Руководство по расчету регулируемой естественной и гибридной вентиляции в многоэтажных жилых домах

Guidelines for Calculation of Adjustable Natural and Hybrid Ventilation in Multistory Residential Buildings

Keywords: guidelines, natural ventilation, hybrid ventilation, aerodynamic calculation, energy saving

NP ABOK and AEREKO specialists have prepared «Guidelines for Calculation of Adjustable Natural and Hybrid Ventilation in Multistory Residential Buildings» to assist designers involved in design of ventilation for multistory residential buildings. Recommendations form a tool that allows the designer to perform aerodynamic calculation of regulated natural and hybrid ventilation system, select the equipment, calculate energy use and determine the energy saving potential from the use of the said systems compared to non-adjustable ventilation systems.

В помощь проектировщикам, занимающимся проектированием вентиляции в многоэтажных жилых домах, коллективом специалистов НП «АВОК» и «АЭРЭКО» подготовлены рекомендации «Руководство по расчету регулируемой естественной и гибридной вентиляции в многоэтажных жилых домах». Рекомендации представляют собой инструмент, позволяющий проектировщику решить задачи аэродинамического расчета системы естественной и гибридной регулируемой вентиляции, подбора оборудования, расчета энергопотребления и определения потенциала энергосбережения при применении указанных систем по сравнению с системами нерегулируемой вентиляции.

Руководство по расчету регулируемой естественной и гибридной вентиляции в многоэтажных жилых домах

Значительную часть жилого фонда наших городов составляют многоэтажные жилые здания с естественной системой вентиляции. И очень часто эти системы вентиляции работают неудовлетворительно или вообще не работают. Происходит это по нескольким причинам, главные из которых две: во-первых, окна с высоким значением сопротивления воздухопроницанию («герметичные») не обеспечивают должного притока; во-вторых, при небольшой разнице наружной и внутренней температуры (в теплый и переходный периоды года) не обеспечивается гравитационный напор, достаточный для нормальной работы вентиляции.

Эти обстоятельства приводят к тому, что в квартирах таких домов не обеспечивается необходимое качество микроклимата, возникает так называемый синдром больного здания: ощущая низкое качество воздуха, жильцы начинают открывать окна, выстужая квартиры и тем самым сводя на нет все мероприятия по повышению энергетической эффективности домов.

Решение проблемы притока известно давно и проверено опытом практической эксплуатации во многих городах нашей страны, в том числе и в регионах с суровым климатом. Применение приточных и вытяжных авторегулируемых клапанов «АЭРЭКО» позволяет не только решить проблему притока и обеспечения санитарной нормы воздухообмена, но и обеспечить существенное снижение расхода энергии на подогрев приточного воздуха. Приточные и вытяжные клапаны «АЭРЭКО» регулируются «по потребности», они позволяют снижать воздухообмен в те часы, когда помещение не используется, обеспечивая тем самым значительную экономию энергии.

Решение проблемы плохой работы вентиляции в теплый и переходный периоды года также известно и апробировано – это применение так называемой гибридной вентиляции. Эта система в зимнее время работает как естественная, а в теплый период года побуждение движения воздуха обеспечивается низконапорным вентилятором. В линейке продукции «АЭРЭКО» представлены вентиляторы для гибридной системы, замечательным преимуществом которых является возможность их использования не только в новых, но и в капитально ремонтируемых домах.

В настоящее время существует нормативная база, регламентирующая применение регулируемой вентиляции, однако расчет таких систем затруднен из-за отсутствия методик, позволяющих оценить потенциал экономии энергии, а также провести аэродинамический расчет и подбор оборудования, в частности регулируемых приточных и вытяжных устройств, вентиляторов для гибридной вентиляции.

В помощь проектировщикам, занимающимся проектированием вентиляции в многоэтажных жилых домах, коллективом специалистов НП «АВОК» и «АЭРЭКО» в настоящее время подготовлены рекомендации «Руководство по расчету регулируемой естественной и гибридной вентиляции в многоэтажных жилых домах». Рекомендации представляют собой инструмент, позволяющий проектировщику решить задачи аэродинамического расчета системы естественной и гибридной регулируемой вентиляции, подбора оборудования, расчета энергопотребления и определения потенциала энергосбережения при применении указанных систем по сравнению с системами нерегулируемой вентиляции.

