Естественная вентиляция

Воздухообмен при естественной вентиляции происходит в результате разности температур воздуха в помещении и наружного воздуха, а также в результате действия ветра.

Разность температур воздуха внутри (более высокая температура) и снаружи помещения, а следовательно, и разность плотностей вызывают поступление в помещение холодного воздуха и вытеснение из него теплого. При действии ветра с заветренной стороны здания создается разрежение, вследствие чего происходит вытяжка теплого и загрязненного воздуха из помещения, с наветренной стороны здания создается избыточное давление, и свежий воздух поступает в помещение на смену вытягиваемому воздуху.

Естественная вентиляция производственных помещений может быть неорганизованной и организованной.

При неорганизованной вентиляции поступление и удаление воздуха происходит через неплотности и поры наружных ограждений (инфильтрация), через окна, форточки, специальные проемы (проветривание).

Инфильтрация может быть значительной для жилых зданий и достигать 0,5–0,75 объема помещения в час, а для промышленных предприятий до 1–1,5 ч^-1.

Организованная (поддающаяся регулировке) естественная вентиляция производственных помещений осуществляется аэрацией и дефлекторами.

Аэрацией называется организованная естественная общеобменная вентиляция помещений в результате поступления и удаления воздуха через открывающиеся фрамуги окон и фонарей (рис. 48). Воздухообмен в помещении регулируют различной степенью открывания фрамуг (в зависимости от температуры наружного воздуха, скорости и направления ветра).

Рис. 48. Схема аэрации здания

Здание оборудовано двумя рядами оконных проемов с фрамугами. На крыше вентилируемого помещения устраиваются вытяжные аэрационные фонари с фрамугами, открывающимися с земли. Наружный воздух, имеющий более низкую температуру и большую плотность, чем воздух внутри помещения, поступает через нижние проемы (1–1,5 м от пола) и, вытесняя воздух, находившийся в помещении, выходит наружу через проемы в фонаре здания (рис. 49,а,б). Ветер усиливает аэрацию (рис. 49,в,г).

В зимнее время поступление свежего воздуха осуществляется через проемы, расположенные на высоте 4–7 м от пола.

Расчет естественной вентиляции заключается в определении площадей вентиляционных проемов здания и включает следующие этапы.

1. Определение скорости движения воздуха v (м/с) в нижнем проеме:

,

где h – расстояние между центрами нижнего и верхнего проемов, м; , – плотность наружного и внутреннего воздуха, кг/м³.

2. Определение площади (м²) нижних вентиляционных проемов:

,

где – коэффициент расхода воздуха через нижние проемы ( = 0,15–0,65).

3. Определение потери давления (Па) в нижних проемах:

_.

Рис. 49. Регулирование воздушных потоков при естественной вентиляции путем открывания створок:
а – при безветрии в теплое время года; б – при безветрии в холодное время года; в – при боковом ветре
в теплое время года; г – при боковом ветре в холодное время года; 1, 6 – нижние створки; 2, 5 – верхние створки; 3, 4 – створки в аэрационных фонарях кровли; 7 – источники теплоты

4. Определение избыточного давления (Па) в верхних проемах:

_,

где H_Г – гравитационное давление воздуха, Па,

_.

5. Определение площади (м²) верхних вентиляционных проемов:

,

где – коэффициент расхода воздуха через верхние проемы.

Преимуществом аэрации является то, что большие объемы воздуха (до нескольких миллионов кубических метров в час) подаются в производственное помещение и удаляются из него без затрат механической энергии. Система аэрации значительно дешевле механических систем вентиляции. Она является эффективным средством борьбы с избытками явного тепла в горячих цехах: прокатных, литейных, кузнечных. К недостаткам аэрации следует отнести существенное снижение эффективности в летнее время, когда повышается температура наружного воздуха, особенно в безветренную погоду. Кроме того, приточный воздух поступает в помещение без предварительной очистки и подогрева, а удаляемый не очищается от выбросов и загрязняет наружный атмосферный воздух.

Канальная естественная вытяжная вентиляция без организованного притока воздуха широко применяется в жилых и административных зданиях (рис. 50). Для использования кинетической энергии ветра в целях усиления вытяжки в системах естественной вентиляции на устье вытяжных шахт устанавливают специальные насадки – дефлекторы. Наибольшее распространение получили дефлекторы типа ЦАГИ (рис. 51). Дефлектор представляет собой цилиндрическую обечайку, укрепленную над вытяжной трубой, заканчивающимся плавным расширением – диффузором. Дефлекторы устанавливают в местах, хорошо обдуваемых ветром.

Рис. 50. Схема естественной канальной вытяжной вентиляции: h1 – нижний ярус окон; h2 – верхний ярус окон	Рис. 51. Принципиальная схема дефлектора ЦАГИ: 1 – патрубок; 2 — диффузор; 3 — цилиндрическая обечайка; 4 — зонт

Эффективность работы дефлектора зависит от силы ветра и высоты его установки над коньком крыши. При ориентировочном подборе дефлекторов определяют диаметр подводящего патрубка D ₀(в мм) и соответствующие ему конструктивные размеры:

,

где – производительность дефлектора, м /ч; – скорость воздуха в патрубке половине скорости ветра; обычно = 1,5–2 м/с при скорости ветра 3–4 м/с (для каждой местности известна средняя скорость ветра за наиболее жаркие месяцы, для Москвы такая скорость равна 3,4 м/с).

Более точно дефлекторы подбирают по специальным номограммам. Диаметр патрубков дефлекторов обычно равен 0,2–1,0 м.