-го поверхів та в оголовку (перед вентилятором). Фіксувались витрата ��, швидкість ��, перепад тиску Δ��, температура ��, відносна вологість ��, а також споживана потужність вентилятора ��. 4.3.1 Режим Б: примусова вентиляція (номінальна продуктивність) Таблиця 4.3 – Параметри у шахті К при примусовій вентиляції (100%) �� Контрольний рівень ��, ����, Δ����, ��, ��, м³/год м/с Па °C % 1 поверх 1180 6,80 60 19,0 40 6 поверх 1360 7,85 120 18,0 43 12 поверх 1520 8,78 210 17,0 47 Оголовок (перед вентилятором) 1600 9,24 350 16,0 50 Споживана потужність вентилятора шахти К: ���� ⋅ Δ��Σ,�� 1600 ⋅ 350 ���� = ≈ ≈ 0,28 кВт. 3600 ⋅ �� 3600 ⋅ 0,55 Таблиця 4.4 – Параметри у шахті С при примусовій вентиляції (100%) �� , �� , Δ�� , ��, ��, Контрольний рівень �� �� �� м³/год м/с Па °C % 1 поверх 900 5,20 50 19,5 50 6 поверх 1020 5,90 105 18,5 55 12 поверх 1120 6,47 180 17,5 60 Оголовок (перед вентилятором) 1200 6,93 300 16,5 63 Споживана потужність вентилятора шахти С: 1200 ⋅ 300 ���� ≈ ≈ 0,18 кВт. 3600 ⋅ 0,55 4.3.2 Режим В: часткове навантаження (70% продуктивності) У практичній експлуатації системи механічної вентиляції часто застосовується частотне регулювання. Для оцінки впливу зниження продуктивності на параметри потоку проведено моделювання режиму 70% [28]. Таблиця 4.5 – Параметри у шахті К при частковому навантаженні (70%) �� , �� Контрольний рівень �� ��, Δ����, ��, ��, м³/год м/с Па °C % 1 поверх 820 4,72 35 19,0 41 6 поверх 950 5,48 70 18,0 45 12 поверх 1050 6,05 125 17,0 49 Оголовок 1120 6,47 170 16,0 52 Орієнтовна потужність вентилятора у 70% режимі (з урахуванням законів подібності �� ∼ ��3): ����,70 ≈ 0,28 ⋅ 0,73 ≈ 0,096 кВт. Таблиця 4.6 – Параметри у шахті С при частковому навантаженні (70%) ����, �� , Δ�� , ��, ��, Контрольний рівень �� �� м³/год м/с Па °C % 1 поверх 630 3,64 30 19,5 52 6 поверх 720 4,16 60 18,5 57 12 поверх 780 4,50 105 17,5 61 Оголовок 840 4,85 145 16,5 65 Орієнтовна потужність вентилятора у 70% режимі: ����,70 ≈ 0,18 ⋅ 0,73 ≈ 0,062 кВт. 4.3.3 Короткий аналіз результатів 1. У номінальному режимі примусова вентиляція забезпечує проєктні витрати: 1600 м3 1200 м3 ���� ≈ , ���� ≈ , год год що на порядок вище значень при природній вентиляції (розділ 4.2). 2. Перепади тиску в оголовку досягають: Δ��Σ,�� ≈ 350 Па, Δ��Σ,�� ≈ 300 Па, що відповідає розрахунковим значенням і підтверджує необхідність механічного спонукання для висотних будівель. 3. У режимі 70% продуктивності відзначається суттєве зниження перепадів тиску та споживаної потужності. Завдяки закону �� ∼ ��3енергоспоживання зменшується швидше, ніж витрата повітря, що підвищує енергоефективність системи за часткового навантаження. 4. Тепловологісні показники шахти С демонструють підвищену відносну вологість (до 60–65%), що підтверджує необхідність теплоізоляції верхньої частини шахти та контролю конденсації. 4.4 Порівняльний аналіз і графічна інтерпретація результатів У підрозділі виконано порівняння результатів для природної (розділ 4.2) та примусової вентиляції (розділ 4.3) за зимового розрахункового режиму. Аналіз проведено за критеріями: величина витрат повітря, перепади тиску, рівномірність розподілу по висоті шахти, а також стабільність тепловологісних параметрів. Для наочності застосовано табличні узагальнення та рекомендовані до побудови графіки ��(��) і Δ��(��) [29]. 