Устройство естественной вентиляции

При естественной вентиляции смена воздуха происходит под влиянием теплового и ветрового напора. Действие теплового и ветрового напора проявляется преимущественно одновременно.

Воздухообмен в производственных зданиях может быть орга­низованным и неорганизованным. Организованный воздухооб­мен включает в себя регулирование кратности воздухообмена и скорости

движения воздуха. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий предусматривают устройство организованного воздухообмена во всех производственных помещениях с кубатурой на одного работающего менее 20 м3, при этом возду­хообмен должен быть в количестве не менее 30 м3/час на одного работающего. В помещениях с кубатурой на одного работающего от 20 до 40 м3, воздухообмен должен быть в количестве не ме­нее 20 м3/час на одного работающего.

Организованный воздухообмен обычно создается управляе­мым проветриванием или дефлекторами. Неорганизованный воз­духообмен (инфильтрация) в помещениях происходит через не­плотности ограждающих конструкций (окна, двери, пористость ограждающих конструкций и т. д.).

Согласно санитарным нормам, неорганизованный приток на­ружного воздуха для возмещения вытяжки в холодный период года допускается в объеме не более однократного воздухообмена в час.

Организованная естественная вентиляция — аэрация. В про­изводственных помещениях аэрация осуществляется обычно че­рез световые фонари, окна или через специальные шахты или проемы. Крат­ность воздухообмена, а также направление воз­душного потока при аэра­ции можно регулировать величиной открытия проемов в соответствии с теп­ловым и ветровым напо­рами.

Причиной движения воздуха в помещении яв­ляется разность весов столбов наружного и внутреннего воздуха (располагаемый напор). Этот напор расходуется на преодоление сопротивления движению воздуха внутри здания.

Равенство давлений воздуха снаружи и внутри производ­ственного помещения имеет место лишь в некоторой горизонталь­ной плоскости, между полом и потолком. Эта плоскость назы­вается зоной равных давлений (рис. 7).

Обозначим через ∆ P1 вес столба воздуха высотою Н1 — от центра нижних отверстий до плоскости равных давлений. Оче­видно, разность давлений на уровне центра нижних отверстий будет

∆ P1 = H1γн - H1γв = H1 (γн - γв) кг/м2

Рис. 7. Схема распределения давлений.

1 — вытяжка; 2 — приток.

Аналогично разность давлений на уровне центра верхних отверстий

∆ P2 = H2 (γн - γ) кг/м2.

При этом давление в помещении выше наружного.

Общая величина всего располагаемого напора будет

∆ P = ∆ P1 +∆ P2 = H1 (γн - γв) + H2 (γн - γв).

но так как

H1 + H2 = H, то ∆ P = H (γн - γ) кг/м2.

На основании приведенной формулы можно заключить, что для создания большего теплового напора необходимо увеличивать расстояние между приточными и вытяжными отверстиями, что достигается в большинстве случаев устройством фонарей.

Рис. 8. Схема аэрации многопролетного цеха: а) активизированный профиль; б), в) аэрационная вышка.

Большое значение имеет правильное размещение приточных отверстий. Рекомендуется в теплые периоды года обеспечить при­ток свежего воздуха в нижнюю зону помещения с таким расчетом, чтобы свежий воздух поступал на рабочие места (рис. 8).

В холодное время, во избежание простудных заболеваний, рекомендуется обеспечить приток воздуха на высоте 4—6 м от пола; при этом наружный воздух, доходя до рабочих мест.

Действие ветра. При наличии ветра на наветренных сторонах здания возникают избыточные давления, а над кровлей (с углом подъема более 45°) и на подветренной стороне возникает разрежение (рис. 10).

Рис. 10. Схема обтекания здания ветром.

Разность давлений делает возможным вход воздуха через все открытые проемы наветренной стороны и выход через отверстия и проемы подветренной стороны.

Величину наибольшего давления, которое создается потоком воздуха при внезапном его торможении, можно определить по формуле

Pд = υ2 * γн - 2g кг/м2,

где Рд— динамическое (скоростное) давление в кг/м2;

υ — скорость ветра в м/сек;

γн — удельный вес атмосферного воздуха в кг/м3;

g — ускорение земного притяжения в м/сек2.

Как показывают исследования, повышение давления на навет­ренной стороне здания обычно лежит в пределах от 0,75 Рд до 0,85 Рд .

