Слоистость воздушных масс создает естественную вентиляцию зданий

По мере того, как воздух теплеет, плотность газа уменьшается. Это побуждает теплые воздушные потоки подниматься вверх. Этот эффект слоистости воздушных масс - одна из основ естественной вентиляции зданий. Прохладный наружный воздух втягивается внизу здания, нагревается источниками тепла внутри, например, людьми, оборудованием, отопительными приборами и солнечным излучением, поднимается по этажам и выходит через верхние уровни.

В верхней части здания создается область низкого давления, а в нижней - высокого. Этот процесс происходит без механического участия с помощью проемов в нижней и верхней части строения.

Вытяжная естественная вентиляция особенно производительна в высотных зданиях, в которых организованы вертикальные пространства по всей высоте, например, здания с центральными вентиляционными шахтами или атриумами. Такая конструкция эффективна для глубоких помещений, где перекрестная вентиляция по периметру конструкции не справляется.

На производительность естественной вентиляции влияют:

• Площадь входных и выходных вентиляционных проемов;
• Высота здания;
• Разница температур между нижней и верхней частью воздушного потока;
• Перепад давления снаружи здания.

Эффект слоистости воздуха - относительно слабая сила, однако в больших зданиях воздушный поток, которому требуются широкие проходы с минимальным сопротивлением, приобретает достаточное ускорение.

Давление воздуха снаружи и внутри меняется по высоте здания. В нижней части строения внешнее давление выше, чем внутреннее, однако, поднимаясь, давление внутри превосходит давление снаружи. Следовательно, в определенной точке расположится нейтральная плоскость, в которой внутреннее и внешнее давление уравновешены.

Над нейтральной плоскостью внутреннее давление воздуха выше наружного и поэтому воздушный поток стремится наружу. Ниже нейтральной плоскости давление воздуха внутри меньше, чем снаружи, и воздух втягивается в здание. Это необходимо учитывать в проекте, чтобы нейтральная плоскость находилась над помещениями, которые вентилируются.

Естественная вентиляция за счет вертикального движения слоев воздуха подходит не для всех типов зданий, и, поскольку необходимо, чтобы внутренняя температура воздуха была выше наружной, охлаждающий эффект сам по себе не всегда бывает достаточен, и тогда требуется дополнительное механическое охлаждение. В частности, помещения, которые находятся в теплых слоях воздуха, будут плохо вентилироваться и нагреваться нежелательными тепловыми потоками. Кроме того, просторные вентиляционные проемы нарушат безопасность людей, конфиденциальность информации, шумоизоляцию, пожарную безопасность.

Компьютерное моделирование поможет учесть в проекте перекрестную вентиляцию, вертикальное движение воздушных слоев и сложную геометрию зданий с проемами.