Системы Вентиляции

 
Слово
«вентиляция» происходит от латинского ventilatio, что в переводе означает проветривание. Сегодня под вентиляцией понимают регулируемый с помощью технических средств воздухообмен с целью создания наиболее благоприятных и комфортных условий для человека в жилых, производственных и других помещениях.
 
Обычно в любых помещениях за счет неплотности окон, дверей и прочих ограждений всегда происходит инфильтрация наружного воздуха, то есть происходит естественный воздухообмен, который принято называть неорганизованным. Вентиляция представляет собой организованный воздухообмен с применением различных технических средств — приточно-вытяжных установок, вентиляторов, систем чиллер-фанкойл и так далее.
 
К основным характеристикам вентиляции можно отнести такие параметры как объем и кратность воздухообмена.
 
Под объемом вентиляции понимают количество воздуха в кубических метрах, поступаемое в помещение в течение часа. Минимальной нормой воздухообмена на одного взрослого человека считается 30 м³/час, на ребенка — 20 м³/час.
 
Кратность воздухообмена — это сколько раз меняется воздух в замкнутом помещении в течение часа. В зависимости от типа и назначения помещения устанавливаются нормы кратности воздухообмена. Так, например, для жилых комнат рекомендована кратность 0,5-1,0, а в кухнях воздух должен меняться более интенсивно и рекомендованная кратность составляет 3,0.
 
При кратности воздухообмена менее 0,5 в час, человек начинает чувствовать себя некомфортно, появляется ощущение духоты и т.д.
 
Качество вентиляции в помещении характеризуют следующими параметрами.
 
Эффективность вентиляции
 
Эффективность вентиляции показывает, насколько быстро происходит удаление отработанного воздуха из помещения и определяется процентным отношением концентрации вредных примесей в вытяжном воздухе к концентрации вредных примесей в помещении.
 
 
 
 
Эффективность вентиляции определяет качество воздухообмена и показывает, насколько вентиляционная система способна обеспечивать комфортные условия по чистоте воздуха. Данный показатель воздухообмена напрямую зависит от геометрии помещения, взаимного расположения приточных и вытяжных каналов, плотности и распределения источников вредных примесей и т. д.
 
Еще одним параметром определяющим качество вентиляции является коэффициент воздухообмена.
 
Коэффициент воздухообмена — это процентный показатель скорости замещения воздуха в помещении, который можно определить по формуле:
 
 
 
Данный параметр зависит от условий раздачи воздуха в помещении, расположения и геометрических параметров диффузоров, расположения источников тепла и т.д.
 
На сегодняшний день различают два типа воздухообмена в закрытом помещении — вентиляция перемешиванием и вентиляция вытеснением.
 
Вентиляция вытеснением позволяет получить значение эффективности вентиляции свыше 100%, тогда как, вентиляция перемешиванием — не более 100%.
 
Коэффициент воздухообмена может достигать значения от 50 до 100% при использовании вентиляции вытеснением, и не превышает 50% при вентиляции перемешиванием.
 
Вентиляция вытеснением
 
Вентиляция вытеснением является наиболее эффективным методом воздухообмена на промышленных объектах. Помимо промышленных объектов данный тип вентиляции весьма популярен в устройстве, так называемых, систем комфортной вентиляции. При правильно рассчитанной схеме данный метод воздухообмена позволяет достигать наиболее высоких показателей качества воздуха.
 
Вентиляция вытеснением работает по следующему принципу. Воздух подается на нижний уровень и течет в рабочую зону с минимальной скоростью. Под рабочей зоной подразумевают часть комнаты или помещения занимаемую или используемую людьми. Как правило, рабочей зоной считают пространство, отстоящее на 50 см от стен и оконных проемов и от 10 до 180 см над полом.
 
 
 
Помимо рабочей зоны различают прилегающую зону. Прилегающая зона — это пространство вокруг приточного диффузора, где воздух имеет свою локальную скорость. Комфортная вентиляция подразумевает, что скорость воздуха около диффузора не должна превышать 0,2м/с.
 
