Розрахунок повітрообміну для природної вентиляції через комфортне провітрювання Winkhaus

Розрахунок повітрообміну для природної вентиляції через комфортне провітрювання Winkhaus

Приклад практичного розрахунку природної вентиляції
calendar_today
29 вересня 2020
query_builder
visibility
2 107
Розрахунок показаний на прикладі вікон із фурнітурою Winkhaus activPilot Comfort PADK (комфортне провітрювання), але принцип підходить для інших систем природної вентиляції.

З 2020 року для всіх нових будинків у ЄC показник споживання енергії має наближатися до нуля (NZEB). Що ж стосується України, то тут із 31 грудня 2025 всі державні й комунальні будівлі мусять бути енергонезалежними. Під NZEB мають на увазі будівлі зі споживанням близьким до 15 кВт·год/м2 енергії за рік на опалення або 45 кВт·год/м2 за рік на опалення, кондиціонування, гарячу воду, вентиляцію і всі споживачі електричного струму. Для України числове значення NZEB строго не визначено.

Що треба зробити, щоби досягти низьких показників споживання енергії? Необхідно не тільки утеплити будинок і зробити його герметичним, а й оптимізувати зміну повітря — повітрообмін. Тобто, будинок має бути теплим і «здоровим». Повітрообмін визначають як контрольовану вентиляцію для заміни повітря в мінімально необхідній кількості. Це дуже важливо, адже всі ми потребуємо постійного притоку свіжого повітря для виконання життєвої функції — дихання.

З одного боку, у разі зменшення надходження свіжого повітря, потрібно менше енергії на підтримання заданої температури, але погіршується комфорт: піднімається рівень CO2 і інших забруднювачів повітря. З іншого боку, у разі збільшення кількості замінного повітря, збільшуються витрати енергії без відчутного поліпшення комфорту. Завдання полягає в тому, щоби забезпечити оптимальну заміну повітря, зробивши мікроклімат приміщення «здоровим». Її можна вирішити за допомогою:

  • ● механічних систем вентиляції (центральних вентиляційних систем, кімнатних провітрювачів),
  • ● природної вентиляції,
  • ● гібридних систем — комбінації механічної та природної вентиляції.

Для останніх двох потрібно проводити розрахунок, щоби вентилювання змогло забезпечити мешканців необхідною кількістю свіжого повітря. Доросла людина видихає 1 л вуглекислого газу (CO2) на годину. Тому щогодини для кожної людини знадобиться замінити близько 20 м3 повітря в приміщенні.

Згідно зі ДБН В.2.5-67:2013 «Опалення, вентиляція та кондиціонування», оптимальний рівень концентрації CO2 становить 400-600 ppm (Таблиця Х.3), а мінімальна витрата повітря на допустимому рівні — 14 м3/год, на оптимальному рівні — 25 м3/год (Таблиця Х.4).

Таблиця класифікації будівлі чи приміщення за рівнем концентрації СО2 у повітрі

Приклад розрахунку природної вентиляції для двоповерхового заміського будинку

Розрахунок показує, скільки необхідно стулок на провітрювання і як довго вони мають бути відкриті залежно від розташування вікон і їхнього розміру.

За браком вітру природна вентиляція виникне в разі наявності припливу повітря і його витяжки. Повітря переміщається внаслідок різниці тиску, яка відбувається через різницю висот і температур всередині приміщення й зовні.

Більшу частину опалювального сезону температура зовнішнього повітря близька до нуля. Для Києва середня температура опалювального сезону 0 °C згідно з ДСТУ-Н Б В.1.1-27: 2010 «Будівельна кліматологія». Температуру всередині приміщення приймемо за 20 °C.
Т зов = 0 °C
T внут = 20 °C

Розглянемо заміну фурнітури у встановлених вікнах на Winkhaus activPilot PADK із паралельним зміщенням стулки на декількох вікнах, щоби в холодну пору року мати можливість провітрювати в безпечному режимі. У разі установки такого комфортного провітрювання на вікнах першого поверху і в спальні другого поверху повітря зможе переміщатися досить вільно.
Візьмемо звичайний розмір двостулкових вікон 1,45х1,45 м.
Різниця висот між центрами вікон — 3,3 м.

