5.2. Естественная вентиляция

Воздухообмен в производственных помещениях при естественной вентиляции осуществляется благодаря возникающей разности давлений снаружи и внутри зданий (Р). Эта разность определяется, во-первых, величиной теплового напора (Р_т), обусловленной разностью температур (плотностей) наружного, (вне здания) и внутреннего (в помещении) воздуха и, во-вторых, величиной ветрового напора (Р_в), обусловленной интенсивностью обдувания здания ветровым потоком.

Расчетная разность давлений определяется по формуле

Р = Р_т + Р_в = g h(_н _вн)+ К_зд _н, (5.1)

где g – ускорение свободного падения, м/с²; h – расстояние по вертикали между центрами приточного и вытяжного отвер-

стий, м; _н и _вн – плотность наружного и внутреннего воздуха, кг/м³; W_в – скорость ветрового потока, обдувающего здание, м/с; К_зд – коэффициент аэродинамического сопротивления здания.

Естественная вентиляция отличается дешевизной, так как большие объемы воздуха подаются в помещение и удаляются из него без применения специальных устройств (вентиляторов, воздуховодов). Вентиляция происходит через вытяжные каналы, шахты, форточки и фрамуги зданий.

Недостаток естественной вентиляции состоит в том, что приточный воздух поступает в помещение без предварительной очистки и подогрева, а удаляемый не очищается от выбросов и загрязняет наружный воздух. Кроме того, ее эффективность может существенно падать при повышении температуры наружного воздуха, особенно в безветренную погоду.

Естественная вентиляция может иметь неорганизованный и организованный характер. При неорганизованной вентиляции воздух поступает и удаляется из помещения через неплотности и поры наружных ограждений зданий (инфильтрация), а также через форточки, окна, открываемые без всякой системы.

Естественная вентиляция считается организованной, если направление воздушных потоков и воздухообмен регулируются с помощью специальных устройств. Систему организованного воздухообмена называют аэрацией. Организованная естественная вентиляция может быть вытяжной без организованного притока воздуха (канальная) и приточно-вытяжная с организованным притоком воздуха (канальная и бесканальная аэрация).

Канальная естественная вентиляция без организованного притока воздуха (рис. 5.1) широко применяется в жилых и административных зданиях. Расчетное гравитационное давление таких систем вентиляции определяют при температуре наружного воздуха 5С, считая, что все оно расходуется на тракте вытяжного канала, без учета сопротивления входу воздуха в здание.

При расчете сети воздуховодов прежде всего производят ориентировочный подбор их сечений исходя из допустимых скоростей движения воздуха в каналах верхнего этажа V = 0,5

0,8 м/с, в каналах нижнего этажа и сборных каналах на чердаке V = 1─1,5 м/с.

Для увеличения располагаемого давления в системах естественной вентиляции на устье вытяжных шахт устанавливают насадки-дефлекторы.

Наибольшее распространение получили дефлекторы типа ЦАГИ (рис. 5.2), которые представляют собой цилиндрическую обечайку, укрепленную над вытяжным патрубком, заканчивающимся плавным диффузором.

Рис. 5.1. Схема естественной канальной вытяжной вентиляции:

h₁ – нижний ярус окон; h₂ – верхний ярус окон

Рис. 5.2. Схема дефлектора типа ЦАГИ:

1 – диффузор; 2 – конус; 3 – лапки, удержи-

вающие колпак и обечайку; 4 – обечайка;

5  колпак

Для предотвращения попадания дождя в вытяжной патрубок предусмотрен колпак. Усиление тяги при использовании дефлектора обеспечивается за счет того, что поток ветра, обтекая обечайку, создает вокруг большей части ее периметра разрежение, обеспечивающее подсос воздуха из вытяжного патрубка. Эффективность работы дефлектора зависит от скорости ветра и высоты установки его над коньком крыши.

Расчет дефлектора сводится к определению диаметра его патрубка. Ориентировочно диаметр патрубка d дефлектора типа ЦАГИ можно определить по формуле

d = 0,0188 , м, (5.2)

где L – объем вентиляционного воздуха, м³/ч; V_в – скорость воздуха в патрубке, м/с.

Скорость воздуха (м/с) в патрубке при учете только давления, создаваемого действием ветра, находят по формуле

V_в = , (5.3)

где W_в – скорость ветра, м/с;  – сумма коэффициентов местных сопротивлений вытяжного воздуховода, при его отсутствии  = 0,5 (вход в патрубок); – длина патрубка или вытяжного воздуховода, м.

С учетом давления, создаваемого ветром, и теплового давления скорость воздуха в патрубке вычисляют по формуле

V_{в =} , (5.4)

где Р_т = h_д (_н _вн) – тепловое давление, Па; здесь h_д – высота дефлектора, м; _н, _вн – плотность наружного воздуха и воздуха внутри помещения, соответственно, кг/м³.

Скорость движения воздуха в патрубке составляет примерно 0,2─0,4 скорости ветра, то есть V_в = (0,2–0,4)W_в. Если дефлектор установлен без вытяжной трубы, непосредственно в перекрытии скорость воздуха несколько больше V_в = 0,5W_в.

Бесканальной аэрацией называется организованная общеобменная естественная вентиляция помещений в результате поступления и удаления воздуха через открывающиеся фрамуги окон и фонарей.

Аэрация нашла широкое применение в промышленных зданиях, характеризующихся технологическими процессами с большими тепловыделениями. Поступление наружного воздуха в цех в холодный период года выполняют с таким расчетом, чтобы холодный воздух не попадал в рабочую зону. Для этого наружный воздух подается в помещение через проемы, расположенные не ниже 4,5 м от пола (рис. 5.3). В теплый период года приток наружного воздуха ориентируют через нижний ярус оконных проемов (Н = 12 м)..

Рис. 5.3. Схема аэрации промышленного здания:

1 – нижний ярус окон; 2 – верхний ярус окон

При расчете аэрации определяют требуемую площадь проходного сечения проемов и аэрационных фонарей для подачи и удаления необходимого количества воздуха.

Исходными данными являются конструктивные размеры помещений, проемов и фонарей, величины тепловыделений

в помещении, параметры наружного воздуха. Согласно СНиП 2.04.05-91 расчет рекомендуется выполнять на действие гравитационного количество воздуха, выходящего из помещения через 1 м² площади отверстия, с учетом только теплового давления и при условии равенства площадей отверстий в стенах и фонарях при коэффициенте расхода  = 0,6 можно определить по упрощенной формуле

L_в = , (5.5)

где L_в – количество воздуха, м³/ч; h – расстояние между центрами нижних и верхних отверстий, м; t – разность температур воздуха: средней (по высоте) в помещении и наружной, ⁰С.

Ветровой напор надлежит учитывать только при защите вентиляционных проемов от задувания, чтобы предотвратить нежелательное поступление наружного воздуха через фонарь, что вызывает перемещение загрязненного воздуха из верхней зоны в рабочую (так называемое опрокидывание тяги).