 
 
Для работы принципа вентиляции вытеснением приточный воздух, подаваемый в рабочую зону, должен иметь немного меньшую температуру, чем воздух помещения.
 
Для комфортных систем температура подаваемого воздуха должна быть на 1-3С ниже комнатной температуры, а для промышленных зданий или специальных систем на 1-5С.
 
Если же температура приточного воздуха будет слишком низкой относительно температуры основного воздуха помещения, то возникает риск возникновения конвекционных потоков.
 
Вентиляция вытеснением имеет ряд преимуществ и недостатков.
 
Преимущества:
 
вентиляция вытеснением удобна в эксплуатации в промышленных зданиях и объектах, при значительных выделениях вредных примесей и тепловой энергии;
правильно спроектированная вентиляция вытеснением имеет высокий коэффициент полезного действия и обеспечивает высокое качество воздуха.
 

Недостатки:
 
приточные диффузоры такой вентиляционной системы требуют более широких площадей для размещения;
приточные диффузоры могут быть случайно загромождены и эффективность вентиляции значительно снизиться;
прилегающая зона значительно расширяется;
вертикальный температурный градиент вырастает.
Под вертикальным температурным градиентом понимают разницу температур приточного воздуха и воздуха под потолком. Оптимальная разница температур для жилых помещений должна находиться в пределах 2-3С.
 
При проектировании вентиляции по принципу вытеснения важно учитывать взаимное расположение отопительных устройств, а также их мощность. От этого зависит динамика воздушных потоков внутри помещения. Приточный воздух, подаваемый из диффузоров в рабочую зону снизу, может смешиваться с посторонними течениями воздуха, в связи с чем происходит неравномерный нагрев воздушных слоев по высоте и в некоторых случаях смещение теплого воздуха вниз.
 

Эжекция
 

Эжекция по определению — это процесс смешения двух каких-либо сред, в котором одна среда, находясь под давлением, оказывает воздействие на другую и увлекает ее в требуемом направлении.
 
В вопросах вентиляции под эжекцией понимают способность диффузоров подмешивать в струю приточного воздуха прилегающий воздух помещения.
 
 
 

Схема эжекции.
 
 
К одним из приточных устройств с высокой степенью эжекции можно отнести диффузоры струйного типа, где воздух, проходя на большой скорости сквозь сопла, закручивается. Такие диффузоры применяются для устройств вентиляции перемешивания, тогда как вентиляция вытеснением использует приточные устройства с низкой степенью эжекции.
 
Для того, чтобы снизить эффект сквозняков при температуре приточного воздуха ниже температуры воздуха помещения, диффузоры должны иметь как можно большую степень эжекции.
 

Настилающий эффект
 

 
В случае если приточное отверстие вентиляции находится слишком близко от плоской поверхности, струя приточного воздуха стремится отклониться в сторону этой поверхности и течь непосредственно по ее плоскости. Данный эффект достигается благодаря разряжению атмосферы между приточной струей и ограничивающей плоской поверхностью, а так как нет возможности подмеса воздуха в приточную струю, то она отклоняется в сторону этой поверхности.
 
 
 

Настилающий эффект по поверхности потолка.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Если вентиляция требует создания настилающего эффекта, то приточное отверстие должно располагаться на расстоянии не более 30 см от ограничивающей поверхности.
 
 

Скорость воздуха и температура
 
Одним из немаловажных факторов ощущения комфорта в помещении является отсутствие сквозняков. Данный эффект вентиляции достигается при скорости движения воздуха менее 0,18 м/с и его температуре в пределах 20…22С.
 
При этом скорость движения воздуха в помещении зависит от таких факторов как геометрия помещения, температура воздуха в рабочей зоне, назначение помещения, интерьер и т. д.
 
 
 

Скорость и температура воздуха в рабочей зоне.
 

Препятствия

 
При проектировании вентиляции необходимо учитывать наличие физических препятствий. К физическим препятствиям можно отнести потолочные светильники, перекрытия, ярусы (если потолок многоярусный) и др. Струя приточного воздуха с большой долей вероятности способна обогнуть препятствие, если оно не превышает 2% от высоты потолка.
 
