Естественная вентиляция

Процесс вентилирования воздуха сопровождает жизнедеятельность человека, проводящего основное время в помещениях промышленного, производственного или бытового назначения. В связи с этим естественная вентиляция является наиболее распространенным видом вентиляции. Естественная вентиляция создается без применения электрооборудования (вентиляторов, электродвигателей) и происходит вследствие естественных факторов. К их числу относятся тепловой (или гравитационный) и ветровой напоры. Под тепловым напором понимается то давление, которое возникает вследствие разности плотностей (или объемных весов) воздуха, имеющего разную температуру. Ветровым напором называется давление, оказываемое ветром на поверхности различных предметов, в том числе и на строительные конструкции.

В помещениях с большим притоком тепла внутренний воздух всегда теплее наружного воздуха. Более тяжелый наружный воздух, поступая в здание, вытесняет из него менее плотный теплый воздух. При этом в замкнутом пространстве помещения возникает циркуляция воздуха, вызываемая источником тепла, подобная той, которую вызывает вентилятор. На определенной высоте помещения, в так называемой плоскости равных давлений, эта разность равна нулю (рис. 1. Ниже плоскости равных давлений существует разрежение, что обусловливает приток наружного воздуха, а выше - некоторое избыточное давление, за счет которого нагретый воздух удаляется наружу.

Рис. 1. Схема распределения давления воздуха при естественной

вентиляции в здании

Давление, заставляющее воздух перемещаться при естественной вентиляции, определяют по формуле

(1)

где r_Н - плотность наружного воздуха, кг/м³; r_ВН - плотность воздуха внутри помещения, кг/м³; h - расстояние по вертикали от центра приточного проема до центра вытяжного, м; g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².

Это давление расходуется на преодоление сопротивления движению воздуха в помещении и придание ему необходимой скорости при выбросе в атмосферу.

Количество приточного воздуха G, кг/ч, которое должно поступать в приточные проемы аэрируемого здания, определяют по формуле

(2)

где Q - теплоизбытки в помещении, Вт; с - удельная массовая теплоемкость воздуха, кДж/(кг·°С); t_УД - температура удаляемого воздуха, °С; t_ПР - расчетная температура приточного воздуха, °С.

Температуру удаляемого воздуха вычисляют по формуле

(3)

где t_Р.З - температура в рабочей зоне, которая не должна превышать установленную санитарными нормами, °С; D t - температурный градиент по высоте помещения, °С/м (находится в диапазоне 0,5... 1,5 °С/м); Н - расстояние от пола до центра вытяжных проемов, м; h_Р.З - высота рабочей зоны, принимаемая равной 2 м.

Определяем скорость воздуха в нижних проемах

(4)

где μ – коэффициент расхода, зависящий от конструкции створок и угла их открытия (для створок, открытых на 90°, μ=0,6; на 30° – μ=0,32); F – площадь нижних проемов, м².

Потери давления в нижних проемах определяются по формуле

(5)

Находим избыточное давление в плоскости верхних вытяжных проемов

(6)

Требуемая площадь верхних проемов равна

(7)

где r_УД – плотность удаляемого воздуха; v₂ – скорость воздуха в верхних проемах, равная

(8)

При ветреной погоде с наветренной стороны здания образуется зона повышенного давления воздуха за счет затормаживания перемещающихся воздушных масс, а с подветренной и над кровлей здания - разрежение (рис. 2).

Рис. 2. Движение воздушных потоков при обтекании здания в ветреную

погоду

Благодаря образующейся разнице давлений наружный воздух входит в здание через открытые проемы с наветренной стороны здания и выходит через открытые отверстия с противоположной, подветренной стороны.

Воздух, поступающий в помещения или удаляемый из них, в системах естественной вентиляции может передвигаться по специальным каналам - воздуховодам. В этом случая системы называются канальными. Схема такой системы естественной вентиляции производственного помещения, используется ветровой напор показана на рис.3.

Ветер обдувает специальное устройство – дефлектор, позволяющее создавать разряжение при любых направлениях ветра. К дефлектору присоединяется сеть воздуховодов, через которую из различных точек помещения удаляется воздух, содержащий те или иные вредности.

Рис. 3. Схема естественной вентиляции производственного помещения под действием ветрового напора: 1 – вытяжное отверстие; 2 – воздуховод; 3 - дефлектор

Дефлектор представляет собой насадок, который ставится в устье труб или шахт, а также непосредственно над вытяжными отверстиями в крышах зданий. Принцип действия дефлектора основан на использовании энергии потока воздуха — ветра. При обтекании воздухом в лобовой части дефлектора создается зона положительного давления, а в остальной части (примерно 5/7 периметра) — зона разряжения, что способствует усилению вытяжки воздуха из помещения. Наибольшее распространение нашли дефлекторы типа ЦАГИ круглой (см.рис. 4) и квадратной формы.

Рис. 4. Дефлектор ЦАГИ и номограмма для подбора дефлекторов:

1 - патрубок; 2 - диффузор; 3 - корпус; 4 - лапки; 5 — зонт-колпак; 6 - конусный щиток

Дефлектор ЦАГИ представляет собой цилиндрическую обечайку 2, в нижней части которой установлен диффузор 1.

Колпак 3 служит для защиты от попадания атмосферных осадков в патрубок 5, а конус 4 - для предохранения от задувания внутрь дефлектора. При обдувании диффузора 1 ветром внутри обечайки создается разрежение, вследствие чего воздух из помещения по воздуховоду поступает в патрубок 5 и затем выходит наружу через две кольцевые щели между обечайкой и краями колпака 3 и конуса 4.

Подбор дефлекторов удобно производить с помощью номограмм. На рис. 4 приведена номограмма для подбора диаметра патрубка дефлектора производительностью L, м³/ч, по скорости ветра без учета гравитационного давления.

Достоинствами естественных систем вентиляции являются дешевизна устройства вентиляции, простота монтажа и надежность, вызванная отсутствием электрооборудования и движущихся частей. Обратной стороной дешевизны естественных систем вентиляции является сильная зависимость их эффективности от внешних факторов – температуры воздуха, направления и скорости ветра и т.д. Кроме этого, такие системы в принципе нерегулируемы и с их помощью не удается решить многие задачи в области вентиляции.

Дата добавления: 2014-01-05