Вентиляция приточная естественная: как сделать в помещении, расчет, принцип работы

Разное

Содержание

как сделать в помещении, расчет, принцип работы

Под понятием «вентиляция» понимается система обмена воздушными массами в помещении, снабжение его кислородом. Здания жилого характера особенно остро нуждаются в установлении в них комфортных показателей увлажненности воздуха и оптимальной температуры. Четко организованная приточно-вытяжная естественная вентиляция способствует укреплению здоровья проживающих людей, поддержанию иммунитета. Особенно остро нуждаются в качественном проветривании помещения санузла, кухни, где наблюдается высокий уровень влажности и загрязненности воздуха.

Общие принципы построения вентиляции.

Естественная вентиляция

Движение воздушных масс в этой системе возникает по ряду причин:

  1. Из-за неодинаковости температурных показателей внешних и внутренних атмосферных пластов. Этот процесс получил название «аэрация».
  2. Из-за разности давления воздуха между помещением, находящимся на обслуживании, и самим устройством, обеспечивающим вытяжение, дефлектором. Монтируется он на крыше здания.
  3. Вследствие активного действия ветрового давления.

Схема естественной вентиляции: 1 – зона притока воздуха, 2 – зона перетока воздуха, 3 – зона вытяжки воздуха.

Аэрация применяется в помещениях цехов, подверженных существенным выделениям тепла, в воздухе которых наблюдается избыточное количество газов и пыли. Не используют ее там, где условия производства связываются с заблаговременной обработкой приточного воздуха или при условии, когда поток свежих масс приводит к появлению конденсата или тумана.

Естественная вентиляция связана с циркуляцией воздуха из-за неодинаковости давления воздушного столба. Наименьший перепад высоты между показателем вытягивания масс из помещения и выводом его с помощью дефлектора обычно составляет чуть более 3 м. Движение воздуха сквозь воздуховод происходит со скоростью 1 м/с.

Естественная вентиляция сводится к тому, что в результате влияния ветрового давления на участках здания, обращенных к ветру, возникает повышение, а на безветренных точках – понижение давления. Такая система воздухообмена отличается простотой и не вызывает необходимости в приобретении дорогого оборудования, она не способна поглощать избыточное количество электрической энергии, что очень важно в целях экономии денежных средств.

Классификация вентиляционных установок.

Естественная вентиляция находится в прямой зависимости от факторов внешней среды, на нее оказывают влияние температурные показатели, направление ветра и скорость его перемещения.

Такая система воздухообмена представляется сообществом механизмов, позволяющих проводить обработку, перемещение, подачу и выведение масс. В связи с этим различают следующие классификации:

  • по способности формировать давление и передвижение воздуха: естественное и механическое намерение;
  • по функции: приточная и вытяжная вентиляция.

Вернуться к оглавлению

Естественный приток с помощью стеновых и оконных клапанов

В наши дни большая часть людей ставит в своем жилище окна из ПВХ, которые наряду с положительными моментами обладают и некоторыми недостатками. К ним можно отнести абсолютную герметичность, она предусмотрена технологическим процессом. В результате естественный приток воздуха отсутствует. Воздухообмен в подобных конструкциях приближается к нулевым отметкам.

Через окно с вентиляционным клапаном поступает свежий воздух, для более активной циркуляции которого в вытяжные каналы устанавливаются вентиляторы.

Для того чтобы решить ситуацию в положительном ключе, следует при оформлении заказа обратить внимание на оформление оконных блоков. На них должна присутствовать встроенная регулируемая щель, обеспечивающая качественное проветривание помещения. Традиционным местом становится верх оконной конструкции. Это приточная вентиляция, представленная в виде оконного клапана.

Клапан инфильтрации воздуха (приточный стеновой) можно установить после того, как будут монтированы окна. Он имеет вид патрубка круглой формы, фиксируется в основании стены и с обеих сторон прикрывается решетками. Внутри имеется регулируемый клапан, который может открываться и закрываться. Обычно такие элементы ставятся около окон, они остаются практически невидимыми, ведь любое окно имеет штору, она помогает в этом.

Входящий воздух будет поступать в область влияния радиаторов, расположенных под проемами.

Нередко подобные клапаны ставят за батареей, в результате поступающие массы будут хорошо прогреваться. Приточная вентиляция такого вида может снабжаться фильтрами, датчиками, показывающими влажность воздуха и температуру.

Клапаны желательно ставить в спальнях, столовых, санузлах. Их можно увидеть в зданиях, в оформлении которых применялись паронепроницаемые утеплители типа пенопласта, ведь в таком случае количество приточного воздуха в доме заметно сокращается.

Вернуться к оглавлению

Приточная вентиляция в доме

Схема установки приточного клапана за радиатором.

Основная масса свежего воздуха поступает в помещение сквозь двери и окна в момент их открывания. Однако таких мер часто недостаточно для осуществления качественного проветривания. Многие современные постройки оснащаются инфильтрационными клапанами.

Приточно вытяжная вентиляция предназначается для своевременной подачи в помещение свежих масс взамен удаленного пласта. Такой воздух часто обрабатывается: очищается, согревается, увлажняется.

Приточная вентиляция в доме призвана создавать лучшие условия обмена воздухом. Это часто связано со значительными расходами энергии тепла. Отопительное оборудование призвано регулярно обогревать охлажденные пласты воздуха. Согретые массы перемещаются из вытяжки.

Вернуться к оглавлению

Вытяжная система воздухообмена

Система вентиляции с рекуперацией тепла.

Выведение из помещений воздушных масс осуществляется посредством установленных вентиляционных отверстий, которые имеют выход на улицу через кровлю здания или стену. Вытяжная вентиляция в доме устанавливается в момент постройки здания. Их скрытые формы монтируют в кирпичную кладку или пристрой.

Чтобы повысить эффективность такого канала, применяют жестяные вставки. Вертикальную конструкцию этой системы покрывают металлическим колпаком, предотвращающим проникновение снега и воды.

Шахта системы вентилирования монтируется в домашних котельных или помещениях с газовыми отопительными приборами. Установленные над плитами вытяжки избавят помещение от ненужных паров, насыщенных влагой и маслом.

Вернуться к оглавлению

Понятие приточно-вытяжной вентиляции

Подобная система воздухообмена основывается на особенной эффективной работе, в результате которой происходит замена застоявшегося воздуха комнат. В результате работы этой системы происходит встреча 2-х потоков воздушных масс, функционирование которой происходит за счет работы вытяжки и притока, фильтров и вентиляторов.

Приточно-вытяжная вентиляция отличается удобством, легкостью проведения монтажных работ и комфортными условиями эксплуатации. Обогрев поступающего в помещение воздуха может обеспечиваться посредством действия водяного и электрического нагревателя.

Виды вентиляционных каналов: а – размещение вентиляционных каналов в кирпичной стене, б – вентиляционные приставные каналы, в – подвесной вентиляционный короб, г – вывод на крышу вентиляционной шахты.

Процесс обмена воздухом в помещении, связанный с этой системой, связывается с принудительным режимом работы. Здесь проводится дальнейшая обработка масс, включающая их обогрев и очищение. Отдельные образцы имеют функцию увлажнения, которая осуществляется при помощи влаги, выходящей из канала в поток входящего чистого воздуха. Представленные механизмы располагают специальными устройствами, снижающими шум при их работе. Они помогают из помещений с высокой влажностью воздуха выводить лишнюю сырость.

В условиях квартиры подобная вентиляция нередко принимает форму небольших по размерам блоков, имеющих довольно симпатичный и оригинальный внешний вид. Такие устройства можно расположить на стене, обстановка комнаты от этого не пострадает.

В помещениях с поставленной вентиляцией всегда легко дышится, здесь отсутствует застоявшийся и несвежий запах, в комнатах нет спертости, духоты и сырости. Накануне проведения монтажных работ следует провести подготовку, в это понятие включается проведение соответствующих расчетов, выбор оборудования согласно типу помещения. Качественно проведенный монтаж даст уверенность в завтрашнем дне и самым лучшим образом отразится на состоянии здоровья проживающих людей.

Вентиляционные каналы во внутренних стенах помещений санузлов и кухни проектируются до начала возведения стен.

От того, как работает вентиляция в доме, будет зависеть не только комфорт проживания всех жильцов, но и целостность конструкций здания. В связи с этим на территории РФ активно используется устройство приточно-вытяжной естественной вентиляции. Ее действие связывается с неодинаковостью температурных показателей, непроницаемостью наружного и внутреннего воздуха. Как только внешняя температура будет понижена, повышается действенность работы вытяжных каналов, при ее увеличении она заметно снижается.

Система воздухообмена естественного плана наряду с достоинствами, имеет и некоторые недочеты. Ее стоимость относительно мала, если сравнивать с установкой других систем. По этой причине ее используют очень часто в помещениях жилого плана. Такая вентиляция не нуждается в специальном оборудовании, электрических приборах, вентиляторах, двигателях, приводах. Ее отличает простота эксплуатации, незначительные показатели шумности и надежности.

Вернуться к оглавлению

Дополнительные особенности

Стоит отметить, что результативность работы естественной вентиляции определяется особенностями конструкции, состоянием и четкой эксплуатацией вытяжных вентиляционных сооружений. Отверстия для вытяжки устанавливают в момент постройки дома и выводят их на крышу здания, что помогает усилить тягу. Такие каналы представляются пустотами, зафиксированными в кирпичной стене или бетоне.

Но современные условия диктуют особые требования к установке подобных устройств, и назвать его безупречным нельзя. Для лучшей работы такой системы стенки внутренних вытяжных проемов обязаны иметь гладкое основание, без впадин и возвышенностей, а ведь именно эти небольшие элементы способны понизить тягу. Подобные устройства обязаны быть ровными, на их основании не должно быть суживающих и расширяющих элементов, они также не лучшим образом воздействуют на вентилирование помещения. Чтобы соорудить конструкцию, отвечающую подобным требованиям, нужна особая аккуратность, опыт работы, четкость при выполнении всех этапов.