 
 

Вентиляция перемешиванием.
 

Вентиляция аудиторий
 
Аудитории и учебные классы являются специфическими помещениями — большая рабочая зона, высокие потолки, значительное количество людей. Вентиляция подобных помещений требует особого похода.
 
Одним из наиболее распространенных способов вентиляции таких помещений является организация подвода приточного воздуха под сидячие места. Делается это с расчетом на то, что приточный воздух будет нагреваться и под воздействием тепла подниматься вверх, осуществляя вентиляцию вытеснением. Однако на практике это не всегда срабатывает.
 
Воздух склонен вести себя как жидкость, и перед тем как устремиться вверх, стекает вниз и накапливается, а уже потом поднимается вверх и устремляется к вытяжным отверстиям. В связи с этим иногда целесообразно размещать диффузоры во фронтальной части аудиторий и учебных классов. Проиллюстрировать это можно следующим образом:
 
 
 

 
 
 
 
 
Приточный воздух подаётся под сидячие места.

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Приточный диффузор размещен во фронтальной части помещения.
 
Несмотря на теоретические расчеты и компьютерное моделирование поведения потоков воздуха, на практике добиться реальной вентиляции вытеснением довольно трудно, необходимо учитывать ряд таких факторов, как количество и взаимное расположение диффузоров, наличие и место положения источников тепла, интерьер комнаты и прочие факторы. На практике это означает, что вентиляция вытеснением фактически является вентиляцией перемешиванием.
 
Некоторые эксперименты с размещением и геометрией диффузоров показали, что вентиляция перемешиванием может быть весьма удовлетворительной. Так, например, вентиляция перемешиванием показала хорошие результаты, когда вытяжные отверстия располагаются в задней части помещения (непосредственно над дверью). Однако при расположении вытяжных отверстий в других частях помещения приводило к образованию короткозамкнутых потоков.
 
 
 
 
 
 
 
 

Потолочный диффузор.
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Основной и дополнительный диффузоры.
 
Если аудитория имеет входную дверь в задней части помещения, то вентиляция этой части особенно важна. Вентиляция в задней части помещения не дает возможности образовывать стену теплого и отработанного воздуха.
 

Естественная вентиляция
 
Естественная вентиляция помещений обуславливается разницей температур наружного и внутреннего воздуха, а также силой ветра. Работает это следующим образом. Ветровые потоки воздействуют на одну сторону здания, оказывая на нее давление и вгоняя свежий воздух в помещение. Тогда как с противоположной стороны здания создается разреженная атмосфера и отработанный воздух из помещения стремиться вырваться наружу.
Естественная вентиляция в значительной степени зависит от структуры строительного материала стен здания. Такие материалы как дерево и бетон хорошо пропускаю воздух и способны обеспечить достаточную вентиляцию помещений. А вот бетон, масляная краска, штукатурка значительно снижают воздухопроницаемость.
 
Для того чтобы естественная вентиляция была более эффективной, прибегают к использованию окон, форточек, фрамуг, позволяющих беспрепятственно проникать наружному воздуху внутрь помещения.
 
Одним из распространенных методов устройства естественной вентиляции квартир являются вытяжные вентиляционные каналы, как правило, располагающиеся в кухнях, ванных комнатах, туалетах.
 
Вытяжные вентиляционные каналы из комнат ведут на крышу здания, где заканчиваются специальными насадками — дефлекторами, за счет ветра усиливающими эффект вентиляции.
 
Однако в больших жилищных системах (например, в многоэтажках) вентиляция квартир с помощью вентиляционных каналов не всегда эффективна. Иногда происходит так называемое «опрокидывание тяги», когда вместо удаления отработанного воздуха из помещения происходят обратные процессы — через каналы в помещение поступает наружный воздух вместе с пылью и посторонними запахами.
 
