Вентиляция
Общая информация
• • • Слово «вентиляция» происходит от латинского ventilatio, что в переводе означает проветривание. Под ней понимают регулируемый с помощью технических средств воздухообмен с целью создания наиболее благоприятных и комфортных условий для человека в жилых, производственных и других помещениях. Обычно в любых помещениях за счет неплотности окон, дверей и прочих ограждений всегда происходит инфильтрация наружного воздуха, то есть происходит естественный воздухообмен, который принято называть неорганизованным. Вентиляция представляет собой организованный воздухообмен с применением различных технических средств — приточно-вытяжных установок, вентиляторов, систем чиллер-фанкойл и так далее. К основным характеристикам воздухообмена можно отнести такие параметры как объем и кратность воздухообмена. Под объемом понимают количество воздуха в кубических метрах, поступаемое в помещение в течение часа. Минимальной нормой воздухообмена на одного взрослого человека считается 30 м³/час, на ребенка — 20 м³/час. Кратность воздухообмена — это сколько раз меняется воздух в замкнутом помещении в течение часа. В зависимости от типа и назначения помещения устанавливаются нормы кратности воздухообмена. Так, например, для жилых комнат рекомендована кратность 0, 5 -1, 0, а в кухнях воздух должен меняться более интенсивно и рекомендованная кратность составляет 3, 0. Для производственных помещений данный показатель может сильно отличаться в зависимости от типа производства или деятельности, осуществляемых в данных помещениях. При кратности воздухообмена менее 0, 5 в час, человек начинает чувствовать себя некомфортно, появляется ощущение духоты, снижение работоспособности и т. д.
Эффективность вентиляции Показывает, насколько быстро происходит удаление отработанного воздуха из помещения и определяется процентным отношением концентрации вредных примесей в вытяжном воздухе к концентрации вредных примесей в помещении. Эффективность определяет качество воздухообмена и показывает, насколько вентиляционная система способна обеспечивать комфортные условия по чистоте воздуха. Данный показатель воздухообмена напрямую зависит от геометрии помещения, взаимного расположения приточных и вытяжных каналов, плотности и распределения источников вредных примесей и т. д.
Коэффициент воздухообмена — это процентный показатель скорости замещения воздуха в помещении, который можно определить по формуле: Данный параметр зависит от условий раздачи воздуха в помещении, расположения и геометрических параметров диффузоров, расположения источников тепла и т. д. На сегодняшний день различают два типа воздухообмена в закрытом помещении — вентиляция перемешиванием и вытеснением. Вентиляция вытеснением позволяет получить значение эффективности свыше 100%, тогда как, перемешиванием — не более 100%. Коэффициент воздухообмена может достигать значения от 50 до 100% при использовании вытеснения, и не превышает 50% при перемешивании.
Вентиляция вытеснением Является наиболее эффективным методом воздухообмена на промышленных объектах. Помимо промышленных объектов данный тип весьма популярен в устройстве, так называемых, систем комфортной вентиляции. При правильно рассчитанной схеме данный метод воздухообмена позволяет достигать наиболее высоких показателей качества воздуха. Данный вид воздухообмена работает по следующему принципу: воздух подается на нижний уровень и течет в рабочую зону с минимальной скоростью. Под рабочей зоной подразумевают часть комнаты или помещения занимаемую или используемую людьми. Как правило, рабочей зоной считают пространство, отстоящее на 50 см от стен и оконных проемов и от 10 до 180 см над полом.
Помимо рабочей зоны различают прилегающую зону. Прилегающая зона — это пространство вокруг приточного диффузора, где воздух имеет свою локальную скорость. Комфортная вентиляция подразумевает, что скорость воздуха около диффузора не должна превышать 0, 2 м/с. Для работы принципа вытеснения приточный воздух, подаваемый в рабочую зону, должен иметь немного меньшую температуру, чем воздух помещения. Для комфортных систем температура подаваемого воздуха должна быть на 1 -3°С ниже комнатной температуры, а для промышленных зданий или специальных систем на 1 -5°С. Если же температура приточного воздуха будет слишком низкой относительно температуры основного воздуха помещения, то возникает риск возникновения конвекционных потоков.
