Розрахунок повітрообміну для природної вентиляції через комфортне провітрювання Winkhaus
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).
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.
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
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.
