Естественная вентиляция в доме является одним из основных факторов здоровья человека и важнейшим элементом энергосберегающих мероприятий.
Содержание
- Введение
- Вентиляция и планировка дома
- Вентиляция и ориентация окон
- Вентиляция и расположение окон
- Вентиляция и ландшафт
- Заключение
Введение
Условия воздухообмена в доме оказывают непосредственное воздействие на здоровье людей, ощущение комфортности и жизненный тонус. С точки зрения физиологии человека наиболее важны: характер движения воздуха и его чистота, влияние вентиляции на температуру и влажность.
В жаркое время года правильное использование естественной вентиляции создаёт комфортные условия в помещении, интенсифицируя процессы теплопередачи и испарения.
Причиной движения воздуха внутри дома могут быть разница давлений наружного воздуха или разница температур наружного и внутреннего воздуха.
Зоны различных давлений вокруг дома распределяются под действием воздушных потоков. На наветренной стороне дома формируется зона высокого давления, а на подветренной — зона низкого давления. Крыша дома чаще всего оказывается в зоне низкого давления.
Разница давлений определяет скорость воздушного потока внутри дома. Для наилучших условий естественной вентиляции крайне важны места расположения окон.
Разница температур вызывает наличие зон с различной плотностью воздуха, что также формирует воздушные потоки. Тёплый, менее плотный воздух обычно поднимается вверх, что приводит к созданию некоторого разрежения, вызывающего приток более холодного воздуха.
При расположении окон дома на разных уровнях формируются конвективные воздушные потоки. Следует отметить, что в условиях сухого жаркого климата такая вентиляция не создаёт теплового комфорта.
Вентиляция и планировка дома
Воздушный поток, попавший в помещение и изменивший направление, теряет свою силу, что особенно ощутимо в случае, когда ширина дома превышает глубину его помещений.
При проектировании вентиляции каждого из помещений необходимо принимать во внимание потребности соседних помещений. При правильной планировке помещений естественной вентиляцией может быть охвачена большая площадь при небольшом уменьшении скорости потоков.
Чем больше размеры проёмов между помещениями, тем меньше снижается скорости воздушных потоков. Чем ближе помещение к выходному проёму, тем лучше условия для естественной вентиляции.
Желательно, чтобы комнаты, в которые поступают восходящие потоки, имели большие размеры. Мебель, оборудование, затеняющие элементы и шторы могут влиять на характер воздушных потоков.
Следует помнить, что основной воздушный поток может быть в 8 раз мощнее отделяющихся от него вихрей.
Вентиляция и ориентация окон
Ориентация окон имеет особенно важное значение для формирования воздушных потоков в доме. Очень часто при расположении входных и выходных проёмов друг против друга и перпендикулярно направлению господствующих ветров воздушный поток проходит напрямую через помещение, в малой степени влияя на воздухообмен в других частях помещения.
Опыт на квадратной в плане модели показал, что при расположении окон на смежных стенах наибольшая скорость потока наблюдается в случае, когда направление ветра перпендикулярно поверхности окон.
Опыты на прямоугольной модели показали, что имеет место явление затенения. Правильное размещение окон и внутренних стен позволяет избежать этого явления.
Оказалось, что воздушный поток, попав в помещение, стремится следовать своему направлению, пока разница в давлении у выходного проёма не заставит его изменить это направление. Этот вывод очень важен для районов, где в тёплое время года господствующими являются ветры восточного и западного направлений.
В данном случае при выборе ориентации дома и необходимости посадки его перпендикулярно господствующим ветрам может возникнуть осложнение, которое достаточно просто устраняется, при переориентации здания на северо-восток или юго-запад, что позволит обеспечить условия для необходимой естественной вентиляции.
Например, фермеры провинции Квебек ставят свои дома так, чтобы стена наименьшей площади была перпендикулярна направлению господствующих зимних ветров. Такая ориентация позволяет легко использовать все преимущества господствующих летних ветров.
Для определения скорости воздушного потока при сквозной вентиляции имеет большое значение размер окон. В комнатах, где окна расположены только по одной стене, естественная вентиляция либо очень мала, либо совсем отсутствует.
Чтобы воздух мог войти в помещение, он должен иметь возможность из него выйти. При наличии сквозной вентиляции её параметры изменяются при одновременном увеличении размеров входных и выходных окон. Скорости воздушных потоков при увеличении размеров окон, естественно, уменьшаются.
Изменение средней скорости воздушных потоков обусловлено изменением размеров меньшего проёма, но максимальная скорость достигалась при изменении относительных размеров входных и выходных окон.
Большинство жилых и рабочих помещений имеют только одну наружную стену и чаще всего одно окно. В этом случае вентиляция должна осуществляться иными методами, чем при сквозной планировке помещения. Скорость воздушного потока в этих помещениях составляет 1/3–1/4 скорости потока при сквозной вентиляции и одинаковой площади окон.
