ВЕНТИЛЯЦІЙНІ КАНАЛИ В ПЛИТІ

Інтеграція вентиляційних каналів у плитні конструкції — це інноваційне рішення, що відповідає підвищеним вимогам до енергоефективності та комфорту сучасних будівель. Стандарт DIN 1946-6 ‘Вентиляція житлових будинків’ встановлює чіткі критерії для проєктування, монтажу та експлуатації таких систем, зокрема в частині забезпечення якості повітря та мінімізації втрат тепла. Основна ідея полягає у використанні міжповерхових плит або плити основи як простір для прихованої прокладки повітроводів. Це мінімізує займаний об’єм, що є особливо цінним у будівлях з обмеженою висотою стель. Ключові системи, які інтегруються таким чином, включають припливно-витяжні установки з рекуперацією тепла. Застосування рекуператорів дозволяє повернути до 90% тепла відпрацьованого повітря, суттєво знижуючи енергоспоживання на опалення. Цей підхід є частиною інноваційні будівельні технології, що акцентують на мінімізації впливу на довкілля та оптимізації ресурсів.

Проєктування таких систем вимагає глибокого розуміння аеродинаміки, теплофізики та будівельної механіки. Канали повинні мати мінімальний опір потоку повітря, що досягається за рахунок правильного підбору діаметрів, форм та використання гладкостінних матеріалів. Згідно з DIN 1946-6, швидкість повітря в каналах не повинна перевищувати 2-3 м/с для основних магістралей та 1-1.5 м/с у відгалуженнях, щоб уникнути надмірного шуму та вібрації. Вимоги до герметичності є надзвичайно суворими: для класу герметичності C або D (згідно EN 1507/EN 12237) допустимі витоки повітря становлять до 0.003-0.009 л/(с·м²) при тиску 200 Па. Це критично для підтримки енергоефективності та запобігання поширенню запахів або забруднюючих речовин між приміщеннями. Вибір матеріалів, таких як поліетилен (PE), поліпропілен (PP) або оцинкована сталь, залежить від вимог до гнучкості, міцності та хімічної стійкості. Гнучкі повітроводи, хоч і простіші в монтажі, мають більший аеродинамічний опір і потребують ретельнішого розрахунку. На відміну від них, жорсткі повітроводи забезпечують кращі аеродинамічні характеристики, але складніші у прокладці та вимагають точного планування на етапі проєкти.

Застосування інтегрованих систем дозволяє досягти високих показників повітронепроникності будівлі, що є однією з ключових вимог для будинків з низьким енергоспоживанням. Це також усуває необхідність використання додаткових стельових конструкцій для приховування комунікацій, зберігаючи максимальну висоту приміщень. При цьому важливо забезпечити доступ до елементів системи для обслуговування та чищення. Проєктувальники повинні враховувати розташування ревізійних люків та зон доступу на етапі розробки архітектурно-будівельних рішень. В Україні, незважаючи на відсутність прямої адаптації DIN 1946-6, загальні принципи енергоефективності та якості внутрішнього повітря регулюються ДБН В.2.5-67:2013 ‘Опалення, вентиляція та кондиціонування’, а також ДБН В.2.6-31:2021 ‘Теплова ізоляція будівель’. Ці нормативи вимагають розрахунку повітрообміну, забезпечення нормативних температурно-вологісних режимів та енергоефективності систем, що підкреслює актуальність таких інтегрованих рішень.

Монтаж вентиляційних каналів безпосередньо у плиту перекриття або фундаментну плиту є складним інженерним завданням, що вимагає високої точності та дотримання технологічних вимог. Ключова складність полягає у забезпеченні міцності та герметичності системи в умовах, коли повітроводи фактично стають частиною несучої конструкції або розташовуються в її тілі. На етапі проєктування необхідно передбачити всі вузли перетину з арматурою, комунікаціями та можливі температурні розширення/стиснення матеріалів. Використовуються переважно жорсткі круглі або плоскі повітроводи з полімерних матеріалів (HDPE, PP) або оцинкованої сталі, які мають високу корозійну стійкість та гладку внутрішню поверхню для мінімізації аеродинамічного опору. Канали укладаються на підготовлений шар гідроізоляції та теплоізоляції перед заливкою бетону, або ж формуються за допомогою опалубки.

