Естественная вентиляция — это процесс воздухообмена, основанный на разнице давления и температуры воздуха внутри и снаружи здания. Существует два основных типа: неорганизованная (инфильтрация через щели в окнах и дверях) и организованная (с использованием специальных приточных устройств). Правильный расчет такой системы необходим для поддержания оптимальной кратности воздухообмена, что напрямую влияет на микроклимат и здоровье людей в помещении.
Что такое естественная вентиляция?
На изображении показано, как воздух поступает через приточные клапаны или щели в деревянных окнах.
Вентиляция — ключевой элемент комфортного микроклимата как в частных домах, так и в многоквартирных зданиях. В последних для удаления отработанного воздуха традиционно используются общие вентиляционные шахты и стояки, выходящие на крышу. Для здоровой атмосферы критически важен не только отток, но и постоянный приток свежего воздуха с улицы.
Раньше в квартирах с деревянными рамами этот приток обеспечивался естественным образом через неплотности. Однако современные стандарты энергоэффективности и повсеместная установка герметичных пластиковых окон привели к проблеме: вытяжка удаляет воздух, а новый поступать не может. Это создает в помещении зону разрежения, что вызывает духоту, запотевание окон и ухудшение самочувствия жильцов.
Принципы работы и нормативная база
Эффективность естественного проветривания сильно зависит от сезона. Зимой, когда разница температур внутри и снаружи велика, тяга в каналах усиливается, и воздухообмен происходит активнее. Летом, при сближении температур, движение воздуха замедляется, и производительность системы падает, что может приводить к ощущению духоты.
Основные требования к проектированию и расчету систем изложены в нормативных документах: СНиП 41.01–2003 «Отопление, кондиционирование и вентиляция» и СП 73.13320–2012 «Внутренние санитарно-технические системы зданий». Для организации контролируемого притока сегодня используются специальные стеновые или оконные приточные клапаны.
Способы организации и улучшения тяги
На фото изображен приточный клапан, который часто устанавливают на металлопластиковые окна для компенсации их герметичности.
В классической системе отработанный воздух удаляется за счет тяги в вертикальных каналах, расположенных в санузлах и на кухне. Сила этой тяги прямо пропорциональна разнице температур и высоте вентиляционной шахты.
Если естественной тяги недостаточно, ее можно улучшить с помощью дополнительных устройств:
- Проветриватели (приточные клапаны): Устанавливаются в стене или оконной раме. Позволяют регулировать приток, но их работа также зависит от внешних условий.
- Бризеры: Более сложные устройства, которые не только подают воздух, но и очищают его с помощью системы фильтров. Монтируются в наружной стене.
- Вентиляторы: Установка вытяжного вентилятора в канал переводит систему в разряд принудительной и гарантирует удаление воздуха независимо от погоды.
- Дефлекторы: Устанавливаются на оголовок вентиляционной трубы на крыше. Используют энергию ветра для создания разрежения и усиления тяги.
Ветер может как помогать, так и мешать естественной вентиляции. При открытом окне с наветренной стороны он может создавать избыточное давление и улучшать вытяжку. Естественная вентиляция остается самым экономичным вариантом, не требующим затрат на электроэнергию.
Методика расчета: ключевые параметры и формулы
Для эффективной работы системы важен правильный подбор размеров приточных устройств и их пропускной способности.
Расчет системы естественной вентиляции направлен на определение условий, при которых воздухообмен будет максимально эффективным. Он включает в себя несколько этапов:
- Определение необходимого объема приточного воздуха.
- Расчет скорости движения воздуха в каналах.
- Определение требуемого сечения (диаметра) вентиляционных каналов.
В основе расчетов лежат санитарно-гигиенические нормы, учитывающие площадь помещения, его назначение и количество людей.
1. Расчет скорости воздуха в канале
Дефлектор на оголовке трубы помогает увеличить скорость оттока воздуха.
Скорость воздуха — это векторная величина, но для расчетов часто используется ее среднее значение по сечению канала. Она напрямую влияет на эффективность воздухообмена и комфорт.
Скорость (B) рассчитывается по формуле: B = M / (3600 · S), где:
- B — скорость воздуха (м/с);
- M — расход воздуха (м³/ч);
- S — площадь поперечного сечения воздуховода (м²).
Расход воздуха (M) определяется по нормам: для постоянно находящегося в помещении человека требуется около 60 м³/ч, для временного пребывания — 20 м³/ч.
2. Расчет объема воздухообмена и его кратности
Качество воздуха в помещении поддерживается за счет его полной или частичной замены. Количество полных замен воздуха в помещении за час называется кратностью воздухообмена. Это ключевой параметр для расчета.
Кратность (N) вычисляется по формуле: N = V / Y, где:
- N — кратность воздухообмена (раз/час);
- V — объем приточного воздуха за час (м³/ч);
- Y — объем помещения (м³).
Для удобства существуют нормативные таблицы с рекомендуемой кратностью для разных типов помещений:
- Жилая комната: 3 м³/ч на 1 м² площади.
- Кухня: 6–8 крат (или 60–90 м³/ч при наличии электрической/газовой плиты).
- Ванная, туалет: 7–9 крат.
- Гардеробная, кладовая: 1–1.5 крат.
- Гараж: 4–8 крат для удаления выхлопных газов.
Слишком низкая кратность приводит к застою воздуха, накоплению влаги, CO₂ и вредных веществ. Слишком высокая — к сквознякам, переохлаждению и неоправданным потерям тепла.
3. Расчет сечения (диаметра) вентиляционного канала
Сравнение воздуховодов круглого и прямоугольного сечения.
После определения расхода (M) и выбора оптимальной скорости (B) можно рассчитать необходимое сечение канала.
Площадь сечения (S) находится по формуле: S = M / (3600 · B).
Для круглого воздуховода диаметр (D) рассчитывается так: D = 1000 · √(4 · S / π), где:
- D — диаметр (мм);
- S — площадь сечения (м²);
- π — константа (≈3.14).
Полученное значение округляется в сторону ближайшего стандартного размера воздуховода. Учитывая сложность взаимосвязанных расчетов, для проектирования ответственных систем рекомендуется обращаться к специалистам.
Зачем нужен точный расчет?
Грамотный расчет позволяет сбалансировать приток и вытяжку, создавая здоровый микроклимат.
Главная цель расчета — добиться баланса между количеством поступающего и удаляемого воздуха. Это предотвращает возникновение обратной тяги, сквозняков или духоты. Сбалансированный воздухообмен улучшает качество сна, повышает работоспособность и снижает риск респираторных заболеваний. Если расчетные значения притока и вытяжки различаются, за основу принимается большее значение. Для предварительных оценок можно использовать онлайн-калькуляторы, подставляя свои исходные данные.
Особенности монтажа воздуховодов
Для организации каналов используются жесткие (оцинкованная сталь, пластик) и гибкие (гофрированные) воздуховоды круглого или прямоугольного сечения. Жесткие короба крепятся к конструкциям здания с помощью хомутов, шпилек или траверс с резиновыми уплотнителями для виброизоляции.
Гибкие воздуховоды удобны для обхода препятствий, но создают большее аэродинамическое сопротивление. При длине более 5 метров их необходимо дополнительно фиксировать подвесами, чтобы избежать провисания. Важно соблюдать минимально допустимые радиусы изгиба, указанные производителем, чтобы не пережимать канал и не снижать его производительность.