Вентиляция – это намеренное введение наружного воздуха в помещение. Вентиляция в основном используется для контроля качества воздуха в помещении путем разбавления и вытеснения загрязняющих веществ внутри помещения ; его также можно использовать для контроля температуры, влажности и движения воздуха в помещении, чтобы обеспечить тепловой комфорт , удовлетворение другими аспектами внутренней среды или других целей.
Намеренная подача наружного воздуха обычно подразделяется на механическую вентиляцию, естественную вентиляцию [2] или вентиляцию смешанного режима (гибридную вентиляцию).
Вентиляцию обычно описывают отдельно от инфильтрации.
Проектирование зданий, способствующих здоровью и благополучию жителей, требует четкого понимания того, как поток вентиляционного воздуха взаимодействует, разбавляет, вытесняет или вводит загрязняющие вещества в занимаемое пространство. Хотя вентиляция является неотъемлемым компонентом поддержания хорошего качества воздуха в помещении, сама по себе она может быть неудовлетворительной. [6] В сценариях, где загрязнение окружающей среды может ухудшить качество воздуха в помещении, могут также потребоваться другие устройства очистки, такие как фильтрация. В кухонных вентиляционных системах или в лабораторных вытяжных шкафах конструкция эффективного улавливания сточных вод может быть более важной, чем объем вентиляции в помещении. В более общем смысле, то, как система распределения воздуха обеспечивает подачу вентиляции в помещение и из него, влияет на способность определенной скорости вентиляции удалять загрязняющие вещества, образующиеся внутри. Способность системы уменьшать загрязнение космоса описывается как ее «эффективность вентиляции». Однако общее воздействие вентиляции на качество воздуха в помещении может зависеть от более сложных факторов, таких как источники загрязнения и способы взаимодействия деятельности и воздушного потока, влияющие на воздействие на находящихся в помещении людей.
Множество факторов, связанных с проектированием и эксплуатацией систем вентиляции, регулируются различными нормами и стандартами. Стандарты, касающиеся проектирования и эксплуатации систем вентиляции для достижения приемлемого качества воздуха в помещении, включают стандарты ASHRAE 62.1 и 62.2, Международный жилищный кодекс, Международный механический кодекс и Часть F строительных норм Соединенного Королевства . Другие стандарты, ориентированные на энергосбережение, также влияют на проектирование и эксплуатацию систем вентиляции, включая Стандарт ASHRAE 90.1 и Международный кодекс энергосбережения.
Во многих случаях вентиляция для улучшения качества воздуха в помещении одновременно полезна для контроля теплового комфорта. Увеличение вентиляции необходимо для улучшения физического здоровья людей. [7] В это время может быть полезно увеличить скорость вентиляции сверх минимальной, необходимой для обеспечения качества воздуха в помещении. Два примера включают охлаждение экономайзера на воздушной стороне и предварительное охлаждение с помощью вентиляции . В других случаях вентиляция для улучшения качества воздуха в помещении способствует увеличению потребности в механическом нагревательном и охлаждающем оборудовании и увеличению потребления энергии. В условиях жаркого и влажного климата осушение вентиляционного воздуха может оказаться особенно энергозатратным процессом.
Вентиляцию следует рассматривать с точки зрения ее связи с «вентиляцией» приборов и оборудования для сжигания, такого как водонагреватели , печи, котлы и дровяные печи. Самое главное, при проектировании вентиляции здания необходимо быть осторожным, чтобы избежать обратной тяги продуктов сгорания от приборов с «естественной вентиляцией» в занимаемое пространство. Этот вопрос имеет большее значение для зданий с более герметичными ограждающими конструкциями. Чтобы избежать опасности, во многих современных устройствах сжигания используется «прямая вентиляция», при которой воздух для горения всасывается непосредственно с улицы, а не из помещения.
Воздух в помещение можно подавать и удалять несколькими способами, например, посредством потолочной вентиляции, поперечной вентиляции , напольной вентиляции или вытесняющей вентиляции . [ нужна цитата ]
Кроме того, воздух может циркулировать в помещении с помощью вихрей, которые можно инициировать различными способами:
Скорость вентиляции для коммерческих, промышленных и институциональных зданий (CII) обычно выражается объемным расходом наружного воздуха, подаваемого в здание. Типичными используемыми единицами измерения являются кубические футы в минуту (CFM) в британской системе или литры в секунду (л/с) в метрической системе (хотя кубический метр в секунду является предпочтительной единицей объемного расхода в системе СИ). единицы измерения). Скорость вентиляции также может быть выражена на одного человека или на единицу площади пола, например, CFM/p или CFM/фут², или как воздухообмен в час (ACH).