В этом случае целесообразно в вентиляционные каналы устанавливать вентиляторы. Однако слишком мощные вентиляторы, установленные в одной квартире, могут выгонять воздух не только на крышу, но и в соседние квартиры, превращая их вытяжную вентиляцию в приточную.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Иллюстрация работы вытяжной вентиляции:
 
 
 

Хорошая и плохая вентиляция.
 

Механическая вентиляция
 
Одним из современных и наиболее эффективных способов организованного воздухообмена в помещении является механическая вентиляция.
Механическая вентиляция при помощи электродвигателей, вентиляторов, воздухонагревателей, фильтров, автоматики и т.д. позволяет транспортировать воздух на значительные расстояния.
 
Однако в отличие от естественной вентиляции механическая вентиляция требует затрат электроэнергии, иногда довольно значительных.
Механическая вентиляция позволяет осуществлять качественный воздухообмен в помещениях независимо от объемов удаляемого и приточного воздуха, кроме того работа такой вентиляции не зависит от погодных условий. Также к положительным моментам механической вентиляции можно отнести то, что она позволяет производить обработку приточного воздуха — подогрев или охлаждение, осушение воздуха или увлажнение воздуха, фильтрацию и т.д., что практические невозможно в системах естественной вентиляции.
 
На практике часто используют смешанную вентиляцию — и механическую и естественную. Каждый конкретный проект вентиляции определяет необходимость в санитарно-гигиеническом отношении, техническом плане и экономической целесообразности какому типу вентиляции отдать предпочтение.
 

Вентиляторы
 

Вентиляторы являются основным элементом систем механической вентиляции.
 
По определению
вентиляторы — это машины, предназначенные для транспортирования газов с невысокой степенью сжатия.
 
По типу и конструктивным особенностям вентиляторы делятся на осевые, центробежные и тангенциальные.
 
В зависимости от потребностей выбирается тип вентилятора, его производительность, конструктивное исполнение и другие технические характеристики.
 

Приточно-вытяжная вентиляция
 
В общем случае вентиляция должна быть и приточной и вытяжной. При этом производительность и приточной и вытяжной вентиляции должна быть сбалансирована, с учетом вероятности поступления воздуха из смежных помещений или его удаления в таковые. Сбалансированная приточно-вытяжная вентиляция позволяет в значительной степени снизить фактор сквозняков и избежать эффекта «хлопающих дверей».
 
Однако на практике зачастую используют либо приточную вентиляцию, тогда воздух удаляется из помещения через неплотности проемов, окна, форточки, фрамуги, либо вытяжную вентиляцию, когда удаляется теплый и загрязненный воздух, а приток свежего производится естественным путем.
 

Приточная вентиляция
 

Приточная вентиляция производится посредством приточных установок.
 
Вентиляционная приточная установка служит для подачи свежего воздуха в помещение взамен удаляемого.
 
Приточная установка в современном исполнении может быть как моноблочной, так и наборной. Моноблочные системы имеют большую монтажную готовность и не требуют специальных навыков и знаний при их установке, однако имеют большую стоимость, чем наборные системы приточной вентиляции.
 
Для установки моноблочной системы приточной вентиляции достаточно закрепить установку на стене и подвести к ней сеть воздуховодов и электропитание.
 
Приточная установка в качестве основных узлов имеет калорифер, вентиляторы, систему фильтрации и электроавтоматику для управления и контроля.
 
Если к качеству воздуха предъявляются особые требования, то приточный воздух может подвергаться дополнительной обработке, такой как нагрев, охлаждение, осушение воздуха, увлажнение воздуха, очистка с помощью фильтров и т.д.
 
Приточные установки бывают как промышленного назначения (используются на промышленных объектах), так и бытового (вентиляция квартир).
 

Вытяжная вентиляция
 

Вытяжная вентиляция является прямо противоположным явлением приточной вентиляции и предназначена для удаления отработанного воздуха из жилых, производственных и других помещений.
 
Различают общеобменную вытяжную вентиляцию, осуществляющую воздухообмен для всего помещения, и местную вытяжную вентиляцию, устанавливаемую непосредственно на рабочем месте.
 