Одним із найважливіших етапів є герметизація з’єднань. Для полімерних каналів використовуються спеціальні муфти з ущільнювачами та клейові з’єднання, для металевих – фланцеві з’єднання з герметизуючими стрічками або силіконовими герметиками. Кожен з’єднання повинен бути перевірений на герметичність до заливки бетону, оскільки після затвердіння бетону доступ до каналів буде обмежений або неможливий. Недотримання вимог до герметичності може призвести до значних втрат тиску в системі, зниження ефективності вентиляції, перетоків повітря та навіть до утворення конденсату всередині плити, що є неприпустимим. Важливо використовувати матеріали, що мають низький коефіцієнт теплопровідності та вогнестійкість, особливо у місцях проходження через протипожежні бар’єри. Наприклад, для забезпечення вогнестійкості можуть застосовуватися спеціальні протипожежні манжети або вогнезахисні покриття відповідно до вимог EN 13501-2.

Прокладка каналів у плиті також вимагає ретельного планування трасування, щоб уникнути гострих кутів та різких вигинів, які збільшують опір та можуть погіршити потік повітря. Мінімальний радіус вигину повітроводу повинен бути не менше одного діаметра для гнучких каналів та до півтора діаметра для жорстких. Також слід враховувати навантаження на плиту: повітроводи не повинні суттєво послаблювати несучу здатність бетону. Це досягається завдяки правильному розташуванню каналів між арматурними стержнями та використанням адекватних захисних елементів або компенсаторів. У місцях перетину з колонами або стінами, повітроводи прокладаються у спеціальних гільзах, що компенсують температурні та механічні деформації. Ця методика дозволяє не тільки зберегти конструктивну цілісність, але й значно покращити довговічність всієї вентиляційної системи, що є критично важливим для фундаментні конструкції, де доступ до ремонту вкрай ускладнений. Особливу увагу слід приділяти віброізоляції вентиляційного обладнання та каналів, щоб уникнути передачі шуму по будівельних конструкціях.

Якість внутрішнього повітря (IAQ) є фундаментальним фактором, що впливає на здоров’я, самопочуття та продуктивність мешканців. Системи вентиляції, інтегровані в плитні конструкції, відіграють критичну роль у підтримці оптимальної IAQ. Вони забезпечують постійний та контрольований повітрообмін, видаляючи забруднене повітря, що містить вуглекислий газ (CO2), леткі органічні сполуки (VOCs), алергени, пил та надмірну вологість, і подаючи свіже, фільтроване зовнішнє повітря. Концентрація CO2, наприклад, повинна підтримуватися на рівні нижче 1000 ppm (частин на мільйон) для забезпечення комфорту та запобігання сонливості, головним болям. Оптимальний рівень вологості має бути в діапазоні 40-60%, що унеможливлює розвиток цвілі та бактерій, а також запобігає пересушуванню слизових оболонок.

Інтегровані системи вентиляції, особливо з рекуперацією тепла та фільтрацією, є ефективним інструментом для боротьби з такими забруднювачами. Фільтри класу F7 або F9 здатні затримувати до 90% дрібних частинок (PM2.5, пилок), що є особливо актуальним для людей з алергіями або астмою. Крім того, правильне проєктування та монтаж каналів у плиті запобігає ризику проникнення ґрунтових газів, таких як радон, з ґрунту через мікротріщини в фундаментній плиті. Радон, будучи радіоактивним газом, є другою за поширеністю причиною раку легень після куріння. Герметичність інтегрованих каналів та всієї будівельної оболонки є вирішальною для мінімізації його концентрації в приміщеннях. Згідно з нормами ВООЗ, рекомендований рівень радону не повинен перевищувати 100 Бк/м³, а допустимий втручання — 300 Бк/м³.

Окрім фізичних забруднювачів, IAQ також включає термічний комфорт, акустичне середовище та відсутність запахів. Добре спроєктована система вентиляції в плиті забезпечує рівномірний розподіл повітря без протягів, підтримуючи стабільну температуру в приміщеннях. Це також допомагає мінімізувати шум від роботи самої системи, оскільки повітроводи є прихованими та мають менше можливостей для передачі шуму через повітряний простір. Регулярне обслуговування системи, включаючи чищення каналів та заміну фільтрів, є обов’язковим для підтримки високої IAQ. Без цього інтегровані канали можуть стати джерелом розмноження мікроорганізмів та накопичення пилу. Дотримання цих принципів забезпечує не лише технічну ефективність, але й створює здорове та комфортне середовище для проживання, що є кінцевою метою будь-якого комплексне проєктування інженерних систем.