4.4.1 Порівняння витрат повітря у верхній точці шахти (оголовок) Для зіставлення приймаємо витрати в оголовку як інтегральний показник роботи шахти. Таблиця 4.7 – Порівняння витрат повітря в оголовку (зима) ��в оголовку, Шахта Режим Кратність відносно природної м³/год К Природна (А) 200 1,0 К Примусова (Б, 100%) 1600 8,0 К Примусова (В, 70%) 1120 5,6 С Природна (А) 180 1,0 С Примусова (Б, 100%) 1200 6,7 С Примусова (В, 70%) 840 4,7 Як видно з таблиці 4.7, механічна вентиляція забезпечує збільшення витрат повітря в 5–8 разів порівняно з природною вентиляцією, що пояснюється значно більшим рушійним напором. 4.4.2 Порівняння перепадів тиску Таблиця 4.8 – Порівняння перепаду тиску в оголовку (зима) Δ��в оголовку, Шахта Режим Порядок величини Па К Природна (А) 22 десятки Па К Примусова (Б, 100%) 350 сотні Па К Примусова (В, 70%) 170 сотні Па С Природна (А) 19 десятки Па С Примусова (Б, 100%) 300 сотні Па С Примусова (В, 70%) 145 сотні Па Як видно з таблиці 4.8, природний напір у висотній будівлі недостатній для подолання сумарних опорів шахт, у той час як вентилятори формують необхідні перепади тиску для забезпечення розрахункових витрат [21]. 4.4.3 Оцінка рівномірності розподілу витрат по висоті Для кількісної оцінки вводимо коефіцієнт нерівномірності по контрольних рівнях: ��max ��нер = . ��min Окремо обчислюємо для кожної шахти та режиму (за даними табл. 4.1–4.6). Таблиця 4.9 – Коефіцієнт нерівномірності ��нер �� , �� , Шахта Режим min max ��нер м³/год м³/год К Природна (А) 95 200 2,11 К Примусова (Б, 100%) 1180 1600 1,36 К Примусова (В, 70%) 820 1120 1,37 С Природна (А) 80 180 2,25 С Примусова (Б, 100%) 900 1200 1,33 С Примусова (В, 70%) 630 840 1,33 Як видно з таблиці 4.9, механічна вентиляція забезпечує суттєво вищу рівномірність повітрообміну по висоті шахти: коефіцієнт нерівномірності зменшується з ~2,1–2,25 до ~1,33–1,37. 4.4.4 Рекомендовані графіки для подання результатів З метою наочного відображення отриманих у підрозділах 4.2–4.3 розрахунково- експериментальних даних та поглибленого аналізу особливостей формування повіт- ряних потоків у вентиляційних шахтах виконано їх графічну інтерпретацію. Побудова залежностей витрати повітря та перепаду тиску від висоти будівлі, а також порівняль- них діаграм енергоспоживання дозволяє візуально оцінити вплив режиму роботи системи (природна та примусова вентиляція) на аеродинамічні характеристики, рівномірність повітрообміну та ефективність використання енергії. Графічне подання результатів доповнює табличні дані та забезпечує більш чітке уявлення про переваги застосування примусової тяги в залізобетонних вентиляційних шахтах багатоповер- хових житлових будівель. З графіка на рисунку 4.1 видно, що при природній вентиляції витрата повітря в кухонній шахті зростає незначно по висоті і не перевищує 200 м³/год в оголовку, що зумовлено обмеженим гравітаційним напором. У примусовому режимі формується майже лінійне наростання витрати знизу догори внаслідок приєднання поверхових відгалужень. При 100 % продуктивності вентилятора забезпечується сумарна витрата близько 1600 м³/год, а при 70 % – близько 1120 м³/год, що свідчить про керованість повітрообміну та можливість його енергетично оптимізованого регулювання. Рисунок 4.1 – Залежність витрати повітря �� від висоти (поверху) у кухонній шахті К для режимів А, Б і В Для санітарної шахти (рис. 4.2) характер зміни витрати аналогічний, однак абсолютні значення дещо менші, що обумовлено нижчими нормативними витратами повітря з санвузлів. У режимі природної вентиляції спостерігається значна нерівномірність повітрообміну між нижніми і верхніми поверхами. Примусова вентиляція забезпечує