Особенности использования энергии природы для прокладки естественной вентиляции

Чистый воздух нужен человеку для нормальной жизнедеятельности. И когда еще не было кондиционеров, различных установок для вентилирования помещений, их проветривали естественным путем, используя силы природы. Несмотря на то, что в сегодняшнее время все чаще используются принудительные системы, воздухообмен, организованный естественным путем может быть эффективным, если он обустроен правильно.

Основные характеристики и принципы работы естественной вентиляции

Естественный воздухообмен — проветривание помещений, осуществляемое без привлечения каких-либо вспомогательных приборов. Циркуляция масс осуществляется вследствие перепада температур, гравитационного давления внутри и снаружи здания. Также перемещение потоков естественным путем зависит от:

• разницы давления воздушного столба в нижней и верхней части помещения. Забор и выброс воздуха должны осуществляться на разных уровнях, не менее чем с трехметровым перепадом. При этом длина магистралей должна быть свыше 3 м, а скорость передвижения воздуха в системе — до 1 м/с;
• ветра. Высокое давление возникает с наветренной стороны здания, что позволяет воздуху через щели в ограждающих конструкциях проникнуть в помещения. На подветренной стороне сооружения давление ниже, поэтому она используется для вывода использованных потоков.

На заметку: скорость передвижения масс зависит не от интенсивности ветра, а от разницы создаваемых давлений.

Различают природную вентиляцию:

• неорганизованную — подача и вывод воздуха зависит от случайных факторов (температурного графика, силы ветра) и происходит через форточки, неплотности окон и дверей. При этом невозможно контролировать объем поступающего и выходящего потоков;
• организованную — регулированная подача/вывод воздуха, осуществляемая при помощи аэрации, дефлекторов.

Аэрация — общеобменное вентилирование помещений природным способом, когда воздух поступает/удаляется через форточки, оконные фрамуги. На промышленных предприятиях она применяется в случае выделения тепла в больших объемах, а также при повышении концентрации в воздухе до 30% пыли и вредных веществ. При избытке тепла, температура в помещении всегда выше наружной. Когда с улицы поступает тяжелый холодный воздух, он вытесняет легкие обогретые массы. Так возникает циркуляция потоков в замкнутом пространстве.

На заметку: данная технология проветривания не используется, если приточный воздух требует предварительной обработки, или при его поступлении образуется конденсат.

Преимущество аэрации в том, что она проста в обустройстве и обслуживании, энергоэкономична, позволяет достигнуть высокой кратности воздухообмена. Недостаток системы — невозможность очистки, нагревания и увлажнения подаваемых потоков. При повышении температуры воздуха снаружи зданий эффективность аэрации снижается.

Для вентиляции зданий также могут применяться дефлекторы. Они представляют собой насадки, которые устанавливаются на вытяжных отверстиях воздуховодов, шахт с наружной стороны сооружения. При их обтекании ветром создается более высокое давление, чем внутри здания — на основании этой разницы и происходит воздухообмен.

Принцип осуществления природного проветривания

Циркуляция воздушных масс, основанная на разнице температур, давления внутри и снаружи здания, происходит следующим образом:

1. Теплый воздух становится легким и поднимается в верхнюю часть помещения.
2. Холодный поток, поступающий снаружи, более влажный и тяжелый, поэтому он находится внизу.
3. Под воздействием холодных масс теплые вытесняются из помещения.

На основании данного физического процесса, при обустройстве естественной вентиляции следует:

• размещать приточные каналы в нижней части здания;
• обустраивать выходные отверстия в верхней части помещений.

Вытяжной канал, или приточный клапан вентиляции естественного побуждения должны быть в каждом помещении дома. Возможно также наличие обеих приспособлений. Вытяжные каналы оборудуются в таких помещениях:

• санузел;
• кухня;
• гардеробная, кладовая (если они имеют выход в жилые комнаты);
• комнаты, которые находятся на значительном расстоянии от помещений с вентканалом.

Приточные клапана обустраивают:

• в помещениях, где не предусмотрено наличие вытяжных вентканалов;
• в комнатах, размещенных на втором и выше этаже дома, двери которых выходят в коридор, или на кухню.

Вытяжные и приточные устройства должна присутствовать:

• в помещении котельной;
• на втором и выше этажах, если в комнатах нет входа со стороны лестницы.

Обязательно следует организовать проветривание:

• деревянного пола на лагах, настеленного на первом этаже здания;
• цоколя (для защиты от накопления вредного газа радона).

Преимущества вентиляции сооружений природным способом

Естественный способ организации воздухообмена обладает следующими плюсами:

• для его работы не нужно электропитание, а значит и затраты на его оплату;
• функционирует постоянно, не требует постоянного контроля;
• для его прокладки не используется дорогостоящее оборудование;
• имеет простую конструкцию, поэтому обслуживание и ремонт системы можно осуществлять самостоятельно.

Учтите: если правильно проложить воздуховоды и другие устройства, регулярно следить за их состоянием, природная вентиляция будет служить столько же, сколько само сооружение.

Проектирование системы естественного воздухообмена

Для того чтобы естественное проветривание здания было эффективным, необходимо соорудить вентсистему подходящей мощности. Сделать это можно, произведя простые расчеты. Необходимо узнать показатели значения достаточного воздухообмена и его кратности.

Кратность воздухообмена (то, какой должна быть циркуляция масс, чтобы за единицу времени обеспечить потребность одного человека в кислороде) определяется СНиП. Данный показатель составляет 60м³/час. Чтобы узнать достаточный воздухообмен для определенного помещения, это значение умножают на количество находящихся там людей.

Чтобы определить частоту смены воздуха, кратность воздухообмена умножают на объем помещения. Сначала получают показатель для каждой комнаты, а затем их суммируют.

Следующий этап — составление схемы естественной вентиляции, основанной на физических свойствах воздуха при различном температурном режиме. Известно, что прохладный поток проходит в нижней части помещения, там и должны располагаться приточные устройства. После нагревания он поднимается к потолку — там обустраиваются вытяжные отверстия и прокладывают воздуховоды.

При расчете естественной вентсистемы необходимо определить давление на концах магистралей и среднюю скорость ветра. Скорость передвижения потоков по воздуховодам будет ниже, чем ветра — она снижается из-за сечения магистралей, шероховатости их стенок.

Определение размера каналов вентиляции

Эффективность природного проветривания помещений также зависит от сечения и длины вентканалов. Поскольку воздушные массы циркулируют под влиянием внешних факторов, площадь сечения магистралей должна быть выше, чем при обустройстве принудительной вентиляции. Длина труб также имеет значение. Скорость прохождения воздуха по длинным магистралям постепенно снижается.

Минимальное значение стороны канала для организации естественного воздухообмена — 10 см, а площадь сечения — 0,016 м² (что равно диаметру трубы 150 мм). При условии, что длина вертикальной трубы составляет свыше 3 м, такой канал сможет вытягивать 30 м³ воздуха за 60 минут.

Совет: чтобы повысить производительность вытяжки, увеличивают длину канала, или площадь его сечения.

Не стоит обустраивать каналы, длина которых менее 2 м — они не обеспечат необходимую интенсивность системе. Все каналы на этаже делают одинакового сечения, а их производительность в отдельных помещениях регулируют при помощи вентрешетки.

Количество каналов в частном доме небольшое, поэтому не имеет смысла объединять их. Каждая шахта должна брать свое начало в помещении, а заканчиваться на крыше. Объединение каналов снижает эффективность естественной вентиляции.

Типичные ошибки, возникающие при организации естественного вентилирования

Обустройство природного воздухообмена — занятие несложное, но чтобы система эффективно функционировала, необходимо знать основные законы физики, которым она подчиняется. Среди основных причин сбоев в работе естественной вентиляции:

• неправильное размещение решеток. Теплый воздух поднимается к потолку, поэтому вытяжные отверстия необходимо обустраивать ниже его уровня на 10-20 см. Если сделать их ниже, это может привести к застаиванию масс в помещении;
• обустройство общего вентканала для двух комнат. Такой вариант допустим только в квартирах, где один воздуховод на ванную комнату и туалет. В остальных случаях для каждого помещения следует обустроить собственный канал. Больше всего противоречит нормам гигиены совместная вытяжка из кухни и санузла;
• отсутствие воздуховодов на втором этаже здания. Это нарушает принцип работы системы;
• неправильно оборудован скат крыши. Это может привести к тому, что выпускная труба будет втягивать воздух снаружи, вместо того, чтобы выбрасывать отработанный;
• полная замена естественной вентиляции на кухне и в санузле принудительной. Механический воздухообмен полностью зависит от присутствия человека, а если в доме никто долго не живет, это приведет к застаиванию воздуха, что вредно не только для людей, но и отделочных материалов, мебели;
• неправильная прокладка вытяжных труб. Данные каналы должны проходить строго вертикально. Допустимый уровень отклонения — 35˚. В горизонтальных каналах воздух будет застаиваться. Избежать этого позволит монтаж вентилятора;
• отсутствие теплоизоляции труб. Магистрали могут промерзать в холодное время года, что может привести к образованию на них конденсата, уменьшению тяги. Вентканалы, расположенные в наружных стенах здания, на крыше, или проходящие по чердаку, обязательно должны быть утеплены;
• неправильное определение сечения магистралей, их длины, вследствие чего они могут не успевать выводить отработанные массы. Если трубы слишком короткие — в них не будет тяги, слишком длинные — воздух будет терять свою скорость;
• разные объемы притока и оттока. Данные показатели должны совпадать, иначе вентилирование будет неэффективным. Приточный и выводной воздуховод должны иметь одинаковое сечение. Если для естественной вентиляции используется канал 150х150 мм, то общая площадь всех отверстий для поступления воздуха должна быть 0,022 м².

Нарушение функционирования природной вентиляции может быть обусловлено:

• ослаблением тяги в летнее время, когда снаружи здания теплее, чем в помещениях;
• резким выбросом отработанного воздуха в большом объеме (например, когда несколько человек подряд принимали душ).

Советы по улучшению естественного воздухообмена

Если природная вентиляция не справляется с объемом отработанного воздуха в отдельных зонах (например, в санузле), ее можно дополнить принудительной вытяжкой. Она может быть представлена электрическим вентилятором, который монтируют в воздуховод, или на его внутреннем выходе. При отсутствии вентканала в помещении, вытяжное устройство устанавливают в наружную стену здания, или окно.

При установке вентилятора на первом этаже двух- или трехэтажного здания, к нему присоединяют вытяжную трубу длиной 1 м. Это делается для того, чтобы исключить попадание неприятных запахов в дом.

Если в доме есть камин, к которому не организован обособленный приток воздуха, он может препятствовать нормальной работе вытяжной системы. При нехватке кислорода для поддержания горения, камин может выкачивать его из магистралей. В таком случае потребуется доработка системы вентилирования естественного побуждения. В помещении с камином необходимо проложить приточную трубу — она обеспечит подачу кислорода для потребностей людей и камина.

Современные ограждающие конструкции зданий делаются максимально герметичными для того, чтобы предотвратить потерю тепла в доме. Но это негативно сказывается на системе природного проветривания. В современных окнах и дверях нет зазоров, через которые воздух снаружи мог бы поступать в помещения, и выводится из них. Это приводит к застою масс, появлению тяжелого запаха, конденсата на окнах. Исправить ситуацию можно, установив в стенах, или окнах вентиляционные клапаны.

В некоторых зданиях сложно наладить циркуляцию воздуха. Вытяжка в них может работать наоборот: отработанные массы не утилизируются, а попадают в другие помещения, которые менее загрязнены. Исправить этот недостаток можно путем установки на трубы специальных устройств — обратных клапанов.

Естественная вентиляция — простой и доступный способ наладить воздухообмен в здании. Она не требует дорогостоящего оборудования, обслуживания. Но, вследствие того, что данная система зависит от погодных факторов, она не может работать постоянно в одном режиме и обеспечивать воздухообмен в сложных, многоэтажных конструкциях. Но если обустроить природное вентилирование правильно, опираясь на законы физики, циркуляция воздуха в помещениях простой планировки будет вполне эффективной.