Чтобы несвежий воздух выводился за пределы помещения, следует устанавливать вентиляционные каналы. Они особенно необходимы для кухни, в котельной. Такие отверстия могут быть установлены в межкомнатные перегородки. Чтобы используемые в помещении массы выводились наружу, в каналах для воздухообмена делаются отверстия и фиксируются заборные решетки. Любой из рассматриваемых каналов вертикального плана должен быть оборудован хорошо закрывающейся дверкой, дающей отличный доступ для просматривания. Он нужен для регулярного очищения вытяжки. Монтируются такие устройства внизу каждого из каналов.

Для того чтобы естественная система вентилирования работала слаженно, все помещения дома обязаны получать свежий воздух. Традиционная схема приточно-вытяжного плана состоит в том, что помещение насыщается кислородом сквозь щели в оконных конструкциях, через фрамуги, открытые окна и двери. Однако многие здания современной постройки находят такое устройство недостаточно действенным.

Для правильной работы естественной вентиляции, необходимо в помещении установить дополнительно приточное устройство. Ее протоки монтируются аналогично, как и вытяжная вентиляция. Отличие состоит лишь в том, что поглощение чистого воздуха должно быть организовано на уровне нижних этажей строения. На решетки нужно поставить жалюзийные варианты устройства, что позволит в нужный момент прекратить движение прохладного воздуха в здание.

что это такое и с помощью чего осуществляется организованная вентиляция в частном доме? Расчеты и схемы вытяжной системы. Как сделать своими руками?

Существует большое количество вариантов обеспечить вентиляцию. Но не все они одинаково значимы на практике. Раньше всего должна обеспечиваться естественная вентиляция, лишь при невозможности получить таким способом требуемый объем воздуха имеет смысл рассматривать альтернативы.

Что это такое?

Согласно СНиП, действующим в России, может существовать три вида систем, обеспечивающих движение воздуха:

  • вентиляция с естественным побуждением;
  • вентилирующие комплексы принудительного характера;
  • комбинация этих принципов (когда приток происходит самопроизвольно, а отток обеспечивается специальными аппаратами).

Суть естественного притока в том, что он происходит через открываемые составные части окон либо через предусмотренные во внешних стенах клапаны. Чтобы удалить загрязненный и отработанный воздух наружу, применяются вентилирующие каналы, размещенные во внутренних стенах. Допускается естественный отток в жилых комнатах при помощи вытяжных отверстий, расположенных не в обслуживаемом пространстве напрямую, а во влажных зонах — кухне и санузле. Движущей силой потока является различие удельной массы находящегося на улице и циркулирующего внутри дома воздуха. Это различие связано с тем, что неодинакова его температура.

Проблема в том, что температура перемещения воздуха лимитируется именно различием по плотности. Поскольку оно незначительно при любых практически существующих температурах, скорость движения воздушных масс невелика. Уже при длине горизонтальных участков воздуховодов свыше 8 м возникают проблемы. Потому приходится активно использовать дефлекторы или же монтировать канал поближе к дымоходу. Благодаря такому сближению воздух согревается, возрастает разница в его температуре по сравнению с наружной средой.

Стоит учесть, что естественная вентиляция способна работать и за счет ветрового давления. Применять аэрацию, то есть проветривание на основе разницы температур, стараются в крупных производственных цехах, где при работе выделяется много тепла. Но ограничение связано с тем, что нельзя аэрировать воздух, в котором содержится избыточный объем вредных газов и пылевых частиц на притоке. Также от нее надо отказываться, если такой прием грозит появлением тумана, выпадением росы или конденсата.

Отличия от искусственной

Уже приведенное описание показывает, что в естественной вентиляции не применяются вентиляторы и электрические моторы. Она способна обеспечивать подачу воздуха через неплотные участки оконных и дверных конструкций. Поскольку никакое дополнительное оборудование не требуется, нет расхода электрической энергии, общая стоимость заметно меньше, сокращаются и эксплуатационные затраты. Поставить подобные каналы и дополнить их всеми необходимыми средствами можно и самостоятельно, без особой подготовки. Последующий уход заметно упрощен, нет необходимости заботиться об электроснабжении.

Есть ряд слабых мест, не позволяющих считать естественную вентиляцию действительно универсальным решением. Реальная эффективность ее действия лимитирована внешними факторами, влиять на которые люди не в состоянии. Очень часто возникают ситуации, когда естественное проветривание оказывается почти бессильно и не обеспечивает требуемого обновления воздуха в помещении. В зимние месяцы ситуация формально улучшается из-за увеличения разницы температур, однако, это сопровождается почти неизбежно сквозняками. Проблемой бывает и то, что естественная вентиляция не подлежит регулировке даже в самой малой степени.

Использование механических блоков полноценно решает эти проблемы. Воздушные потоки рассредотачиваются максимально равномерно, может быть обеспечен качественный обогрев. Механическая вентиляция превосходит естественную и по качеству очистки приточного воздуха. Естественная и механическая вентиляция одинаково полноценны, у них есть свои особенности, преимущества и сфера применения. Так что нельзя однозначно сказать, какой вариант лучше.

Принцип работы

Основной принцип работы вентиляции в квартире подразумевает замещение всего того воздуха, который не поступает из-за чрезмерной герметичности жилья. Строители и ремонтники старательно сокращают тепловые потери, что и приводит как раз к понижению естественного притока. В многоэтажных домах обязательно монтируется приточно-вытяжная естественная вентиляция. Именно с учетом нее определяются нормы обмена воздуха. Поступление новых порций воздуха должно происходить при помощи:

  • дверных отверстий;
  • дверных неплотных участков;
  • оконных отверстий;
  • оконных неплотных участков;
  • форточек и/или фрамуг.

Выход отработанной массы, как уже говорилось, обеспечивается вентиляционными каналами. Этот элементарный подход работал только до тех пор, пока не началось массовое использование непроницаемых окон и дверей. В деревянном частном доме они еще не создают серьезных проблем, но вот в монолитных каменных постройках, где расположены городские квартиры, требуется дополнительное усиление. Потому все большее распространение получает усовершенствованный вариант вентиляции — приточно-вытяжной формат.

Основной подход не зависит от того, используется ли вентиляционная система в жилом, производственном или административном помещении. Обязательно требуется использовать строго вертикальные каналы. Даже самые малые ответвления, отклонения по горизонтали лишают весь комплекс смысла. Он совершенно не может работать в таком случае. Допускается не более двух поворотов.

Верхняя точка должна ставиться строго на одной линии с кровельным коньком. Иногда можно встретить утверждения, что допускается понижение на угол до 15 градусов. Но это ненадежное и нестабильное решение, которого профессионалы стараются всячески избегать. Повышая канал, делают систему эффективнее. В летние месяцы, когда температура внутри помещения и за его пределами выравнивается, тяга отсутствует (и это в лучшем случае).

Иногда и вовсе происходит «переворот» в вентиляционной системе, и естественный отток начинает засасывать воздух из внешней среды. Потому на практике в чистом виде натуральная вытяжка почти нигде не применяется. Флюгарку нужно ставить так, чтобы она обдувалась ветровыми потоками со всех сторон и не где угодно, а там, где скорость движения воздуха на улице больше всего. Для определения нужного места используют розу ветров и информацию о рельефе местности.

Чтобы естественная вентиляция справлялась со своей задачей, надо тщательно рассчитывать ее шахты. Они должны обеспечивать именно такой приток, который обеспечивает требуемые санитарные нормы. Не допускается такое устройство вентиляционных каналов, которое обеспечивает приток менее 3 куб. м на 1 кв. м территории в течение 60 минут. Также требуется учесть норму по созданию микроклимата на одного человека, которая составляет 30 куб. м за те же 60 минут. Если природная вентиляция работает полноценно, скорость воздуха должна составлять от 50 до 100 см за 1 секунду.

Виды

Естественные вентиляционные системы бывают организованными и неорганизованными, различия между которыми связаны со структурой. Подвидом естественной организованной вентиляции является общеобменная, в том числе аэрация. Она обеспечивается путем формирования особых проемов со створными переплетами в стене и вентиляционном фонаре. Переплеты могут иметь:

  • верхнюю;
  • нижнюю;
  • среднюю оси кручения.

Допускается монтаж переплетов в приточном и вытяжном проеме, особой разницы тут нет. Существует немало разновидностей каналов для притока и оттока воздуха. Горячие цеха требуют, к примеру, эвакуации значительного объема тепла. Потому отводные магистрали должны обеспечивать решение такой задачи. Конвекционная теплота, появляющаяся в горячем цехе, неплохо отводится организованной аэрацией — фрамугами, световыми фонарями, вытягивающими зонтами.

Важно! Иногда естественный отвод тепловой энергии недостаточен, тогда требуется применять механические отводящие компоненты. Возмещение дефицита воздухообмена осуществляется с помощью тех же створок проемов, располагаемых на различной высоте. Летом она должна составлять 50-100 см, а зимой требуется уже 400-600 см. Вытягивающие фонари для аэрации должны быть устроены так, чтобы исключалось задувание воздуха внутрь. Эта задача разрешается за счет применения ветрозащитных щитков.

В теплый период года довольно широко применяются ворота с воздушными завесами. В любом случае организованный тип естественного проветривания подразумевает точную регулировку поступления воздушных масс. Что касается неорганизованной системы, неизменной чертой является прямое выталкивание прогретого воздуха свежим притоком при непосредственном контакте. В организованном варианте могут применяться проемы, количество проходящего через них воздуха при этом контролируется с использованием фрамуг. Площадь каналов, образуемых проемами и аэрационными фонарями, определяется на основе специальных расчетов соответственно требуемому уровню газообмена.