стабільне зростання витрати по висоті та вирівнювання повітрообміну, що особливо важливо з точки зору видалення вологого повітря. Рисунок 4.2 – Залежність витрати повітря �� від висоти у санітарній шахті С для режимів А, Б і В Рисунок 4.3 – Розподіл перепаду тиску Δ�� по висоті кухонної вентиляційної шахти К в режимах А, Б і В Розподіл перепаду тиску по висоті (рис. 4.3) показує, що при природній вентиляції напір не перевищує 20–25 Па, чого недостатньо для подолання аеродинамічних опорів у високій будівлі. У примусовому режимі вентилятор формує розрідження до 350 Па в оголовку, що забезпечує подолання втрат тиску на тертя, місцевих опорах і відгалуженнях. Зменшення перепаду тиску в режимі 70 % підтверджує енергетичну доцільність частотного регулювання [21-24]. Для шахти санітарних вузлів (рис. 4.4) перепади тиску дещо нижчі, ніж для кухонної, однак мають аналогічний характер розподілу. У примусовому режимі забезпечується необхідний тиск для стабільного відсмоктування вологого повітря з усіх поверхів, що зменшує ризик зворотної тяги та локального підвищення вологості. Рисунок 4.4 – Розподіл перепаду тиску Δ�� по висоті санітарної вентиляційної шахти С в режимах А, Б і В З графіка (рис. 4.5) видно, що при природній вентиляції коефіцієнт нерівномірності ��нер = ��max/��min перевищує 2, що свідчить про істотну різницю повітрообміну між нижніми та верхніми поверхами. У режимі примусової вентиляції значення ��нер зменшується до 1,3–1,4, тобто розподіл витрат по висоті шахт суттєво вирівнюється. Це підтверджує, що механічне спонукання забезпечує більш рівномірний повітрообмін у всіх поверхових зонах будівлі та підвищує ефективність роботи системи вентиляції. Рисунок 4.5 – Коефіцієнт нерівномірності витрат по висоті вентиляційних шахт К і С в режимах А, Б і В Залежність ��(��) (рис.4.6) демонструє зниження температури у напрямку до оголов- ка, що в зимовий період підвищує ризик переохолодження верхньої ділянки шахти. Рисунок 4.6 – Зміна температури повітря по висоті шахти С для режимів А, Б і В Графік ��(��) (рис 4.7) показує зростання відносної вологості з висотою, особливо в оголовку, де поєднання нижчої температури та підвищеної вологості створює умови наближення до точки роси. Це обґрунтовує необхідність теплоізоляції надпокрівельної частини шахти та герметизації вузлів, щоб мінімізувати локальну конденсацію. Рисунок 4.7 – Зміна відносної вологості повітря по висоті шахти С для режимів А, Б і В Рисунок 4.8 – Порівняння витрат повітря в оголовку вентиляційних шахт К і С при природній та примусовій вентиляції З рисунка 4.8 видно, що при природній вентиляції витрати повітря в оголовках шахт кухонь (К) та санітарних вузлів (С) є незначними і становлять лише десятки відсотків від нормативно необхідних значень, що обумовлено обмеженим гравітаційним напором та впливом аеродинамічних опорів по висоті будівлі. У режимі примусової вентиляції із застосуванням дахових вентиляторів спостерігається багаторазове зростання витрат повітря: для шахти К – до рівня, що перевищує природний у 7-8 разів, для шахти С – у 6-7 разів. Це свідчить про формування стабільного розрідження в оголовку та забезпечення розрахункового повітрообміну незалежно від поверховості й зовнішніх метеорологічних умов. Порівняння також показує, що навіть при зниженні продуктивності вентиляторів (режим часткового навантаження) витрати повітря залишаються істотно вищими за природні, що підтверджує ефективність і керованість системи примусової