Величина разрежения на подветренной стороне здания лежит и пределах от 0,40 Рд до 0,45 Рд.

Разность давлений с наветренной и подветренной стороны знания превышает скоростное давление ветра на 15—30%.

Профиль фонаря оказывает серьезное влияние на эффектив­ность действия аэрации. Получивший в свое время широкое рас­пространение М-образный профиль фонаря не дает возможности использовать разрежение у кромки срыва потока и часть отработанного воздуха возвращается обратно в рабочую зону. Следовательно, эффективность аэрации зави­сит также и от проветривания межфонарного пространства.

Эти недостатки устранены в фонаре систе­мы В. В. Батурииа-Бранта (рис. 11), в кото­ром вследствие расположения фрамуг в непо­средственной близости к зоне повышенного давления разрежение в районе фрамуг значи­тельно лучше, чем в М-образном профиле; кро­ме того, межфонарное пространство загряз­няется в значительно меньшей степени.

Основным способом регулирования служит изменение площади открытия приточных отвер­стий. Величина воздухообмена регулируется ко­личеством и степенью открытия приточных фрамуг.

Общая площадь открытых фрамуг определяется по объему воздуха, который должен поступать в помещение и удаляться от него.

Объем воздуха, проходящего через отверстие, снабженное створным переплетом, можно определить по формуле

Lnp = Fμυ * 3600 м3/час,

где F — площадь проема в м;

υ — расчетная скорость в м/сек;

μ – коэффициент расхода; для открытых проемов или при створных переплетах, открытых на угол 90°, μ = 0,65, на 4-5° — μ = 0,44 и на 30° — μ = 0,32.

Предложены различные конструкции азрационных фонарей. Экспериментальная проверка их эффективности производилась в Центральном на­учно-исследовательском институте промышленных сооружений (см. работу

Рис. 11. Разновид­ности аэрационных фонарей.

Скорость движения воздуха в проеме можно определить по формуле

υ = √ 2g * ∆P / γ м/час,

где ∆P – разность давлений в кг/м2;

γ —удельный вес воздуха в кг/м3;

g— ускорение земного притяжения; g = 9,81 м/сек2.

Для быстрого и легкого открытия и закрытия створок, осо­бенно когда они больших размеров или их большое количество, рекомендуется устраивать специальные механические приводы для открывания створок. Механические приводы необходимо снабжать автоматическими остановами для удержания створных переплетов в любом положении.

При отсутствии фонарей, а также для местных отсосов и с целью использования ветра для вытяжки или усиления тепловой тяги, на вытяжные трубы ставятся дефлек­торы.

На рис. 12 изображен звездообразный дефлектор. Он представляет собою верти­кальную коробку с боковыми стенками, об­разующими звезду с нечетным числом узких вертикальных щелей (обычно 7). Этот де­флектор при безветрии ухудшает естествен­ную тягу в трубе, а при сильном ветре через щели его может заноситься дождь или снег. Круглый дефлектор ЦАГИ (рис. 13) не имеет этих недостатков и из многочисленных конструкций дефлекторов является лучшим по аэродинамическим показателям и наибо­лее простым в изготовлении. Этот дефлектор представляет собою цилиндрическую обечайку, укрепленную над вытяжной трубой, уширенной вверху. Тяга в трубе создается разрежением, образующимся при обтекании обечайки ветром.

Преимущества и недостатки естественной вентиляции. Основ­ными преимуществами естественной вентиляции являются:

1) Отсутствие расхода электроэнергии па перемещение воздуха.

2) Небольшая стоимость устройства и эксплуатации.

3) Простота устройства и эксплуатации.

4) Отсутствие затрат тепла на подогрев воздуха, так как по­ступающий воздух подогревается за счет избытков тепла в поме­щении.

Рис. 12 Звездообразный дефлектор.

Наряду с преимуществами, естественная вентиляция имеет и серьезные недостатки, главными из которых являются:

1) При наличии небольших избытков тепла в помещении и отсутствии возможностей подогрева воздуха температура воздуха в рабочей зоне в зимнее время может сильно понизиться, что может вызвать простудные заболевания.

2) Влажность воздуха устанавливается в рабочем помещении в зависимости от состояния наружного воздуха.

3) Ограничиваются возможности очистки удаляемого воздуха от пыли.

