Естественная вентиляция

Рассмотрим принципы работы систем естественной вентиляции.

Если здание обтекается ветром, рис. 2.4, то на поверхностях наветренного фасада здания созда­ется повышенное давление воздуха, вследствие чего наружный воздух инфильтрируется в помещения через неплотности в ограждающих конструкциях, а также через открытые окна, форточки и другие проемы.

Рис. 2.4. Схема обтекания здания ветром. 1 – наветренный фасад; 2 - заветренный фасад; 3 – вентиляционный канал.

На ограждающих конструкциях, расположенных под углом к направлению ветра, на заветренной стороне здания и его кровле со­здается пониженное давление воздуха, что приводит к эксфильтрации внутреннего воздуха в атмосферу через неплотности и проемы в этих ограждающих конструкциях.

Величина давления воздуха на фасады здания и кровлю определяется формулой

(2.5)

где k - аэродинамический коэффициент;

w - скорость ветра, м/с;

ρ - плотность наружного воздуха, кг/м³.

Так как направление ветра носит случайный характер, то и давление воздуха на вертикальные огражде­ния может быть как повышенным, так и пониженным. Однако на кровле здания при любом направлении ветра имеет место разреже­ние. Поэтому, устроив канал, соединяющий помещение с наружным воздухом над зданием, рис. 2.4, можно обеспечить удаление воздуха из поме­щений при любом направлении ветра. При этом интенсивность естественной вентиляции под действием ветра будет определяться естественным ветровым давлением, Р_{е. в.}, Па, которое находится по формуле:

(2.6)

где k_кр –аэродинамический коэффициент в зоне устья вытяжной шах­ты, значения которого для кровли находятся в пределах от -1.0 до -0.7.

Отрицательное значение k_кр свидетельствует о том, что под действием ветра в устье вытяжной шахты возникает разрежение, которое вызывает движение воздуха из помещения в вытяжную шахту и далее в атмосферу.

Движение воздуха при естественной вентиляции может быть организовано также за счет действия теплового фактора, рис. 2.5.

Рис. 2.5. Схема естественной вентиляции под действием теплового фактора. 1 – приточный проем; 2 – вытяжная шахта, О–О - нейтральная зона.

При отсутствии ветра и > более легкий внутренний воздух с плотностью ρ_р в результате действия архимедовых сил поднимается из помещения через вытяжную шахту 2, расположенную в верхней зоне помещения. На смену ему в нижнюю часть помещения через приточный проем 1 поступает более тяжелый наружный воздух с плотностью ρ_н. Интенсивность движения воздуха в данном процессе зависит от величины естественного теплового давления, Р_{е. т.}, Па, которое определяется зависимостью

, (2.7)

где h – разность отметок устья вытяжной шахты и середины приточного проема, м;

g – ускорение силы тяжести, м/с².

Внутри помещения имеется нейтральная зона О-О, в пределах которой давления воздуха на наружную и внутреннюю поверхности ограждения одинаковы, поэтому через отверстие, расположенное в данной зоне, не будет наблюдаться движения воздуха ни внутрь помещения, ни наружу.

Из формулы (2.7) следует, что естественная вентиляция под действием теплового фактора для помещений, расположенных на различных этажах, будет иметь разную интенсивность. Наибольший воздухообмен будет наблюдаться для помещений, расположенных на первом этаже, а наименьший – для помещений, расположенных на последнем этаже.

Так как величина Р_{е. т.} зависит от разности плотностей наружного и внутреннего воздуха то наибольшая интенсивность естественной вентиляции под действием ветра достигается в холодный период года при наименьших температурах наружного воздуха. В теплый период года действие теплового фактора существенно уменьшается, так как разность плотностей внутреннего и наружного воздуха в этом случае минимальна.