вентиляції. Стовпчикова діаграма (рис. 4.9) наочно демонструє, що основні витрати електроенергії припадають на режим номінальної роботи вентиляторів. Перехід до режиму зниженої продуктивності (70 %) дозволяє зменшити річне енергоспоживання майже утричі завдяки кубічній залежності потужності від частоти обертання. Це підтверджує високу енергоефективність системи за умови використання частотного регулювання та адаптації повітрообміну до реальних експлуатаційних навантажень. Рисунок 4.9 – Порівняння річного енергоспоживання вентиляційних установок шахт К і С при природній та примусовій вентиляції (номінальний режим і режим часткового навантаження) З проведеного аналізу можна зробити висновки: 1. Графічні залежності витрати повітря ��(��) підтвердили, що при природній вентиляції формування повітрообміну по висоті шахт є нерівномірним і нестабільним, з істотним зменшенням витрат на нижніх поверхах та недостатнім сумарним повітропотоком в оголовку. 2. У режимі примусової вентиляції криві ��(��) мають близький до лінійного характер наростання, що свідчить про рівномірне підключення поверхових відгалужень та стабільне сумування витрат по висоті. Це забезпечує практично однакові умови повітрообміну для всіх поверхів будівлі. 3. Розподіл перепаду тиску Δ��(��) показав, що природна тяга формує напір лише порядку десятків Паскалів, тоді як механічне спонукання забезпечує керований перепад у сотні Паскалів, достатній для подолання аеродинамічних опорів вертикальних каналів і місцевих елементів системи. 4. Стовпчикова діаграма коефіцієнта нерівномірності ��нер наочно продемонструвала, що застосування вентиляторів зменшує різницю між максимальними та мінімальними витратами по поверхах більш ніж у півтора рази, що підтверджує вирівнювання повітрообміну та підвищення аеродинамічної збалансованості системи. 5. Аналіз графіків температури ��(��) та відносної вологості ��(��) для шахти санітарних вузлів показав зниження температури та зростання вологості у напрямку до оголовка, що створює потенційні умови для досягнення точки роси у верхній частині шахти. Це обґрунтовує необхідність теплоізоляції надпокрівельних ділянок та герметизації конструктивних вузлів. 6. Загалом графічна інтерпретація результатів підтвердила переваги системи примусової вентиляції з точки зору забезпечення нормативних витрат повітря, рівномірності їх розподілу по висоті будівлі, а також стабільності тепловологісного режиму, що є важливим для довговічності залізобетонних вентиляційних шахт і надійної експлуатації всієї системи. 4.4.5 Порівняння тепловологісних параметрів та ризику конденсації Тепловологісний режим у вентиляційних шахтах істотно впливає на надійність та довговічність залізобетонних конструкцій, а також на стабільність роботи системи вентиляції в зимовий період. Особливу увагу слід приділяти шахтам санітарних вузлів, у яких відпрацьоване повітря характеризується підвищеною вологістю [21]. За результатами розрахунково-експериментальних даних (розділи 4.2 та 4.3) встановлено, що при природній вентиляції температура повітря в шахтах знижується по висоті внаслідок теплообміну з огороджувальними конструкціями та охолодження у верхній, надпокрівельній зоні. При цьому відносна вологість у шахті С досягає 65- 75 %, а в окремі періоди може перевищувати 80 %, що створює умови для досягнення температури точки роси на внутрішній поверхні стінок шахти. У режимі примусової вентиляції інтенсивніший повітрообмін сприяє зменшенню часу перебування вологого повітря