Так как при неорганизованной естественной вентиляции интенсивность поступления воздуха прямо связана со скоростью ветра, придется для расчетов учитывать и уровень теплоизоляции стен. Именно неорганизованному варианту надо отдавать предпочтение везде, где выделяется много газов. Это относится не только к кухням, но и к гаражам, мастерским, многим индустриальным предприятиям. Но говоря про типы организации вентиляции, мало сделать однозначный выбор в пользу естественного или механического способа организации движения воздушных потоков. Важно разобраться с тем, требуется ли вытяжная или приточно-вытяжная конструкция.

Согласно установленным требованиям, комната должна проветриваться раз в 120 минут полностью. Суть приточно-вытяжных комплексов состоит в том, что они сочетают средства для получения свежего воздуха и для удаления отработанной его массы. Именно таким комбинированным конструкциям отдают предпочтение большинство людей. Такие комплексы очень просто масштабируются (приспосабливаются к работе на различных площадях), могут быть применены хоть на заводе, хоть в многоквартирном или частном доме.

Важно! Приточно-вытяжные аппараты не могут считаться полностью естественными, поскольку имеют всегда принудительный отводящий блок.

Качественная приточно-вытяжная система подразумевает расположение всех основных и вспомогательных устройств внутри общего каркаса. Не имеет особого значения, где именно он установлен. Это может быть и чердачное помещение, и холодный балкон, и даже отапливаемый чердак. Объединение подкачки и удаления воздуха позволяет решать следующие задачи:

  • охлаждение поступающей массы летом;
  • ее разогрев зимой;
  • насыщение воздуха ионами;
  • дезинфекция притока;
  • освобождение его от механических примесей.

Работа организуется в виде ряда циклов. Сначала холодный воздух, находящийся вне помещения, проходит внутрь. Одновременно с этим идентичное количество уже использованного воздуха покидает дом или иной объект. Как на входе, так и на выходе он не может обойти очистную систему. Далее маршруты потоков начинают отличаться.

Холодная масса движется в нагревательный блок (калорифер), если система рассчитана на рекуперацию тепла. Сократить расходы на обогрев и ускорить его помогает непрямой контакт поступающего и уходящего потоков. Именно поэтому специалисты считают приточно-вытяжную конфигурацию эталоном экономичности и практичности. При необходимости такая вентиляция может оборудоваться средствами подавления шума, специальными датчиками, емкостями для сбора конденсата, автоматизированными таймерами и так далее.

К сведению! Могут использоваться еще и обособленные системы, отвечающие соответственно за получение или сброс воздуха.

Бывает так, что все эти изощренные опции попросту не нужны. Требуется только обеспечить удаление загрязненного воздуха, а поступление свежего будет производиться в таком случае без специальных мер. Но даже в жилых помещениях гораздо чаще применяется сочетание вытяжного и отводного способов проветривания. На производственных предприятиях вытяжками оборудуют места, где требуется точечно сбрасывать загрязненную воздушную массу или отводить тепло в избыточном количестве. В любой квартире аналогом таких мест является кухня.

Как сделать своими руками?

Разобравшись с предпочтительным способом обустройства, можно браться уже за решение задачи по организации вентиляции своими руками. Сначала размечают на схемах и чертежах местонахождение всех каналов и используемых для вытяжки шахт. В этот же момент проводится расчет объема воздуха, который должен быть удален из помещений сквозь всякий канал. Теперь можно чертить аксонометрическую схему с нанесением номеров участков, с обозначением ранее вычисленных объемов воздуха. Рекомендуется последовательное исполнение расчетов с тех веток, в которых гравитация минимально значима — это каналы на верхних этажах.

Чтобы рассчитать гравитационное давление, ориентируются на температуру уличного воздуха +5 градусов. Расчетное значение температуры комнатного воздуха принимается в 18 градусов тепла. Только затем вычисляют необходимую площадь сечений вытягивающих каналов. Когда этот показатель определен, надо принять размеры каналов, кратные величине кирпичей, и дополнительно рассчитать реальный темп перемещения воздуха. Таблицы, используемые для аэродинамических расчетов, составлялись для стальных каналов круглой формы.

А потому, если предстоит использовать прямоугольные отводные линии, расчетным показателем становится эквивалентный диаметр. Он должен быть таким, чтобы понижение давления из-за силы трения оказывалось тем же самым, что в круглом канале при идентичной скорости газового потока. Нельзя забывать про коррективы, связанные с шероховатостью неметаллических конструкций. Надо добиваться того, чтобы суммарное понижение давления оказалось на 10% менее, чем изначальное давление. Если этого добиться нельзя, придется корректировать сечение отдельных участков воздуховодов.

При монтаже отверстия вытяжек прикрывают решетками жалюзи, ставящимися на 50-70 см ниже потолка. Целесообразно, чтобы эти решетки были:

  • на кухне 0,2-0,25 м;
  • в ванной и туалетной комнатах 0,15 м;
  • в совмещенных санузлах 0,15-0,2 м.

Если дом построен из кирпича, каналы для вытяжки должны быть размещены в толще стен. Когда канал показан на схеме для каждого этажа, требуется перенести его в план чердачного помещения. Размечают обязательно, какое количество воздуха удаляют из каждого отдельного помещения. Размещение вентилирующих каналов внутри стен позволяет сохранить конструкцию неизменно в тепле. Приточные клапаны рекомендуется ставить в стенах, так как подобные устройства эффективно поглощают все звуки.

Необходимо монтировать клапаны примерно на 2 м выше пола. Воздух из них должен выходить вверху. До начала монтажа клапанов требуется оценить, насколько хорошо работают вытягивающие каналы. Рекомендуется перед выполнением всех работ исследовать стены, чтобы не повредить случайно проводку или арматуру. Сначала клапаны прикладывают к стене и размечают их по контуру.

К сведению! Сократить засорение комнаты пылью помогает приклеивание пакета в нужных местах. Именно туда высыпется всевозможный мусор. Изначальное отверстие глубиной 70-100 мм делается при помощи перфоратора с коронкой. Когда отверстие пройдено, из него выбирают грязь пылесосом, а затем вставляют уплотнитель. Туда же вводят трубку, достигающую конца стены, а с улицы монтируют решетки с акустическими козырьками.

При этой работе непременно требуется страховка. Трубу вводят в середину корпусного отверстия, а после выравнивания конструкции делают разметку. Теперь нужно сверлить 4 отверстия. Вкручивают дюбели, корпус монтируется на стене. Ставят глушители с фильтрами. Смонтированные клапаны требуется прикрыть крышкой. Рекомендации специалистов таковы:

  • лучше всего ставить шахту в центре дома;
  • выбор круглых воздуховодов может быть оправдан только при значительном доступном месте;
  • чем жестче труба, тем эффективнее движение воздуха по ней.

О том, как сделать естественную вентиляцию своими руками, смотрите в следующем видео.

Естественная и принудительная приточно-вытяжная вентиляция – в чем отличия?


Когда речь заходит о микроклимате помещения любого типа, нередко возникает вопрос, а в чём, собственно говоря, состоят отличия принудительной вентиляции от естественной?

И вопрос этот весьма важный, учитывая реалии современного бытия – с его тенденциями к энергосбережению.

Но давайте обо всё по порядку…

Естественная приточно-вытяжная вентиляция


Это наиболее распространённый, наименее энергозатратный и древний как мир способ создания комфортной жилой и рабочей атмосферы в здании.

Преимущества естественной вентиляции

  1. Казалось бы, преимущества совершенно очевидны – ведь ни одного киловатта электроэнергии на его обслуживание тратить не приходится.
  2. Нет необходимости приобретения дорогостоящего инженерного оборудования.
  3. Исключены износ и поломки.
  4. Минимальны затраты на обслуживание и эксплуатацию: «чистьте чаще дымоход – свежий воздух сам придёт».


Свежий воздух поступает в помещение из окружающей среды через приоткрытые окна и двери, через стыки оконных рам и зазоры в дверных блоках, через специальные отверстия в наружных стенах.

А отработанный воздух удаляется из помещения либо тем же способом, либо через вытяжные каналы.


Самый распространённый пример  — наши квартиры.

Чистый воздух мы привычно добываем проветриванием, а всё, что выдыхаем – уходит в вентиляционные шахты.


Однако стоит отметить и недостатки естественной вентиляции, связанные в первую очередь с техническим прогрессом человечества.

Недостатки естественной вентиляции:

  1. Популярные технологии экономии тепла за счёт установки пластиковых стеклопакетов исключают проникновение атмосферного воздуха сквозь щели и зазоры в оконных рамах.
  2. Качество наружного воздуха зачастую оказывается не только низким, но и опасным для здоровья человека – промышленные предприятия и автомобильный транспорт выбрасывают в атмосферу тонны химических веществ, делающих воздух порой абсолютно непригодным для дыхания.
  3. Климатические условия далеко не всегда позволяют эффективно проветривать помещения.


Жители многоквартирных домов могут только позавидовать владельцам загородных коттеджей, для которых естественная вентиляция по-прежнему остаётся вполне актуальным способом создания микроклимата.

Но скажем откровенно – частные дома вдоль автомобильных трасс определённо выпадают из этого списка.

Принудительная приточно-вытяжная вентиляция


Т.е. сам термин предполагает некое механическое воздействие, обеспечивающее приток наружного атмосферного воздуха в помещение.


