главная | вентиляция | кондиционирование | отопление | статьи | библиотека | новости | карта сайта| о нас

Естественная вентиляция с побуждением

Fujitsu (Fujitsu General Co. Ltd.)

General (Fugitsu General Co. Ltd.)

Daikin

McQuay

LG

Midea

Systemair (Kanaflakt)

Ostberg

Remak

C&H

S&P

Vortice


В. П. Харитонов, доктор техн. наук, профессор МГТУ им. Н. Э. Баумана, лектор мастер-класса АВОК

Естественная вентиляция жилых зданий издавна занимала во всем мире доминирующее положение. И сейчас, после кратковременного и порой чрезмерного увлечения механической вентиляцией, интерес к естественной вентиляции в развитых странах вновь растет: к этому побуждает проблема энергоснабжения городов, дефицита электроэнергии. Климат большей части территории нашей страны благоприятен для применения естественной вентиляции, и такая вентиляция всегда считалась у нас единственно оправданной для жилых домов массового строительства.

В общем потоке жалоб населения на бытовые неудобства (недостатки в электро- и водоснабжении, отоплении, плохое состояние кровли, стен и окон и т. п.) жалобы на вентиляцию в прошлом практически отсутствовали, но в последние годы они стали обычным явлением, предметом разбирательств и судебных исков. Единственная причина жалоб на вентиляцию в нашей стране сегодня – это плохая, недостаточная вентиляция.

Специалисты говорят о плохой работе вентиляции в двух случаях.

Во-первых, когда она не обеспечивает нормативного воздухообмена в каждой из комнат, либо вытяжные вентиляционные решетки работают как приточные, открывая доступ в комнату воздуху из вытяжного коллективного канала (обратная тяга).

Во-вторых, когда вентиляция избыточна. Например, в зимнее время воздухообмен может в несколько раз превышать нормативное значение.

И то, и другое плохо.

Недостаточный воздухообмен губителен для нашего здоровья, в особенности, для детей. Недостаток свежего воздуха приводит к повышению относительной влажности, способствует созданию болезнетворной микрофлоры в квартире, появлению плесени, грибков и насекомых, загрязнению воздуха вредными микропримесями (продуктами жизнедеятельности человеческого организма, газовыделениями кухни, санузлов, бытовой химии, выделениями запахов и вредных веществ современными отделочными и мебельными материалами, игрушками, электроприборами, факсами, принтерами, ксероксами, компьютерами и т. п.). Большинство из нас, не говоря уже о детях, проводит дома большую часть времени суток, и здоровая атмосфера в доме чрезвычайно важна для семейного благополучия.

Главная причина плохой, недостаточной вентиляции объясняется непреложным законом: нет вытяжки без притока. В старых домах инфильтрация была достаточной и даже чрезмерной: пожилые люди помнят, как осенью все конопатили щели в окнах ватой и заклеивали их бумагой, весной окна очищали и отмывали; свободными в течение всего года оставались форточки – обязательная принадлежность каждого окна. Ныне ситуация изменилась. Современные конструкции зданий из монолитного железобетона с окнами из стеклопакетов и с герметичными дверями квартир обладают очень низкой воздухопроницаемостью, инфильтрация слишком мала для нормативного притока, а без притока нет и вытяжки. Вторая причина недостаточной естественной вентиляции – кондиционирование помещений: если температура воздуха в комнате ниже температуры наружного воздуха, то естественная вытяжка по своей природе невозможна, зачастую мы наблюдаем в этом случае обратную тягу.

Ухудшают работу естественной вытяжки и другие факторы: теплые чердаки, разноуровневые секции (малоэтажная секция оказывается в зоне аэродинамической тени), строительство многоэтажных зданий рядом с малоэтажными, недопустимая конструкция оголовка вытяжного вентиляционного канала, самовольное изменение жильцами конструкции коллективного канала, установка жильцами вытяжных вентиляторов и, почти повсеместно, отсутствие технического обслуживания и контроля состояния систем вентиляции здания.

