Перепады давления воздуха в вентиляции

Гравитационные (свободноконвективные) движения воздуха - это всплывание горячего воздуха в среде холодного воздуха, а также утапливание холодного воздуха в среде горячего воздуха. Это происходит потому, что горячий (тёплый) воздух легче холодного.

С другой стороны гравитационные движения воздуха (как и любые движения газа) возникают как перемещение (выталкивание) воздуха из зон повышенного давления в зоны пониженного давления, причём эти давления создаются естественными факторами - гравитационными силами (силами тяжести). При отсутствии перемещений воздуха давление воздуха (динамическое, совпадающее со статическим) равно весу воздушного столба, расположенного над рассматриваемой точкой.

Так что давление воздуха в горячей бане у потолка (соединенного с атмосферой) равно давлению воздуха вне бани на том же высотном уровне, поскольку над горячей баней находится точно такой же атмосферный воздух, что и рядом с баней. Но давление воздуха у пола бани ниже атмосферного на том же высотном уровне, поскольку вес горячего воздуха в бане меньше веса холодного атмосферного воздуха вне бани.

Разность давлений воздуха у пола в бане и воздуха вне бани (на том же высотном уровне пола бани) будет равна Apr=(p6-pa)-g-H, где рб и ра - плотности воздуха в бане и вне бани соответственно, g=9,8 м/сек2 - ускорение свободного падения, Н - высота бани от пола до потолка. Поскольку р (Kr/M3)=353/(273+t), перепад давлений Ар при температуре вне бани ta=0°C и температуре в бане t6=100°C для высоты бани Н=3 м составляет минус 10 Па (10-4 атм). Этот перепад давления и создаёт возможность проветривания бани даже при полном отсутствии ветра вне бани. Напомним, что 1 Па= 1 Н/м2= 1 кг-м/сек2= 10-5атм.

Наличие перепадов давления на стенах иногда приводит любителей бань к мысли, что многие явления в бане обусловлены именно этим фактором. Так, есть мнение, что баня хороша именно тем, что является зоной повышенного (или пониженного) давления, и это объясняет потение (или наоборот, лёгкое испарение пота), повышение (или понижение) артериального давления и т. п. Поэтому напомним, что если в бане перепады давления составляют 10 Па, то в жилых помещениях при нормальной эксплуатации - до 100 Па, а в земной атмосфере циклоны и антициклоны изменяют атмосферное давление на величины до 5000 Па.

На рисунке 42а представлена эпюра разности давлений воздуха в бане и вне бани. Если открыть верхнее вентиляционное отверстие 1, то никаких перемещений воздуха наблюдаться не будет, поскольку давления в бане и вне бани на этом высотном уровне одинаковы (возможны лишь циркуляционные явления, связанные с «падением» холодного воздуха в нижнюю часть проёма вентиляционного отверстия, при значительной высоте проёма 1, см. далее). Если же слегка приоткрыть «пробное» отверстие 2, то можно убедиться, что воздух затягивается в баню (точно так же, как засасывается воздух в печку через поддувало).

Теперь закроем верхнее вентиляционное отверстие 1 и откроем нижнее вентиляционное отверстие 3 (рис 426). Воздух из атмосферы рванётся в баню, создав в ней у пола давление, равное атмосферному на том же высотном уровне. При этом весь воздух в бане, которому выходить некуда, сожмётся. При этом давление у потолка бани станет выше атмосферного на том же высотном уровне. Приоткрыв «пробное» отверстие 4, можно убедиться, что воздух выходит наружу. Можно даже замерить величину этого избыточного давления в бане мембранным манометром (но не водяным или ртутным, поскольку 10 Па соответствует 1 мм водяного столба).