Поскольку в основе любой вентиляционной установки заложен, как минимум один вентилятор — тут уже без электроэнергии точно не обойтись, если только вы не Шамаханская царица, вокруг которой суетится заботливая прислуга с веерами и опахалами…

Достоинств принудительной вентиляции множество:

  1. Экономия тепловой энергии благодаря рекуперации тепла.
  2. Существенное снижение затрат на отопление помещения в зимний период.
  3. Очистка (фильтрация) приточного воздуха.
  4. Стабильный воздухообмен по всему объёму вентилируемого помещения.
  5. Автоматический контроль качества воздуха в помещении, его температуры и влажности.


Всё, однако, имеет свою цену, и благословенный научно-технический прогресс, давший нам массу возможностей для контроля среды обитания, весьма требователен к ресурсам.

К недостаткам принудительной вентиляции можно отнести:

  1. Высокая стоимость приточно-вытяжных систем вентиляции.
  2. Затраты на электроэнергию.
  3. Затраты на эксплуатацию вентиляционного оборудования – ремонт, замена узлов и агрегатов, своевременная смена фильтров.
  4. Высокие требования к проектированию.


Но ведь жизнь дорожает по всем параметрам, не правда ли?

И если сравнить затраты на грамотную организацию приточно-вытяжной вентиляции, то они окажутся существенно ниже тех, которые мы неизбежно несём в связи с растущими рисками для здоровья.


Всё, что мы экономим на чистом воздухе, в итоге отдаём врачам и аптекарям!


Здоровье дороже – это несомненный факт.

А главная задача специалистов компании TURKOV– создание экономных и энергоэффективных климатических систем по доступной цене.

Мы заботимся о вас, друзья — будьте здоровы!

Естественная вентиляция в частном доме своими руками, схема

Решив начать строительство частного дома, необходимо позаботиться и о его максимальной защищенности от пагубного воздействия влаги. К таким работам относят кровельные и утеплительные мероприятия. Не менее важно создать необходимые условия для проветривания помещения. Наиболее простой и дешевый способ – естественная вентиляция в частном доме.

Естественная вентиляция

Естественная вентиляция должна быть предусмотрена на этапе строительства дома

Особенности проектирования и монтажа вентиляции определяются требованиями СНИП, которые позволяют обеспечить комфортные и безопасные условия эксплуатации самого строения, а также материалов, из которых оно построено.

Почему естественная вентиляция так популярна?

Применение естественной вентиляции в частном доме – дешевый способ обеспечить проветривание жилых и нежилых комнат. Оно осуществляется при помощи тяги, которая образовывается из-за простых физических законов. На силу проветривания влияют погодные факторы: разница температур воздуха внутри и снаружи помещения, атмосферное давление, сила ветра и др. Любые дополнительные устройства и механизмы в такой системе не применяются, так как любое такое дополнение приводит к искусственному проветриванию.

Добиться максимального эффекта от такой системы несложно. Как известно из школьного курса физики, в зависимости от своей температуры, воздух распространяется по отведенной комнате слоями. Внизу – холодные потоки, а вверху – теплые. Так и естественная вентиляция осуществляется с учетом такого разделения. При монтаже отдельных продухов, каналов или отверстий, это следует учитывать. Вверху комнаты, на стене или потолке, располагают вытяжки, которые убирают из помещения теплый воздух. А внизу, производят монтаж приточного отверстия или канала. Остается только понять, как правильно сделать это, и какие требования еще следует учитывать.

Естественная вентиляция

Естественная вентиляция частного дома

Основные типы естественной вентиляции

Пассивная вентиляция (она же естественная) работает по простой схеме движения воздушных масс, от приточного к вытяжному каналу. То есть, этот процесс является проветриванием. Несмотря на однообразность функционирования, такие системы могут иметь некоторые отличия:

  • по методу осуществления воздухообмена;
  • по функциональности;
  • по объему воздуха, который обслуживает система;
  • по конструктивным особенностям.

Воздухообмен осуществляется естественными силами или при помощи дополнительных устройств. Скорость воздуха, вытягиваемого за пределы дома, зависит от того, применяется ли в вентканалах вентиляторы. Но, стоит знать, что такая приточно вытяжная вентиляция уже не является естественной. Применение вентилятора относит ее к искусственному типу.

Естественное проветривание определяется тремя типами систем: приточной, вытяжной и приточно вытяжной (разделение по функциональности). Те или иные системы пригодны,как для маленьких комнат, так и для целых домов. К тому же естественную вентиляцию применяют и для обслуживания многоэтажных зданий.

Конструктивное решение можно увидеть в любом отечественному многоквартирном доме. В каждой квартире, на любом этаже, в ванной, в туалете и на кухне вмонтированы вентканалы, подсоединенные к общей шахте. Это вытяжная система функционирует от пассивных воздушных масс, забранных с улицы через форточки.

К тому же специалисты выделяют и виды естественной вентиляции, отличающиеся по своим конструктивным особенностям. Всего два таких типа – организованная естественная вентиляция и неорганизованная вентиляция. При первом, естественное проветривание осуществляется при помощи специально построенных каналов и отверстий. При втором – вентиляция дома проводится движением воздушных потоков через открытые форточки и двери.

Принцип работы систем естественной вентиляции

Основные требования к естественной вентиляции касаются разницы климатических и микроклиматических условий снаружи и внутри здания. Особое влияние оказывает атмосферное давление и температура воздуха. Этим и отличаются естественная и искусственная вентиляция. Принудительная система обеспечивает необходимую скорость движения воздуха за счет специального оборудования. Пассивный воздухообмен же, работает только от естественных условий.

Любая схема естественной вентиляции, функционирует за счет физических законов, без которых ее расчет и монтаж невозможны. Решив начать установку приточных или вытяжных воздуховодов или каналов, следует знать, что:

  • теплый воздух легче холодного, поэтому он скапливается под потолком комнаты;
  • холодный воздух оседает внизу;
  • холодные потоки вытесняют теплые.

Кроме знаний о том, как работает вентиляция, необходимо разбираться и в проектировании самой системы. Ведь кроме естественных сил, скорость и сила тяги могут изменяться в зависимости от размеров конструктивных элементов и их расположения.

При помощи пассивного воздухообмена, можно обеспечить свежим прохладным воздухом помещение любой площади. Главное, провести правильный расчет и монтаж определенной схемы. Отчасти функционирование естественной вентиляции зависит от площади сечения воздуховодов и отдельных каналов. К тому же такая вентиляция в частном доме своими руками затрачивает меньше сил и времени, чем любой другой тип.

Особенности проектирования пассивной вентиляции

Естественная неорганизованная вентиляция не требует определенных проектировочных мероприятий, так как вместо вентиляционных устройств, основную роль в работе играют окна и двери. Но, такая система неэффективна, особенно для жилого дома. Обычный дом, или многоквартирное здание требуют единственной мощной системы, которая обеспечивала бы необходимой скоростью воздухообмена все жилые и нежилые квартиры и их комнаты.

Вентиляция частного дома требует знаний о некоторых особенностях проектирования, выполнение которых необходимо для достижения максимальной эффективности всей системы. К ним относят:

  1. Естественное движение воздуха, именуемое тягой, будет сильнее, если расположить вытяжную трубу как можно выше кровли здания.
  2. Скорость воздуха, который притягивается вытяжками, будет более быстрой, если все каналы будут иметь одинаковую площадь сечения. К тому же, они должны быть гладкими и чистыми.
  3. Каналы и решетки для выведения отработанных воздушных масс устанавливаются на расстоянии 10-15 см от потолка.
  4. Вытяжные каналы располагают вертикально. Разрешенное отклонение при монтаже – 32 градуса.
  5. Приточная часть вентиляции устанавливается в стену на расстоянии 10-15 см от пола. Уличная часть воздуховода располагается вертикально, а ее конец защищается от мусора, птиц и осадков специальными «зонтиками» и решетками.
  6. Конструктивные элементы систем могут изменяться в зависимости от наличия в частном доме камина, второй ванной комнаты, а также большого количества перегородок между комнатами. Влияет на предварительные расчеты и количество межкомнатных дверей.

Вентиляция в двухэтажном доме также имеет свои особенности. Расположение и размер вентканалов в таких зданиях может иметь разные варианты. Очень часто, для первого и второго этажа, необходимо организовать отдельные линии вентиляции, выведенные в общую шахту или трубу на чердаке строения. Вентиляционные воздушные потоки при таком проекте, будут быстро покидать дом, не перемещаясь и не смешиваясь в отдельных комнатах.

Учесть все особенности самостоятельно очень сложно. Лучше всего воспользоваться помощью специалистов. Очень часто, организация, которая предоставляет услуги монтажа вентиляционных систем, занимается и их проектированием.

Многие специалисты уверенны, что даже самая эффективная естественная вентиляция не сравнится по своей эффективности с принудительным проветриванием. Приточная часть такой системы остается неизменной. Изменения затрагивают только вытяжки. Любой накладной или канальный вентилятор усиливает тягу в несколько раз. Но, в помещениях высотных многоквартирных домов, использование таких систем не практикуется. Обеспечиваются механическими вытяжками только отдельные комнаты – ванные, кухни и туалеты. Остальная жилая площадь обслуживается схемой пассивного воздухообмена.

Особенности монтажа естественной вентиляции

Устройство естественной вентиляции многоэтажного дома отличается разветвленной системой каналов, выведенных под потолком в ванной комнате, туалете и кухне. Эти помещения чаще всего находятся в условиях повышенной влажности и требуют ее эффективного удаления. Такая система вентиляции устанавливается фирмой застройщиком. Владельцу квартиры ничего делать не нужно. Вентиляция в квартире может только дополняться специальными вентиляторами, которые усиливают воздухообмен в помещении.