Для жилых зданий, которые в основном полагаются на инфильтрацию для удовлетворения своих потребностей в вентиляции, общей мерой скорости вентиляции является скорость воздухообмена (или воздухообмен в час ): часовая скорость вентиляции, деленная на объем помещения ( I или ACH ; единицы). 1/ч). Зимой ACH может колебаться от 0,50 до 0,41 в птичнике с плотной изоляцией до 1,11–1,47 в птичнике с неплотной изоляцией. [8]
ASHRAE теперь рекомендует интенсивность вентиляции в зависимости от площади пола в качестве пересмотра стандарта 62-2001, в котором минимальный ACH составлял 0,35, но не менее 15 CFM/человека (7,1 л/с/человека). С 2003 года стандарт был изменен на 3 CFM/100 кв. футов (15 л/с/100 кв. м) плюс 7,5 CFM/чел. (3,5 л/с/чел.). [9]
Процедура определения скорости вентиляции основана на стандарте и предписывает скорость, с которой вентиляционный воздух должен поступать в помещение, а также различные средства для его поддержания. [10] Качество воздуха оценивается (посредством измерения CO 2 ), а интенсивность вентиляции рассчитывается математически с использованием констант. Процедура обеспечения качества воздуха в помещении использует одно или несколько руководящих принципов для определения допустимых концентраций определенных загрязнителей в воздухе помещений, но не предписывает интенсивность вентиляции или методы очистки воздуха. [10] Это касается как количественных, так и субъективных оценок и основано на процедуре скорости вентиляции. Он также учитывает потенциальные загрязнители, для которых могут не быть измеренных пределов или для которых ограничения не установлены (например, выделение формальдегида из ковров и мебели).
Естественная вентиляция использует естественные силы для подачи и удаления воздуха в замкнутом пространстве. Выявлено, что плохая вентиляция помещений приводит к значительному усилению локализованного запаха плесени в отдельных местах помещения, включая углы помещения. [7] В зданиях существует три типа естественной вентиляции: ветровая вентиляция, напорная вентиляция и дымовая вентиляция . [11] Давление, создаваемое « эффектом дымовой трубы », зависит от плавучести нагретого или поднимающегося воздуха. Ветровая вентиляция основана на силе преобладающего ветра, который вытягивает и проталкивает воздух через замкнутое пространство, а также через бреши в ограждающих конструкциях здания.
Почти все исторические здания имели естественную вентиляцию. [12] В конце 20-го века от этой техники в крупных зданиях США отказались, поскольку использование кондиционирования воздуха стало более распространенным. Однако с появлением передового программного обеспечения для моделирования характеристик зданий (BPS), улучшенных требований к проектированию систем автоматизации зданий (BAS), лидерства в энергетическом и экологическом проектировании (LEED) и усовершенствованных технологий производства окон; естественная вентиляция возродилась в коммерческих зданиях как по всему миру, так и по всей территории США. [13]
К преимуществам естественной вентиляции относятся:
Методы и архитектурные особенности, используемые для вентиляции зданий и сооружений, естественно, включают, помимо прочего:
Механическая вентиляция зданий и сооружений может быть обеспечена применением следующих способов:
Вентиляция по требованию ( DCV , также известная как вентиляция по требованию) позволяет поддерживать качество воздуха при сохранении энергии. [14] [15] ASHRAE определило, что: «В соответствии с процедурой определения скорости вентиляции разрешается использовать управление потребностью для уменьшения общего объема подачи наружного воздуха в периоды меньшей занятости». [16] В системе постоянного тока датчики CO 2 контролируют объем вентиляции. [17] [18] Во время пиковой занятости уровень CO 2 повышается, и система настраивается на подачу того же количества наружного воздуха, которое будет использоваться при процедуре регулирования скорости вентиляции. [19] Однако, когда помещения менее заняты, уровень CO 2 снижается, и система уменьшает вентиляцию для экономии энергии. DCV является хорошо зарекомендовавшей себя практикой [20] и требуется в помещениях с высокой посещаемостью согласно строительным энергетическим стандартам, таким как ASHRAE 90.1 . [21]