Избыточная вентиляция зимой приводит к неоправданным расходам энергии на отопление. При росте цен на тепло в несколько раз или даже до европейского уровня, а это время, вероятно, не за горами, нам придется относиться к экономии энергии в своей квартире так же трепетно, как это давно делают европейцы.

Тема заголовка, однако, относится только к первому аспекту, к способам обеспечения достаточного воздухообмена, достаточного с точки зрения медицины. Нормы воздухообмена для жилых зданий обоснованы, утверждены и подлежат безусловному соблюдению.

Принцип действия естественной вентиляции в ее классическом исполнении основан на разности плотности воздуха снаружи и внутри помещения: движущая сила процесса, так называемое гравитационное давление, прямопропорциональна разности плотностей воздуха и высоте вытяжного «теплого» канала.

Расчет естественной вентиляции и выбор сечения каналов проводится в соответствии с действующими нормативами для температуры наружного воздуха 5 °С и температуры внутри помещения 20 °С. Именно при этих температурах воздухообмен соответствует санитарным нормам.

Физическая природа естественной вентиляции предопределяет снижение ее эффективности при температуре наружного воздуха выше 5 °С. В жаркое время года температурный фактор в кондиционируемых помещениях становится и вовсе отрицательным. Кроме того, для нормальной работы естественной вентиляции необходим приток свежего воздуха (через щели в оконных переплетах, воздушные клапаны, приоткрытые окна) и возможность свободного перетока воздуха из комнат к вытяжным устройствам на кухне и в санузлах. Ухудшить естественную вентиляцию может и неблагоприятное направление ветра, и аэродинамическая тень, в которой может оказаться кровля, и засорение или несанкционированное изменение геометрии вытяжного канала. Для многоэтажных зданий эффективность естественной вентиляции для разных этажей различна; критической, как правило, становится ситуация на последних двух этажах.

Однако известны способы, улучшающие естественную вентиляцию при прочих равных условиях, но, к сожалению, не являющиеся столь радикальными, как механическая вентиляция. Некоторые из них чрезвычайно просты и дешевы, другие требуют затрат.

Тепловое побуждение естественной вентиляции

Является одним из древних способов, о нем упоминается в книгах позапрошлого века. Речь идет о подогреве вытяжных каналов. Для обеспечения расчетного воздухообмена в течение всего лета достаточно подогреть вентканал на 15 °С выше температуры наружного воздуха. Частично канал подогревается теплом кухонной плиты и теплым влажным воздухом при пользовании ванной или душем. Эта «помощь» не постоянна, но она действует именно тогда, когда она особенно нужна. Усилить летом эффект подогрева вытяжного канала от кухонной плиты и в то же время уменьшить перегрев кухни можно с помощью кухонного зонта с отводом горячего воздуха и/или продуктов сгорания по воздуховоду непосредственно в вытяжной стояк.

Достаточно просто реализовать тепловое побуждение в частном загородном доме, коттедже и в домах с индивидуальным тепловым пунктом. В коттедже круглогодично работает котел и его контуры горячего водоснабжения, теплых полов и в некоторых случаях бассейна. Существует реальная возможность использования энергии продуктов сгорания для подогрева вытяжных каналов. Второй путь – добавить еще один автономный контур с автоматикой для подогрева вытяжных каналов.


Ветровое побуждение естественной вентиляции

Является одним из широко известных и применяемых способов интенсификации воздухообмена. Ветровое побуждение – это использование энергии ветра для эжекции отработанного воздуха из вентиляционных каналов. С самого начала все дефлекторы стали делать симметричными относительно вертикальной оси и неподвижными, т. к. вращающиеся дефлекторы (флюгарки) были признаны непрактичными в условиях наших зим. Главное внимание уделялось способности дефлектора создавать максимальное разрежение при одинаковой скорости ветра и сохранять свою эффективность при наклонах скорости ветра в вертикальной плоскости.