Но, строительство собственного жилья влечет за собой необходимость решения этого вопроса. Вентиляция в доме является обязательной и ответственной частью всего строительства жилья. Если у его владельца возникает вопрос, как сделать такую естественную систему, то ему следует заняться самым ответственным мероприятием – проектированием. После проведенных расчетов, можно приниматься за сам монтаж. Для него потребуются:

  • материалы системы вентиляции (трубы, решетки, сетка, заслонки, утеплитель).
  • электроинструмент – перфоратор или дрель, а также шуруповерт;
  • обычный набор инструментов – отвертки, нож, лобзик и отвертки.
  • герметик и монтажная пена.

Сам монтаж вентиляции прост:

  • В одной из комнат, делается приточное отверстие. В него устанавливается труба, и фиксируется монтажной пеной.
  • На внутреннюю часть приточного отверстия одевается декоративная решетка, которая фиксируется при помощи специальных крепежей или герметика. Уличная часть трубы располагается вертикально.
  • Производится монтаж вытяжной системы по имеющимся расчетам. Воздуховоды располагают вертикально и прикрывают декоративными решетками. Следует избегать большого количества поворотов труб и проблемных участков.
  • Вентканалы выводятся на чердак, а оттуда – одной вытяжной трубой на крышу.

Делать приточное отверстие и вытяжную трубу в одной комнате нецелесообразно. Лучше всего, их устанавливать в противоположных концах жилища, чтобы приточные воздушные массы взаимодействовали с каждой установленной вытяжкой. К тому же, приток воздуха может осуществляться не только через отверстия в стенах, но и через специальные отдушины в полу. Их применяют в случае имеющейся системы проветривания фундамента.

Некоторые домовладельцы совершенствуют свою систему вентиляции установкой дополнительного приточного клапана. Он необходим в случае неэффективности уже имеющейся системы. Очень часто, недостаток проветривания приводит к появлению плесени на внутренних поверхностях стен. Поэтому, такое устройство, как приточный клапан необходим в таких условиях.

Советы от специалистов

Естественная вентиляция жилых зданий возможна при правильном расчете площади сечения каналов по отношению к площади комнаты. Главное, обеспечить норму воздухообмена для жилых комнат – 3 куб. метра/час на 1 кв. метр пространства. Но, числовые значения могут изменяться в зависимости от типа самой комнаты и ее размеров. В ванных, туалетах и кухнях минимальный показатель воздухообмена – 45 куб. метров/час.

К тому же нельзя забывать и про разновидности самих построек. В некоторых домах, толщина стен может достигать 50 см и более. По нормам СНИП, в таких жилищах, следует делать при помощи нескольких каналов с одинаковым сечением. Их разводку лучше всего проводить в центре дома.

Вытяжной канал будет функционировать эффективно, только в случае его подходящей длины. Минимальный размер – 60 см. Но, специалисты рекомендуют делать ее достаточно длинной. Главное, чтобы она возвышалась над «коньком» кровли на 50–70 см. А для того чтобы был и хороший приток воздуха, следует избавить перегородки комнат от герметичности. Самый простой способ – приподнять двери. Для обеспечения хорошего проветривания достаточно зазора в 1,5 –2,5 см от дверного полотна до пола.

Всё о естественной вентиляции

Что такое естественная вентиляция

Под естественной вентиляцией подразумевается система, исключающая использование любого оборудования, которое бы могло принудительно побуждать воздушные потоки к движению. Таким образом, в условиях естественной вентиляции воздухообмен в помещении осуществляется сам по себе. Это и отличает её от принудительной вентиляции, предполагающей установку специального оборудования, обеспечивающего принудительный приток свежего воздуха и вывод отработанного наружу.

Преимущества и недостатки естественной вентиляции

Перечислим основные преимущества и недостатки естественной вентиляции. Какие из них окажутся важными именно для вас и какая чаша весов в итоге перевесит, решать вам (на наш взгляд, лучше всё же проконсультироваться со специалистом).

Преимущества естественной вентиляции:

  • ничего не стоит. Это главное и, пожалуй, единственное очевидное преимущество. Нет необходимости покупать вентиляционное оборудование. Естественная вентиляция создаётся с помощью открытых дверей, окон, форточек, а также специальных отверстий в стенах
  • легкость создания. Весьма сомнительное преимущество, но, тем не менее, если предусмотреть создание системы вентиляции еще на этапе строительства дома, то, действительно, в дальнейшем об этом задумываться не придётся
  • обеспечивает приток свежего воздуха. Пусть не так хорошо и качественно, как принудительная вентиляция, но всё же: с естественной вентиляцией жизнь гораздо комфортнее, чем совсем без вентиляции.


Недостатки естественной вентиляции:

  • невозможность обработки воздуха. С улицы в помещение поступает необработанный воздух, то есть неочищенный, не прогретый/не охлаждённый. А это значит, что зимой в квартире (доме) при открытых окнах или даже одной только форточки практически сразу становится холодно. Летом же приточный воздух приносит жару (вместе с пылью и насекомыми)
  • низкое качество и недостаточность воздухообмена. Естественная вентиляция сама по себе (не усиленная установкой принудительной вентиляции) не способна обеспечить качественный и полноценный воздухообмен
  • спорная лёгкость создания. Да, для организации естественной вентиляции не требуется установка дополнительного оборудования. Но стоит понимать, что качество естественной вентиляции напрямую зависит от того, насколько профессионально она была спроектирована и каким образом реализована на этапе строительства дома. Если проигнорировать этот момент, то в будущем, когда дом уже будет построен, создание вентиляции влетит в копеечку.

Виды естественной вентиляции

Естественная вентиляция бывает 3-х видов:

  1. Неорганизованная вентиляция
  2. Организованная вентиляция
  3. Приточная вентиляция

Неорганизованная естественная вентиляция

Неорганизованная система естественной вентиляции предполагает поступление воздуха в помещение и его вывод наружу самым что ни на есть естественным образом. В этом случае воздухообмен осуществляется за счёт разницы температур (в помещении и за окном), скорости ветра и вообще – его наличия, повышения/понижения атмосферного давления. Таким образом, неорганизованная вентиляция создаётся при помощи окон (или форточек) и дверей, периодически открываемых жильцами для проветривания.

Организованная естественная вентиляция

Организованная система естественной вентиляции представлена специальными отверстиями, которые создаются в стенах, под потолком и над полом. Через эти отверстия осуществляется приток и вывод воздуха. Система отверстий называется «организованной», потому что для создания такой вентиляции необходимо произвести точный расчёт, учитывающий размеры помещения и технические параметры вентиляции, а также правильно спроектировать систему вентиляционных каналов и безошибочно реализовать её при строительстве дома.

Приточная и вытяжная естественная вентиляция

Приточная вентиляция призвана обеспечить приток свежего воздуха с улицы, вытяжная – отток отработанного воздуха из помещения наружу. В зависимости от поставленных задач, акцент может быть сделан либо на приточную вентиляцию, либо на вытяжную. Важно правильно реализовать естественную вентиляцию, особенно, если никакого дополнительного климатического оборудования устанавливать не планируется. От того, насколько правильно и качественно будет реализована система естественной вентиляции, в итоге зависит здоровье домочадцев, срок службы строительно-отделочных материалов, да и срок эксплуатации дома в целом.

Создание естественной вентиляции

Возвращаясь к главному преимуществу естественной вентиляции, вспомним, что для её обустройства не нужно покупать никакого климатического оборудования. Зато нужно уделить особое внимание грамотному проектированию, учитывающему параметры и особенности помещения, в котором планируется создавать вентиляцию.

Итак, проект по обустройству естественной вентиляции должен учитывать:

  • площадь помещения (квартиры или дома)
  • планировочные особенности помещения
  • специфику строительно-отделочных материалов, используемых в строительстве и для наружной/внутренней отделки. Так, например, в «дышащем» деревянном доме бывает достаточно организовать вентиляцию в сложных помещениях, к которым относится кухня, санузел, подвал
  • количество постоянно проживающих людей
  • количество окон и способы их открытия (будут ли это окна с форточками или распространенные пластиковые стеклопакеты с функцией проветривания)

От этих факторов напрямую зависит объем и кратность воздухообмена, необходимые для создания комфортных условий пребывания в помещении, на основе чего, в свою очередь, и должна создаваться вентиляция. Решается: нужно ли делать вентиляционные отверстия в стенах, какими должны быть отверстия между полом и нижней частью двери, какого размера делать окна и форточки и т.д.

Особого внимания при составлении проекта вентиляции заслуживают сложные помещения, к которым относятся указанные выше кухня, санузел (ванная и туалет) и подвал. Всё это помещения с повышенным уровнем влажности и вытекающими отсюда проблемами в виде плесени, грибков, бактерий и неприятного запаха.

Если у вас нет опыта в составлении проекта вентиляции, не пренебрегайте услугами профессионалов. В этом случае экономия приведёт к ещё большим затратам в дальнейшем!

Основные ошибки в организации естественной вентиляции

О первой ошибке мы сказали чуть ранее: экономия на проекте вентиляции – самая большая ошибка! Её трудно исправить. А всё, что трудно исправить, как правило, стоит немалых денег. Другими наиболее распространёнными ошибками являются:

  • отсутствие вентиляции на втором и последующих этажах дома. Многие отчего-то считают, что в вентиляции нуждается только первый этаж, соседствующий с подвалом. Но это не так. В вентиляции одинаково нуждаются все этажи дома!
  • неправильное расположение вентиляционных отверстий (слишком высоко или, наоборот, слишком низко) замедляет воздухообмен, отчего в доме ощущается постоянная нехватка воздуха
  • пренебрежение вентиляцией на кухне, в подвале и ванной комнате – причина появления и распространения плесени в доме и, как следствие, ухудшения здоровья домочадцев
  • неправильно выбранный (и сделанный) скат крыши, в результате чего через трубу с улицы в помещение поступает холодный воздух и отработанный к тому же не выводится.

Это, пожалуй, самые распространённые ошибки, допускаемые тогда, когда вентиляция организуется своими руками. Избежать их можно. Если довериться специалистам. Так вы сэкономите и деньги, и время.