Для ефективної інтеграції вентиляційних каналів у плитні конструкції критичне значення має детальний розбір вузлів прокладки та вибір відповідних матеріалів. Найпоширенішими матеріалами для повітроводів, що укладаються в плиту, є поліетилен високої щільності (HDPE), поліпропілен (PP) та оцинкована сталь. Кожен з них має свої переваги. HDPE та PP канали характеризуються високою гнучкістю, хімічною стійкістю, легкою вагою та простотою монтажу. Їх гладка внутрішня поверхня мінімізує аеродинамічний опір та запобігає накопиченню забруднень. Проте, вони мають меншу жорсткість у порівнянні з металевими, що вимагає ретельної фіксації та захисту від механічних пошкоджень під час заливки бетону. Оцинковані сталеві канали є міцнішими, стійкішими до механічних навантажень та мають високу вогнестійкість, але вони важчі, дорожчі та складніші у монтажі, вимагаючи спеціальних інструментів для з’єднання та герметизації.

Ключовими вузлами є місця з’єднань каналів, перетини з арматурними каркасами та виходи з плити до вентиляційного обладнання або дифузорів. Для з’єднань полімерних каналів використовуються герметичні муфти з гумовими ущільнювачами, що забезпечують клас герметичності C або D за EN 12237. Ці муфти повинні бути закріплені таким чином, щоб уникнути їх зміщення під час бетонування. У місцях перетину повітроводів з арматурою необхідно забезпечити достатній захисний шар бетону, щоб не знижувати несучу здатність плити та уникнути корозії арматури. Мінімальний захисний шар бетону для арматури в несучих конструкціях в Україні, згідно з ДБН В.2.6-98:2009 ‘Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції’, становить 20-30 мм залежно від умов експлуатації та класу бетону.

Виходи каналів з плити до вентиляційних решіток або дифузорів є також критичними. Тут використовуються спеціальні адаптери та коробки, що забезпечують надійне кріплення, герметизацію та естетичний вигляд. Ці елементи повинні бути сумісними з фінішними оздоблювальними матеріалами та забезпечувати легкий доступ для обслуговування. Наприклад, для підлогових дифузорів, що інтегруються в стяжку, необхідно використовувати міцні та зносостійкі матеріали, здатні витримувати експлуатаційні навантаження. Для забезпечення теплоізоляції та запобігання конденсації на поверхні каналів, особливо в місцях контакту з холодними зовнішніми елементами, повітроводи часто обмотуються шаром теплоізоляції (наприклад, спінений каучук або мінеральна вата товщиною 10-20 мм). Це також допомагає знизити передачу шуму. Дотримання цих детальних вимог до вузлів та матеріалів є запорукою довговічності та ефективності системи, а також ключем до розумний будинок функціоналу, який потребує бездоганної інфраструктури.

Інтеграція вентиляційних каналів у плитні конструкції має значний вплив на термічний комфорт приміщень та загальну енергоефективність будівлі. Традиційні системи вентиляції, особливо ті, що використовують зовнішні повітроводи або прокладку в неопалюваних просторах, часто страждають від значних втрат тепла або холоду через теплообмін з навколишнім середовищем. Розташування каналів усередині теплоізольованої плити мінімізує ці втрати, оскільки повітря транспортується через масив конструкції, який має відносно стабільну температуру. Це особливо актуально для систем з рекуперацією тепла, де метою є збереження максимальної кількості енергії.

Коефіцієнт теплопередачі (U-value) плити з інтегрованими каналами повинен бути ретельно розрахований, щоб відповідати нормативним вимогам ДБН В.2.6-31:2021 ‘Теплова ізоляція будівель’. Зазвичай, для зовнішніх огороджувальних конструкцій, що контактують з ґрунтом або зовнішнім повітрям, U-value повинен бути в межах 0.2-0.3 Вт/(м²·К). Розміщення каналів не повинно створювати ‘містки холоду’, що може призвести до конденсації вологи та зниження теплоізоляційних властивостей. Для цього канали часто оточують шаром теплоізоляції, або ж вони прокладаються у спеціальних ізольованих камерах у тілі плити. Використання рекуператорів тепла у поєднанні з такою схемою прокладки каналів дозволяє досягти показників енергоефективності, характерних для будинків з близьким до нульового споживання енергії (NZEB).