Вентиляция вытеснением имеет ряд преимуществ и недостатков. Преимущества: -удобна в эксплуатации в промышленных зданиях и объектах, при значительных выделениях вредных примесей и тепловой энергии; -имеет высокий коэффициент полезного действия и обеспечивает высокое качество воздуха. Недостатки: -приточные диффузоры такой вентиляционной системы требуют более широких площадей для размещения; -приточные диффузоры могут быть случайно загромождены и эффективность значительно снизится; -прилегающая зона значительно расширяется; =вертикальный температурный градиент вырастает.
Под вертикальным температурным градиентом понимают разницу температур приточного воздуха и воздуха под потолком. Оптимальная разница температур для жилых помещений должна находиться в пределах 2 -3°С. При проектировании вентиляции по принципу вытеснения важно учитывать взаимное расположение отопительных устройств, а также их мощность. От этого зависит динамика воздушных потоков внутри помещения. Приточный воздух, подаваемый из диффузоров в рабочую зону снизу, может смешиваться с посторонними течениями воздуха, в связи с чем происходит неравномерный нагрев воздушных слоев по высоте и в некоторых случаях смещение теплого воздуха вниз. На практике это означает, что воздухообмен вытеснением сменился на перемешивание.
Вентиляция перемешиванием При смешивании приточный воздух подается одним или несколькими потоками в рабочую зону и вовлекает в движение большие объемы воздуха внутри помещения. Рабочая зона находится в зоне возвратного потока, где скорость воздуха составляет примерно 70% от скорости приточного потока. Вентиляция перемешиванием имеет ряд характеризующих ее параметров. Длина струи - это расстояние от источника-распределителя до того сечения воздушной струи, где скорость ядра потока падает до 0, 2 м/с. Длина струи боковым фронтом подачи. Длина струи при потолочной подаче.
Эжекция — это процесс смешения двух каких-либо сред, в котором одна среда, находясь под давлением, оказывает воздействие на другую и увлекает ее в требуемом направлении. В нашем же вопросе под эжекцией понимают способность диффузоров подмешивать в струю приточного воздуха прилегающий воздух помещения. Схема эжекции. К одним из приточных устройств с высокой степенью эжекции можно отнести диффузоры струйного типа, где воздух, проходя на большой скорости сквозь сопла, закручивается. Такие диффузоры применяются для устройств перемешивания, тогда как вытеснение использует приточные устройства с низкой степенью эжекции. Для того, чтобы снизить эффект сквозняков при температуре приточного воздуха ниже температуры воздуха помещения, диффузоры должны иметь как можно большую степень эжекции.
Настилающий эффект. В случае если приточное отверстие вентиляции находится слишком близко от плоской поверхности, струя приточного воздуха стремится отклониться в сторону этой поверхности и течь непосредственно по ее плоскости. Данный эффект достигается благодаря разряжению атмосферы между приточной струей и ограничивающей плоской поверхностью, а так как нет возможности подмеса воздуха в приточную струю, то она отклоняется в сторону этой поверхности. Если воздухообмен требует создания настилающего эффекта, то приточное отверстие должно располагаться на расстоянии не более 30 см от ограничивающей поверхности. Настилающий эффект по поверхности потолка.
Скорость воздуха и температура. Одним из немаловажных факторов ощущения комфорта в помещении является отсутствие сквозняков. Данный эффект достигается при скорости движения воздуха менее 0, 18 м/с и его температуре в пределах 20… 22°С. При этом скорость движения воздуха в помещении зависит от таких факторов как геометрия помещения, температура воздуха в рабочей зоне, назначение помещения, интерьер и т. д. Скорость и температура воздуха в рабочей зоне.
Препятствия. При проектировании вентиляции необходимо учитывать наличие физических препятствий. К физическим препятствиям можно отнести потолочные светильники, перекрытия, ярусы (если потолок многоярусный) и др. Струя приточного воздуха с большой долей вероятности способна обогнуть препятствие, если оно не превышает 2% от высоты потолка.