При совместном действии теплового и ветрового факторов естественное давление, Р_е, Па, определяется по формуле

(2.8)

Естественная вентиляция широко применяется в гражданских и промышленных зданиях. Различают две ее разновидности – бесканальную естественную вентиляцию (аэрацию) и канальную естественную вентиляцию. Первая применяется преимущественно для вентиляции производственных помещений со значительными тепловыделениями, в последнее время ее стали применять для вентиляции атриумов в гражданских зданиях. Вторая является основным видом вентиляции жилых зданий, а также используется в производственных и общественных зданиях.

Аэрация.

Принцип аэрации одноэтажного производственного здания поясняется рис. 2.6. Внутренний воздух цеха нагревается от технологического оборудования 1 и поднимается в верхнюю зону цеха, при этом все пространство помещения оказывается разделенным по высоте на две части. Нижняя часть имеет температуру воздуха t_p, а верхняя – более высокую температуру t_ух. Граница, разделяющая эти две области, называется температурным перекрытием 4. Воздух с температурой t_ух удаляется из цеха через вытяжные проемы 2, расположенные в боковых стенках свето-аэроционного фонаря 5. На смену удаляемому воздуху в цех поступает наружный воздух через приточные проемы 2, расположенные в нижней части наружных стен.

Конструктивно приточные и вытяжные проемы выполняются в виде застекленных открывающихся фрамуг. Приточные проемы располагаются по всей длине продольных наружных стен, а вытяжные – в вертикальных ограждениях свето-аэрационного фонаря. Для удобства регулирования воздухообмена в помещении применяются механические или электрические системы управления положением фрамуг.

Для притока воздуха в цех в теплый период года открываются приточные проемы, расположенные в нижней зоне цеха, рис. 6.6, А), а в холодный период – расположенные в верхней зоне, рис. 6.6, Б).

А)

Б)

Рис. 2.6. Схема аэрации одноэтажного промышленного здания. А), Б) – в теплый и холодный период года соответственно. 1 - источники тепловыделений;

2 – вытяжные проемы; 3 – приточные проемы; 4 – температурное перекрытие.

К достоинствам аэрации можно отнести конструктивную простоту, отсутствие потребления электроэнергии и возможность обеспечения больших воздухообменов в помещении за счет увеличения площадей приточных и вытяжных проемов.

Принципиальные недостатки аэрации заключаются в том, что при данном способе вентиляции помещения невозможно осуществить предварительную подготовку приточного воздуха, а также очистить удаляемый воздух от пыли и утилизировать его тепловой потенциал. Недостатком аэрации является также зависимость ее работы от внешних условий – температуры наружного воздуха и скорости ветра.

Естественная канальная вентиляция в производственных помещениях применяется для удаления теплоизбытков от технологического оборудования, рис. 2.7.

Рис. 2.7. Система естественной канальной вытяжной вентиляции. 1 - источник тепловыделений; 2 – воздухоприемное устройство; 3 – воздуховод; 4 – дроссель-клапан; 5 – зонт.

Для локализации теплоизбытков над тепловыделяющим оборудованием 1 устанавливаются воздухоприемные устройства 2, из которых удаляемый воздух поступает в воздуховод 3 и удаляется в атмосферу через зонт 5. Дроссель клапан устанавливается для регулирования количества воздуха, удаляемого вентиляционной системой.

Системы естественной канальной вентиляции применяются также для удаления воздуха от варочных плит на предприятиях общественного питания, рис. 2.8.

Рис. 2.8. Схема вытяжной канальной естественной вентиляции от варочной плиты.

1 – воздухоприемные отверстия; 2 – кольцевой воздуховод; 3 – вытяжная шахта; 4 – зонт.

По периметру варочной плиты на высоте 2,0 м от уровня пола устраивается кольцевой воздуховод 2, во внутренних боковых стенках которого устроены воздухоприемные отверстия 1. Из кольцевого воздуховода удаляемый воздух поступает в вытяжную шахту 3 и удаляется в атмосферу через зонт 4.

Системы естественной канальной вентиляции жилых зданий.

Естественная канальная вентиляция организуется в зданиях путем устройства вертикальных вентиляционных каналов, сообщающих помещения с наружным воздухом над зданием. Для безлифтовых жилых зданий устраивают системы естественной вытяжной вентиляции с обособленными вентиляционными каналами, рис. 2.9.

