Eнергийноефективни методи за вентилация

Естествена вентилация, съобразена с изискванията и нуждите на хората

В настоящия брой на сп. ТД Инсталации, Оборудване, Инструменти продължаваме темата за съвременните методи за енергийноефективна вентилация. В предишен брой на списанието бяха представени възможностите на механичната вентилация, нейните предимства и недостатъци. Разгледани бяха и някои предимства на естествената вентилация. Отбелязано бе, че естествената вентилация разчита на естественото движение на въздуха, предизвикано от разлика в температурата или като следствие от въздействието на вятъра върху сградата.

Движението на въздушния поток при естествената вентилация би могло да се контролира. Това е въздушният поток, преминаващ през различните отвори, следствие на ветрови напор и/или вътрешни и външни температурни разлики. Съществува и вероятност движението на въздушния поток да не се контролира, и това е така, когато той преминава през нерегламентирани отвори в сградата (инфилтрация), пак в резултат от генерираните ветрови и температурни разлики.

Условия за добра естествена вентилация
Организацията на добра естествена вентилация до голяма степен зависи от температурните разлики, от преобладаващата посока на вятъра и неговата средна скорост в съответния район, вариациите в скоростта и посоката през отделните сезони, както и в рамките на деня.
Влияние оказва и формата на сградата и заобикалящата я среда. Ориентацията и местоположението на прозорците, вратите, покривните вентилатори, покривните прозорци, вентилационните шахти. Необходимо е подходящо оформление на вентилационните отвори, прозорците и помещенията, за да се осигури движение на въздуха в правилната посока.

Условия за ефективност
Естествената вентилация е ефективна, когато разликата в налягането на въздуха отвън и отвътре е най-голяма, например, през студените месеци в годината, когато въздухът отвън е студен, а отвътре - топъл. Сравнително по-ниската себестойност на системата за естествена вентилация в сравнение с механичните системи се дължи на използването на по-малък брой съоръжения. Единственото изискване се състои в предвиждането на няколко основни вентилационни канала и отвори, през които външният въздух постъпва в сградата. Важно условие за ефективността на пасивната система за вентилация е да се осигурят достатъчно места, през които да постъпва свеж въздух в сградата, във всеки момент. В някои случаи това изискване може да доведе до необходимост от осигуряване на допълнителни вентилационни отвори. Възможно е и комбиниране на естествена и механична вентилация.

Естествена вентилация и ветрови напор
При наличието на вятър в наветрената страна на сградата се получава надналягане, а от подветрената - подналягане. За да се изравни налягането, през отворите, намиращи се в наветрената страна на сградата ще навлезе свеж въздух, а през тези, намиращи се в подветрената страна ще се изхвърли замърсеният. През топлите месеци, този принцип се използва за доставяне на колкото е възможно повече свеж въздух в сградата.
През студените месеци тази вентилация се ограничава до степен, достатъчна за отстраняване на излишната влага и замърсителите. За определяне на преминаващото количество въздух е възможно използването на израза: Q = CvAv, в който Q е количеството въздух (m3/s), A е  площта на входните отвори (m2), с v е обозначена скоростта на вятъра (m/s), а с Cv - ефективността на отворите (приема се за равна в границите от 0.5 до 0.6 за хоризонтални ветрове и от 0.25 до 0.36 за вертикални ветрове и зависи от ъгъла на вятъра и от относителния размер на входящите и изходящите отвори).

Проектиране на система за естествена вентилация
Когато се предвижда организирането на естествена вентилация, за да може ефективно да се използва ветровия напор, при проектирането е необходимо да се вземат предвид редица изисквания. Препоръчително е дългата страна на фасадата на сградата и отваряемите врати и прозорци да са ориентирани към преобладаващата посока на вятъра. За да се осигури безпроблемно навлизане и отвеждане на въздух, е необходимо входните и изходните отвори да не се закриват от намиращи се в близост обекти, които да възпрепятстват въздушният поток. Препоръчително е прозорците и другите вентилационни отвори да се разполагат в зони с противоположно налягане. Входящите и изходящите се разполагат на достатъчно разстояние по вертикала, така че да се подпомага издигането и отвеждането на топлия въздух. Архитектурните особености на сградата, както и особеностите на заобикалящата я среда могат да се използват за подобряване на характеристиките на въздушния поток. Често за тази цел се използват решетки с подвижни ламели. Използването на високи прозорци, отварящи се само от долната или само от горната страна, се счита за по-нискоефективно поради малката площ на отвора. За да се избегне попадането на част от отвеждания въздух отново в помещението, заедно с входящия поток се препоръчва входящите и изходящите вентилационни отвори да бъдат разположени на значително разстояние. Подаваният в помещенията свеж въздух е добре да се взима от места, в които няма опасност от попадането на замърсители. За подходящи се считат, например, намиращи се в близост зелени площи, а като неподходящо разположение на входящите отвори се приема поставянето им в близост до гаражна врата. Добре е да се осигури и възможност за регулиране на потока въздух.