4) Отсутствует возможность распределения приточного воз­духа на определенные ра­бочие места.

Перечисленные недо­статки естественной вен­тиляции вызывают необ­ходимость устройства в производственных пред­приятиях механической вентиляции.

Конструкции воздуховодов

В зависимости от материалов воздуховоды подразделяются на металлические и неметаллические. По конструкции: прямошовные и спиральные. По способу соединения: фальцевые и сварные.

ОБЩАЯ ИНФА: Воздуховоды и фасонные части к ним изготовляют определенных размеров, установленных нормалями и строительными нормами. При проектировании и монтаже систем отопления и кондиционирования, систем вентиляции пользуются нормами: «Временная нормаль на металлические воздуховоды круглого сечения для системы аспирации». Все типовые детали вентиляционных систем — воздухораспределители, насадки, дефлекторы и др. — имеют стандартные фланцы для присоединения их к воздуховодам. Если размеры воздуховодов отличаются от нормированных размеров, изготовляют специальные переходы.

Воздуховоды должны быть герметичны. Чтобы потери на трение в воздуховодах были минимальными, их внутренняя поверхность должна быть гладкой. Прямые участки воздуховодов чаще всего изготовляют длиной 2—2,5 м, что объясняется условиями их транспортирования и размерами выпускаемых промышленностью стальных листов.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВОЗДУХОВОДЫ

Существуют круглые и прямоугольные металлические воздуховоды.

Для круглых воздуховодов приняты определенные сечения в соответствии со СНиП, которые варьируются от 100 до 2000мм. Круглые воздуховоды по расходу металла и трудовым затратам экономичны в сравнении с прямоугольными. Из всех конструкций круглых воздуховодов наиболее распространены прямошовные, в которых сварной шов, соединяющий между собой две стороны металлического листа, проходит вдоль продольной оси.

Различают Спирально-замковые круглые воздуховоды и Спирально-сварные круглые воздуховоды.

Воздуховоды круглого сечения со спирально-замковым и спирально-сварным швами изготовляют диаметром от 160 до 2000 мм неограниченной длины.

Спирально-замковые воздуховоды изготовляют из стальной холоднокатаной или оцинкованной ленты толщиной 0,5—1 мм, шириной от 125 до 135 мм.

Преимущества спирально-замковых: -повышенная жесткость в сравнении с прямошовными воздуховодами; -высокая плотность шва и хороший внешний вид.

Недостаток таких воздуховодов — около 12—15% металла расходуется на образование фальцевого шва.

Спирально-сварные воздуховоды изготовляют из стальной горячекатаной ленты шириной 400—750 мм, толщиной 0,8—2,2 мм. Стык сваривают нахлесточным швом с помощью сварочного полуавтомата.

Достоинство спирально-сварных воздуховодов: -использование недефицитной стальной ленты; -расход меньшего количества металла на образование сварного шва в сравнении с прямошовными и спирально-замковыми воздуховодами.

Недостаток — невозможность изготовлять воздуховоды из металла толщиной менее 0,8 мм.

Прямоугольные воздуховоды.

Размеры воздуховодов прямоугольного сечения установлены в СНиП. Наиболее распространенные: прямошовные воздузховоды. Главный недостаток — неудобство транспортирования из-за размеров. Этот недостаток отсутствует у прямоугольных воздуховодов с угловым защелочным фальцем. Прямоугольные воздуховоды с сечением больших размеров (каналы, коллекторы) собирают из транспортабельных панелей, которые изготовляют на монтажных заводах из листовой стали.

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВОЗДУХОВОДЫ

Неметаллические воздуховоды изготовляют из синтетических материалов, а также из бетона, железобетона, керамзитобетона, шлакоалебастра, шлакогипса и др.

Гибкие воздуховоды из стеклоткани на металлическом каркасе применяют при присоединении воздуховодов к центробежным вентиляторам, воздухораспределителей .

Гибкие воздуховоды изготовляют из пропитанной специальным клеем стеклоткани, которая навивается на проволочный каркас. Гибкие воздуховоды выпускают диаметром от 250 до 800 мм, длиной 1—2 м. Основное достоинство таких воздуховодов — возможность их изгибания под любым углом в любой плоскости; они не токсичны и слабо возгораемы. Гибкие воздуховоды можно применять только в виде отдельных участков-вставок, так как в них удельная потеря давления в два-три раза больше, чем в металлических. Трудоемкость работ при монтаже гибких воздуховодов в сравнении с обычными металлическими значительно меньше.