Дефлекторы имеют богатую и, к сожалению, забытую историю и трудовую биографию, достойную уважения. Они применялись с середины ХIХ века на зданиях и на транспортных средствах, испытывались в натурных условиях и в аэродинамических трубах. Статические дефлекторы используют сейчас в качестве устройств выброса воздуха из индивидуальных и коллективных каналов естественной вентиляции, индивидуальных и коллективных дымоходов, каналов выброса продуктов сгорания газа, стволов мусоропроводов. Их применяют на зданиях любой этажности, на новостройках и реконструируемых зданиях.

Принцип действия дефлектора основан на использовании эффекта Бернулли: чем выше скорость потока при изменении поперечного сечения канала, тем меньше статическое давление в этом сечении.

Наиболее эффективны дефлекторы с открытой проточной частью (тарельчатый дефлектор (Труды ЦАГИ, № 123, 1936 год), дефлектор ASTATO, дефлектор ДС) [1-3].

Установлены два параметра эффективности дефлектора:

z – коэффициент местных потерь;
C – коэффициент давления (разрежения).

Коэффициент местных потерь представляет собой коэффициент пропорциональности в формуле Вейсбаха-Дарси и позволяет рассчитать собственные потери давления в самом дефлекторе:

DPd = 0,5 z r Vd2,
где Vd – скорость в дефлекторе, м/с;
r – плотность воздуха, кг/м3;
DPd – потери давления в дефлекторе, Па;
z – коэффициент местных потерь.

Для дефлекторов серии ДС коэффициент местных потерь равен 1,4 (при длине трубы дефлектора 0,5 м).

Коэффициент давления (разрежения) С равен отношению разности полного давления в вентиляционном канале и статического давления снаружи него к скоростному напору ветра. Коэффициент давления позволяет рассчитать дополнительное ветровое давление (разрежение) DPv, создаваемое дефлектором при наличии ветра:

DPv = 0,5 C r V2,
где С – коэффициент разрежения для дефлектора серии ДС, равный 0,75 при отклонениях направления ветра от горизонтальной плоскости не более 30° и 0,6 при отклонениях до 60°;
V – скорость ветра, м/с;
r – плотность воздуха, кг/м3.

В абсолютных цифрах эффективность дефлектора ДС отражена в таблице для условий: температура воздуха 25 °С, относительная влажность 50 %, плотность воздуха 1,177 кг/м3.

Статические дефлекторы серии ДС (Россия) (рис. 2, 4) и дефлекторы ASTATO (Франция) (рис. 1, 3, 5) сегодня обладают наилучшими аэродинамическими параметрами и совместимы с механическими средствами побуждения. Дефлекторы ДС выпускаются по ТУ 4863-002-51056717-03, введенным в действие 23 октября 2003 года и зарегистрированным Госстандартом за № 200/046008, сертификат соответствия № РОСС RU.МГ01.В01293.

Эффективность дефлектора ДС

Скорость ветра, м/с
5
7
10
Дополнительное ветровое разрежение, Па
11.0
21.6
44.1

Несмотря на очевидную выгоду от применения дефлекторов, хорошо развитую теорию, массовое производство, широкий ассортимент и низкую стоимость, дефлекторы в 1990-е годы применялись очень редко. Сегодня большую часть вентиляционных шахт венчают обычные зонтики, шатры, навесы или сплошные перекрытия с вертикальными решетками по бокам.

Это не просто упущенные возможности улучшить вентиляцию: нередко пренебрежение вековым опытом приводит к серьезным ошибкам, снижению и опрокидыванию тяги.

В настоящее время интерес к дефлекторам возрождается повсеместно: Подмосковье, Санкт-Петербург, Самара, Ногинск; в Москве современные дефлекторы установлены на ул. Бахрушина, Профсоюзная, в 3-м Самотечном переулке и др. Разработаны методики подбора дефлекторов по скорости ветра, по полному или дополнительному разрежению; в распоряжение проектных организаций предоставлены расчетные методики, графики и таблицы. Монтажные организации располагают инструкциями по монтажу дефлекторов, объединению вытяжных каналов. К сожалению, все достоинства статических дефлекторов исчезают в штилевую погоду, но и в этом случае вреда они не приносят, т. к. вентиляционный канал остается полностью открытым.

