Естественная вентиляция зданий: доступный способ воздухообмена

Вентиляция удаляет из зданий застоявшийся воздух и заменяет его свежим. Следствия работы вентиляции:

• Температура приходит в норму;
• Снижается влажность;
• Помещение насыщается кислородом;
• Устраняются запахи, бактерии, пыль, двуокись углерода, дым и другие загрязняющие вещества, которые накапливаются в помещении;
• Легкое движение воздуха повышает комфорт людей.

В широком смысле вентиляция зданий делится на «естественную» и «механическую»:

• Механическая или принудительная вентиляция приводится в действие вентиляторами или другими механическими устройствами;
• Естественная вентиляция происходит за счет разницы давлений между одной частью здания и другой или разницы давлений внутри и снаружи.

Смешанные, гибридные или вспомогательные системы сочетают в себе естественную вентиляцию и механические установки.

Строительство, эксплуатация и техническое обслуживание естественной вентиляции обходится дешевле механической, поэтому такой вариант в проектировании, как правило, рассматривается в первую очередь.

Однако бывают обстоятельства, когда естественная вентиляция невозможна и необходима механическая:

• Большая глубина здания не позволяет проветривать помещения по периметру;
• Загрязненный воздух снаружи, например, если здание находится рядом с оживленной дорогой;
• Высокий уровень шума снаружи не позволяет открыть окна;
• Окружающая городская застройка очень плотная и не пропускает к зданию свежий ветер;
• Системы воздушного охлаждения или кондиционирования воздуха требуют для работы закрытых окон;
• Требования конфиденциальности информации или безопасности сотрудников не позволяют открывать окна;
• Внутренние перегородки блокируют воздушные потоки;
• Неприемлемые сквозняки.

Некоторых из этих проблем решаются полностью или смягчаются последствия, если в проекте тщательно проработаны местоположение, ориентация и зонирование объектов.

Естественная вентиляция обычно классифицируется как:

• Ветровая перекрестная вентиляция, при которой перепады давления между сторонами здания втягивают воздух с одной стороны и вытягивают с другой;
• С помощью естественной тяги воздушных масс внутри здания, когда охлажденный воздух поступает в здание снизу, нагревается внутри помещения, проходит по каналам в здании и выводится наружу (эффект дымовой трубы).

Эффективность этих способов зависит от множества переменных, но существуют общие критерии для всех случаев:

• Перекрестная вентиляция подходит для зданий глубиной до 12-15 м - это в 5 раз больше высоты от пола до потолка. Или 6-7 м, что 2,5 раза больше высоты от пола до потолка, если воздух может выходить только с одной стороны здания. Помимо этого, определенный объем свежего воздуха создает сквозняки рядом с проемами, поэтому необходимо предусмотреть дополнительные дизайнерские элементы, такие как внутренние дворы, или включить в конструкцию, например, атриумы. Недостатком перекрестной вентиляции является то, что снижается производительность в жаркие безветренные дни, когда это необходимо больше всего;
• На эффективность вентиляции с помощью естественной тяги воздушных потоков внутри здания влияют: площадь входных и выходных вентиляционных проемов, высота здания, разница температур между нижней и верхней частью воздушного потока, перепад давления снаружи. Если требуется вентилировать верхние этажи здания, то возможно понадобится добавить вентиляционные трубы до высоты, которая необходима, чтобы создать разницу давлений между входом и выходом.

Сочетание способов вентиляции с учетом тепловой массы порождают широкий спектр решений, как стены-тромбы, солнечные вентиляционные трубы и так далее.

Проектирование естественной вентиляции усложнится, если учесть взаимодействия перекрестной вентиляции и эффекта дымовой трубы и, кроме того, сложную геометрию здания и распределение проемов. Для этого могут потребоваться специализированные программные аналитические системы и вычислительная гидродинамика.

На естественную вентиляцию влияют люди, которые решают закрыть проемы. По этой причине пригодятся автоматизированные системы естественной вентиляции.

Однако автоматизация вентиляционных систем приводит к появлению чувства беспомощности и неспособности людей влиять на условия вокруг них, например, открывать или закрывать окна. Поэтому вероятно, что возникнет недовольство среди жильцов, сотрудников или персонала.

В современных зданиях, которые, как правило, спроектированы так, чтобы оставаться полностью изолированными снаружи, если окна или другие проему закрыты, зимой вероятно появится конденсат. Поэтому применяется струйная или фоновая вентиляция, которая постоянно поддерживает воздухообмен.

Возможно, хотя и относительно сложно, добавить рекуперацию тепла в системы естественной вентиляции, чтобы в прохладных условиях тепло, который выходит с воздухом наружу, направлять на предварительный нагрев потоков извне. Кроме того, предварительно нагревать приточный воздух может тепловая масса.