Вытяжной данная система называется потому, что организуется удаление воздуха из помещений, а приток воздуха в них осуществляется не организованно через неплотности в ограждающих конструкция, а также в результате перетока воздуха из других помещений.

Рис. 2.9. Схема вытяжной естественной вентиляции. 1 – вентиляционная решетка;

2 – вертикальный вентиляционный канал; 3 – сборный горизонтальный канал; 4 – вытяжная шахта; 5 - зонт.

Удаление воздуха из помещения в атмосферу осуществляется последовательно через вентиляционную решетку 1, по вертикальному вентиляционному каналу 2, сборному горизонтальному каналу 3, вытяжную шахту 4 и зонт 5.

Сборный горизонтальный канал и вытяжная шахта не являются обязательными элементами системы вентиляции, так как выброс воздуха в атмосферу может производиться непосредственно из вертикальных вентиляционных каналов, рис. 2.10.

Движение воздуха в системах естественной вентиляции, представленных на рис. 2.9 и 2.10, осуществляется за счет теплового и ветрового факторов.

Так как для помещений, расположенных на разных этажах, величина h, входящая в формулу (2.7), различна, интенсивность воздухообмена в помещениях будет также различаться. При отсутствии ветра наибольший воздухообмен будет наблюдаться в помещениях первого этажа, а минимальный – в помещениях последнего этажа.

Рис. 2.10. Система естественной вытяжной системы вентиляции с выпуском воздуха в атмосферу непосредственно из вентиляционных каналов. 1 – вентиляционная решетка; 2 – вертикальный вентиляционный канал; 3 – зонт.

Конструктивно вертикальные вентиляционные каналы выполняются в виде полостей в кирпичных стенах или железобетонных стеновых конструкциях, а также приставными, рис. 2.11.

Рис. 2.11. Вентиляционные каналы: а) – во внутренних кирпичных стенах, 1 – стена; б) – приставные, 1 – стена, 2 – штукатурка, 3 - гипсошлаковая плита.

При устройстве вентиляции по схеме, приведенной на рис. 2.9, 2.10, помещения, расположенные на разных этажах, общими вертикальными каналами не объединяют, чтобы предотвратить перетекание воздуха из помещений нижних этажей в вышерасположенные помещения.

Для сокращения числа вертикальных каналов в здании допускает­ся в пределах одной квартиры объединение вентиляционных каналов из уборной и ванной (душевой) или объединение вентиляционных каналов из кухни и ванной (душевой) при отсутствии в ней унитаза.

Размещают вертикальные каналы во внутренних стенах. Если архитектурно-планировочные решения не позволяют это сделать, можно располагать каналы в наружных стенах, однако при этом необходимо предпринять дополнительные меры по тепловой защите стены в месте расположения вентиляционного канала для предотвращения охлаждения вытяжного воздуха и выпадения конденсата на внутрен­них стенках канала.

В лифтовых жилых зданиях устройство обособленных каналов затруднено из-за сложностей с размещени­ем в них большого числа обособленных вертикальных каналов. По­этому вентиляцию помещений лифтовых зданий выполняют с ис­пользованием специальных вентиляционных блоков, состоящих из сборного магистрального вертикального канала большого сечения и каналов-спутников, обслуживающих отдельные помещения. Кана­лы-спутники имеют высоту не менее 2.0 м. Схемы систем естественной вытяжной вентиляции с магистральным вертикальным каналом и каналами-спутниками приведены на рис. 2.12.

Для вентиляции лифтовых зданий находят применение так­же системы вентиляции с "теплым" чердаком. Особенность этих систем заключается в том, что выпуск воздуха из вентиляцион­ных каналов, обслуживающих помещения одной секции, осуществ­ляется непосредственно в помещение чердака (технического этажа). Оголовки каналов устраивают на уровне 0,5-1,0 м от пола технического этажа, вытяжную шахту выводят через кровлю здания около стены машинного отделения лифта. Высота вытяжной шахты принимается на 1,0-1,5 м. выше кровли машинного отделения лифта. Увеличение высоты вы­тяжной шахты и отсутствие зонта над ее устьем позволяет значи­тельно увеличить естественное давление в системе вентиляции и эффективность ее работы по сравнению с традицион­ными системами.