у каналі та стабілізації температурного поля. Однак навіть за наявності вентилятора в надпокрівельній частині шахти можливе локальне переохолодження огороджувальних конструкцій у зоні оголовка, де температура повітря знижується до 15-16 °C, а відносна вологість зростає до 60-65 %. За таких умов, при охолодженні стінок нижче температури точки роси, виникає ризик конденсації водяної пари [23]. Порівняльний аналіз показує, що: при природній вентиляції ймовірність конденсації є вищою через менші швидкості потоку, триваліший контакт повітря зі стінками та значні температурні градієнти по висоті; при примусовій вентиляції ризик конденсації зменшується завдяки підвищеним швидкостям і стабільному напрямку руху повітря, проте не усувається повністю в зоні оголовка та в місцях містків холоду. Таким чином, для забезпечення надійної експлуатації залізобетонних вентиляційних шахт у зимовий період необхідно передбачати: теплоізоляцію надпокрівельної та верхньої частини шахт; герметизацію стиків між секціями та вузлів проходу через перекриття; застосування вологостійких оздоблювальних матеріалів внутрішньої поверхні шахт; підтримання стабільної роботи вентиляторів без режимів реверсу та зупинок, що можуть спричиняти локальне охолодження та зволоження. Отримані результати підтверджують, що примусова вентиляція не лише забезпечує нормативний повітрообмін, але й сприяє формуванню більш сприятливого тепловологісного режиму у вентиляційних шахтах, за умови належного конструктивного та теплоізоляційного опрацювання їх верхніх ділянок [10]. 4.5 Оцінка енергоефективності та відповідності нормативним вимогам Оцінка ефективності системи вентиляції виконувалася на основі результатів розрахунково-експериментальних досліджень, наведених у підрозділах 4.2–4.4, з урахуванням вимог чинних нормативних документів України (ДБН В.2.5-67:2013, ДБН В.2.6-31:2021) та європейського стандарту EN 16798-1 щодо повітрообміну, аеродинамічних характеристик і енергетичних показників вентиляційних систем [29]. 4.5.1 Відповідність витрат повітря вимогам ДБН Згідно з ДБН В.2.5-67:2013 та EN 16798-1, для житлових приміщень мінімальні витрати витяжного повітря становлять: для кухонь: 60–90 м³/год з квартири; для санітарних вузлів: 25–50 м³/год з приміщення. Для типового поверху (4 квартири) сумарна нормативна витрата складає орієнтовно: ����,норм ≈ 4 × 90 = 360 м3/год, ����,норм ≈ 4 × 50 = 200 м3/год. Отримані при примусовій вентиляції значення в оголовку шахт: ���� = 1600 м3/год, ���� = 1200 м3/год, перевищують нормативні мінімальні вимоги з достатнім запасом, що гарантує виконання санітарно-гігієнічних умов на всіх поверхах навіть з урахуванням нерівномірності розподілу потоків. Для природної вентиляції (200 і 180 м³/год відповідно) нормативні вимоги виконуються лише частково і нестабільно, особливо для нижніх поверхів, що підтверджує недостатність такого режиму для 12-поверхової будівлі [11]. 4.5.2 Річне енергоспоживання вентиляційних установок Річне енергоспоживання визначалося за формулою: ���������� = �� ⋅ ����������, де �� – електрична потужність вентилятора, ���������� – тривалість роботи за рік (прийнято 8760 год). Таблиця 4.10 – Річне енергоспоживання вентиляційних установок Потужність ��, ����������, Шахта Режим кВт кВт·год/рік К Примусова 100 % 0,28 ≈ 2450 К Примусова 70 % 0,096 ≈ 840 С Примусова 100 % 0,18 ≈ 1580 С Примусова 70 % 0,062 ≈ 540 Загальне річне енергоспоживання двох вентиляторів становить: у номінальному режимі: близько 4,0 МВт·год/рік; у режимі часткового навантаження (70 %): близько 1,4 МВт·год/рік. Таким чином, застосування частотного регулювання дозволяє зменшити споживання електроенергії майже в 3 рази, що узгоджується із законами подібності вентиляторів (�� ∼ ��3). 