В помещениях с одним окном искусственно должна быть создана зона высокого давления. Это достигается с помощью вертикальных элементов стен. В этом случае наблюдалось увеличение скорости воздушного потока.
Большие скорости воздушных потоков отмечались, когда ветер имел направление под углом к плоскости стен. На это следует обращать внимание при проектировании помещений с двумя окнами, между которыми расположен какой-либо вертикальный элемент.
Искусственные зоны высокого и низкого давлений создавались путём впуска воздуха через окно, возле которого давление наружного воздуха было выше, и выпуска через окно, возле которого давление наружного воздуха было ниже. При наличии вертикальных элементов с двух сторон воздушные потоки внутри помещения не образовывались. Сквозная планировка создаёт исключительно благоприятные условия для естественной вентиляции.
Так как при устройстве естественной вентиляции прежде всего необходимо обеспечить охлаждение помещений, то воздушный поток должен быть направлен в зону деятельности людей, а не в припотолочную зону. Расположение выпуска воздуха и тип устройств, используемых для впуска воздуха, определяют характер воздушного потока.
При проектировании очень важно учитывать, что в большинстве случаев максимальные скорости воздушных потоков наблюдаются, когда площадь выпускного проёма больше площади впускного.
Максимальный воздухообмен происходит при одинаковой площади впускного и выпускного проёмов, однако для охлаждения более важна большая скорость движения воздуха. Средняя скорость движения воздуха прямо пропорциональна общей площади окон.
Доказано, что для создания в помещении воздушного потока входные и выходные проёмы не обязательно должны располагаться на противоположных стенах. Характер воздушных потоков зависит от решения входного проёма и горизонтального расположения выходного проёма. Входной проём может выполнять роль сопла, формируя направления потока и обусловливая максимальный эффект охлаждения.
Высота потолка непосредственно не влияет на характер воздушных потоков. Если поток имеет уклон, то тёплый воздух, поднимаясь вдоль него, является побудителем тяги и создаёт условия для подсоса свежего воздуха в помещение. Однако этот процесс недостаточно интенсивен для создания комфортных условий в тёплое время года. Глубина помещения также не оказывает влияния на процесс естественной вентиляции.
При наличии коридора следует учитывать, что он может выполнять роль воздуховода, и выпускные проёмы могут входить в него. Коридор иногда выполняет роль приточного воздуховода; в этом случае необходимо тщательно анализировать распределение воздушных потоков в помещении.
Небольшие входные проёмы имеют тенденцию к формированию воронкообразных потоков, создавая эффект Вентури. В этом есть и свои преимущества, и свои недостатки.
В прямоугольных помещениях, где окна расположены на противоположных стенах, имеющих небольшую площадь, воздушный поток заполняет всё помещение.
В квадратных помещениях и помещениях с окнами, расположенными на противоположных стенах большей площади, эффект вентиляции будет сказываться только на охлаждении зон, находящихся между окнами, и в малой степени будет сказываться на остальных участках, где возможно формирование застойных зон.
Выводы:
- глубина помещения не оказывает существенного влияния на вентиляцию;
- высота потолка незначительно влияет на вентиляцию;
- вертикальные элементы, правильно помещённые между двумя соседними окнами на наружной стороне, могут усилить воздухообмен;
- при расположении окон на смежных стенах входной проём должен быть на стене, перпендикулярной направлению господствующих ветров;
- при окнах, расположенных друг против друга, наилучший эффект достигается, при расположении входного окна под углом к направлению господствующих ветров;
- максимальная скорость воздушного потока наблюдается, когда площадь выходного проёма больше площади входного;
- правильный выбор входного проёма и горизонтального расположения выходного формирует характер воздушного потока.
Вентиляция и расположение окон
Для вентиляции помещений расположение входных окон по вертикали и выбор их типа имеет намного большее значение, чем соответствующие характеристики выходных окон.
Вертикальное расположение входных окон оказывает небольшое воздействие на характер воздушных потоков, однако оно может способствовать формированию скоростных характеристик и направлению воздушных потоков.
Если входное окно находится ниже средней высоты расположения подоконников, то скорость воздушного потока будет значительно меньше. В этом случае возможно снижение скорости воздушного потока на 25% по сравнению со скоростью основного воздушного потока при сквозной вентиляции.
Когда воздушный поток встречает преграду в виде вертикальной стены, то формируется поток, параллельный ей. Если в стене сделан проём, то количество воздуха, проходящего через него, зависит от давления внутри помещения, силы воздушного потока и типа оконного проёма. В результате воздействия силы воздушного потока процесс вентиляции на уровне второго и третьего этажей будет иным, чем на уровне первого этажа.
Если помещение имеет окна, снабжённые регулируемыми оконными переплётами, то становится возможным регулирование количества и направления поступающего воздуха.
Силу воздушного потока необходимо учитывать при проектировании навесов или балконов для помещений, нуждающихся в естественной вентиляции. Балконы и затеняющие элементы над входными окнами существенно влияют на процесс естественной вентиляции.