Вентиляция аудиторий Аудитории и учебные классы являются специфическими помещениями — большая рабочая зона, высокие потолки, значительное количество людей. Обновление воздушных масс подобных помещений требует особого похода. Одним из наиболее распространенных способов воздухообмена таких помещений является организация подвода приточного воздуха под Приточный воздух подаётся под сидячие места. Делается это с расчетом сидячие места. на то, что приточный воздух будет нагреваться и под воздействием тепла подниматься вверх. Однако на практике это не всегда срабатывает. Воздух склонен вести себя как жидкость, и перед тем как устремиться вверх, стекает вниз и накапливается, а уже потом поднимается вверх и устремляется к вытяжным отверстиям. В связи с этим, иногда, целесообразно размещать диффузоры во фронтальной части Приточный диффузор размещен аудиторий и учебных классов. во фронтальной части помещения. Проиллюстрировать это можно следующим образом:
Несмотря на теоретические расчеты и компьютерное моделирование поведения потоков воздуха, на практике добиться реальной вентиляции вытеснением довольно трудно, необходимо учитывать ряд таких факторов, как количество и взаимное расположение диффузоров, наличие и место положения источников тепла, интерьер комнаты и прочие факторы. На практике это означает, что замещение воздуха вытеснением фактически является перемешиванием. Некоторые эксперименты с размещением и геометрией диффузоров показали, что вентиляция перемешиванием может быть весьма удовлетворительной. Так, например, перемешивание воздуха показало хорошие результаты, когда вытяжные отверстия располагаются в задней части помещения (непосредственно над дверью). Однако при расположении вытяжных отверстий в других частях помещения приводило к образованию короткозамкнутых потоков. Потолочный диффузор Основной и дополнительный диффузоры
Естественная вентиляция Обуславливается разницей температур наружного и внутреннего воздуха, а также силой ветра. Работает это следующим образом. Ветровые потоки воздействуют на одну сторону здания, оказывая на нее давление и вгоняя свежий воздух в помещение. Тогда как с противоположной стороны здания создается разреженная атмосфера и отработанный воздух из помещения стремиться вырваться наружу. Естественная вентиляция в значительной степени зависит от структуры строительного материала стен здания. Такие материалы как дерево и бетон хорошо пропускаю воздух и способны обеспечить достаточный воздухообмен в помещениях. А вот бетон, масляная краска, штукатурка значительно снижают воздухопроницаемость. Для того чтобы естественная вентиляция была более эффективной, прибегают к использованию окон, форточек, фрамуг, позволяющих беспрепятственно проникать наружному воздуху внутрь помещения. Одним из распространенных методов устройства воздухообмена в квартирах являются вытяжные вентиляционные каналы, как правило, располагающиеся в кухнях, ванных комнатах, туалетах. Данные каналы из комнат ведут на крышу здания, где заканчиваются специальными насадками — дефлекторами, за счет ветра усиливающими эффект обновления воздушных масс.
Однако в больших жилищных системах (например, в многоэтажках) вентиляция квартир с помощью вентиляционных каналов не всегда эффективна. Иногда происходит так называемое «опрокидывание тяги» , когда вместо удаления отработанного воздуха из помещения происходят обратные процессы — через каналы в помещение поступает наружный воздух вместе с пылью и посторонними запахами. В этом случае целесообразно в вентиляционные каналы устанавливать вентиляторы. Однако слишком мощные вентиляторы, установленные в одной квартире, могут выгонять воздух не только на крышу, но и в соседние квартиры.