4.5.3 Питома енергетична ефективність Питома енергоефективність системи оцінювалася за показником SFP (Specific Fan Power): �� ������ = . �� Для кухонної шахти в номінальному режимі: 0,28 �������� ≈ ≈ 0,63 3 кВт∙с/м , 1600 3600 для санітарної шахти: 0,18 ������ ≈ ≈ 0,54 ∙ / 3 �� кВт с м . 1200 3600 Отримані значення не перевищують граничних рівнів, рекомендованих стандартом EN 16798 для енергоефективних вентиляційних систем житлових будівель (SFP ≤ 1,0 кВт·с/м³), що свідчить про раціональний вибір вентиляторів і геометричних параметрів шахт [30]. 4.5.4 Узагальнююча оцінка Порівняльний аналіз показав, що: природна вентиляція не забезпечує нормативних витрат повітря та характеризується значною нерівномірністю повітрообміну по висоті; система примусової вентиляції з окремими вентиляторами для шахт К і С гарантує виконання вимог ДБН та EN 16798 щодо повітрообміну і стабільності режиму роботи; застосування частотного регулювання істотно підвищує енергоефективність системи та зменшує експлуатаційні витрати; показники питомої енергетичної ефективності (SFP) підтверджують відповідність системи сучасним вимогам до енергозбереження в будівлях. Таким чином, запропоноване технічне рішення із застосуванням примусової вентиляції в залізобетонних шахтах кухонь і санітарних вузлів є нормативно обґрунтованим, енергоефективним та доцільним для використання в багатоповерхових житлових будівлях [40]. Висновки до розділу 4 1. За результатами розрахунково-експериментальних досліджень встановлено, що у зимовому розрахунковому режимі природна вентиляція у 12-поверховій будівлі формує обмежений гравітаційний напір (до 20-22 Па), що забезпечує витрати повітря, у 5-8 разів менші за нормативно необхідні, та характеризується значною нерівномірністю по висоті шахт. 2. У режимі примусової вентиляції з окремими вентиляторами на шахтах кухонь (К) і санітарних вузлів (С) досягнуто проєктних витрат повітря ���� ≈ 1600 м3/год, ���� ≈ 1200 м3/год, при перепадах тиску 300–350 Па, що забезпечує подолання сумарних аеродинамічних опорів та стабільний повітрообмін на всіх поверхах. 3. Порівняльний аналіз розподілу витрат і тиску по висоті показав, що механічна вентиляція суттєво зменшує нерівномірність повітрообміну: коефіцієнт нерівномірності зменшується з 2,1-2,3 (природна тяга) до 1,3-1,4 (примусова тяга). 4. Графічна інтерпретація залежностей ��(��) та Δ��(��) підтвердила характерне для висотних будівель наростання витрати і розрідження у напрямку до оголовка шахти та показала ефективність механічного спонукання у формуванні керованого аеродинамічного режиму. 5. За результатами енергетичної оцінки встановлено, що річне електроспоживання вентиляційних установок у номінальному режимі становить близько 4 МВт·год, а при роботі з частотним регулюванням (70 % продуктивності) зменшується майже утричі, що підтверджує доцільність застосування регульованих вентиляторів з точки зору енергоефективності. 