В сильные и длительные морозы в трубах, расположенных над кровлей и предназначенных для отвода воздуха из системы вентиляции и канализации, может намерзать лед, вплоть до полной закупорки проходного сечения. Нечто подобное, правда, не приводящее к сужению сечения вентиляционного канала, наблюдается и в дефлекторах. В дефлекторах ЦАГИ это заметить трудно, т. к. обледенение происходит прежде всего на внутренней поверхности внешнего цилиндра и скрыто от наблюдения. Но в дефлекторах с открытой проточной частью обледенение начинается с периферии нижнего конуса и хорошо видно (рис. 5).


Механическое побуждение естественной вентиляции

Это попытка сохранить естественную вентиляцию практически без изменений, но использовать все преимущества механической вентиляции при малых капитальных и минимальных эксплуатационных затратах.

Мы имеем опыт применения нескольких подобных систем:

  • стато-динамические дефлекторы ASTATO;
  • эжекционная система NAVAIR;
  • сочетание статического дефлектора с осевым эжектирующим вентилятором.

Общее в этих системах:

  • автоматическое включение вентилятора при снижении разрежения ниже допустимого;
  • при выключенном вентиляторе работают как системы естественной вентиляции.

Стато-динамические дефлекторы ASTATO являются комбинированным средством ветрового и механического побуждения естественной вентиляции. Стато-динамический дефлектор при выключенном электродвигателе обладает техническими характеристиками статического дефлектора того же номинального диаметра и создает разрежение, равное сумме гравитационного и ветрового давлений. При включенном электродвигателе он не нарушает аэродинамику вентиляционного канала и создает разрежение, равное сумме гравитационного давления и напора вентилятора (до 35 Па).

Таким образом, в тех случаях, когда гравитационное и ветровое давление в сумме достаточны для нормальной работы естественной вентиляции (весь отопительный период, ночи в переходные периоды, периоды похолодания или ветреной погоды), вентилятор может быть отключен. Техническое обслуживание, ремонт и замена стато-динамического дефлектора не приводит к нарушению работы системы естественной вентиляции.

Количество электроэнергии, потребляемой стато-динамическим дефлектором, крайне незначительно: электродвигатель включается в работу только в случае необходимости, не более 20 % всего времени в году. Удельная мощность электродвигателя стато-динамического дефлектора не превышает 25 Вт на каждые 100 м3/ч удаляемого воздуха. Стато-динамические дефлекторы способны обеспечить необходимое разрежение в зоне аэродинамической тени, в системах вентиляции разноуровневых зданий. Гарантия – 10 лет.

Необходимо помнить: система вентиляции со стато-динамическим дефлектором является, прежде всего, системой естественной вентиляции и должна проектироваться в согласии с соответствующими нормативными документами.

Применяются следующие способы автоматизации стато-динамических дефлекторов:

  1. Автоматическое включение двигателя по сигналу датчика перепада давления на выходе из вентиляционного канала; выключение двигателя осуществляется с помощью реле времени (например, через 60 мин. работы).
  2. Автоматическое включение двигателя по сигналу датчика температуры наружного воздуха с регулируемым дифференциалом.
  3. Автоматическое включение и выключение двигателя по временной программе с помощью суточного или недельного реле времени.

В любом случае предусматривается возможность ручного управления дефлектором.

Эжекционная система вентиляции NAVAIR [4] (рис. 6) состоит из обычной традиционной системы естественной вентиляции, статических дефлекторов, одного высоконапорного вентилятора, системы воздухопроводов и эжектирующих насадок, которые устанавливаются внутри вентиляционных стволов в местах крепления дефлекторов. Вышедшая из сопла струя воздуха устремляется по вертикальной оси вентиляционного канала вверх с большой скоростью (обычно это 30–50 м/с) и увлекает с собой вверх воздух из нижней части вентиляционного канала. В результате обмена энергии между быстрыми и медленными струйками воздуха скорость воздуха в канале ниже сопла увеличивается, скорость воздуха в струе падает, общий расход воздуха в вентиляционном канале увеличивается в несколько раз.

