Расчет воздухообмена для естественной вентиляции через комфортное проветривание Winkhaus

Расчет воздухообмена для естественной вентиляции через комфортное проветривание Winkhaus

Пример практического расчета естественной вентиляции
calendar_today
29 сентября 2020
query_builder
visibility
1 043
Расчет показан на примере окон с фурнитурой Winkhaus activPilot Comfort PADK (комфортное проветривание), но принцип подходит для других систем естественной вентиляции.

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).

Таблица классификации здания или помещения по уровню концентрации СО2 в воздухе

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.

Схематическое изображение коттеджа для определения вертикальной расстояния между окнами на разных этажах
Движение воздуха между окнами первого и второго этажей Фото: OKNA.ua

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

Зависимость объема воздуха от давления для Winkhaus activPilot Comfort
График 1. Зависимость объема проходящего воздуха через Winkhaus activPilot Comfort от разницы давления Фото: Fachhochschule Munster

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.

Андрей Лесьо
Андрей Лесьо
Директор OKNA.ua
Учасник Консультативного совета Фонда Энергоэффективности
Автор статей об энергоэффективности, строительных материалах и технологиях
Автор проекта многоквартирного эко-активного дома
Энергосбережение Энергокалькулятор окон OKNA.ua — вопросы и ответы
Энергокалькулятор окон OKNA.ua — вопросы и ответы
Как работает калькулятор энергоэффективности и что он дает?
Энергосбережение Этикетка Энергоэффективности — вопросы и ответы
Этикетка Энергоэффективности — вопросы и ответы
Ответы на вопросы об этикетке энергоэффективности и быстрый способ разобраться с потерями через окна
Обзоры и аналитика Как пережил оконный рынок первые две недели карантина
Как пережил оконный рынок первые две недели карантина
Опрос компаний оконного рынка
Комментарии
P
Подтверждаю - для выхода на нормативный расход воздуха окна нужно держать приоткрытыми. Чтобы зимой было комфортно, приток нужно греть. Это возможно только в принудительной вентиляции - с подачей воздуха через нагреватель. Либо не находиться возле окна, где возможен большой температурный перепад.
21 окт. 2020 г., 11:59
ОтветитьПожаловаться на спам
Loading
E-Mail:
следить за ответами