Естественная вентиляция – принцип работы, виды, преимущества

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

Замечено, что от словосочетания «естественная вентиляция» большинство молодых специалистов-строителей сразу только отмахивается, так как в их коллективной голове возникают образы вентиляторов, рекуператоров, всевозможных приточных и обратных клапанов и прочих деталей, которыми насыщена любая схема механической вентиляции. Проблема в том, что сравнительно молодые, но достаточно опытные прорабы уже редко встречают эту самую естественную вентиляцию зданий в качестве образца (большинство из них являются самоучками).

Правильное обустройство естественной вентиляции — простой способ обеспечения здорового микроклимата в доме

Преимущества и недостатки естественной вентиляции

И естественная, и искусственная вентиляция обладают как достоинствами, так и недостатками. Чтобы понять, почему при монтаже своими руками следует предпочесть естественную вентиляцию механической, необходимо подробно рассмотреть принцип устройства первой.

Вплоть до 90-х годов устройство вентиляции в жилых домах было естественным, но большинство толком этого не застало: модой на пластиковые окна, всевозможные утеплители и элементы «умного дома» схема естественной вентиляции была вытеснена на периферию, где и так десятилетиями строили по старинке.

Принцип естественной вентиляции частного дома

Интересно! Естественная вентиляция – это вентиляционная система, в которой отсутствует принудительная движущая сила: вентилятор или другое механическое устройство. Воздушная тяга при такой схеме возникает за счёт перепада давления, а рабочий принцип естественной вентиляции основан на разнице температурных показателей в здании и на улице. Чем значительнее эта разница – тем лучше обеспечивается воздухообмен в помещениях.

Деревянные окна слегка сквозили, полусантиметровая щель под дверью обеспечивала естественную тягу. Необходимые 30 м3/час в сутки обеспечивались сами собой, так что скорее изыскивали способ уменьшить неизбежно возникающие при естественной приточной вентиляции сквозняки.

Для естественной циркуляции воздуха герметичные рамы окон следует оборудовать вентиляционным клапаном

Плюсы правильно организованной естественной вентиляции очевидны: она не требует особых затрат, работает сама по себе и смягчает температурный режим в помещении. Минусов тоже хватает: старая вентиляция была обеспечена старыми технологиями. Сейчас, особенно при стремлении сделать всё своими руками, нужно аккуратно просчитывать воздушный поток, иначе можно впасть в экстремум: сквозняки или недостаток кислорода будут обеспечены.

Считается, что подобные работы должен делать мастер. Но дешевизна естественной вентиляции по сравнению с искусственной позволяет наладить её самостоятельно. В случае ошибки исправить её будет в разы проще и дешевле.

Правильно организованная естественная вентиляция не требует особых затрат, работает сама по себе и смягчает температурный режим в помещении

Виды естественной вентиляции

По принципу устройства естественная вентиляция делится на два основных типа:

  1. Бесканальная естественная вентиляция.
  2. Канальная естественная вентиляция.

К бесканальной вентиляции относится проветривание помещений, осуществляемое вручную: поступление свежего воздуха происходит через открытые форточки или окна в комнатах и на кухне, а удаление отработанных воздушных масс – через вытяжные решётки на кухне и в санузлах.

Проветривание через открытые окна — самый простой способ обеспечить естественную вентиляцию помещений

Важно! Сделать расчёт естественной вентиляции возможно только при реализации её системы канальным способом.

Для устройства естественной вентиляции канального типа необходимо сделать в стенах и перекрытиях систему воздуховодов. Расчёт схемы и её монтаж вполне осуществим своими руками.

Вентиляционный клапан, встроенный в наружную стену, достаточно просто установить самостоятельно

Естественная вентиляция: принципы расчета

При желании сделать вентиляционную систему в доме своими руками необходимо сделать несложный расчет естественной вентиляции. Знания СНиПов не требуется – достаточно азов арифметики и нескольких базовых констант.

Полезный совет! Интенсивность воздухообмена регламентируют пять СНиПов, общих для всей российской территории, и ещё достаточное количество региональных нормативов. Но для расчёта естественной тяги вентиляции в частном здании можно обойтись и без них.

Схема движения воздуха при естественной вентиляции, организованной бесканальным способом

Нужно знать, что нормой считается приток в 30 м3/час на человека, плюс ещё 30 «просто так» для кухни. Поэтому нет смысла думать о площади и планировке здания, если это частный дом. В зависимости от широты нормативную тягу можно принять равной 20 м3/час для севера до 40 м3/час на юге. На севере воздух существенно плотнее и холоднее, поэтому излишне нагружать отопление интенсивным воздухообменом нежелательно. На юге плотность воздуха ниже, а метаболизм человека быстрее. Все двери должны иметь внизу щель от 1 до 2 см соответственно.

Условно все помещения делятся на «грязные» – это кухня и санузел в первую очередь, затем хозяйственные комнаты, кладовки, утеплённые подвалы и капитальные чердаки. «Чистые» – это все жилые помещения.

Для обустройства естественной вентиляции канального типа необходимо сделать в стенах и перекрытиях систему воздуховодов

Если обсуждать вопрос как сделать естественную вентиляцию совсем кратко, то принципы весьма просты. Из грязных помещений воздух удаляется при помощи вытяжки. В чистых же оборудуют приток, но ни в коем случае не устанавливают вытяжку: это только обеспечит сквозняк и большую потерю тепла в холодное время года. Воздух должен пройти сквозь все помещения в здании общим потоком (или несколькими «параллельными»).

Если в гараже часто ведутся какие-либо работы, то там необходим как приток, так и вытяжка. И не стоит забывать о «хоботе» для выхлопной трубы с выходом на улицу.

Воздух, поступающий через окна и двери, удаляется через вытяжные каналы естественным способом

«Грязные» помещения

Вытяжная естественная вентиляция на кухне и в санузле должна быть более мощной из-за запахов, к тому же эти помещения всегда располагают как можно дальше от жилых. То есть, в любом случае как минимум необходимо оборудовать вертикальные каналы и для кухни, и для санузла, и чем они будут выше, тем лучше. В 99% случаев типовые планировки частных домов уже обкатаны по самой удобной схеме: все каналы каждого помещения сведены в одну общую шахту, размещённую посреди здания. Это не только позволит уменьшит потерю доступной площади, но и шахта будет выходить в наивысшей точке крыши, а высота обеспечит качество тяги. Дополнительный плюс: не нужно будет делать слишком высокие трубы на крыше – это облегчит их обслуживание.

Санузлы особенно нуждаются в правильно организованной вентиляции

Если дом кирпичный, то есть ещё более логичный и дешёвый вариант: сама шахта и является каналом/каналами. А если дом каркасный, деревянный или его просто реконструируют (то есть, кирпичную шахту посреди здания не сделать без полного «разгрома»), то обычно используют пластиковые трубы из поливинилхлорида или канализационные. Разницы никакой, так как температурный режим труб будет почти естественным.

Выведенная на крышу здания шахта-труба обязательно обшивается с утеплителем. Это не даст трубе разрушаться из-за перепадов температуры – вытяжка с кухни в любом случае будет иметь значительную разницу с внешней атмосферой, причем расширяться будет именно внутренняя поверхность шахты. Заодно это значительно уменьшит количество конденсата. Сверху трубы необходимо сделать колпак для защиты от снега и дождя.

Вытяжную трубу выводят на крышу здания и накрывают колпаком во избежание попадания осадков

Если дом невысок или находится в южных широтах, то тяга может быть недостаточной. При разных погодных условиях может возникнуть эффект обратной тяги, тогда наличие настоящего камина или даже водонагревателя со своим встроенным отводом может привести к пренеприятным последствиям. В таком случае устанавливаются вентиляторы на выходы каналов, которые будут включаться при использовании вытяжки на кухне, водонагревателя или камина.

«Чистые» помещения

В жилых помещениях требуется устанавливать только приточные клапаны, да и то не всегда. Воздух должен идти от входного клапана естественной вентиляции до двери, но не циркулировать внутри комнаты – вытяжку ставить нельзя, так как она обеспечит постоянный, но незаметный сквозняк.

Для организации естественной вентиляции межкомнатные двери оборудуют вентиляционными решетками

В первую очередь, необходимо обратить внимание на окна и форточки – это основной естественный приток воздуха. Классические деревянные окна и при закрытых форточках пропускают от половины до нормы объёма воздуха каждое. Но современные рамы пропитывают противопожарным составом и многократно покрывают или даже выдерживают в лаке. Современный состав резины и жестяная обивка под стекла превращают такие окна почти в пластиковый стеклопакет – полная температурная и звуковая изоляция. Остается использовать форточки.

Рекуператор, встроенный в оконную раму, зимой обеспечит поступление теплого воздуха естественным способом

Но форточки дают слишком большую потерю тепла и слишком дискретно регулируются щеколдой с засечками. Поэтому существуют рамы, в которые вставляют проветриватели, позволяющие воздуху проходить через систему микроканалов, почти как в рекуператоре, что даёт постоянный поток воздуха с приростом температуры на 20°С.

Однако, если хочется более точного (в 10-20 раз) регулирования входящего потока воздуха, под потолком во внешней стене можно установить клапаны для приточного потока. В старых моделях их снабжают крышкой с виньером, а в новых используют уже привычные шторки-жалюзи. Их удобство в том, что в отличие от форточек, на каждом из клапанов можно один раз установить необходимый минимальный зазор, после чего форточка потребуется только в особенно жаркий день.

На вентиляционном клапане можно установить необходимый зазор, чтобы регулировать поток воздуха

Гараж, подвал и спецпомещения

Гараж отличается обилием слишком резких запахов, если его использовать регулярно. По идее хорошо бы оборудовать его принудительной вытяжкой, но если температура внутри совершенно не важна, то вполне можно установить и естественную.