Отношение расхода эжектируемого воздуха к расходу эжектирующего воздуха называется коэффициентом эжекции. Экспериментальные значения коэффициента эжекции превышают значение 6 при нулевом термическом и ветровом давлении. Фактическое значение коэффициента эжекции достигало 15. Эжекционная система вентиляции обеспечивает нормативный воздухообмен в течение всего года при любых погодных условиях, является менее энергоемкой системой по сравнению с механической системой вентиляции, более надежна и более проста, чем механическая система вентиляции.

Эжекционная система вентиляции не подавляет термический и ветровой эффекты систем вентиляции, т. к. она не изменяет гидравлическое сопротивление каналов системы естественной вентиляции, а она легко устанавливается на существующие здания, поскольку все ее элементы монтируются на оголовке вентиляционного канала, на кровле или чердаке.

Эжекционная система вентиляции с одним вентилятором может обслуживать одновременно не-сколько вентиляционных стволов разного назначения. При остановке вентилятора (на техническое обслуживание или ремонт, из-за поломки или отключения электричества) система вентиляции продолжает функционировать как обычная система естественной вентиляции.

Эжекционная система вентиляции может применяться в крупных многоквартирных зданиях и в частных односемейных домах. Методики и рекомендации по проектированию, подбору вентилятора и сопел, сведения о системе управления, технико-экономические характеристики, опыт применения входят в программу мастер-класса по данной теме.

Статический дефлектор и осевой эжектирующий вентилятор – это новая технология, которая родилась в Москве сразу в двух исполнениях. Первое принадлежит М. А. Малахову (Моспроект-2, мастерская 11) и подробно описано ранее [5]. Второе решение было применено для вытяжной вентиляции зала ожидания вокзала в г. Наро-Фоминске. На оголовках вентиляционных каналов на кровле установлены статические дефлекторы ДС630 (1), а непосредственно под ними внутри вентиляционного канала смонтированы осевые низконапорные малошумные осевые вентиляторы (2) серии Е [6], включаемые в работу по датчику давления (3) только при малой величине гравитационного давления. К теплоизолированному стакану (4) из оцинкованной стали присоединены шумопоглощающие круглые воздуховоды (5) длиной 1 м и дренаж (6), размещенные над фальшпотолком (7).

При благоприятных климатических условиях описанная система работает как обычная система естественной вентиляции с ветровым побуждением (статический дефлектор). При снижении термического и ветрового давлений включается осевой вентилятор, который восстанавливает требуемую тягу.

Двухлетний опыт эксплуатации подтвердил достоинства такого решения: круглогодичное функционирование, простота, бесшумность, экономичность, надежность и невысокая стоимость.

Литература
  1. Мусатов Б. Т. Вентиляционные дефлекторы // Технические заметки. – М. : ЦАГИ, 1936. – № 123.
  2. Amphous A., Харитонов В. П. Дефлекторы АСТАТО и проблема энергосбережения: Материалы 3-го форума Heat&Vent. – М., 2001.
  3. Одноволова О. В. Опытные образцы приточных устройств и дефлекторов для естественной и естественно-механической вентиляции жилых зданий: Материалы 5-го форума Heat&Vent. – М., 2003.
  4. Olivia Noel and oth. Natural ventilation activated by induction // Proceedings 21st AIVC Annual Conference. Innovations in Ventilation Technology. – 26–29 September. – 2000.
  5. Малахов М. А. Проект естественно-механической вентиляции жилого дома в Москве // АВОК. – 2003. – № 3.
  6. Fabio F., Одноволов И. Т. Полупромышленные вентиляторы фирмы VORTICE: Материалы 2-го форума Heat&Vent. – М., 2000.

Статья из журнала AВОК №3/2006

На предыдущую страницу

При использовании материалов сайта ссылка на http://www.osnova.od.ua обязательна

©2003-2017 ООО "Основа"
главная | вентиляция | кондиционирование | отопление | статьи | библиотека | новости | карта сайта| о нас
Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru ?iaaen oeoe?iaaiey