Расчет воздухообмена для естественной вентиляции через комфортное проветривание Winkhaus
- Пример расчета естественной вентиляции для двухэтажного загородного дома
- Разница давления при перепаде высот между окнами
- Таблица 1. Плотность воздуха в зависимости от температуры
- Зависимость объема воздуха от разницы давления для Winkhaus activPilot Comfort
- Сколько времени надо держать створку открытой
С 2020 года у всех новых домов в EC показатель потребления энергии должен стремиться к нулю (NZEB). Что же касается Украины, то здесь с 31 декабря 2025 все государственные и коммунальные строения обязаны быть энергонезависимыми. Под NZEB подразумевают здания с потреблением близким к 15 кВтч/м2 энергии за год на отопление или 45 кВтч/м2 в год на отопление, кондиционирование, горячую воду, вентиляцию и все электроприборы. Для Украины числовое значение NZEB строго не определено.
Что же следует предпринять, чтобы достичь низких показателей потребления энергии? Необходимо не только утеплить здание и сделать его герметичным, но и оптимизировать смену воздуха — воздухообмен. То есть, дом должен быть теплым и «здоровым». Воздухообмен определяют как контролируемую вентиляцию для замены воздуха в минимально необходимом количестве. Это очень важно, ведь все мы нуждаемся в постоянном притоке свежего воздуха для выполнения жизненной функции — дыхания.
С одной стороны, при уменьшении поступления свежего воздуха нужно меньше энергии на поддержание заданной температуры, но при этом ухудшается комфорт, а именно — поднимается уровень CO2 и других загрязнителей воздуха. С другой стороны, при увеличении количества заменяемого воздуха увеличивается расход энергии без ощутимого улучшения комфорта. И задача состоит в том, чтобы обеспечить оптимальную замену воздуха, сделав микроклимат помещения «здоровым». Ее можно решить с помощью:
- ● механических систем вентиляции (центральных вентиляционных систем, комнатных проветривателей),
- ● естественной вентиляции,
- ● гибридных систем — комбинации механической и естественной вентиляции.
Для последних двух нужно проводить расчет, чтобы вентилирование смогло обеспечить жильцов необходимым количеством свежего воздуха. Взрослый человек выдыхает 1 л углекислого газа (CO2) в час. Поэтому ежечасно для каждого человека понадобится заменить около 20 м3 воздуха в помещении.
Согласно ДБН В.2.5-67:2013 «Опалення, вентиляція та кондиціонування», оптимальный уровень концентрации CO2 составляет 400-600 ppm (Таблица Х.3), а минимальный расход воздуха на допустимом уровне — 14 м3/час, на оптимальном уровне — 25 м3/час (Таблица Х.4).
Пример расчета естественной вентиляции для двухэтажного загородного дома
Расчет показывает, сколько необходимо створок на проветривание и как долго они должны быть открыты в зависимости от расположения окон и их размера.
В отсутствии ветра природная вентиляция возникнет при наличии притока воздуха и его вытяжки. Воздух перемещается вследствие разницы давления, которая происходит из-за разницы высот и температур внутри помещения и снаружи.
Большую часть отопительного сезона температура наружного воздуха близка к нулю. Для Киева средняя температура отопительного сезона 0 °C согласно ДСТУ-Н Б В.1.1-27:2010 «Будівельна кліматологія». Температуру внутри помещения примем за 20 °C.
Т нар = 0 °C
T внут = 20 °C
Рассмотрим замену фурнитуры в установленных окнах на Winkhaus activPilot PADK с параллельным смещением створки на нескольких окнах, чтобы в холодный период года иметь возможность проветривать в безопасном режиме. При установке такого комфортного проветривания на окнах первого этажа и в спальне второго этажа воздух сможет перемещаться достаточно свободно.
Возьмем обычный размер двустворчатых окон 1,45х1,45 м.
Разница высот между серединами окон — 3,3 м.
Разница давления при перепаде высот между окнами
Разница давления при перепаде высот между окнами рассчитывается по формуле
ΔPt = H * (γн - γв) * g, (1) где
γн — объемный вес холодного наружного воздуха (кг/м3) — табличное значение
γв — объемный вес теплого внутреннего воздуха (кг/м3) — табличное значение
H — вертикальное расстояние между нижними приточными и верхними вытяжными отверстиями (м),
g = 9,8 м2/с — ускорение свободного падения — константа.
Таблица 1. Плотность воздуха в зависимости от температуры
| Т, °С | Объемный вес воздуха (кг/м3) |
|---|---|
| -20 | 1,396 |
| -10 | 1,342 |
| 0 | 1,293 |
| +10 | 1,248 |
| +20 | 1,205 |
| +30 | 1,165 |
Из таблицы 1 определяем:
γн = 1,293 кг/м3
γв = 1,205 кг/м3
Разница давления составит:
ΔPt = H * (γн - γв) * g = 3,3 м * (1,293 кг/м3 - 1,205 кг/м3) * 9,8 м2/c = 2,8 Па
Зависимость объема воздуха от разницы давления для Winkhaus activPilot Comfort
С подобным графиком можно рассчитать другую систему естественной вентиляции. Он дает понять: достаточно ли свежего воздуха будет поступать в помещение?
Из графика видно, что через 1 м зазора створки с комфортным проветриванием Winkhaus activPilot Comfort проходит 13 м3/час/м воздуха, при разнице давления 2,8 Па.
Для наших окон длина периметра створки L = 4 м.
И через 4 м зазора створки с комфортным проветриванием Winkhaus activPilot Comfort будет проходить 13 м3/час/м * 4 м = 52 м3/час.
Получается, что в дом через нижнее окно будет заходить 52 м3/час воздуха. Такой же объем воздуха будет выходить через верхнее окно.
Сколько времени надо держать створку открытой
Как указано ранее, потребность свежего воздуха на одного человека — 20 м3/час. Это позволяет компенсировать выработанный человеком CO2. Если в спальне находится 2 человека, то время открытия створки на комфортное проветривание составит:
T(Время в открытом состоянии) = 2 чел * 20 (м3/час/чел) / 52 (м3/час) = 46 мин каждый час
Для детской спальни такие же окна обеспечат свежим воздухом 1 человека меньше, чем за 23 минуты:
T(Время в открытом состоянии) = 1 чел * 20 (м3/час/чел) / 52 (м3/час) = 23 мин каждый час
При ветряной погоде или понижении температуры на улице, время проветривания сокращается.
Наиболее комфортный режим в помещении — когда створками управляет автоматика в зависимости от уровня CO2 или комбинации показателей CO2, влажности и пыли (PM). В таком случае поддерживаются оптимальные параметры воздуха с минимальными затратами энергии. Исключена ситуация, когда хозяева забывают вовремя открыть или закрыть створку.
Расчет показал, что для двух человек одной створки обычного размера достаточно для обеспечения комфортного проветривания в безопасном режиме в холодное время года.