Схематичне зображення котеджу для визначення вертикальної відстані між вікнами на різних поверхах
Рух повітря між вікнами першого і другого поверхів Фото: OKNA.ua

Різниця тиску при перепаді висот між вікнами

Різниця тиску при перепаді висот між вікнами розраховується за формулою:
ΔPt = H * (γз - γв) * g, (1) де
γз — об'ємна вага холодного зовнішнього повітря (кг/м3) — табличне значення
γв — об'ємна вага теплого внутрішнього повітря (кг/м3) — табличне значення
H — вертикальна відстань між нижніми приточними і верхніми витяжними отворами (м),
g = 9,8 м2/с — прискорення вільного падіння — константа.

Таблиця 1. Щільність повітря залежно від температури

Т, °С Об'ємна вага повітря (кг/м3)
-20 1,396
-10 1,342
0 1,293
+10 1,248
+20 1,205
+30 1,165

Із таблиці 1 визначаємо:
γз = 1,293 кг/м3
γв = 1,205 кг/м3

Різниця тиску складе:
ΔPt = H * (γз - γв) * g = 3,3 м * (1,293 кг/м3 - 1,205 кг/м3) * 9,8 м2/c = 2,8 Па

Залежність обсягу повітря від різниці тиску для Winkhaus activPilot Comfort

Залежність об'єму повітря від тиску для Winkhaus activPilot Comfort
Графік 1. Залежність обсягу повітря, що проходить через Winkhaus activPilot Comfort, від різниці тиску Фото: Fachhochschule Munster

За подібним графіком можна розрахувати іншу систему природної вентиляції. Він дає зрозуміти: чи достатньо свіжого повітря буде надходити в приміщення?

Із графіка видно, що через 1 м зазору стулки з комфортним провітрюванням Winkhaus activPilot Comfort проходить 13 м3/год/м повітря, при різниці тиску 2,8 Па.

Для наших вікон довжина периметра стулки L = 4 м.
І через 4 м зазору стулки з комфортним провітрюванням Winkhaus activPilot Comfort буде проходити 13 м3/год/м * 4 м = 52 м3/год.
Виходить, що до будинку через нижнє вікно буде заходити 52 м3/год повітря. Такий же обсяг повітря буде виходити через верхнє вікно.

Скільки часу треба тримати стулку відкритою

Як зазначено раніше, потреба свіжого повітря на одну людину — 20 м3/год. Це дає змогу компенсувати вироблений особою CO2. Якщо в спальні перебувають 2 людини, то час відкриття стулки на комфортне провітрювання складе::

T(Час у відчиненому стані) = 2 люд * 20 (м3/год/люд) / 52 (м3/час) = 46 хв щогодини

Для дитячої спальні такі ж вікна забезпечать свіжим повітрям 1 людину менше, ніж за 23 хвилини:
T(Час у відчиненому стані) = 1 люд * 20 (м3/год/люд) / 52 (м3/год) = 23 хв щогодини

За вітряної погоди або зниженні температури на вулиці, час провітрювання скорочується.

Найбільш комфортний режим у приміщенні — коли стулками управляє автоматика залежно від рівня CO2 або комбінації показників CO2, вологості й пилу (PM). У такому випадку підтримуються оптимальні параметри повітря з мінімальними витратами енергії. Виключена ситуація, коли хазяї забувають вчасно відчинити або зачинити стулку.

Розрахунок показав, що для двох осіб однієї стулки звичайного розміру достатньо для забезпечення комфортного провітрювання в безпечному режимі в холодну пору року.

Андрей Лесьо
Андрей Лесьо
Директор OKNA.ua
Учасник Консультативної ради Фонду енергоефективності
Автор статей про енергоефективність, будівельних матеріалів і технологій
Автор проекту багатоквартирного еко-активного будинку
Енергозбереження Енергокалькулятор вікон OKNA.ua — питання та відповіді
Енергокалькулятор вікон OKNA.ua — питання та відповіді
Як працює калькулятор енергоефективності та що він дає?
Енергозбереження Етикетка Енергоефективності — питання і відповіді
Етикетка Енергоефективності — питання і відповіді
Відповіді на питання про етикетку енергоефективності і швидкий спосіб розібратись із втратами через вікна
Огляди та аналітика Як пережив віконний ринок перші два тижні карантину
Як пережив віконний ринок перші два тижні карантину
Опитування компаній віконного ринку
коментарі
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 жовт. 2020 р., 11:59
ВідповістиПоскаржитися на СПАМ
Loading
E-Mail:
слідкувати за відповідями