10 Естественная тяга

10.1 Общие сведения

С самого возникновения промышленности и до второй половины прошлого века проветривание помещений осуществлялось исключительно естественной тягой, возникающей в них за счет разницы удельных весов воздуха в сообщающихся между собой вертикальных и наклонных выработках.

Для усиления естественной тяги применялся искусственный подогрев воздуха в одном из коридоров при помощи жаровень, заполненных горящим углем, печей и даже костров. С изобретением вентиляторов они начали постепенно заменять естественную вентиляцию, однако процесс внедрения вентиляторов был длительным и сложным, т.к. естественная тяга имела своих сторонников.

В настоящее время естественное проветривание предприятий не применяется, однако, поскольку естественная тяга проявляется и при работе вентилятора, ее влияние необходимо учитывать, а для этого нужно уметь ее замерить на действующем предприятии и предусмотреть в проекте.

10.2 Факторы, влияющие на величину естественной тяги

Теория естественной тяги была разработана М.В. Ломоносовым, который в своей работе «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном», писал, что зимой более тяжелый, холодный наружный воздух входит в штольню (рисунок 13), а более легкий, нагретый поднимается по стволу и выходит на поверхность.

На удельный вес воздуха а, следовательно, и на величину естественной тяги оказывают влияние температура, химический состав и влажность воздуха.

Основное влияние на удельный вес воздуха оказывает его температура. Наружный воздух, почти всегда имеет положительную температуру, т.к. в зимнее время поступающий воздух, как указывалось выше, нагревается калориферами до + 2ºС, а летом имеет температуру атмосферного воздуха.

Рисунок 12 – Естественная тяга

Естественная вентиляция (аэрация) осуществляется в заранее заданных объемах и регулируется в соответствии с внешними метеорологическими условиями, т. е. температурой наружного воздуха, скоростью и направлением ветра.

При значительной температуре наружного воздуха и определенной скорости ветра воздухообмен в зданиях может достигать нескольких миллионов кубических метров в час. Осуществление таких воздухообменов путем устройства механической вентиляции потребовало бы больших первоначальных затрат, расходов энергии.

Правильная организация аэрации в рабочих помещениях возможна лишь при рациональной компоновке производственного оборудования, выделяющего тепло, надлежащем оформлении зданий в его строительной части.

При естественном воздухообмене воздух в помещении движется за счет разности давлений воздуха снаружи и внутри помещения (рисунок 14).

Аэрация под действием ветра. При обтекании здания воздухом при ветре (рисунок 15) с наветренной стороны создается повышенное давление воздуха, так как ветер, встречая на своем пути препятствие в виде стены здания, затормаживается, и направление его изменяется в противоположную сторону. На подветренной стороне здания и обычно над кровлей образуется пониженное давление. Из-за разности давлений наружный воздух поступает в здание через все открытые проемы с наветренной его стороны и выходит через открытые отверстия с противоположной, подветренной стороны.

В связи с особенностями движения потоков под влиянием ветра при действии ветра и разности температур воздуха задача аэрации производственного здания значительно усложняется.

Для обеспечения рационального действия ветра и движения воздуха вследствие разности температур необходима такая организация потоков внутри здания, при которой воздух поступал бы практически равномерно на все участки в нижней части здания. Для этого надо закрыть отверстия с наветренной стороны здания, открыть полностью нижние и верхние отверстия на подветренной стороне и лишь частично открыть отверстия в нижней части здания с наветренной стороны.

Рисунок 13 – Схема давлений в помещении при аэрации.

Рисунок 14 – Схема обтекания здания воздухом при ветре

Регулирование аэрации. При направлении ветра поперек продольной оси здания в теплый период года необходимо, чтобы воздух поступал через нижние проемы 1 и 2 (рисунок 16,а).

С наветренной стороны створки открываются частично (на 1/3 или 1/4), а с подветренной – полностью.

Воздух выходит из здания через полностью открытую створку 3, створка 4 при этом закрыта.

В холодный период года воздух поступает в здание через верхние проемы 5 и 6 (рисунок 16, б), а выходит через створку 3.

Рисунок 15 – Схемы движения воздуха в помещении при действии ветра и тепла

При безветрии естественный воздухообмен происходит только под действием давления, создаваемого за счет разности температур. В этом случае в теплый период года воздух поступает в здание (рисунок 17, а) через полностью открытые проемы 1 и 2.

В холодный период года воздух поступает через верхние проемы 5 и 6 (рисунок 17, б), а выходит через обе створки 3 и 4.

Рисунок 16 – Схемы движения воздуха в помещении при действии источников тепла