Механическая вентиляция Одним из современных и наиболее эффективных способов организованного воздухообмена в помещении является механическая вентиляция. Она при помощи электродвигателей, вентиляторов, воздухонагревателей, фильтров, автоматики и т. д. позволяет транспортировать воздух на значительные расстояния. Однако, в отличие от естественной вентиляции, механическая требует затрат электроэнергии, иногда довольно значительных. Данный вид систем позволяет осуществлять качественный воздухообмен в помещениях независимо от объемов удаляемого и приточного воздуха, кроме того, работа такой системы не зависит от погодных условий. Также к положительным моментам механической системы вентиляции можно отнести то, что она позволяет производить обработку приточного воздуха — подогрев или охлаждение, осушение воздуха или увлажнение воздуха, фильтрацию и т. д. , что практические невозможно при естественном воздухообмене. На практике часто используют смешанную вентиляцию — и механическую, и естественную. Каждый конкретный проект определяет необходимость в санитарно-гигиеническом отношении, техническом плане и экономической целесообразности какому типу воздухообмена отдать предпочтение.
Вентиляторы являются основным элементом систем механического воздухообмена. По определению, вентиляторы — это машины, предназначенные для транспортирования газов с невысокой степенью сжатия по сети воздуховодов или просто из одного помещения в другое (или на/с улицы). По типу и конструктивным особенностям вентиляторы делятся на осевые, центробежные и тангенциальные. В зависимости от потребностей выбирается тип вентилятора, его производительность, конструктивное исполнение и другие технические характеристики.
Приточно-вытяжная вентиляция В общем случае вентиляция должна быть и приточной и вытяжной. При этом, производительность обоих видов должна быть сбалансирована, с учетом вероятности поступления воздуха из смежных помещений или его удаления в таковые. Сбалансированный приточно-вытяжной воздуххобмен позволяет в значительной степени снизить фактор сквозняков и избежать эффекта «хлопающих дверей» . Однако, на практике, зачастую используют либо приточную (тогда воздух удаляется из помещения через неплотности проемов, окна, форточки, фрамуги), либо вытяжную (когда удаляется теплый и загрязненный воздух, а приток свежего производится естественным путем).
Приточная Производится посредством приточных установок. Вентиляционная приточная установка служит для подачи свежего воздуха в помещение взамен удаляемого. Приточная установка в современном исполнении может быть как моноблочной, так и наборной. Моноблочные системы имеют большую монтажную готовность и не требуют специальных навыков и знаний при их установке, однако имеют большую стоимость, чем наборные системы приточной вентиляции. Для установки моноблочной системы достаточно закрепить установку на стене и подвести к ней сеть воздуховодов и электропитание. Приточная установка в качестве основных узлов имеет калорифер, вентиляторы, систему фильтрации и электроавтоматику для управления и контроля. Если к качеству воздуха предъявляются особые требования, то приточный воздух может подвергаться дополнительной обработке, такой как нагрев, охлаждение, осушение воздуха, увлажнение воздуха, очистка с помощью фильтров и т. д. Приточные установки бывают как промышленного назначения (используются на промышленных объектах), так и бытового.
Вытяжная Является прямо противоположным явлением приточной и предназначена для удаления отработанного воздуха из жилых, производственных и других помещений. Различают общеобменную (осуществляющую воздухообмен для всего помещения) и местную (устанавливаемую непосредственно на рабочем месте). Как правило, вытяжная вентиляция оправдывает себя на промышленных объектах, когда необходимо удалять избыточное тепло и вредные примеси либо из всего объема воздуха помещения, либо только из определенных мест. Однако, для квартир также может использовать вытяжные установки — на кухнях, в ванных комнатах, туалетах. Работа вытяжной установки может быть основана как на принципе естественного воздухообмена, так и иметь механическое побуждение движения воздуха, например, используя вентиляторы.
Местная вентиляция В случае если приточный воздух подается на определенные места в помещении, или наоборот отработанный воздух отводится из таковых мест, то вентиляция называется местной. Различают местную приточную и местную вытяжную. Местная приточная — требует меньших затрат при эксплуатации, чем общеобменная. В основном применяется в производственных помещениях, где необходим интенсивный воздухообмен (местные отсосы и приток) для обслуживания рабочих мест с целью снижения концентрации излишков влаги, теплоты, газов, вредных примесей, пыли и т. д. Как правило, применяется в совокупности с общеобменной. Местная вытяжная — применяется в тех случаях, когда источники выделения вредных веществ, теплоты и других выделений в помещении локализованы, и можно не допустить загрязнение воздуха во всем помещении. Она позволяет добиваться хорошего санитарно-гигиенического эффекта при небольших объемах удаляемого воздуха за счет того, что удаление вредных веществ происходит непосредственно из мест их образования или выделения и возможность их распространения в воздухе ограничивается. Если же производственные работы ведутся на всей площади помещения, и грязный воздух распространяется на значительной площади или в значительном объеме, тогда она неэффективна, и требуются другие решения для обеспечения необходимых условий воздушной среды.