Щодо термічного комфорту, інтегровані вентиляційні системи забезпечують більш рівномірний розподіл температур у приміщенні. Повітря, що подається, попередньо підігрівається або охолоджується, проходячи через масу плити, що дозволяє уникнути різких перепадів температур та протягів, які часто виникають при використанні традиційних систем. Це особливо важливо в холодну пору року, коли подача холодного повітря може спричиняти дискомфорт. Таким чином, інтеграція вентиляційних каналів у плиту сприяє не лише економії енергії, але й створенню стабільного та комфортного мікроклімату, що є одним з ключових критеріїв для оцінки якості житла. Ретельне проєктування та розрахунок всіх теплофізичних параметрів є обов’язковим для досягнення цих цілей, що також включає врахування впливу геліосептиків на загальний енергетичний баланс будівлі.

Хоча в Україні відсутній прямий аналог німецького стандарту DIN 1946-6, загальні принципи проєктування, монтажу та експлуатації вентиляційних систем, у тому числі інтегрованих у плитні конструкції, регулюються низкою національних будівельних норм (ДБН). Основними документами є ДБН В.2.5-67:2013 ‘Опалення, вентиляція та кондиціонування’ та ДБН В.2.6-31:2021 ‘Теплова ізоляція будівель’. Ці нормативи встановлюють мінімальні вимоги до повітрообміну, термічного захисту, пожежної безпеки та гігієнічних показників повітря для житлових та громадських будівель.

Згідно з ДБН В.2.5-67:2013, для житлових приміщень необхідно забезпечувати мінімальний повітрообмін не менше 0.35 кратності на годину або 3 м³/год на 1 м² житлової площі, але не менше 30 м³/год на людину. Для приміщень з підвищеною вологістю, таких як ванні кімнати та кухні, ці вимоги значно вищі. При проєктуванні інтегрованих каналів важливо дотримуватися цих норм, забезпечуючи розрахункову подачу та видалення повітря. Також ДБН вимагають, щоб системи вентиляції були спроєктовані таким чином, щоб уникнути поширення запахів та забруднюючих речовин між приміщеннями, що прямо стосується герметичності повітроводів, укладених у плиту. В контексті будинків з нульовим споживанням енергії (ZEB), ці вимоги стають ще більш критичними.

ДБН В.2.6-31:2021 встановлює вимоги до теплової ізоляції будівель, що є критичним для інтегрованих систем вентиляції. Повітроводи, що проходять через зовнішні огороджувальні конструкції або неопалювані простори, повинні бути теплоізольовані для запобігання втратам тепла та утворенню конденсату. Хоча стандарт не деталізує специфіку прокладки каналів у плиті, він непрямо вимагає, щоб їхнє розташування та ізоляція не погіршували загальні показники U-value плити та не створювали термічних мостів. Пожежна безпека регулюється ДБН В.1.1-7:2016 ‘Пожежна безпека об’єктів будівництва’, які вимагають використання вогнестійких матеріалів для повітроводів у певних зонах та встановлення протипожежних клапанів у місцях перетину протипожежних перешкод. Всі ці нормативи в сукупності вимагають від проєктувальників та будівельників комплексного підходу та ретельного дотримання технічних вимог, забезпечуючи високу якість та безпеку інтегрованих вентиляційних систем в українських умовах.

Інтеграція вентиляційних каналів у плитні конструкції, хоч і є технологічно складним рішенням, пропонує низку значних переваг, але також має певні недоліки, які необхідно враховувати на етапі проєктування та будівництва. До головних переваг належать:

• Оптимізація простору: Повітроводи, приховані в плиті, дозволяють звільнити простір у міжстельовому просторі, що є особливо цінним у будівлях з низькими стелями або там, де потрібна максимальна висота приміщень. Це також спрощує дизайн інтер’єру, усуваючи видимі комунікації.
• Покращена естетика: Відсутність виступаючих повітроводів сприяє чистішому та мінімалістичному дизайну, що відповідає сучасним архітектурним тенденціям.
• Підвищена енергоефективність: Прокладка каналів у теплоізольованій масі плити мінімізує втрати тепла або холоду під час транспортування повітря, особливо у поєднанні з рекуперацією тепла. Це сприяє зниженню експлуатаційних витрат на опалення та кондиціонування.
• Зниження шуму: Бетонна маса плити ефективно поглинає та ізолює шум від роботи вентиляційної системи, що призводить до покращеної акустики у приміщеннях. Додаткова шумоізоляція може бути інтегрована для максимального комфорту.
• Збільшення теплової інерції: Плита, через яку проходять канали, може акумулювати тепло або холод, сприяючи стабілізації температури в приміщеннях та зменшенню пікових навантажень на систему опалення/кондиціонування.

Однак, існують і значні недоліки:

• Складність проєктування та монтажу: Вимагає високої кваліфікації інженерів та робітників. Будь-які помилки на етапі монтажу вкрай складно або неможливо виправити після заливки бетону.
• Високі початкові витрати: Складніші матеріали, роботи та потреба у більш точному плануванні збільшують початкові інвестиції.
• Обмежений доступ для обслуговування: Доступ до повітроводів для чищення або ремонту є обмеженим, що може ускладнити експлуатацію та збільшити витрати на спеціалізоване обладнання для чищення.
• Вимоги до міцності плити: Необхідно враховувати вплив прокладених каналів на несучу здатність плити, що може вимагати збільшення товщини плити або додаткового армування.
• Ризик утворення конденсату: При неправильному проєктуванні або недостатній ізоляції існує ризик конденсації вологи всередині каналів, що може призвести до розвитку мікроорганізмів та погіршення IAQ.

Зважений аналіз цих факторів є обов’язковим для прийняття рішення щодо доцільності інтеграції вентиляційних каналів у плитні конструкції для конкретного проєкту. Ретельне планування та виконання є ключем до успішної реалізації цієї технології.

Успішна інтеграція вентиляційних каналів у плитні конструкції неможлива без високоефективної інженерної координації та застосування сучасних інструментів, таких як технологія будівельного інформаційного моделювання (BIM). BIM дозволяє створити єдину тривимірну модель будівлі, де всі елементи конструкцій та інженерних систем взаємопов’язані. Це забезпечує візуалізацію та аналіз усіх потенційних колізій (перетинів) між повітроводами, арматурою, електричними кабелями, водопровідними трубами та іншими комунікаціями ще на етапі проєктування. Без BIM-моделювання, особливо у складних проєктах з інтеграцією, ризик виникнення колізій на будівельному майданчику значно зростає, що призводить до затримок, перевитрат та компромісів у якості.

Процес BIM-координації включає наступні етапи:

• Створення детальних моделей: Кожна інженерна дисципліна (архітектура, конструкції, вентиляція, опалення, водопостачання, електрика) створює власну 3D-модель своїх систем.
• Об’єднання моделей: Всі моделі об’єднуються в єдину зведену модель.
• Виявлення колізій: За допомогою спеціалізованого програмного забезпечення (наприклад, Autodesk Navisworks) автоматично виявляються всі просторові перетини та конфлікти між елементами.
• Розв’язання колізій: Інженери-проєктувальники спільно працюють над усуненням виявлених конфліктів, оптимізуючи трасування каналів, розташування арматури та інших елементів. Це може включати незначні зміни у товщині плити, формі повітроводів або їхньому розташуванні.

Особливо важливою є координація між конструкторами та інженерами-механіками. Конструктори повинні враховувати розміри та розташування повітроводів при розрахунку несучої здатності плити та проєктуванні арматурних каркасів. У свою чергу, інженери-механіки повинні адаптувати трасування каналів таким чином, щоб мінімізувати вплив на міцність конструкції. BIM також дозволяє генерувати точні креслення для монтажу, що включають деталізацію вузлів проходів, з’єднань та кріплень, з точними прив’язками до осей будівлі. Це значно підвищує точність виконання робіт на будівельному майданчику та зменшує кількість помилок. Крім того, BIM-модель може бути використана для генерації точних кошторисів, оптимізації логістики поставок матеріалів та для подальшої експлуатації будівлі, надаючи повну інформацію про всі приховані комунікації. Це дозволяє реалізовувати домокомплект з високою точністю та мінімальними відхиленнями.