Вытяжная вентиляция считается малоэффективной, если отсутствует приточная вентиляция.
 
Как правило, вытяжная вентиляция оправдывает себя на промышленных объектах, когда необходимо удалять избыточное тепло и вредные примеси либо из всего объема воздуха помещения, либо только из определенных мест.
 
Однако вентиляция квартир также может использовать вытяжные установки — на кухнях, в ванных комнатах, туалетах. Работа вытяжной установки может быть основана как на принципе естественного воздухообмена, так и иметь механическое побуждение движения воздуха, например, используя вентиляторы.
 

Местная вентиляция
 
В случае если приточный воздух подается на определенные места в помещении, или наоборот отработанный воздух отводится из таковых мест, то вентиляция называется местной.
 
Различают местную приточную вентиляцию и местную вытяжную.
 

Местная приточная вентиляция
 

Местная вентиляция требует меньших затрат при эксплуатации, чем общеобменная. В основном местная вентиляция применяется в производственных помещениях, где необходим интенсивный воздухообмен (местные отсосы и приток) для обслуживания рабочих мест с целью снижения концентрации излишков влаги, теплоты, газов, вредных примесей, пыли и т. д.
 
Как правило, местная вентиляция применяется в совокупности с общеобменной. Такой вид вентиляции называется смешанным.
 

Местная вытяжная вентиляция
 
Местная вытяжная вентиляция применяется в тех случаях, когда источники выделения вредных веществ, теплоты и других выделений в помещении локализованы, и можно не допустить загрязнение воздуха во всем помещении.
Местная вытяжная вентиляция позволяет добиваться хорошего санитарно-гигиенического эффекта при небольших объемах удаляемого воздуха, за счет того, что удаление вредных веществ происходит непосредственно из мест их образования или выделения, и возможность их распространения в воздухе ограничивается.
 
Если же производственные работы ведутся на всей площади помещения, и грязный воздух распространяется на значительной площади или в значительном объеме, тогда местная вентиляция неэффективна, и требуются другие решения для обеспечения необходимых условий воздушной среды.
 

Общеобменная вентиляция
 
Как говорилось ранее, общеобменная вентиляция делится на приточную, вытяжную и комбинированную — приточно-вытяжную.
 

Общеобменная вентиляция предназначена для воздухообмена во всем помещении либо в значительной его части. Обещеобменные вытяжные системы равномерно удаляют воздух из помещения, в то время как общеобменная приточная вентиляция обеспечивает подачу свежего воздуха и равномерное его распределение по всему объему пространства помещения.
 

Общеобменная приточная вентиляция

 
Общеобменная приточная вентиляция
используется для разбавления вредных концентраций примесей в воздухе помещения, которые не были удалены при помощи систем местной вентиляции. Общеобменная приточная вентиляция также помогает поддерживать нормы свободного дыхания человека в рабочей зоне.
 
Если тепловой баланс отрицательный, то есть температура в помещении ниже температуры внешнего воздуха, то общеобменная приточная вентиляция устраивается с механическим побуждением движения приточного воздуха (например, используют вентиляторы) и его подогревом. При этом количество воздуха подаваемого приточной вентиляцией должно быть достаточным для компенсации удаляемого при помощи вытяжной вентиляции.
 

Общеобменная вытяжная вентиляция
 
Простейший тип общеобменной вытяжной вентиляции — это обычные вентиляторы, как правило, осевого типа, которые располагаются в оконном проеме, форточке или в отверстии стены. Такая вентиляция способна удалять воздух только из зоны расположенной непосредственно возле вентилятора и осуществляет лишь общий воздухообмен.
 
Иногда общеобменная вытяжная вентиляция использует для транспортирования воздушных масс воздуховоды. Однако при относительно длинной трассе воздуховодов возникает потеря давления и эффективность вентиляции снижается. Наиболее простым решением в данной ситуации является установка более мощного осевого вентилятора или используются вентиляторы центробежного типа.
 