Трудности при проектирането
Организирането на ефективна естествена вентилация, разчитаща на ветровия напор е съпътствано с редица трудности. Характерно за нея е, че създава предпоставки за възникване на реална опасност през вентилационните отвори, заедно с потока свеж въздух отвън, в помещението да попаднат различни замърсители, миризми, прах и др. Създават се условия за възникване на течения и проблеми с ръчното или автоматичното управление на вентилационната система.
При организиране на естествената вентилация е необходимо по възможност да бъдат избегнати препятствия между входящите отвори от наветрената страна и изходящите отвори откъм подветрената страна. Нежелателно е наличието на части от помещението, разположени перпендикулярно на въздушния поток.

За важността на топлинния напор
Плътността на въздуха зависи от температурата и влажността му (при една и съща влажност на въздуха, студеният въздух е по-тежък от топлия въздух, при една съща температура на въздуха, сухият въздух е по-тежък от влажния въздух). В една сграда, топлината и влажността, отделяни от намиращите се в нея хора, както и от други вътрешни източници, загрява и овлажнява околния въздух, който се издига към горната част на сградата и се изхвърля през отвори в тавана или покрива. Това позволява навлизането на свеж въздух през отворите, разположени в по-ниската част на сградата.
Този тип вентилация е особено ефективна през зимата, когато разликата между вътрешната и външната температура е значителна. През лятото, обаче, тя не би функционирала, тъй като за оптималната работа на естествената вентилационна система вътрешната температура следва да е по-висока от външната. Затова и през топлите месеци се разчита предимно на ветровия напор и на разликите във влажността на въздуха.

Препоръки при проектирането на подобни системи
Спецификите при проектирането на естествена вентилационна система варират в зависимост от вида на сградата и местния климат. Въпреки това, въздухообменът зависи главно от внимателното проектиране на вътрешните пространства, от размера и разположението на отворите в сградата. За подходяща се счита ориентацията на сградата перпендикулярно на летните ветрове и разположение, при което препятствията за тези ветрове са минимални. По отношение на зимните ветрове, стремежът е да се намали тяхното влияние. Подходящо решение в случая включва използването на прегради от вечнозелени дървета.
Препоръчва се сгради, в които се предвижда използването на естествена вентилация да бъдат тесни и всяко помещение да разполага с вентилационни отвори за подаване и отвеждане на въздух. Друго изискване включва прозорците да бъдат отваряеми, а вратите да са проектирани така, че да подпомагат цялостната вентилация на сградата. Разполагането на малки прозорци и капандури в горната част на сградата подпомага отвеждането на замърсения въздух. Осигуряването на добра покривна вентилация също е сред основни изисквания при организирането на естествената вентилация. В сгради с таванни помещения вентилирането на таванното пространство значително намалява преминаването на топлина към климатизираните помещения, намиращи се под него.

Възможности на естествената вентилация
Естествената вентилация в повечето случаи не може да осигури поддържането на комфорта в помещенията през цялото време. Трябва да се отбележи, че в 3 до 5% от времето, необходимият топлинен комфорт няма да бъде достигнат, поради което този вид вентилация не се препоръчва за сгради и помещения, в които е необходимо точно поддържане на определени параметри на микроклимата.
Добре е да се има предвид и факта, че естествената вентилация трудно се комбинира със система за изкуствено охлаждане. Характерното за естествената вентилация отворено планиране на сградата с големи отваряеми прозорци и врати е нетипично за климатизираните сгради, характерна особеност на които са плътно затворените прозорци.
Естествената вентилация е евтин и природосъобразен начин за вентилиране на сградите, но в отделни помещения тя може да се окаже недостатъчна. Мокрите помещения като баните например, се нуждаят от смукателна вентилация за отвеждане на влажния въздух. При добре изолирани сгради, може да се наложи допълнително предвиждане на нагнетателна система за подаване на загрят и изсушен въздух.