В числе прочего в рекомендациях приводится методика определения теплопотребления системы вентиляции – затрат теплоты на подогрев вентиляционного воздуха, которая позволяет оценить эффект энергосбережения при использовании регулируемой вентиляции по сравнению с системами вентиляции нерегулируемой. В существующих на сегодняшний день отечественных методах расчета теплопотребления здания на отопление и охлаждение используются усредненные значения характеристик теплового режима помещений за период отопления, охлаждения или за год. Однако эти параметры зависят от деятельности людей, находящихся в помещениях, и времени их присутствия в этих помещениях. Концепция гигрорегулируемой вентиляции

«АЭРЭКО» предусматривает изменение воздухообмена в зависимости от числа людей, находящихся в помещении, их активности и т. д., т. е. обеспечивает вентиляцию «по потребности», позволяя существенно экономить энергию совершенно без какого-то ухудшения качества воздушной среды. В рекомендациях приводится ряд методик расчета воздухообмена в жилых помещениях, учитывающего переменный режим их использования, и связанного с этим количества теплоты, затрачиваемой на подогрев приточного воздуха.

В рекомендациях дана методика аэродинамического расчета регулируемой естественной и гибридной вентиляции для жилых зданий, имеющего целью подбор необходимого оборудования – приточных и вытяжных устройств, вентиляторов.

В рекомендациях содержатся различные схемы организации регулируемой естественной и гибридной вентиляции в многоэтажных жилых домах. Приведено описание гибридной вентиляции:

• с низконапорными вентиляторами;
• эжекторных систем;
• систем со статодинамическими дефлекторами.

Приведены различные схемы регулирования воздухообмена: по уровню влажности воздуха (гигрорегулирование), по датчику присутствия людей, по уровню углерода диоксида или уровню летучих органических веществ.

Приводятся требования к материалам и оборудованию – приточным и вытяжным устройствам, переточным устройствам, вентиляторам, воздуховодам, надплитным зонтам. Приведены примеры технических решений, учитывающих переменные расходы воздуха.

Разрабатывается и специальная программа аэродинамического расчета регулируемой естественной и гибридной (естественно-механической) вентиляции для жилых зданий (включая подбор оборудования «АЭРЭКО»), а также расчета энергопотребления такой системы.

Расчет естественной вентиляции — все формулы и примеры расчетов

Естественная вентиляция помещения — представляет собой спонтанное перемещение воздушных масс в следствии разницы его температурных режимов в не дома и внутри. Данный вид вентиляция делится на бесканальную и канальную, относительно способна работы являться непрерывной и периодическая.

Систематическое движение фрамуг, форточек, дверей и окон подразумевает под самой процедуру проветривания. Вентиляция бесканального вида, сформирована на стабильном основании в комнатах промышленного типа со ощутимыми тепловыми выделениями, организующая нужную частоту обмена воздушных масс в средине их, этот процесс называются аэрированием.

В частных и многоэтажных домах больше применяется природная вентиляционная система канального вида, каналы в какой расположены в вертикальном положении в специализированных блоках, шахтах либо расположены в самих стенках.

Вычисление аэрации

Аэрация промышленных комнат летом гарантирует поступление воздушных потоков сквозь просветы снизу ворот и входных дверей. В прохладные месяца поступление в нужных размерах совершается под средством верхних просветов, от 4 м и больше над уровнем пола. Вентиляция на протяжении целого года выполнялась при помощи шахт, дефлекторов и форточек.

Зимой фрамуги открывают только в участках над генераторами усиленных тепловых выделений. Во время генерации в комнатах здания лишней очевидной теплоты, то температурный режим воздуха в нем постоянно больше, чем температурный режим вне здания, и, в соответствии, плотность менее.

Данное явление и приводит к присутствию разницы давлений атмосферы вне и внутри комнат. В плоскости на конкретной высоте комнаты, которую именуют как плоскость одинаковых давлений, данная разница отсутствует, то есть, приравнивается к нулю.

Выше данной плоскости имеется некое излишнее напряжение, что приводит к удалению горячей атмосферы наружу, а внизу от данной плоскости, — разрежение, обусловливающее приток свежего воздуха. Давление, вынуждающее передвигаться воздушные массы в процессе природной вентиляции, можно установить исходя их вычислений:

Естественная вентиляция формула

• где н — плотность воздуха вне помещения, кг/м3;
• вн — плотность воздушных масс в помещении, кг/м3;
• h — расстояние между приточным проемом и центром вытяжного, м;
• g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с2.

Метод проветривания (аэрации) построек с помощью раскрывающихся фрамуг считается довольно верным и результативным.

При вычислении природной вентиляции помещений учитываются установление участка нижних и верхних просветов. Сперва получают значение участка нижних просветов. Задается модель аэрации постройки.

