Перекрестная вентиляция

Движение воздуха через здание

Поперечный ветерок работает, когда два окна расположены напротив друг друга.

Перекрестная вентиляция — это естественное явление, при котором ветер , свежий воздух или ветерок проникают в проем, например, в окно, проходят прямо через помещение и выходят через проем на противоположной стороне здания (где давление воздуха ниже). . Это создает прохладный поток воздуха, а также поток через комнату от открытой зоны к защищенной. Другие термины, используемые для обозначения этого эффекта, включают перекрестный бриз , перекрестную тягу , вентиляцию с эффектом ветра и вентиляцию с поперечным потоком . ^[1]

Окна или вентиляционные отверстия, расположенные на противоположных сторонах комнаты, пропускают пассивный ветер через конструкцию, который циркулирует воздух и обеспечивает пассивное охлаждение. ^[1] Перекрестная вентиляция является эффектом, вызванным ветром, и не требует энергии , а также является наиболее эффективным методом ветровой вентиляции . Перекрестная вентиляция , широко используемый метод удаления загрязняющих веществ и тепла в помещении, также может уменьшить или даже исключить необходимость использования кондиционера и улучшить качество воздуха в помещении . ^[2]

Процесс

Это явление возникает, когда отверстия в окружающей среде (включая транспортные средства) или здании (дома, фабрики, сараи и т. д.) расположены на противоположных или прилегающих стенах, которые позволяют воздуху входить и выходить, создавая тем самым поток воздуха во внутренней среде. ^[3]

Существует также разница в давлении между противоположными сторонами истеблишмента. Эффект в основном обусловлен ветром, при котором воздух втягивается в здание с наветренной стороны с высоким давлением и выталкивается с наветренной стороны с низким давлением (из-за разницы давлений между отверстиями). Воздействие ветра на конструкцию создает области, которые оказывают положительное давление на наветренную часть здания и отрицательное давление на подветренную сторону. Таким образом, форма здания и характер местного ветра имеют решающее значение для создания давления ветра , которое заставляет поток воздуха проходить через его отверстия. ^[4]

Если окна с обеих сторон здания открыты, избыточное давление на стороне, обращенной к ветру, и/или низкое давление на прилегающей защищенной стороне создаст поток воздуха через помещение от открытой стороны к защищенной стороне. Если в здании есть окна с обеих сторон, перекрестная вентиляция уместна там, где ширина помещения до пяти раз превышает высоту от пола до потолка. Если проемы имеют только одну сторону, то ветровая вентиляция больше подходит для конструкций, ширина которых примерно в 2,5 раза превышает высоту от пола до потолка. ^[5]

Факторы

Размер окна важен для поперечной вентиляции.

Перекрестная вентиляция зависит от многих факторов, таких как герметичность помещения, направление ветра и его интенсивность, его потенциальное проникновение через дымоходы, вентиляционные отверстия и другие отверстия в доме. Для уменьшения сквозняков можно установить створчатые окна . Качество воздуха также может влиять на перекрестную вентиляцию.

Хотя перекрестная вентиляция, как правило, более прямо выполняет свою функцию, чем вытяжная вентиляция , к ее недостаткам можно отнести непродуктивность в жаркие, безветренные дни, когда это наиболее необходимо. Более того, поперечная вентиляция обычно подходит только для узких зданий. Контрастная высота проемов (стен, подоконников, панелей или мебели), упорядоченных по пространству, также сразу влияет на уровень и скорость вентиляции. ^[1]

Эффективность

Перекрестная вентиляция хорошо работает в климате с более высокими температурами, когда система обеспечивает постоянную смену воздуха внутри здания, освежая его и снижая температуру внутри конструкции, а также когда окно на наветренной стороне здания не открывается слишком сильно. тот, что с подветренной стороны. Перекрестная вентиляция не будет эффективной, если окна расположены на расстоянии более 12 м друг от друга и если окно находится за дверью, которая регулярно закрывается. ^[6]

Открытое окно, обращенное к преобладающему ветру и соединенное с другим окном на противоположной стороне здания, обеспечит естественную вентиляцию свежего воздуха. Достойная и эффективная перекрестная вентиляция будет отводить тепло изнутри и поддерживать температуру воздуха в помещении примерно на 1,5 °C (2,7 °F) ниже температуры наружного воздуха, обеспечивая постоянный приток и отток свежего воздуха внутри здания. ^[7]

Помимо окон, другие отверстия, такие как жалюзи , двери, жалюзи или вентиляционные решетки и воздуховоды, также могут работать как эффективные вентиляционные отверстия, хотя навесное окно обеспечивает наименьшую эффективность. Ветер, окружающий строительные конструкции, важен, когда речь идет об оценке качества воздуха и теплового комфорта в помещении, поскольку как воздух, так и теплообмен в значительной степени зависят от давления ветра на внешней стороне здания . Для лучшего притока воздуха наветренные окна занимаемого помещения не следует открывать так сильно, как окна с подветренной стороны. ^[8] К недостаткам ветровой вентиляции относятся переменная скорость и направление ветра (что может создать сильный неприятный сквозняк), а также загрязненный воздух снаружи, который может ухудшить качество воздуха в помещении . ^[9]

Перекрестную вентиляцию не рекомендуется использовать для профилактики заболеваний, когда воздух перемещается посредством поперечной вентиляции из нечистого помещения в чистое. ^[10]

Типы

В ветролове ветер спускается с наветренной стороны и выходит с подветренной стороны, используя эффект стека .

Существует четыре различных типа перекрестной вентиляции: ^[11]

• Односторонняя вентиляция : этот метод зависит от разницы давлений между различными отверстиями в занимаемом помещении. В помещениях, в которых имеется только одно отверстие, вентиляция приводится в движение за счет турбулентности, тем самым создавая насосную активность в этом единственном отверстии, вызывая небольшие притоки и оттоки. Стоит отметить, что односторонняя вентиляция оказывает слабый эффект. Когда перекрестная вентиляция невозможна, предпочтительнее использовать окна или вентиляционные отверстия на другой стороне помещения для контроля давления воздуха.
• Поперечная вентиляция (отдельные помещения) . Будучи простым и эффективным, этот тип вентиляции представляет собой горизонтальный процесс, который обусловлен разницей давления между наветренной и подветренной сторонами помещения, в котором находятся люди. Вентиляция здесь обычно обеспечивается с помощью окон и вентиляционных отверстий по обе стороны здания, где изменение давления втягивает и выводит воздух.
• Поперечная вентиляция (двухъярусные помещения) . Этот метод включает в себя помещения с наклоном и предусматривает проемы в конструкции коридора . Отверстия позволяют шуму перемещаться между помещениями. Она может обеспечить гораздо более высокую скорость воздухообмена по сравнению с односторонней вентиляцией.
• Вентиляция дымохода . Эта вентиляция представляет собой вертикальный процесс и подходит для более высоких зданий с центральными атриумами . Он втягивает более холодный воздух на более низкий уровень, при этом воздух после этого поднимается из-за воздействия тепла, прежде чем он выйдет наружу на более высоком уровне. Выгода от температурного разделения и связанного с этим качества давления воздуха, при котором теплый воздух теряет плотность при подъеме, а более холодный воздух вытесняет его.

Уравнение

Для простого объема с двумя отверстиями скорость потока поперечного ветра можно рассчитать по следующему уравнению: ^[12]

${\displaystyle Q=U_{\textrm {wind}}{\sqrt {\frac {C_{\textrm {p1}}-C_{\textrm {p2}}}{1/\left(A_{\textrm {1}}^{2}C_{\textrm {1}}^{2}\right)+1/\left(A_{\textrm {2}}^{2}C_{\textrm {2}}^{2}\right)}}}\qquad {}\left(1\right)}$

где – скорость ветра в дальней зоне; – коэффициент местного сопротивления давлению здания, определяемый в месте расположения входного отверстия; – коэффициент местного сопротивления давлению здания, определяемый в месте расположения выходного отверстия; – площадь поперечного сечения входного отверстия; – площадь поперечного сечения выходного отверстия; – коэффициент расхода входного отверстия; и – коэффициент расхода выходного отверстия. ${\displaystyle U_{\textrm {wind}}}$ ${\displaystyle C_{\textrm {p1}}}$ ${\displaystyle C_{\textrm {p2}}}$ ${\displaystyle A_{\textrm {1}}}$ ${\displaystyle A_{\textrm {2}}}$ ${\displaystyle C_{\textrm {1}}}$ ${\displaystyle C_{\textrm {2}}}$

Для помещений с одним отверстием расчет скорости вентиляции сложнее, чем для перекрестной вентиляции из-за двунаправленного потока и сильного турбулентного эффекта. Скорость вентиляции при односторонней вентиляции можно точно спрогнозировать путем объединения различных моделей среднего потока, пульсирующего потока и проникновения вихрей. ^[13] Средняя скорость потока при односторонней вентиляции определяется по формуле:

${\displaystyle {\bar {Q}}={\frac {C_{d}\;l\;{\sqrt {Cp}}\;\int \limits _{z_{0}}^{h}{\sqrt {-{\frac {2\;\Delta \;P(z)}{\rho }}}}\,\mathrm {d} z}{z_{ref}^{1/7}}}\;{\bar {U}}}$

где

l = ширина окна;

h = высота верхнего края окна;

z ₀ = повышение нейронного уровня (где внутреннее и внешнее давление балансируются);

z _ref = контрольная высота, на которой измеряется скорость ветра (на высоте 10 м) и

${\displaystyle {\bar {U}}}$= средняя скорость ветра на эталонной высоте.

Как видно из уравнения (1), воздухообмен линейно зависит от скорости ветра в городской местности, где будет построен архитектурный объект. Инструменты CFD ( вычислительной гидродинамики ) и зональное моделирование обычно используются для проектирования зданий с естественной вентиляцией. Уловители ветра могут способствовать вентиляции, вызванной ветром, направляя воздух внутрь и наружу конструкций.

Смотрите также

• Ловец ветров
• Пассивное охлаждение
• Пассивная вентиляция
• Распределение воздуха в помещении
• Тепловой комфорт
• Эффект стека

Рекомендации

1. Журналы подключения ветровой и перекрестной вентиляции
2. Косутова, Катарина; Ван Хофф, Тван; Вандервель, Кристина; Блокен, Берт; Хенсен, Январь (2019). «Перекрестная вентиляция в типовом изолированном здании, оборудованном жалюзи: эксперименты в аэродинамической трубе и моделирование CFD» (PDF) . Строительство и окружающая среда . 154 : 263–280. Бибкод : 2019BuEnv.154..263K. дои : 10.1016/j.buildenv.2019.03.019 . S2CID  116029282.
3. Основы естественной вентиляции CoolVent
4. Перекрестная вентиляция, эффект дымохода и другие концепции естественной вентиляции ArchDaily 2008-2022 гг.
5. Перекрестная вентиляция Designing Buildings Ltd., 2022 г.
6. Важность архитектуры HACK с перекрестной вентиляцией | Ньюкасл Архитекторы
7. КРЕСТОВАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ 2030 ПАЛИТРА®
8. Мастер окон по стратегиям естественной вентиляции
9. Чжоу, Цзюньли; Хуа, Юн; Сяо, Юань; Йе, Ченг; Ян, Вэй (2021). «Анализ эффективности вентиляции и эффективного расхода вентиляционного потока для зданий с односторонней вентиляцией с приводом от ветра». Исследование аэрозолей и качества воздуха . 21 (5): 200383. doi :10.4209/aaqr.200383. HDL : 11343/280700 . S2CID  230593586.
10. Всемирная организация здравоохранения (2021). Дорожная карта по улучшению и обеспечению хорошей вентиляции помещений в условиях COVID-19 (PDF) . Всемирная организация здравоохранения . Проверено 10 августа 2023 г.
11. МЕРЫ ПО ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ - HME09 - ЕСТЕСТВЕННАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ Международная финансовая корпорация
12. Справочник ASHRAE . Атланта, Джорджия: Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха. 2009.
13. Ван, Хаоцзе; Чен, Цинъянь (2012). «Новая эмпирическая модель для прогнозирования односторонней естественной вентиляции с приводом от ветра в зданиях». Энергия и здания . 54 : 386–394. Бибкод : 2012EneBu..54..386W. doi :10.1016/j.enbuild.2012.07.028.