Статья по теме:

У одной из стен делаем несколько отверстий на высоте 30-50 см под уровнем потолка для входных клапанов со шторками. С противоположной стороны устанавливается один или несколько выходных клапанов, естественно, тоже сверху.

Если естественной тяги недостаточно для обеспечения вентиляции, то её можно усилить принудительно с помощью вентиляторов, встроенных в воздуховод

Приточные клапаны расположены сверху, поэтому внутри помещения гаража устанавливаем к ним трубы-каналы вертикально вниз, причем внутрь трубы неплохо бы набить стекловаты. Конечно же, это «рекуператор» времен динозавров, но зимой, осенью и весной несколько дополнительных градусов температуры воздуха могут обеспечить быстрый прогрев двигателя и незамерзание замков.

Обратные клапаны для естественной вентиляции устроены чуть сложнее классических: к ним тоже полезно подсоединить короткую трубу вниз (20-30 см будет достаточно) и внизу вставить кран для слива. Зимой при активной работе в гараже внутри будет быстро набираться конденсат.

Демпфер для естественной вентиляции оборудован обратным клапаном, чтобы регулировать направление потока воздуха

С камином и водонагревом все просто – холодный уличный воздух подводится снизу под сам камин к пламени. Это улучшит приток кислорода к пламени и обеспечит прекрасную тягу. С вонограгревом тоже просто: труба от приточного клапана должна тянуться в дальний угол от бака и выпускать воздух у самого пола – нет смысла отнимать тепло у водонагрева.

Подвал может быть как техническим (мастерская), так и «пищевым». Мастерскую логично «оформлять» как гараж, а погреб для продуктов должен быть прохладным, но сухим. Для этого входные клапаны вставляются в пол первого этажа за решеткой – тёплый воздух жилого помещения обеспечит температуру в погребе всего на 3-5 градусов ниже.

Для вентиляции подвала можно установить вентиляционные решетки в пол первого этажа

Как видно из вышеизложенного, ничего в принципе сложного в устройстве естественной вентиляции своими руками нет. Из всего активного оборудования в отдельных случаях потребуется только вентилятор. Но есть и ещё одна маленькая хитрость, естественная для кирпичной шахты, но которую придется сделать в деревянном или каркасном здании: если все трубы изо всех помещений свести для «выхлопа» воедино, то общая разница давлений внутренней и внешней атмосферы будет больше, что даст ещё немного дополнительной тяги.

ОЦЕНИТЕ
МАТЕРИАЛ

Загрузка…

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ

REMOO В ВАШЕЙ ПОЧТЕ

Естественная вытяжная вентиляция достоинства и назначение

Естественная вентиляция считается самой приемлемой по стоимости в сравнении с другими видами подобных систем.

Воздух внутрь любого здания попадает через небольшие зазоры в дверных или оконных проемах, отверстиях в строительном материале, которые образуются при строительстве.

Помимо воздействия внешних факторов циркуляция воздуха обеспечивается взаимодействием воздушной среды внутри и снаружи дома.

 

монтирует

Естественная вытяжная вентиляция достоинства и назначение

В строительном понятии естественная вытяжная вентиляция – вид системы, в составе которой не предусмотрено использование какого-либо оборудования, осуществляющего принудительное движение воздуха, например, вентиляторов.

Здесь движение воздушных масс в комнате осуществляется за счет проникновения свежего воздуха через открытые форточки, окна и двери, а также имеющиеся в строении щели.

Вытяжная вентиляция с естественным побуждением

Применяется вытяжная вентиляция с естественным побуждением везде, в каждом помещении.

Только при невозможности системы справится с поставленной задачей, к ней подключают одно или несколько устройств, которые заставляют воздушные массы перемещаться и способствуют ускорению их циркуляции.

В целом, подобный принцип проветривания комнат имеет ряд достоинств:

  • отсутствие больших затрат;
  • легкость в проектировании;
  • высокая эффективность;
  • простой монтаж.

Условно естественная вытяжная вентиляция делится на 2 вида:

  • Самопроизвольная, когда взаимодействие воздушных масс внутри и снаружи дома осуществляется только за счет внешних факторов (разница давлений или температур, наличие ветра).
  • Организованная, когда движение воздуха в помещении происходит за счет специально оборудованных отверстий, которые имеют различные размеры и располагаются на разной высоте.

Данная система делится на несколько подвидов, в зависимости от принципа подачи воздушных масс и параметров описанных выше отверстий:

  1. гравитационная
  2. аэрационная
  3. ярусная

Принцип подачи воздуха играет главную роль при составлении проекта естественной вытяжной вентиляции, расчет которой должен быть точным и верным, так как от него напрямую зависит циркуляция микроклимата в здании.

Даже малейшие ошибки в расчетах могут привести к недостатку воздухообмена и негативным последствиям, в том числе повышение уровня влажности, образования застоя воздуха, грибка и плесени.

требования

Естественная вытяжная вентиляция особенности устройства

Циркуляция воздуха в любом помещении зависит от особенностей, заложенных при строительстве. Например, естественная вытяжная вентиляция в частном доме формируется за счет специальных отверстий – форточек и щелей в дверных проемах, а также за счет особенностей строительного материала.

Так, построенный из древесины дом обладает высокими показателями воздухопроницаемости и позволяет внешнему потоку проникать в помещение.

А вот кирпич таким свойством не обладает, поэтому приточно-вытяжная естественная вентиляция в помещении будет осуществляться только за счет форточек и щелей в дверных и оконных проемах.

В комнатах специального назначения, таких как кухня или санузел, организуется канальная естественная вытяжная вентиляция, способствующая более быстрой подаче свежего притока и удалению отработанного.

Благодаря такому принципу происходит циркуляция микроклимата в многоэтажных домах, где создается единый центральный канал с ответвлениями к каждой квартире.

считают

Естественная вытяжная вентиляция мифы и реальность

Люди, незнакомые с принципом функционирования естественной вентиляцией, часто заблуждаются в этом вопросе. Рассмотрим самые распространенные мифы о работе системы:

Миф №1 – наличие вытяжных каналов достаточно для осуществления вентиляции.

Реальность – при несоответствии количества приточного и вытяжного воздуха проветривание в помещении не сможет эффективно осуществляться.

Это означает, что при плотно закрытых окнах и дверях, а также при отсутствии иных специальных отверстий, наличия вытяжного канала будет недостаточно – движение воздушных масс не будет осуществляться.

Кроме того, для эффективной вентиляции сечение вытяжки должно равняться суммарной площади всех отверстий, через которые поступает воздух. Например, если открыть окно на «микропроветривание», то свежего притока будет недостаточно для нормального функционирования вытяжки.

И наоборот, если открыть все окна в доме, то проветрить его, конечно, удастся быстро, но при этом помещение «выстудится», так как площадь открытых окон будет больше сечения вытяжки. 

Приточно вытяжная естественная вентиляция в помещении

Миф №2 – естественная вытяжка функционирует при любых условиях внешней среды.

Реальность – естественная вытяжка функционирует при разнице температур воздуха внутри и снаружи помещения. В остальных ситуациях она становится притоком или вовсе не работает.

Так, вытяжное проветривание хорошо осуществляется в зимнее время, когда температура воздуха на улице в разы ниже, чем в квартире. В результате теплые воздушные массы поднимаются по вытяжным каналам и выбрасываются наружу.

При этом, в жаркую погоду приток наоборот с улицы поступает в дом с более прохладной температурой. Именно поэтому в помещении становится душно, а постоянная работа кондиционеров не избавляет от недостатка кислорода.

Тоже самое касается ситуаций, когда внешняя и внутренняя температура в доме совпадает, — проветривание помещения не осуществляется, происходит застой микроклимата.

Миф №3 – вентилятор способен осуществлять принудительное движение отработанного воздуха.

Реальность – при отсутствии притока в помещении вентилятор для вытяжки работает напрасно, «вхолостую». Это означает, что устройство для принудительного движения воздуха в ванной комнате не сможет обеспечить вытяжку, если в помещение установлена герметичная дверь.

Поэтому при монтаже вентилятора в санузле для вентиляции естественной приточно-вытяжной обязательно наличие небольшой щели под дверью высотой до 5 мм. Тогда вытяжка начнет функционировать, а воздушный приток будет поступать из соседних комнат.

Миф №4 – нагрев приточного воздуха осуществляется самостоятельно.

Реальность – для нагрева воздушного притока, который поступает в помещение при естественной вентиляции, необходима дополнительная энергия. Холодный воздух нагревается за счет бытовых предметов, людей и радиаторов отопления, как бы «отбирая» у них тепловую энергию.

Основы естественной вентиляции — CoolVent

Естественная вентиляция заключается в использовании естественных сил для направления воздушного потока через пространство. Как я упоминал ранее, его три цели — обеспечить улучшение качества воздуха в помещении и снижение энергопотребления при максимальном тепловом комфорте людей, использующих пространство. Две естественные силы могут использоваться для прогона воздуха через здание: ветер и плавучесть, которые приводят, соответственно, к двум основным стратегиям естественной вентиляции: поперечной вентиляции и вытяжной вентиляции.

Перекрестная вентиляция

Когда ветер дует на фасад с наветренной стороны, он создает положительное давление на фасад. Точно так же, когда он течет от подветренного фасада, создается область более низкого давления. Если в здании окна открыты как с наветренной, так и с подветренной стороны, воздух будет проходить через здание из-за разницы давлений между отверстиями.