Персонализированная вентиляция — это стратегия распределения воздуха, которая позволяет людям контролировать объем получаемой вентиляции. Этот подход обеспечивает подачу свежего воздуха непосредственно в зону дыхания и направлен на улучшение качества вдыхаемого воздуха. Персонализированная вентиляция обеспечивает гораздо более высокую эффективность вентиляции, чем традиционные системы смешанной вентиляции, за счет вытеснения загрязнений из зоны дыхания гораздо меньшим объемом воздуха. Помимо улучшения качества воздуха, эта стратегия также может улучшить тепловой комфорт жильцов, восприятие качества воздуха и общую удовлетворенность внутренней средой. Предпочтения людей в отношении температуры и движения воздуха неодинаковы, поэтому традиционные подходы к однородному контролю окружающей среды не смогли обеспечить высокую степень удовлетворенности жильцов. Такие методы, как индивидуальная вентиляция, облегчают контроль над более разнообразной тепловой средой, что может повысить тепловое удовлетворение большинства жильцов.
Местная вытяжная вентиляция решает проблему предотвращения загрязнения воздуха в помещениях конкретными источниками высоких выбросов путем улавливания переносимых по воздуху загрязняющих веществ до того, как они попадут в окружающую среду. Это может включать контроль водяного пара, контроль сточных вод туалетов, паров растворителей от промышленных процессов и пыли от деревообрабатывающего и металлообрабатывающего оборудования. Воздух можно удалять с помощью вытяжек под давлением или с помощью вентиляторов и создания давления в определенной зоне. [22]
Местная выхлопная система состоит из 5 основных частей.
В Великобритании использование систем LEV регулируется правилами, установленными Управлением по охране труда и технике безопасности (HSE), которые называются «Контроль за веществами, опасными для здоровья» ( CoSHH ). В соответствии с CoSHH законодательство призвано защитить пользователей систем LEV, гарантируя, что все оборудование проверяется не реже одного раза в четырнадцать месяцев, чтобы гарантировать адекватную работу систем LEV. Все части системы должны быть визуально осмотрены и тщательно проверены, а в случае обнаружения дефектов в какой-либо детали инспектор должен выдать красную этикетку для идентификации неисправной детали и проблемы.
Владелец системы LEV должен отремонтировать или заменить неисправные детали, прежде чем систему можно будет использовать.
Интеллектуальная вентиляция — это процесс постоянной корректировки системы вентиляции во времени и, возможно, в зависимости от местоположения, чтобы обеспечить желаемые преимущества IAQ при минимизации энергопотребления, счетов за коммунальные услуги и других затрат, не связанных с IAQ (таких как тепловой дискомфорт или шум). Интеллектуальная система вентиляции регулирует интенсивность вентиляции во времени или в зависимости от местоположения в здании, чтобы реагировать на одно или несколько из следующих факторов: присутствие людей, температуру наружного воздуха и качество воздуха, потребности электросети, прямое обнаружение загрязнений, работу других систем перемещения воздуха и системы очистки воздуха. Кроме того, интеллектуальные системы вентиляции могут предоставлять владельцам зданий, жильцам и менеджерам информацию об эксплуатационном энергопотреблении и качестве воздуха в помещении, а также сигнализировать, когда системы нуждаются в обслуживании или ремонте. Реагирование на количество людей означает, что интеллектуальная система вентиляции может регулировать вентиляцию в зависимости от спроса, например уменьшать вентиляцию, если в здании никого нет. Интеллектуальная вентиляция может смещать вентиляцию по времени на периоды, когда: а) разница температур внутри и снаружи меньше (и вдали от пиковых температур наружного воздуха и влажности), б) когда температура внутри и снаружи подходит для вентиляционного охлаждения или в) когда качество наружного воздуха приемлемо. Чувствительность к потребностям электросетей означает обеспечение гибкости в отношении спроса на электроэнергию (включая прямые сигналы от коммунальных предприятий) и интеграцию со стратегиями управления электросетями. Интеллектуальные системы вентиляции могут иметь датчики для определения воздушного потока, давления в системе или использования энергии вентилятором, что позволяет обнаруживать и устранять сбои системы, а также тогда, когда компоненты системы требуют обслуживания, например, замены фильтра. [23]
При горении (в камине , газовом обогревателе , свече , масляной лампе и т. д.) потребляется кислород, при этом образуется углекислый газ и другие вредные для здоровья газы и дым , требующие вентиляции воздуха. Открытый дымоход способствует инфильтрации (т.е. естественной вентиляции) из-за отрицательного изменения давления, вызванного плавучим , более теплым воздухом, выходящим через дымоход. Теплый воздух обычно заменяется более тяжелым холодным воздухом.