Вентиляционные блоки могут изготавливаться из железобетона или кирпича. Устройство вентиляционных блоков приведено на рис. 2.13.

Рис. 2.12. Схемы систем естественной вытяжной вентиляции со сборным магистральным каналом м каналами-спутниками: а) – с выпуском удаляемого воздуха над кровлей; б) – с «теплым чердаком». 1 – вентиляционная решетка; 2 – канал-спутник; 3 – сборный магистральный канал; 4 – обособленные каналы последних этажей; 5 – зонт; 6 – машинное отделение лифта; 7 - вытяжная шахта.

Рис. 2.13. Устройство вентиляционных блоков. 1 – канал-спутник; 2 – магистральный канал

Как отмечалось выше, при устройстве естественной вентиляции в жилых зданиях в наиболее неблагоприятных условиях оказываются помещения верхних этажей. Для повышения эффективности их вен­тиляции вентиляционные каналы, обслуживающие данные помеще­ния, не объединяют с другими вентиляционными каналами. При ис­пользовании в здании вентиляционных блоков каналы-спутники от помещений двух последних этажей выводят непосредственно в атмо­сферу или при устройстве системы вентиляции с "теплым" чердаком их устья размещают на техническом этаже. Допускается также приме­нение механической вентиляции для помещений двух верхних этажей.

При проектировании естественной вентиляции жилых домов необходимо размещать устья вентиляционных каналов вне зоны подпора. Данная зона образуется при обтекании здания ветром и характеризуется положительными значениями аэродинамического коэффициента.

Устья вентиляционных каналов над участками скатной кровли должны располагаться:

— на 0,5 м выше конька крыши при расположении их по горизон­тали не далее 1,5 м от конька крыши;

— в уровень с коньком крыши, еслиони отстоят от конька на рас­стояние от 1,5 до 3,0 м;

— не ниже прямой, проведенной от конька вниз под углом 10^О к горизонту, при расположении труб ни расстоянии более 3 м от конь­ка крыши.

Во всех случаях высота трубы над прилегающей частью крыши должна быть не менее 0,5 м.

Если вблизи дымовой трубы находятся более высокие здания, строения или деревья, устья вентиляционных каналов необходи­мо выводить выше границы зоны ветрового подпора, за которую при­нимается линия, проведенная вниз под углом 45° к горизонту от наи­более высокой части здания, строения или дерева.

Вентиляционные каналы должны быть защищены от воздействия атмосферных осадков. Для этого над ними устанавливают зонты или дефлекторы. Зонты отличаются конструктивной простотой, но, в некоторых случаях, могут задуваться ветром. Дефлектор (от лат. deflecto – отвожу) вытяжное устройство, устанавливаемое над вентиляционным каналом и использующее энергию ветра для создания дополнительного разрежения в вентиляционном канале. Отличительной особенностью дефлектора является его незадуваемость ветром. Схема дефлектора приведена на рис. 2.14.

Рис. 6.14. Дефлектор конструкции ЦАГИ. 1 – патрубок; 2 – диффузор; 3 – корпус дефлектора; 4 – лапки для крепления зонта-колпака; 5 – зонт-колпак.

Дефлектор состоит из патрубка 1 для присоединения к вентиляционному каналу или воздуховоду, диффузора 2, назначение которого состоит в уменьшении скорости воздуха и соответственно потерь давления на выходе воздуха в атмосферу, цилиндрического корпуса 3 и зонта-колпака 5, защищающего вентиляционную систему от атмосферных осадков. Для соединения элементов дефлектора друг с другом используются лапки 4. Размеры дефлектора зависят от объемной производительности вентиляционной системы.

Дата добавления: 2014-11-18