Воздуховоды из винипласта применяют в системах вентиляции промышленных цехов. Винипласт при низких температурах окружающего воздуха становится хрупким, ломается и быстро стареет, поэтому использование воздуховодов из винипласта ограничено. Воздуховоды и фасонные части из винипласта изготовляют на сварке в условиях монтажных заводов. Металлические детали для таких воздуховодов выполняют из нержавеющей стали.

Асбестоцементные воздуховоды используют в системах вентиляции и кондиционирования воздуха в зданиях любого назначения. Изготовляют такие воздуховоды из асбестоцементных коробов. Асбестоцементные короба долговечны, не подвержены коррозии, имеют гладкую внутреннюю поверхность и малую теплопроводность, допускают перемещение воздуха с повышенной влажностью. Перечисленные достоинства позволяют широко применять такие воздуховоды, экономя тем самым металл.

Воздуховоды, из бетона и железобетона изготовляют при сооружении крупных промышленных цехов. Как правило, их используют в качестве приточных каналов, которые располагают в земле или технических этажах зданий.

Воздуховоды из керамзитобетона, арболита, известковогипсовых плит и других в виде каналов, приставных и подвесных коробов применяют при устройстве вентиляции в общественных, жилых и гражданских зданиях, а также бытовых помещениях промышленных сооружений.

Аэрация зданий

Аэрация зданий - организованный естественный воздухообмен общеобменной бесканальной вентиляции, происходящей под действием гравитационного и ветрового давления или при их совместном действии. Суть аэрации зданий наиболее просто может быть представлена в виде действия гравитационных сил, когда более плотный воздух (обычно наружный) вытесняет из помещения менее плотный (внутренний).

Наружный воздух поступает в помещение через приточные аэрационные отверстия в нижней части здания, а внутренний (уходящий) удаляется наружу через створки аэрацивнных фонарей. Широкое применение аэрации зданий в производств, помещениях обусловлено незначительными эксплуатационными затратами. Область действия аэрации зданий ограничена в слеующих условиях: если предъявляются жесткие требования к микроклимату помещения, например при кондиционировании воздуха; при поступлении наружного воздуха в помещение с влаговыделениями; если в помещении имеются значительные пыле- и газовыделения и их проникновение с вытяжным воздухом наружу может загрязнять окружающую среду. В теплое время года аэрацию зданий можно применять практически для всех производств, кроме тех, где по условиям технологии требуется обработка (очистка, увлажнение, осушка и т.д.) приточного наружного воздуха. Для организации аэрации зданий в холодный период необходимо наличие избытков теплоты в помещении, достаточных для нагревания поступающего наружного холодного воздуха. Наиболее просто организуется аэрация зданий для одноэтажных зданий с наружными ограждениями (однопролетные цехи). Применение аэрации зданий для двух- и трехпролетных цехов, а также для многоэтажных цехов возможно, но связано с определенными техническими трудностями.

Аэрации зданий может быть совместима с механической вентиляцией, особенно с местной приточной и вытяжной. Важный фактор, обеспечивающий эффективную организацию аэрации зданий, — рациональное (обычно равномерное по площади пола) размещение теплоотдающего оборудования и надлежащее строительное оформление здания, предусматривающее наличие регулируемых отверстий в оконных проемах (приточных аэрационных отверстий) и аэрационных или светоаэрационных фонарей.

Приточные аэрационные отверстия имеют одинарные или двойные открывающиеся как внутрь, так и наружу фрамуги на верхних или нижних подвесах. Аэрационные или светоаэрационные фонари — возвышающиеся над кровлей или утопленные внутрь здания строительные конструкции, имеющие регулируемые по площади за счет открывающихся фрамуг (створок) отверстия для прохода воздуха.

Фрамуга в фонарях могут быть на нижних и верхних подвесах, а также иметь вертикальную ось вращения. Фрамуги с вертикальной осью вращения предпочтительнее.

Расчет аэрации зданий, как правило, состоит в определении площади аэрационного проема при известном из воздушного баланса воздухообмене. Реже, обычно при проверочных расчетах, решают обратную задачу аэрации зданий: расчет расхода воздуха, протекающего через заданную (известную) площадь аэрационного проема.