Если открыть нижнее 5 и верхнее 6 вентиляционные отверстия одновременно, то у потолка бани сохранится повышенное давление, а у пола пониженное (рис. 42в). Через нижнее отверстие 5 будет поступать приточный воздух, а через верхнее отверстие 6 - удаляться вытяжной воздух. Возникает непрерывный (при подогреве приточного воздуха) поток вентиляционного воздуха снизу вверх, описываемый уравнением Бернулли для идеальных (безвязкостных) жидкостей (газов) p+pgh+pV2/2=const, где р - статическое давление, pgh - вес столба воздуха над рассматриваемой точкой (гравитационное давление), V - скорость перемещения воздуха, pT=p+pV2/2 - динамическое давление (полное давление, давление торможения). Иными словами, при возникновении потока воздуха графики давлений на рис. 42а и б надо сдвинуть на величину pV2/2, равную 0,6 Па при V=l м/сек или 2,4 Па при 2 м/сек. При этом, в бане появляется некий уровень 7 (так называемая «нейтральная линия»), разделяющий зоны положительного и отрицательного статических давлений. Если сделать дополнительное вентиляционное отверстие на уровне 7, то воздух в нем перемещаться не будет. В зависимости от соотношений размеров верхнего и нижнего вентиляционных отверстий уровень 7 может перемещаться вверх или вниз.

В многоэтажных жилых домах вентиляционных отверстий много, и эпюра давлений может быть сложной. В простейших же банях оценки можно производить исходя из гравитационных перепадов давлений Арг=(2-5) Па (для характерных температур в бане 50-100°С). Исходя из уравнения Бернулли линейная скорость в вентотверстии может достигать при этом V (м/сек)=(1,66 Арг(Па))1/2, то есть Vr=( 1,8-2,9) м/сек. Таким образом, при площадях вентиляционных отверстий 1 дм2 (10x10 см) можно рассчитывать на скорость вентиляции не более (70-100) м3/час, а с учётом вязкости воздуха, газодинамичекских потерь внутри бани, а также при расположении отверстий ниже уровня потолка и выше уровня пола ещё в 1,5-2 раза меньше. Поскольку коэффициент расхода приточных отверстий больше, чем вытяжных, то верхнее вентотверстие делают в 1,5-2 раза большим, чем нижнее.

Рекомендуются следующие скорости воздуха в системах вентиляции (в м/сек):

Элемент вентиляции

Естественная

вентиляция

Механическая

вентиляция

Воздухоприёмные жалюзи

0,5-1

2-4

Воздухоприёмные каналы

1-2

2-6

Распределительные каналы:

 

 

- горизонтальные

0,5-1

5-8

- вертикальные

0,5-1,5

2-5

Приточные решётки:

 

 

- у пола

0,2-0,5

0,2-0,5

- у потолка

0,5-1

1-2

Вытяжные решётки у потолка

0,5-1

1-2

Вытяжные шахты

1-1,5

3-6

При установке дефлекторов указанные скорости воздуха при естественной вентиляции увеличиваются на 25%.

Таким образом, для общеобменной вентиляции бань можно рекомендовать делать регулируемые вентотверстия в потолке или в верхней части стен в расчёте 50 см2 на одного человека при наличии возможности залпового вентилирования через двери и 100 см2 при отсутствии такой возможности.

Напомним для сравнения, что в многоэтажном городском жилищном строительстве рекомендуются следующие площади проходного сечения вентиляционных отверстий для естественной вытяжки: кухни - 150 см2, ванные комнаты - 150 см2, туалеты - 100 см2, душевые - 100 см2.

Считается, что такие отверстия обеспечивают скорости естественной вентиляции на уровне (20-90) м3/час в зависимости от этажности здания и времени года.Шумы в вентканалах с поперечным сечением 100 см2 могут возникать из-за появления турбулентности уже при 0,3-0,5 м/сек, а в вентотверстиях сечением 1 см2 при 3-5 м/сек. Поэтому вентиляционные короба в ответственных помещениях звукоизолируют (обклеивают пенорезиной). Напомним, что с увеличением скорости движения газов (и жидкостей) частота шумов увеличивается (гул постепенно переходит в вой, а затем в свист), что положено в основу действия некоторых моделей газовых расходомеров - акустических частотомеров.

 

 
 
Яндекс.Метрика