Расчет естественной вытяжной вентиляции

Потом, в связи от участка открытия верхних и нижних соответственно, приточных и вытяжных фрамуг в помещении приблизительно в центре высоты сооружения получается степень одинаковых давлений, в этом месте влияние точно также нулю. В соответствии, влияние в степени сосредоточении нижних просветов станет равняться:

• где ср– равна средней температуре плотности воздушных масс в помещении, кг/м3;
• h1– высoта oт плоскости одинаковых давлений до нижних просветов, м.

На уровне центров верхних просветов, выше плоскости одинаковых давлений образуется избыточное напряжение, Па, равняющееся:

Именно это давление и оказывает воздействие на вытяжку воздуха. Общее напряжение, располагающее для обмена воздушных потоков в комнате:

Скорость естественной вентиляции

Скорость воздуха в центре нижних просветов, м/с:

• где L – необходимый обмен воздушными массами, м3/час;
• 1 – коэффициент расхода, зависящий от конструкции створок нижних просветов и угла их открытия (при 90 открытия, =0,6; 30 – =0,32);
• F1– площадь нижних просветов, м2

Затем вычисляются потери, Па, в нижних просветах:

Приняв, что Ре = Р1+Р2 =h(н — ср), а температура удаляемого воздуха tуд=tрз+(10 — 15oС), определяем плотности н и ср, которые соответствуют температурам tн и tср.

Лишнее давление в плоскости верхних просветов:

Необходимая их площадь (м2):

Вычисление и расчет вентиляционных каналов

Вычисление естественной системы проветривания канального вида сближается к установлению активного разреза воздуховодов, какие с целью доступа необходимого числа воздуха выражают противодействие, надлежащее вычисленному напряжению.

Для самого длительного тракта сети устанавливают издержки напряжения в каналах воздуховода как сумму издержкой напряжения в абсолютно всех его местах. В каждом из них издержки давления формируются с потерь на трение (RI) и издержек в местах противодействия (Z):

• где R — удельная потеря напряжения по длине участка от трения, Па/м;
• l — длина участка, м.

Площадь живого сечения воздуховодов, м2:

• где L — расход воздуха, м3/ч;
• v — скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с (равна 0,5… 1,0 м/с).

Задавая скорость движения воздуха по вентиляции, и прочитывают площадь его активного сечения и масштабы. При помощи специализированных номограмм либо табличных расчётов для округлой формы воздуховодов устанавливают издержки напряжения на трение.

Естественная вентиляция расчет воздуховодов

Для прямоугольной формы воздуховодов этой концепции проветривания планируют диаметр dЭ равновесный округлому воздуховоду:

• где, а и b — длина сторон прямоугольного воздуховода, м.

В случае использования воздуховодов сделанных не из метала, их удельные издержки давления по трению R, взятые с номограммы для стальных воздуховодов, изменяют, умножив на соответствующий коэффициент k:

• для шлакогипсовых — 1,1;
• для шлакобетонных — 1,15;
• для кирпичных — 1,3.

Избытки давления, Па, на преодоление определённых сопротивлений для разных участков вычисляется за уравнением:

• где – сумма коэффициентов противодействий на участке;
• v2/2 — динамическое напряжение, Па, взятое с нормативов.

Для создания концепции непринужденной вентиляции предпочтительно остерегаться извилистых заворотов, множественного числа задвижек и клапанов, так как утраты на местные противодействия как правило в каналах воздуховодов достигают вплоть до 91% от всех затрат.

Естественная вентиляция содержит небольшой радиус воздействия и среднюю результативность для комнат излишками тепла в которых соввем малы, что возможно относить недостаткам, а достоинством — легкость системы, невысокая цена и простота в сервисном обслуживании.

Естественная вентиляция пример расчета

Наведем наглядный пример — нужно рассчитать данные для вентиляции в частном доме:

Общая площадь – 60 м2;
ванная, кухня с газовой плитой, туалет;
кладовая комната – 4,5 м2;
высота потолков – 3 м.

Для оборудования воздуховодов будут применяться бетонные блоки.

Приток воздуха с улицы по нормативам: 60 *3 * 1 = 180 м3/час.

Вытяжка воздуха из помещения:
кухни – 90 м3/час;
ванной – 25 м3/час;
туалета – 25 м3/час;
90 + 25 + 25 = 140 м3/час

Частота обновления воздушных масс в кладовой – 0,2 в 1/час.
4,5 * 3 * 0,2 = 2,7 м3/час

Нужный вывод воздуха: 140 + 2,7 = 142,7 м3/час.