Контролирана вентилация
Доставянето на пресен въздух в помещенията е с цел осигуряване на достатъчно количество кислород. Методите, които се използват за целта, могат да бъдат разделени на два метода. При първият - т.нар. метод на разреждането, замърсителите се разреждат с чист въздух. Характерно за втория е, че при него замърсителите се идентифицират и се премахват.
Контролираната вентилация се отнася към първия метод. Тя се основава на доброто познаване на количествата пресен въздух, необходим на хората в дадено помещение, според извършваните дейности и предназначението на помещението. До момента контролираната вентилация не се използва широко. Причина за това е недостатъчната надеждност на предлаганите сензори и тяхната сравнително висока цена. Контролираната вентилация се използва предимно в приложния със специфични изисквания по отношение на качеството на вътрешния въздух. Степента на технологично развитие при сензорите днес, превръща контролираната вентилация в сравнително лесно осъществим и икономически ефективен метод. Специалистите в областта, обаче, отбелязват, че използването на контролирана вентилация е целесъобразно при коректно проектиране и монтаж на инсталацията.

Предимства на контролираната вентилация
Използването на контролирана вентилация позволява регулиране на подавания в помещенията свеж въздух, в зависимост от конкретните изисквания и съобразно нуждите на намиращите се в помещението хора. В помещенията се подава точното количество пресен въздух, което не бива да бъде повече от необходимото. По този начин се изразходва по-малко енергия, тъй като не се обработват излишни количества въздух, а в същото време се гарантира качеството на въздушната среда. Вентилационните системи, подаващи постоянно количество въздух, осигуряват необходимия свеж въздух, но също така загряват или охлаждат излишно количество въздух. Вентилационни системи, в които предварително се задават количествата въздух за определени периоди от време, могат да осигурят подаването на точното количество свеж въздух в точното време, но съществува рискът от недостатъчна или предостатъчна вентилация, ако текущите потребности се различават от планираните.
При използването на контролирана вентилация, подаването на външен въздух, в моментите в които броят хора, пребиваващи в помещението е ограничен, ще бъде намалено. Когато броят на хората в помещението се увеличи, системата автоматично ще увеличи и количеството подаван въздух. Това се случва без осезаема промяна на въздушната среда и без натрупване на замърсители.
Използването на контролирана вентилация се счита за особено подходящо в големи помещения като спортни зали, аудитории, лекционни зали, конферентни зали, църкви, театри и др. Това са помещения, предвидени за голям брой хора, с високи изисквания по отношение качеството на въздуха.

Други елементи на системата
Основен елемент на всяка контролирана вентилационна инсталация е економайзер или вентилационен блок с регулируеми клапи, предназначен за обработка на въздуха. Към инсталацията могат да бъдат включени и сензори, свързани директно с економайзера или с централния компютър.
При контролираната вентилация широко се използват сензори за въглероден диоксид, сензори за регистриране на присъствие и турникет с брояч на преминаванията, с които се определя броят на хората в помещението.

Сензорите за СО2
са сред най-широко използваните. Те се приемат като особено важен елемент на системата за вентилация на голямогабаритни помещения с широка вариация в броя на хората. По-големите пространства позволяват концентрацията на замърсителите да нараства по-плавно. Сензорите за въглероден диоксид успяват сравнително бързо да отговорят на промените в средата, което позволява лесно поддържане на подходяща вентилация при промяна в броя на хората. Сред основните предимства на вентилационните системи със сензори за въглероден диоксид е, че вентилационната система би могла да реагира адекватно при голяма разлика между броя на хората, пребиваващи в едно помещение.
Недостатък на тези сензори е, че те засичат локалната концентрация на въглероден диоксид и е възможно да не отчетат нуждите на цялото пространство. Сензор, поставен в близост до вход или в застойна зона, би могъл да отчете по-високи или по-ниски от действителните стойности. Един сензор, поставен във въздуховод за рециркулационен въздух, отчита средната концентрация на въглероден диоксид на преминаващия през него въздух. В този случай не се отчитат реалните условия в стаята, късият циркулационен кръг на въздуха и концентрациите, които напускат помещението през отворени врати и прозорци.

Сензори за присъствие
Широкото използване на сензорите за присъствие в автоматизираните решения за контрол на осветлението е добре известно. Намират приложение и в системите за контрол на вентилация. Специалистите препоръчват при използването на сензори за присъствие да се обърне внимание на техните характеристики.
Необходимо е да се предвиди добра вентилация и в случаите, при които хората напускат помещението, в което е поставен сензорът, но остават във вентилируемата зона. Сред възможностите за реализация на това е монтирането на допълнителен сензор за присъствие или на сензор за въглероден диоксид в рециркулационния въздуховод.