В зависимости от типа и назначения помещения выбирается та или иная система вентиляции. В каждом конкретном случае следует учитывать, что загрязняет воздух — пыль, избыточное тепло, тяжелые газы, легкие газы, влага, пары и т.д., а также характер распределения загрязняющих веществ в объеме помещения (сосредоточенное распределение, рассредоточенное, разноуровневое и т.д.) В ряде случаев рационально использовать вытяжные каналы в полу здания, а иногда наоборот — переносить их в верхнюю часть помещения.
 
Как правило, в помещении любого назначения невозможно обойтись одной системой вентиляции, например, только приточной или только вытяжной. Наиболее эффективной системой воздухообмена является общеобменная приточно-вытяжная вентиляция с механическим побуждением.
 

Канальная и бесканальная вентиляция
 
Вентиляционная система может иметь как бесканальное, так и канальное исполнение. Бесканальная вентиляция не имеет сети воздуховодов, и воздухообмен происходит через какие-либо отверстия в стенах — окна, форточки, фрамуги и т.д.
 

Канальная вентиляция подразумевает наличие вентиляционных каналов, по которым воздух транспортируется и подается (или наоборот отводится) в определенные места.
 
При этом бесканальная вентиляция более проста и дешева при монтаже и эксплуатации, но имеет и более низкую эффективность по сравнению с канальной системой.
 

Подготовка воздуха
 
В ряде случаев недостаточно простого воздухообмена в помещении. Если к качеству воздуха предъявляются особые требования, то на помощь приходит дополнительное оборудование.
 
Летом, когда воздух более теплый и влажный, целесообразно прибегнуть к применению систем кондиционирования, которые позволяют помимо осуществления процесса воздухообмена производить обработку воздуха — его фильтрацию и охлаждение. К такому оборудованию можно отнести бытовые сплит-системы кондиционирования, системы чиллер-фанкойл, промышленные кондиционеры и т.д.
 
Зимой воздух более холодный и сухой, и для его подготовки помимо фильтрации можно использовать подогрев и увлажнение воздуха.
 
Если вентиляция квартир является вопросом относительно несложным, то существует ряд специфических помещений, где качество воздуха требует более внимательного подхода.
 
В качестве таких помещений можно выделить бассейны. Большое количество воды, как следствие, интенсивное испарение и последующая конденсация влаги требуют постоянного осушения воздуха в помещении бассейна. Обычно грамотно спроектированная вентиляция в достаточной мере справляется с данным вопросом, но в ряде случаев требуется применение осушителей воздуха. Помимо бассейнов осушители воздуха широко применяются для осушения рабочей атмосферы в аквапарках, прачечных, складах и подвалах, в фармацевтической и пищевой промышленностях, для сушки гигроскопических материалов и т.д. В качестве главного недостатка данного вида климатического оборудования можно выделить тот фактор, что осушители воздуха не обеспечивают притока свежего воздуха, а лишь обрабатывают воздух, имеющийся в помещении.
 
По большому счету все климатическое оборудование можно разделить на бытовое, полупромышленное и промышленное.
 
Как правило, бытовое оборудование имеет малую и среднюю мощность, в то время как промышленное — более высокую.
 
Для обработки значительных объемов воздуха в помещении используют промышленные кондиционеры, промышленные увлажнители воздуха, осушители и прочее климатическое оборудование.
 
Промышленные кондиционеры по аналогии с бытовыми могут иметь как моноблочное исполнение, так и являться сплит-системой (состоят из наружного и внутренних блоков).
 
Иногда в специфических помещениях требуется дополнительное увлажнение воздуха. В этом случае используют промышленные увлажнители.
Примеры применения промышленных увлажнителей — базовые и серверные станции (сухой воздух более склонен к накоплению статического электричества и вызывает угрозу пробоя), библиотеки и музеи (при низкой влажности картины коробятся, а краска трескается), типографии (краска плохо совмещается), текстильная промышленность (сухой воздух снижает прочность пряжи и провоцирует ее обрывы), склады древесины (при пересыхании древесина склонна к короблению и растрескиванию), жилые помещения (поддержание здорового и комфортного уровня влажности) и т. д.