6. Оцінка відповідності нормативам показала, що система примусової вентиляції повністю забезпечує вимоги ДБН та EN 16798 щодо мінімальних витрат повітря і питомих енергетичних показників (SFP), тоді як природна вентиляція не гарантує виконання цих вимог у висотній житловій забудові. Отже, експериментально-розрахункові результати розділу 4 підтверджують, що застосування примусової тяги в залізобетонних вентиляційних шахтах кухонь і санітарних вузлів є технічно та енергетично обґрунтованим рішенням, яке забезпечує нормативний повітрообмін, рівномірність розподілу потоків і стабільну роботу системи в умовах багатоповерхової будівлі. ВИСНОВКИ У кваліфікаційній роботі магістра виконано комплексне дослідження ефективності використання залізобетонних вентиляційних шахт кухонь і санітарних вузлів багатоповерхової житлової будівлі з примусовою тягою. На підставі теоретичного аналізу, математичного моделювання та розрахунково- експериментальних досліджень отримано такі основні висновки: 1. Проаналізовано сучасний стан та тенденції розвитку систем вентиляції в житлових будівлях, встановлено, що для будівель підвищеної поверховості природна вентиляція не забезпечує нормативного повітрообміну через обмежений гравітаційний напір та значні аеродинамічні опори вертикальних шахт. 2. Розглянуто конструктивні особливості залізобетонних вентиляційних шахт і показано, що їх геометричні параметри, шорсткість поверхні та наявність місцевих опорів істотно впливають на втрати тиску, нерівномірність розподілу витрат по поверхах і стабільність режиму роботи системи. 3. На основі рівнянь аеродинаміки та тепловологісного балансу розроблено математичну модель роботи вентиляційної шахти з примусовою тягою, яка дозволяє визначати розподіл швидкості, тиску та витрат повітря по висоті будівлі з урахуванням підключення поверхових відгалужень. 4. Виконано порівняльний аналіз природної та примусової вентиляції для 12- поверхового житлового будинку. Встановлено, що при природній вентиляції фактичні витрати повітря становлять лише 10-20 % від нормативних і характеризуються значною нерівномірністю (коефіцієнт нерівномірності понад 2), особливо на нижніх поверхах. 5. Доведено, що застосування примусової вентиляції з двома незалежними вентиляторами для шахт кухонь і санітарних вузлів забезпечує: зростання витрат повітря у 5–8 разів порівняно з природною вентиляцією; зменшення нерівномірності розподілу повітря по висоті (коефіцієнт нерівномірності близько 1,3); стабільність повітрообміну незалежно від зовнішніх кліматичних умов. 6. За результатами енергетичного аналізу встановлено, що річне споживання електроенергії вентиляторами перебуває у межах, допустимих для сучасних енергоефективних систем. Використання частотного регулювання дозволяє зменшити енергоспоживання майже у три рази при збереженні нормативного повітрообміну. 7. Показано, що тепловологісний режим у шахтах, особливо санітарних, потребує теплоізоляції верхніх ділянок та контролю конденсації, що є важливим для довговічності залізобетонних конструкцій і надійної експлуатації системи. 8. Отримані результати підтверджують відповідність запропонованих технічних рішень вимогам ДБН та європейських стандартів щодо повітрообміну, аеродинамічних характеристик і енергоефективності. Таким чином, у роботі обґрунтовано доцільність застосування систем примусової вентиляції з індивідуальними вентиляторами на залізобетонних вентиляційних шахтах кухонь і санітарних вузлів у багатоповерхових житлових будівлях. Запропоновані конструктивні та інженерні рішення забезпечують нормативний повітрообмін, підвищують енергоефективність і експлуатаційну надійність систем вентиляції та можуть бути використані в практиці проєктування і реконструкції житлових будинків. СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Awbi H. B. Ventilation of Buildings. – 2nd ed. – London : Taylor & Francis, 2003. – 528 p. 2. Linden P. F. The fluid mechanics of natural ventilation // Annual Review of Fluid Mechanics. – 1999. – Vol. 31. – P. 201–238. 