Природна і штучна система вентиляції
|
Природна вентиляція створюється без застосування електроустаткування (вентиляторів, електродвигунів) і відбувається внаслідок природних факторів – різниці температур повітря, зміни тиску в залежності від висоти, вітрового тиску. |
Різниця тисків зумовлена різницею густини зовнішнього і внутрішнього повітря і вітровим напором. Ця різниця носить назву теплового напору (ΔРТ), її можна розрахувати за формулою:
|
де ΔPТ – тепловий напір або надлишковий тиск повітря, що створюється за рахунок різниці температур зовнішнього і внутрішнього повітря; h – відстань між центрами верхніх та нижніх прорізів для повітрообміну; g – прискорення вільного падіння (10 м/с2); ρзовн і ρвнт – густина відповідно зовнішнього і внутрішнього повітря, кг/м3. |
Природна вентиляція може бути неорганізованою і організованою.
У випадку неорганізованої вентиляції надходження і видалення повітря здійснюється через нещільності зовнішніх огороджень (інфільтрація), за рахунок різниці тисків ззовні і всередині приміщення. Такий повітрообмін залежить від низки випадкових факторів (сили і напрямку вітру, різниці температур зовнішнього і внутрішнього повітря, площі, через яку відбувається інфільтрація). Для житлових будинків інфільтрація за годину становить 0,5 – 0,75, а в промислових 1 – 1,5 від об’єму приміщення.
Для постійного повітрообміну необхідна організована вентиляція. Організована вентиляція може бути витяжна без організованого приливу повітря (канальна) і приливно-витяжна з організованим приливом повітря (канальна і безканальна аерація).
Канальна природна витяжна вентиляція без організованого приливу повітря широко застосовується в житлових і адміністративних будинках. Розрахунковий тепловий напір (ΔРТ) таких систем визначають відповідно за формулою (2.9) за температури зовнішнього повітря +5ºС, вважаючи, що весь тиск падає у витяжному каналі, при цьому опір входу повітря в будинок не враховується.
При розрахунку мережі повітроводів насамперед роблять орієнтовний підбір їх площ, виходячи із допустимих швидкостей руху повітря в каналах верхнього поверху 0,5 м/с, у каналах нижнього поверху – 1,0 м/с і у витяжній шахті 1 – 1,5 м/с.
Сумарна площа витяжних прорізів розраховується за формулою:
|
де L – повітрообмін, м3/год; υ – швидкість руху повітря в прорізах (м/с): де ΔРТ – тепловий напір повітря; ψ – коефіцієнт, що враховує швидкість руху повітря в прорізах (приймається рівним 0,5 м/с); ρ – густина повітря, кг/м3. |
Густина повітря залежить від температури і вологості і може бути емпірично розрахована за формулою:
|
|
Відповідно до (2.11) ρзовн і ρвнт можна знайти за формулами:
|
де tзовн, tсер – температура відповідно зовнішнього повітря і середня температура повітря, що визначається як |
Необхідний повітрообмін розраховують за формулою:
|
де Q – кількість тепла, яке виділяється в приміщення за годину, кДж; с – теплоємність повітря кДж/кг (в інтервалі температур від 0ºС до 100ºС приймається за 1,01·103 Дж/кг); ρ – густина повітря, кг/м3 (дорівнює ρвнт); tвид – температура повітря, що видаляється. |
Для збільшення тиску в системах природної вентиляції на устя витяжної шахти встановлюють насадки-дефлектори, які розташовані у зоні ефективної дії вітру (рисунок 2.4).
Посилення тяги відбувається завдяки розрідженню, яке виникає при обтіканні дефлектора потоком повітря, що набігає.
Орієнтовно продуктивність дефлектора Lд, м3/год можна розрахувати за формулою:
|
Lд = 1131,73 де А – діаметр підвідного патрубка, м; Vи – швидкість вітру, м/с. |
Рисунок 2.4 – Дефлектор
Організована природна загальнообмінна вентиляція приміщень в результаті надходження і видалення повітря через фрамуги вікон, що відкриваються і ліхтарі називається аерацією.
Повітрообмін регулюють різним ступенем відкривання фрамуг (у залежності від температури зовнішнього повітря чи швидкості і напрямку вітру). Цей спосіб вентиляції знайшов застосування в промислових будівлях, що характеризуються технологічними процесами, які супроводжуються великими тепловиділеннями.
Аерація в холодних цехах проводять за рахунок вітрового тиску, а в гарячих цехах – за рахунок різниці температур повітря в приміщенні і зовні, а також за рахунок вітрового тиску (рисунок 2.5).
а б
а – аерація в літній період; б – аерація в зимовий період
Рисунок 2.5 – Схема аерації
Надходження зовнішнього повітря в приміщення в холодний період року організовують так, щоб холодне повітря не потрапило в робочу зону. Для цього зовнішнє повітря подають у приміщення через прорізи, розташовані не нижче 4,5 м від підлоги (рисунок 2.5 а), у теплий період року прилив зовнішнього повітря орієнтують через нижній ярус віконних прорізів (рисунок 2.5 б).
Перевагами природних систем вентиляції є дешевина, простота монтажу і надійність, викликана відсутністю електроустаткування і частин, що рухаються. Завдяки цьому, такі системи широко застосовуються при будівництві типового житла і являють собою вентиляційні короби, розташовані на кухні і санвузлах.
Зворотним боком дешевизни природних систем вентиляції є сильна залежність їхньої ефективності від зовнішніх факторів – температури повітря, напрямки і швидкості вітру і т.д. Крім цього, такі системи в принципі є нерегульованими, і з їхньою допомогою вдається вирішити лише незначну частку завдань, що стосуються організації ефективної вентиляції.
Штучна чи механічна вентиляція (рисунок 2.6) застосовується там, де недостатньо природної. У механічних системах використовуються устаткування і прилади (вентилятори, фільтри, повітронагрівачі і т.д.), що дозволяють переміщувати, очищати і нагрівати повітря. Такі системи можуть видаляти або подавати повітря у вентильовані приміщення незалежно від умов навколишнього середовища. На практиці, у квартирах і офісах необхідно використовувати саме штучну систему вентиляції, оскільки тільки вона може гарантувати створення комфортних умов.