Вентиляция в конструкции также необходима для удаления водяного пара, образующегося при дыхании , горении и приготовлении пищи , а также для удаления запахов. Если водяной пар скапливается, он может повредить конструкцию, изоляцию или отделку. [ нужна цитата ] Во время работы кондиционер обычно удаляет из воздуха лишнюю влагу. Для удаления влаги из воздуха также может подойти осушитель .
Рекомендации по вентиляции основаны на минимальной скорости вентиляции, необходимой для поддержания приемлемого уровня выбросов. Углекислый газ используется в качестве ориентира, поскольку это газ с самым высоким уровнем выбросов при относительно постоянном значении 0,005 л/с. Уравнение баланса массы:
Q знак равно G/(C я - C а )
Стандарт ASHRAE 62 гласит, что воздух, удаленный из зоны с табачным дымом, не должен рециркулироваться в воздух, не содержащий ETS. Помещение с ETS требует большей вентиляции для достижения того же качества воздуха, что и в помещении для некурящих.
Объем вентиляции в зоне ETS равен объему зоны без ETS плюс объем V, где:
В = DSD × ВА × A/60E
Примитивные системы вентиляции были найдены на археологическом памятнике Плочник (принадлежащем культуре Винча ) в Сербии и были встроены в ранние медеплавильные печи. Печь, построенная снаружи мастерской, имела вентиляционные отверстия в форме глиняных труб с сотнями крошечных отверстий и прототип дымохода, обеспечивающий подачу воздуха в печь для поддержания огня и безопасный выход дыма. [26]
О пассивной вентиляции и пассивных системах охлаждения широко писали по всему Средиземноморью в классические времена. Как источники тепла, так и источники охлаждения (такие как фонтаны и подземные резервуары тепла) использовались для циркуляции воздуха, а здания проектировались так, чтобы поощрять или исключать сквозняки в зависимости от климата и функций. Общественные бани часто отличались особенно сложными системами отопления и охлаждения. Ледникам уже несколько тысячелетий, и в классические времена они были частью хорошо развитой ледовой промышленности.
Развитие принудительной вентиляции было стимулировано распространенной в конце 18-го и начале 19-го века верой в миазмическую теорию болезней , согласно которой считалось, что застоявшийся «воздух» способствует распространению болезней. Ранним методом вентиляции было использование вентиляционного огня рядом с вентиляционным отверстием, которое принудительно заставляло воздух циркулировать в здании. Английский инженер Джон Теофил Дезагульерс представил ранний пример этого, когда установил вентиляционные камины в воздушных трубах на крыше Палаты общин . Начиная с театра «Ковент-Гарден» , газовые люстры на потолке зачастую специально предназначались для выполнения вентиляционной роли.
Более сложная система, включающая использование механического оборудования для циркуляции воздуха, была разработана в середине 19 века. Базовая система сильфонов была установлена для вентиляции тюрьмы Ньюгейт и прилегающих зданий инженером Стивеном Хейлсом в середине 1700-х годов. Проблема с этими ранними устройствами заключалась в том, что для их работы требовался постоянный человеческий труд. Дэвид Босвелл Рид был вызван для дачи показаний перед парламентским комитетом по предложенным архитектурным проектам новой Палаты общин после того, как старая сгорела во время пожара в 1834 году. [27] В январе 1840 года Рид был назначен комитетом Палаты общин. Лорды, занимающиеся строительством замены здания парламента. Фактически эта должность представляла собой инженера по вентиляции; и с его созданием началась длинная серия ссор между Ридом и архитектором Чарльзом Барри . [29]
Рид выступал за установку в новом доме очень современной системы вентиляции. В его конструкции воздух всасывался в подземную камеру, где он подвергался либо нагреванию, либо охлаждению. Затем он поднимался в камеру через тысячи маленьких отверстий, просверленных в полу, и извлекался через потолок с помощью специального вентиляционного огня внутри огромной трубы. [30]
Репутация Рида была создана его работой в Вестминстере. В 1837 году ему было поручено исследование качества воздуха в туннеле железной дороги Лидса и Селби . [31] Паровые суда, построенные для Нигерской экспедиции 1841 года, были оснащены системами вентиляции на основе Вестминстерской модели Рида. [32] Воздух сушили, фильтровали и пропускали над углем. [33] [34] Метод вентиляции Рида был также более полно применен к Залу Святого Георгия в Ливерпуле , где архитектор Харви Лонсдейл Элмс потребовал, чтобы Рид участвовал в проектировании вентиляции. [35] Рид считал это единственным зданием, в котором его система была полностью реализована. [36]
С появлением практической силы пара потолочные вентиляторы наконец -то можно было использовать для вентиляции. Рид установил четыре паровых вентилятора на потолке больницы Святого Георгия в Ливерпуле , чтобы давление, создаваемое вентиляторами, вынуждало поступающий воздух подниматься вверх и через вентиляционные отверстия в потолке. Новаторская работа Рида по сей день составляет основу систем вентиляции. [30] В двадцать первом веке его запомнили как «доктора Рида-вентилятора» в дискуссиях по энергоэффективности лорда Уэйда из Чорлтона . [37]
Вентиляция помещения свежим воздухом призвана избежать «плохого воздуха». Изучение того, что представляет собой плохой воздух, началось в 1600-х годах, когда ученый Мэйоу изучал асфиксию животных в закрытых бутылках. [38] Ядовитый компонент воздуха позже был идентифицирован как углекислый газ (CO 2 ) Лавуазье в самом конце 1700-х годов, что положило начало дебатам о природе «плохого воздуха», который люди воспринимают как душный или неприятный. Ранние гипотезы включали избыточную концентрацию CO 2 и истощение кислорода . Однако к концу 1800-х годов ученые считали, что биологическое загрязнение, а не кислород или CO 2 , является основным компонентом неприемлемого воздуха в помещении. Однако еще в 1872 году было отмечено, что концентрация CO 2 тесно коррелирует с воспринимаемым качеством воздуха.
Первая оценка минимальной скорости вентиляции была разработана Тредголдом в 1836 году. [39] За этим последовали последующие исследования по этой теме Биллингса [40] в 1886 году и Флюгге в 1905 году. Рекомендации Биллингса и Флюгге были включены в многочисленные строительные нормы и правила. с 1900 по 1920-е годы и опубликован в качестве отраслевого стандарта ASHVE (предшественником ASHRAE ) в 1914 году. [38]
Продолжалось исследование различных эффектов теплового комфорта , кислорода, углекислого газа и биологических загрязнителей. Исследование проводилось на людях в контролируемых испытательных камерах. Два исследования, опубликованные между 1909 и 1911 годами, показали, что углекислый газ не является виновным компонентом. Испытуемые оставались довольны пребыванием в камерах с высоким уровнем CO 2 , пока камера оставалась прохладной. [38] (Впоследствии было установлено, что CO 2 действительно вреден при концентрациях более 50 000 ppm [41] )
ASHVE начала активные исследования в 1919 году. К 1935 году исследования, финансируемые ASHVE, проведенные Лембергом, Брандтом и Морсом – снова с использованием людей в испытательных камерах – показали, что основным компонентом «плохого воздуха» является запах, воспринимаемый человеком. обонятельные нервы. [42] Было обнаружено, что реакция человека на запах логарифмически зависит от концентрации загрязняющих веществ и зависит от температуры. При более низких, более комфортных температурах более низкая скорость вентиляции была удовлетворительной. Кульминацией большей части этих усилий стало исследование в испытательной камере на людях, проведенное Яглоу, Райли и Коггинсом в 1936 году, учитывая запах, объем помещения, возраст обитателей, влияние охлаждающего оборудования и влияние рециркуляции воздуха, которые определяли скорость вентиляции. [43] Исследования Яглоу были проверены и приняты в отраслевые стандарты, начиная с кодекса ASA в 1946 году. На основе этой исследовательской базы ASHRAE (заменив ASHVE) разработала рекомендации для каждого космоса и опубликовала их как Стандарт ASHRAE 62. -1975: Вентиляция для обеспечения приемлемого качества воздуха в помещении.
Поскольку все больше архитектурных сооружений включало механическую вентиляцию, стоимость вентиляции наружного воздуха стала предметом пристального внимания. В 1973 году, в ответ на нефтяной кризис 1973 года и проблемы сохранения окружающей среды, стандарты ASHRAE 62–73 и 62–81) снизили необходимую вентиляцию с 10 CFM (4,76 л/с) на человека до 5 CFM (2,37 л/с) на человека. В холодном, теплом, влажном или пыльном климате предпочтительно свести к минимуму вентиляцию наружным воздухом для экономии энергии, затрат или фильтрации. Эта критика (например, Тиллер [44] ) побудила ASHRAE в 1981 году снизить интенсивность наружной вентиляции, особенно в помещениях для некурящих. Однако последующие исследования Фэнгера, [45] В. Кейна и Янссена подтвердили модель Яглоу. Было обнаружено, что снижение скорости вентиляции является фактором, способствующим развитию синдрома больного здания . [46]
Стандарт ASHRAE 1989 года (Стандарт 62–89) гласит, что соответствующие нормативы вентиляции составляют 20 CFM (9,2 л/с) на человека в офисном здании и 15 CFM (7,1 л/с) на человека в школах, а Стандарт 2004 года 62.1- В 2004 году рекомендации снова были ниже (см. таблицы ниже). ANSI/ASHRAE (Стандарт 62–89) предположил, что «критерии комфорта (запаха), вероятно, будут удовлетворены, если скорость вентиляции установлена так, что уровень CO 2 не превышает 1000 частей на миллион» [47] , в то время как OSHA установило предел в 5000 частей на миллион. более 8 часов. [48]
ASHRAE продолжает публиковать рекомендации по скорости вентиляции для каждого помещения, которые принимаются консенсусным комитетом отраслевых экспертов. Современными потомками стандарта ASHRAE 62-1975 являются стандарт ASHRAE 62.1 для нежилых помещений и ASHRAE 62.2 для жилых помещений.
В 2004 году метод расчета был пересмотрен и теперь включает в себя как компонент загрязнения по жильцам, так и компонент загрязнения по площади. [49] Эти два компонента суммируются и позволяют получить общую скорость вентиляции. Это изменение было сделано для того, чтобы признать, что густонаселенные районы иногда подвергаются чрезмерной вентиляции (что приводит к увеличению энергопотребления и затрат) с использованием методологии на человека.
Нормы вентиляции в зависимости от жильцов , [49] Стандарт ANSI/ASHRAE 62.1-2004.
Скорость вентиляции в зависимости от площади , [49] Стандарт ANSI/ASHRAE 62.1-2004.
Сложение показателей вентиляции в зависимости от жильцов и площади, приведенных в таблицах выше, часто приводит к значительному снижению показателей по сравнению с предыдущим стандартом. Это компенсируется другими разделами стандарта, которые требуют, чтобы это минимальное количество воздуха постоянно подавалось в зону дыхания отдельного пассажира. Таким образом, общий объем забора наружного воздуха системой вентиляции (в многозонных системах с переменным объемом воздуха (VAV)) может быть аналогичен расходу воздуха, требуемому стандартом 1989 года.
С 1999 по 2010 год протокол применения скорости вентиляции значительно развивался. Эти достижения касаются скорости вентиляции в зависимости от людей и процессов, эффективности вентиляции помещений и эффективности вентиляции системы [50].
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )по состоянию на 11 июня 2014 г.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )по состоянию на 11 июня 2014 г.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )по состоянию на 11 июня 2014 г.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
Определения из Викисловаря
СМИ из Commons
Новости из Викиновостей
Цитаты из Wikiquote
Тексты из Wikisource
Учебники из Wikibooks
Ресурсы из Викиверситета