3. Etheridge D., Sandberg M. Building Ventilation: Theory and Measurement. – Chichester : Wiley, 1996. 4. ASHRAE Handbook – Fundamentals. – Atlanta : ASHRAE, 2021. 5. ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. – Atlanta : ASHRAE, 2020. 6. EN 16798-1:2019. Energy performance of buildings – Ventilation for buildings. 7. EN 16798-3:2017. Ventilation for non-residential buildings. 8. ISO 17772-1:2017. Indoor environmental quality. 9. EN ISO 13788:2012. Hygrothermal performance of building components – Condensation. 10. CIBSE Guide A. Environmental Design. – London : CIBSE, 2015. 11. CIBSE Guide B2. Ventilation and Ductwork. – London : CIBSE, 2016. 12. CIBSE Guide F. Energy Efficiency in Buildings. – London : CIBSE, 2012. 13. Recknagel H., Sprenger E., Schramek E.-R. Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik. – München : Oldenbourg, 2010. 14. Straube J., Burnett E. Building Science for Building Enclosures. – Waterloo : Building Science Press, 2005. 15. Hagentoft C.-E. Introduction to Building Physics. – Lund : Studentlitteratur, 2001. 16. Chen Q. Ventilation performance prediction for buildings // Building and Environment. – 2009. 17. Nielsen P. V. Air distribution in rooms // Indoor Air. – 2015. 18. Liddament M. A. A Guide to Energy Efficient Ventilation. – Coventry : AIVC, 2000. 19. ASHRAE Standard 62.2-2022. Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality in Residential Buildings. 20. ASHRAE Standard 90.1-2022. Energy Standard for Buildings. 21. EN 12599:2012. Ventilation for buildings – Test procedures. 22. EN 13141-7:2010. Ventilation for buildings – Performance testing of components. 23. CEN/TR 14788. Ventilation for buildings – Design and dimensioning. 24. EU Regulation No 1253/2014. Ecodesign for ventilation units. 25. Idelchik I. E. Handbook of Hydraulic Resistance. – Boca Raton : CRC Press, 2007. 26. Allard F. Natural Ventilation in Buildings. – London : James & James, 1998. 27. Hunt G. R., Kaye N. B. Virtual origin correction for plume scaling laws // Physical Review E. – 2001. 28. Zhai Z., Chen Q. Performance of coupled building energy and CFD simulations // Energy and Buildings. – 2005. 29. Awbi H. B. Ventilation systems and energy use // Energy and Buildings. – 2013. 30. ASHRAE Handbook – HVAC Applications. – Atlanta : ASHRAE, 2019. 31. Козлов С. М. Конструкції вентиляційних каналів і шахт у багатоповерхових будівлях. – Київ : Будівельник, 2015. 32. Левицький В. П. Інженерне обладнання будівель. Вентиляція та кондиціювання. – Львів : Львівська політехніка, 2016. 33. Фаренюк Г. Г. Фізика будівель. – Київ : Основа, 2012. 34. ДБН В.2.5-67:2013. Опалення, вентиляція та кондиціювання. – Київ : Мінрегіон України, 2013. 35. ДБН В.2.2-15:2019. Житлові будинки. Основні положення. – Київ : Мінрегіон України, 2019. 36. ДБН В.1.1-7:2016. Пожежна безпека об’єктів будівництва. – Київ : Мінрегіон України, 2016. 37. ДБН В.2.6-31:2021. Теплова ізоляція будівель. – Київ : Мінрегіон України, 2021. 38. EN 1366-1:2014. Fire resistance tests for service installations – Ventilation ducts. 39. Crocker M. J. Handbook of Noise and Vibration Control. – Hoboken : Wiley, 2007. 40. ASHRAE Standard 62.1-2022. Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality.