5.6. Аэрация зданий

Аэрация – это организованная и управляемая естественная общеобменная вентиляция через открывающиеся фрамуги окон в наружных ограждениях зданий и вентиляционно-световых фонарей с использованием гравитационного (теплового) и ветрового давлений. Применяется для вентиляции зданий с большими тепловыделениями и позволяет осуществлять воздухообмены, достигающие миллионов м³ за 1 час.

Фрамуги устраиваются с верхним, нижним или средним подвесами. Для удобства открывания фрамуг с отметки пола необходимо устройство приспособлений с механическими или ручными приводами.

Располагаемые в наивысшей точке здания вентиляционно-световые (аэрационные) фонари способствуют интенсификации естественного воздухообмена.

Во избежание нежелательного поступления наружного воздуха через фонарь, что вызывает обратное перемещение загрязненного воздуха из верхней зоны в рабочую (опрокидывание тяги), аэрационные фонари устраиваются незадуваемыми. В таких фонарях открытые проемы защищены от ветра либо щитами, установленными на кровле здания, либо глухими стенками фонаря. При сравнительно небольших воздухообменах применяются дефлекторы, устанавливаемые на крыше здания.

Подачу приточного воздуха в вентилируемые помещения при естественной вентиляции следует предусматривают в теплый период года на уровне не более 1,8 м и в холодный период года – не ниже 4 м от пола до низа вентиляционных проемов. При этом наружный воздух до поступления в рабочую зону смешивается с внутренним воздухом и повышает свою температуру.

Подача неподогретого воздуха в холодный период года на более низких отметках (ниже 4 м от пола) допускается при условии осуществления мероприятий, предотвращающих непосредственное воздействие холодного воздуха на работающих.

В зданиях с естественной вентиляцией (аэрацией) открывающиеся устройства в окнах должны обеспечивать возможность направления поступающего воздуха вверх в холодный период года и вниз – в теплый период года (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Аэрация однопролетного цеха

а – схема давлений; б- разрез цеха

Расчет аэрации заключается в определении потребной площади открывающихся фрамуг (приточных – для теплого периода года, – для переходного периода года, – для холодного периода года и вытяжных F_выт ).

При проектировании зданий определяют потребную площадь открывающихся фрамуг, рассматривая наиболее неблагоприятные условия, когда скорость ветра равна нулю. Расчет обычно сначала проводят для теплого периода года.

Расчет аэрации (естественной общеобменной вентиляции) производственного помещения включает три этапа:

1) расчет необходимого воздухообмена в помещении (по параметрам: избыточное тепло, влага, вредные вещества);

2) расчет скорости воздуха в вентиляционных проемах (каналах);

3) расчет площади приточных и вытяжных проемов.

Исходными данными для расчета аэрации являются:

- расчетная летняя температура наружного воздуха для расчета вентиляции, t_н,°С;

- температура воздуха в рабочей зоне, t_рз, °С;

- средняя температура воздуха в цехе, t_ср, °С;

- температура удаляемого воздуха, t_ух, °С;

- высота расположения центров приточных аэрационных проемов от пола, h_пр, м;

- высота расположения центров вытяжных аэрационных проемов от пола, h_выт, м;

- количество избыточной теплоты, выделяющейся в помещении, Q, Вт;

- градиент температуры α (изменение температуры по высоте помещения), °С/м, обычно «для горячих цехов» принимают равным 0,8—1,5 (чаще принимают α = 1,2—1,3);

- коэффициенты местных сопротивлений приточных, _пр, и вытяжных, _выт, фрамуг;

- плотность воздуха ρ_н, ρ_ср, ρ_ух при t_н, t_ср и t_ух .

Расчет необходимого воздухообмена в рассматриваемом помещении следует провести на основе уравнений воздушного и теплового баланса:

ΣG_пр – ΣG_ух = 0; (5.27)

3,6 Q_изб + ΣG_пр·c·t_пр – ΣG_ух c·t_ух = 0, (5.28)

где G_пр – массовый расход приточного воздуха, кг/ч; G_ух – массовый расход удаляемого из помещения воздуха, кг/ч; Q_изб – избыточные теплопоступления в помещение, Вт; с – удельная теплоемкость воздуха, кДж/кг·°С; t_пр и t_ух – температура приточного и удаляемого воздуха, °С.

Решая совместно уравнения (3.27) и (3.28), получим

G_пр = G_ух = , кг/ч. (5.29)

Температура удаляемого воздуха:

t_ух = t_рз + α (h_выт - 2), °С , (5.30)

где α – градиент температуры, °С/м; h_выт – высота от отметки пола до средины вытяжного проема, м.

Средняя температура воздуха в цехе:

t_ср = (t_ух + t_рз) / 2 , °С. (5.31)

Для расчета аэрации используются условные внешние давления на уровне середины приточных и вытяжных проемов. Принимая за уровень отсчета отметку пола цеха, эти условные давления будут равны

Р_п = g h_пр (ρ_н – ρ_ср) , Па, (5.32)

Р_выт = g h_выт (ρ_н – ρ_ср), Па. (5.33)

Расчетная разность давлений ΔР между приточными и вытяжными проемами, за счет которого будет происходить поступление наружного воздуха в помещение

ΔР = Р_п – Р_выт , Па. (5.34)

Чтобы обеспечить невысокие скорости поступления наружного воздуха и устойчивость восходящих конвективных потоков, площадь приточных проемов принимают возможно большей. В приточных проемах рекомендуется расходовать от 0,1 до 0,3 расчетной разности давлений ΔР, то есть

ΔР_п = (0,1 … 0,3) ΔР , Па, (5.35)

оставшаяся часть расчетной разности давлений будет потрачена на проход воздуха через вытяжные проемы.

Давление внутри помещения

Р_х = Р_п - ΔР_п , Па. (5.36)

Массовая скорость воздуха , проходящего через приточные фрамуги снаружи внутрь помещения:

, кг/(м²с). (5.37)

Массовая скорость воздуха , проходящего через вытяжные проемы из помещения наружу:

, кг/(м²с). (5.38)

Площадь приточных проемов (открывающихся фрамуг):

, м²; (5.39)

площадь вытяжных проемов (открывающихся фрамуг фонаря):

, м². (5.40)

В переходный период года (t_н = 10°С) приточный воздух следует подавать в помещение, как и в холодный период года, не ниже 4 м от пола до низа вентиляционных проемов. Расчет аэрации для переходного периода года следует проводить в той же последовательности (формулы 5.27—5.40), принимая значения t_н, ρ_н, h_пр, _пр соответствующими переходному периоду года.

Расчет аэрации для холодного периода года обычно не проводят. Аэрационные проемы, открываемые в этот период, расположены на тех же отметках, что и открываемые в переходный период, а их площади определяются условиями эксплуатации (часть проемов закрывают или изменяют угол открывания створок).