Принцип будови і розрахунок природної вентиляції

 

У природній вентиляції повітрообмін здійснюється внаслідок різної об'ємної ваги повітря всередині і зовні приміщення або під впливом вітру, тобто за рахунок теплового або вітрового тиску.

Природна вентиляція може бути:

а) неорганізованою, що здійснюється через нещільності в будівельних конструкціях;

б) організованою (канальною або без канальною).

Неорганізована, або нерегульована, природна вентиляція приміщень здійснюється за рахунок нещільності конструкцій (засув вікон, дверей), а також через мікропори стін і перегородок.

В організованій природній вентиляції видалення забрудненого повітря з приміщення і подача свіжого може здійснюватися через спеціальні отвори, зроблені в стінах і світлових прорізах або по спеціальних каналах.

У першому випадку її називають безканальною (аерацією), а в другому – канальною.

При аерації природний обмін повітря в будівлях здійснюється за рахунок теплового тиску. Розглянемо, як він утворюється.

Зобразимо розріз виробничого приміщення, що має нижні і верхні прорізи.

 

Рисунок 3.1 - Схема утворення теплового тиску

 

Температура повітря усередині цеху (t_вн) внаслідок виділення надлишків наявної теплоти буває, як правило, вища за температуру зовнішнього повітря t_з. Отже, об'ємна вага зовнішнього повітря більша від об'ємної ваги повітря всередині цеху. Це обумовлює наявність різниці тиску зовнішнього і внутрішнього повітря.

На підставі чого ми так говоримо? Відомо, що об'ємну вагу повітря можна знайти за формулою

 

, (3.4)

де Р_б – барометричний тиск, мм рт. ст.;

Т – абсолютна температура повітря, ^оК.

На певній висоті приміщення розміщена площина рівного тиску. Тут тиск повітря всередині і зовні приміщення однаковий (див. рис.3.1).

Нижче за площину рівного тиску існує розрідження, яке обумовлює надходження зовнішнього повітря через двері:

 

ΔH₁ = h₁ (γ_з – γ_вн), (3.5)

де γ_вн – об'ємна вага повітря в приміщенні, кГ/м³,що відповідає температурі повітря в приміщенні;

γ_з - об'ємна вага повітря зовні приміщення, кГ/м³,що відповідає температурі повітря зовні приміщення.

Вище за площину однакових тисків існує надмірний тиск, який на рівні центру верхніх отворів (кватирки) складає

 

ΔH₂ = h₂(γ_з – γ_вн). (3.6)

 

Цей тиск спрямований назовні приміщення та спричиняє витягування. Загальна величина гравітаційного тиску, під впливом якого відбувається повітрообмін в приміщенні, дорівнює сумі тиску на рівні нижніх і верхніх прорізів:

 

H = ΔH₁ + ΔH₂ = h (γ_з – γ_вн). (3.7)

 

Величина Н – сума тиску на рівні нижніх і верхніх прорізів називається тепловим тиском. Він залежить від відстані між нижніми і верхніми прорізами (h) і різниці обємної ваги повітря зовні і всередині будівлі.

Оцінення ефективності природної вентиляції робочого приміщення здійснюється порівнянням необхідного повітрообміну з фактичним таким чином.

Якщо об’єм робочого приміщення, що припадає на кожного працівника, менше 20 м³, необхідний повітрообмін повинен складати не менше L' = 30 м³/год на одну особу. При об’ємі 20 м³ і більше на одного працівника повітрообмін повинен складати не менше L' = 20 м³/год. При об’ємі 40 м³ і більше на одного працівника за наявності в приміщенні вікон та дверей повітрообмін не лімітується.

Таким чином, необхідний повітрообмін L_н, м³/год, обчислюється за формулою

 

, (3.8)

 

де n - кількість працівників у найбільш чисельній зміні, а для офісних приміщень з урахуанням можливих відвідувачів.

 

Фактичний повітрообмін здійснюється за допомогою природної вентиляції як неорганізовано – через різні нещільності у віконних і дверних прорізах, так і організовано - через кватирку у віконному прорізі.

Фактичний повітрообмін L_ф, м³/год, обчислюється за формулою

 

, (3.9)

 

де F_кв - площа кватирки, через яку буде виходити повітря, м²;

V_п - швидкість виходу повітря через кватирку, м/с. Її можна розрахувати за формулою

 

, (3.10)

 

де g - прискорення вільного падіння, g =9,8 м/с;

∆Н₂ - тепловий напір, під дією якого буде виходити повітря з кватирки, кг/м², можна знайти за формулою (3.6):

 

,

 

де h₂ - висота від площини рівних тисків до центра кватирки (рис. 3.1).

Її можна визначити з наступного співвідношення: відстані від площини рівних тисків до центрів нижніх і верхніх прорізів відповідно h₁ та h₂, обернено пропорційні квадратам площ цих прорізів S_дв (площа дверей) та F_кв, тобто

 

. (3.11)

 

З геометричних розмірів приміщення h₁+h₂=h,

де h – висота між центрами нижніх та верхніх прорізів.

Таким чином, з системи двох рівнянь з двома невідомими знаходимо h₂ (дивись рис. 3.1).

Об'ємна вага повітря визначається за формулою (3.4):

 

,

 

де Р_б - барометричний тиск, мм рт.ст., в розрахунках береться Р_б = 750 мм рт.ст.;

Т - температура повітря, градуси Кельвіна.

Для управлінських приміщень, в яких виконується легка робота відповідно до ГОСТу 12.1.005-88 для теплого періоду року, температура повітря повинна бути не вище +28˚С, або T=301К, для холодного періоду року відповідно t=17˚С, або T=290К.

Для повітря зовні приміщення температура визначається за СНиП 2.04.05-91:

для теплого періоду: t = 24˚С, T = 297 К;

для холодного періоду: t = -11˚С, T = 262 К.

 

Визначивши фактичний повітрообмін і порівнявши його з необхідним, можна зробити висновок про ефективність природної вентиляції у приміщенні. Якщо виявиться, що вона не ефективна, тобто L_ф < L_н, або L_ф набагато більше L_н, необхідно дати рекомендації з поліпшення вентиляції і перевірити їх дієвість розрахунками. Зокрема, якщо у холодному періоді року фактичний повітрообмін набагато перевищує необхідний, що може викликати переохолодження працівників, можна рекомендувати скорочення часу провітрювання приміщення пропорційно перевищенню фактичного повітрообміну над необхідним.

Наведені формули справедливі лише для будівель, добре захищених від вітру або для умов безвітряної погоди.

При обдуванні будівлі вітром з навітряної сторони утворюється підвищений тиск повітря, а на завітреній стороні будівлі – розрідження. Нижче показаний витяжний пристрій, що не задувається.

Рисунок 3.2 - Пристрій, що не задувається

 

Величина тиску, що утворюється на навітряній стороні будівлі, і величина розрідження, яка утворюється на завітреній стороні будівлі, можуть бути розраховані за формулою

, (3.12)

 

де Н_в – вітровий тиск або розрідження, кГ/м²;

Vв – швидкість руху вітру, м/с;

а – аеродинамічний коефіцієнт, залежний від конфігурації будівлі і визначається дослідним шляхом (0,7 – 0,85 – на навітряній стороні; 0,3 – 0,45 на завітреній стороні).

Переваги природної вентиляції: економічність, простота будови та експлуатації.

Недоліки: неможливість підготовки повітря, що надходить та очищення повітря, що видаляється.