Сплошные затеняющие элементы (даже небольшие) обычно изменяют направление восходящих потоков, давая им возможность попасть в помещение. При наличии в затеняющих элементах щелей достаточных размеров, нисходящие потоки могут оказывать воздействие на направление воздушных потоков.
Входные окна различных типов формируют в помещении различные воздушные потоки с различными скоростными характеристиками. Установлено, например, что узкие окна обеспечивают более равномерное распределение воздуха в помещении, чем окна других типов. Однако очевидно, что и узкие окна требуют такого же тщательного проектирования, как и все остальные.
Эффективность окон различных типов изучалась ещё в 1951 г. Холлеманом. Изучались окна с двумя фрамугами в трёх ситуациях:
- открыта одна фрамуга;
- обе фрамуги открыты полностью;
- обе фрамуги открыты минимально.
Опыты показали, что окна этого типа лучше всего располагать на том уровне, на котором желательно обеспечить требуемый микроклимат.
Для окон с вертикальными створками эффект оказался таким же и требования к их размещению аналогичными. Через окна с вертикальными створками воздух может поступать в помещение с правой или левой стороны, но регулировать поступление воздуха по вертикали невозможно.
При анализе работы вертикальных подъёмных окон выяснилось, что регулировать поступление воздуха по горизонтали возможно, если они полностью открыты, но уже чуть прикрытые окна придавали воздушному потоку восходящее направление.
Окна жалюзийного типа характеризовались ламинарным потоком воздуха, проходящего через щели. Отклонение потока воздуха вверх или вниз от горизонтального направления составляло не более 20°.
Окна в двумя фрамугами, открывающимися параллельно, и окна, поворачивающиеся вокруг горизонтальной оси, формируют горизонтальные потоки воздуха, когда полностью открыты, и отклоняют эти потоки вверх, когда их немного прикрывают. Цокольные окна формируют только восходящие потоки.
Был сделан вывод, что все окна такого типа, кроме жалюзийных, должны размещаться ниже уровня, на котором необходимо создание комфортных условий.
Стало очевидно, что лишь некоторые из существующих типов зданий обеспечивают условия для естественной вентиляции, поэтому выявилась необходимость в создании окон новых типов.
Выводы:
- окна должны иметь подвижные створки, чтобы можно было формировать нисходящие потоки воздуха;
- необходимо тщательно продумывать решения затеняющих устройств, чтобы обеспечить доступ нисходящих потоков воздуха в помещение;
- выходные окна следует располагать не ниже среднего уровня подоконников.
Вентиляция и ландшафт
Высота участка, его ширина, плотность застройки и другие параметры влияют на характер движения воздуха в помещении.
Исследования, проведённые в Техасском центре инженерных исследований Робертом Ф.Уайтом, показали, что кроны лиственных деревьев практически блокируют воздушные потоки, а скорость ветра под кронами немного больше, чем на открытом пространстве.
Установлено, что растительность вызывает изменение направления воздушных потоков в здании. Кустарники, например, ослабляют нисходящие потоки и способствуют образованию вихрей.
Существенное воздействие на естественную вентиляцию в доме оказывают расположение, расстояния, размеры и очертания соседних сооружений.
Все элементы планировки территорий, влияющие на процесс естественной вентиляции, можно обобщить следующим образом:
- направление и эффективная ширина главных и боковых улиц с учётом ветровых условий;
- расстояние между зданиями;
- общая высота зданий;
- наличие высоких зданий среди более низких.
Потоки воздуха, встречая на своём пути здания, образуют за ними вихри, скорость которых зависит от габаритов здания. Вентиляция дома, находящегося в зоне вихря, определяется скоростью этого вихря, которая обычно достаточно мала.
Движение воздуха вдоль улицы тоже является очень важным фактором. Если побудителем тяги служит разность температур поверхностей зданий, надо обращать внимание на степень освещённости домов (то есть важно обеспечить необходимую разность температур для возникновения воздушных потоков). Окружающие дома могут затенять эти поверхности при недостаточно тщательном выполнении проекта.
Следует внимательно изучить ветровые условия местности, что может быть сделано либо на модели, либо путём анализа данных. Затем необходимо произвести анализ воздействия нового сооружения на существующие ветровые условия. Новый дом следует сооружать с учётом всех элементов среды, как природной, так и искусственной.
Выводы:
- вентиляция в здании непосредственно влияет на человеческий организм, формируя температурные условия и отводя избыточное тепло;
- вентиляция выполняет три основных функции:
- поддерживает оптимальные параметры воздуха — вентиляция здоровья;
- улучшает условия теплового комфорта, способствуя отводу избыточного тепла от организма — вентиляция теплового комфорта;
- охлаждает поверхности ограждающих конструкций — вентиляция охлаждения конструкций.
Заключение
Грамотный подход к проектированию частного дома позволяет используя естественную вентиляцию не только добиться значительной экономии энергии, но и получить комфортное и здоровое жилище.
Комментарии