Общеобменная вентиляция Предназначена для воздухообмена во всем помещении, либо в значительной его части. Обещеобменные вытяжные системы равномерно удаляют воздух из помещения, в то время как общеобменная приточная обеспечивает подачу свежего воздуха и равномерное его распределение по всему объему пространства помещения. Общеобменная приточная — используется для разбавления вредных концентраций примесей в воздухе помещения, которые не были удалены при помощи систем местной вентиляции. Она также помогает поддерживать нормы свободного дыхания человека в рабочей зоне. Если тепловой баланс отрицательный, то есть температура в помещении ниже температуры внешнего воздуха, то общеобменная приточная вентиляция устраивается с механическим побуждением движения приточного воздуха (например, используют вентиляторы) и его подогревом. При этом количество воздуха, подаваемого подобной системой, должно быть достаточным для компенсации удаляемого.
Общеобменная вытяжная — простейший тип — это обычные вентиляторы, как правило, осевого типа, которые располагаются в оконном проеме, форточке или в отверстии стены. Такой воздухообмен способен удалять воздух только из зоны расположенной непосредственно возле вентилятора и осуществляет лишь общий воздухообмен. Иногда общеобменная вытяжная вентиляция использует для транспортирования воздушных масс воздуховоды. Однако при относительно длинной трассе воздуховодов возникает потеря давления и эффективность воздухообмена снижается. Наиболее простым решением в данной ситуации является установка более мощного осевого вентилятора или используются вентиляторы центробежного типа. В зависимости от типа и назначения помещения выбирается та или иная система вентиляции. В каждом конкретном случае следует учитывать, что загрязняет воздух — пыль, избыточное тепло, тяжелые газы, легкие газы, влага, пары и т. д. , а также характер распределения загрязняющих веществ в объеме помещения (сосредоточенное распределение, рассредоточенное, разноуровневое и т. д. ) В ряде случаев рационально использовать вытяжные каналы в полу здания, а иногда наоборот — переносить их в верхнюю часть помещения. Как правило, в помещении любого назначения невозможно обойтись одной системой вентиляции, например, только приточной или только вытяжной. Наиболее эффективной системой воздухообмена является общеобменная приточно-вытяжная с механическим побуждением.
Канальная и бесканальная вентиляция Вентиляционная система может иметь как бесканальное, так и канальное исполнение. Бесканальная не имеет сети воздуховодов, и воздухообмен происходит через какиелибо отверстия в стенах — окна, форточки, фрамуги и т. д. Канальная же подразумевает наличие вентиляционных каналов, по которым воздух транспортируется и подается (или наоборот отводится) в определенные места. При этом бесканальная, более проста и дешева при монтаже и эксплуатации, но имеет и более низкую эффективность по сравнению с канальной системой. Подготовка воздуха В ряде случаев недостаточно простого воздухообмена в помещении. Если к качеству воздуха предъявляются особые требования, то на помощь приходит дополнительное оборудование. Летом, когда воздух более теплый и влажный, целесообразно прибегнуть к применению систем кондиционирования, которые позволяют помимо осуществления процесса воздухообмена производить обработку воздуха — его фильтрацию и охлаждение. К такому оборудованию можно отнести бытовые сплитсистемы кондиционирования, системы чиллер-фанкойл, промышленные кондиционеры и т. д. Зимой воздух более холодный и сухой, и для его подготовки помимо фильтрации можно использовать подогрев и увлажнение воздуха. Если вентиляция квартир является вопросом относительно несложным, то существует ряд специфических помещений, где качество воздуха требует более внимательного подхода.