Насколько «положительным» или «отрицательным» является давление на каждом отверстии, измеряется числом, называемым коэффициентом ветрового давления ().Положительный знак указывает на то, что ветер дует на фасад, оказывая на него положительное статическое давление. И наоборот, отрицательное значение означает, что отверстие подвергается всасыванию из-за отрыва потока от здания. Значение варьируется в зависимости от вертикального и горизонтального расположения проема на фасаде, а также от угла падения ветра и соотношения сторон здания. Для основных расчетов вы можете начать с предположения среднего значения для каждого фасада. Для прямоугольного здания (без окружения) эти значения могут быть получены графически из таблиц или контурных графиков на основе существующих экспериментальных результатов (хорошим ориентиром является Справочник по основам ASHRAE).Для зданий других форм и зданий с окружающими их препятствиями вам может потребоваться выполнить внешний анализ CFD (или исследование в аэродинамической трубе), чтобы получить точные числа.

Результирующий расход в здании с перекрестной вентиляцией будет пропорционален эффективной площади отверстий (поясняется позже) и разнице давлений ветра, которая рассчитывается по формуле:

, где и — коэффициенты ветрового давления на входе и выходе, — плотность воздуха при температуре окружающей среды, — скорость ветра вверх по потоку.

Для получения дополнительной информации о расчетах см. Руководство пользователя CoolVent ** ССЫЛКА **.

Насколько хорошо работает перекрестная вентиляция, зависит от многих факторов, включая: расположение здания относительно преобладающего направления ветра, внутреннюю планировку офисов, коридоров, мебель и другие возможные препятствия для воздушного потока, размеры окон и других проемов.

Вентиляционная труба

Стеклопакетная или вытяжная вентиляция основана на разнице температур между воздухом внутри здания и снаружи, чтобы управлять потоком.Более теплый воздух легче (представьте, как поднимается дым), чем более холодный воздух, который тяжелее. Когда есть здание, наполненное теплым воздухом, и оно находится в среде с более холодным воздухом, и два вертикально расположенных окна открыты, более легкий воздух будет выходить через входное отверстие, а более холодный воздух будет попадать в здание через нижнее окно.

Воздушный поток, проходящий через пространство, пропорционален разнице температур, эффективной площади отверстий и препятствий, а также общему перепаду выталкивающего давления, управляющего потоком.Ориентация здания (контроль поступления солнечного тепла) не влияет на результирующий воздушный поток через здание.

Это общее выталкивающее давление может быть определено количественно путем сложения общей разницы давлений, существующей между нижними и верхними отверстиями, которая напрямую связана с разницей плотности между внутренним и наружным воздухом, а также вертикальным расстоянием между отверстиями. Для пространства с двумя проемами выражение между двумя вертикально расположенными проемами в здании:

, где

где и — температуры воздуха в помещении и снаружи, соответственно — расстояние по вертикали между верхним и нижним отверстиями.

Если бы в здании было открыто несколько вертикально расположенных окон, холодный воздух все равно поступал бы через нижние окна, а горячий воздух выходил бы через верхние окна. Высота, на которой происходит этот переход, называется нейтральной плоскостью, ее расположение зависит как от размера, так и от расположения воздушных препятствий (окна, воздуховоды и т. Д.), И очень важно спроектировать здание, которое гарантирует, что нейтральная плоскость будет не быть слишком низким, чтобы вызвать обратный поток в определенных зонах здания.Вы можете использовать CoolVent для этого.

Расчет расхода

Зная общий перепад давления между двумя внешними отверстиями, соединяющими наружную часть с внутренней частью здания, расход можно найти в соответствии с:
, с и

где и — площадь и коэффициенты расхода каждого отверстия (внутреннего и внешнего), через которое проходит воздух. Коэффициент расхода, который находится в диапазоне от 0 до 1, является мерой количества давления, которое воздух теряет, проходя через каждое отверстие сопротивления потоку.Для справки: коэффициент расхода для окон порядка 0,65.

Следовательно, выражения для расхода в чисто ветровой и выталкивающей вентиляции (и, соответственно) описываются следующим образом:

Ночное охлаждение / Тепловая масса

Тепловая масса может быть включена в конструкцию здания для поглощения тепла в дневные часы и отвода его в ночное время. Это приводит к сглаживанию колебаний внутренней температуры воздуха и задержке пиков.Обычно эту массу закладывают в потолки и стены в виде бетона или кирпича.

Использование тепловой массы особенно актуально в регионах мира, где температура окружающей среды очень высока в течение дня — слишком высока для проникновения наружного воздуха в здание — но достаточно низка в ночное время. Ночное охлаждение — это стратегия, заключающаяся в закрытии окон в здании в течение дня (не полностью — всегда обеспечивая приток воздуха, необходимого для минимальных требований к качеству воздуха в помещении) и их открытии в ночное время.

Реализация ночного охлаждения основывается на многих соображениях. Например, открывать здание снаружи ночью может быть угрозой безопасности. Кроме того, если здание слишком остынет ночью, рабочие могут почувствовать себя неуютно на следующее утро. В этом случае обогреватели могут включаться без ненужного расхода энергии.

.

Лабораторная вентиляция: типы вентиляции и требования

Контроль вентиляции и качества воздуха в лаборатории часто является одной из наиболее сложных задач при планировании окружающей среды. Хотя качество воздуха может иметь прямое (и нежелательное) влияние на любые исследования, проводимые в лаборатории, жизненно важно, чтобы всем членам исследовательской группы была обеспечена благоприятная рабочая среда.

Существует два основных типа вентиляции, используемых в исследовательских центрах и коммерческих лабораториях: естественная вентиляция и механическая вентиляция, помогающие снизить уровень удержания в воздухе в различных средах.

Естественная вентиляция

Полагаясь на давление ветра, которое заставляет исследовательские лаборатории наполняться свежим воздухом через вентиляционные отверстия, естественная вентиляция зависит от скорости ветра, его направления и формы здания. Контролировать естественную вентиляцию и управлять ею может быть сложно — воздух застаивается, если двери и окна остаются закрытыми.

Более холодный воздух, поступающий на нижних уровнях, поднимается и выходит через вентиляционные отверстия в крыше или окна более высоких уровней. Этот процесс может быть более экологически чистым и недорогим, чем механическая вентиляция, но может сделать рабочее место уязвимым для условий.

Механическая вентиляция

Механическая вентиляция, такая как кондиционеры, может помочь контролировать температуру и качество воздуха, поступающего в лабораторию. Эти системы могут использоваться для контроля влажности и общего комфорта в помещении.

Механическая вентиляция может контролироваться более жестко, чем естественная вентиляция, но вряд ли удалит все загрязнители из воздуха. Это означает, что лабораториям может потребоваться дополнительный приток свежего воздуха, закачиваемого через окружающую среду, для поддержания благополучия исследовательской группы.

Стандартизация вентиляции

Постановления о рабочих местах (здоровье, безопасность и социальное обеспечение) 1992 г. предписывали, чтобы все работодатели обеспечивали вентиляцию всех закрытых рабочих мест достаточным количеством свежего или очищенного воздуха. Согласно правилам, скорость подачи свежего воздуха никогда не должна опускаться ниже 5-8 литров в секунду на человека.

Чтобы точно обеспечить достаточное количество воздуха для исследовательской группы в лаборатории, важно учитывать площадь пола, рабочую активность и переносимые по воздуху загрязнители.Последнее особенно важно в лабораториях, работающих с потенциально опасными материалами и химическими веществами. При планировании системы вентиляции для лаборатории учитывайте все работы, которые будут проводиться в окружающей среде как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.

Если перспектива проектирования и развития передовой лаборатории, которая предлагает здоровую и полезную рабочую среду для вашей исследовательской группы, кажется немного устрашающей, команда InterFocus сможет помочь на каждом этапе пути.Для получения дополнительной информации о том, как InterFocus может вам помочь, посетите нашу домашнюю страницу или позвоните в нашу специализированную группу по телефону 01223 894833.

.

Обзор методов проектирования вентиляции в медицинских учреждениях

Дизайн вентиляции в медицинских учреждениях сильно влияет на передачу заболеваний через аэрозоли.
Желание контролировать инфекцию в больницах и в то же время снизить в них углерод.
площадь основания мотивирует использование нетрадиционных решений для проектирования зданий и связанных с ними мер контроля. В этой статье рассматриваются внутренние источники и типы инфекционных аэрозолей, а также жизнеспособность патогенов и их инфекционное поведение в ответ на условия окружающей среды.Обсуждаются аэрозольное рассеивание, тепломассоперенос, отложение в дыхательных путях и механизмы заражения с упором на экспериментальные и модельные подходы. Описываются основные проектные параметры здания, включая типы систем вентиляции (смешанные, вытесняющие, естественные и гибридные), скорость воздухообмена, температуру и относительную влажность, структуру распределения воздушного потока, количество людей, техническую дезинфекцию воздуха (фильтрация и УФ-излучение) и архитектурное программирование (управление источниками и деятельностью) для медицинских учреждений.В документе описываются основные результаты и предлагаются будущие потребности в исследованиях методов вентиляции для здоровья.
медицинские учреждения, чтобы предотвратить риск заражения воздушно-капельным путем.

1. Введение

Распространение инфекционных заболеваний вызывает глобальную озабоченность по социальным и экономическим причинам. Например, от сезонного гриппа ежегодно умирает 200–500 тысяч человек. В 2009–2010 годах грипп A (h2N1) стал причиной 17 000 смертей во всем мире, многие из которых были здоровыми взрослыми [1, 2]. В 2002–2003 годах тяжелый острый респираторный синдром (SARS) унес жизни более 700 человек и распространился на 37 стран, что обошлось Азии в 18 миллиардов долларов [2–5].Эти недавние вспышки напоминают нам о возможности возникновения пандемии, такой как испанский грипп 1918–1920 годов, унесший жизни 50–100 миллионов человек [5].

Болезни могут распространяться везде, где люди имеют прямой или косвенный контакт, но в этом документе основное внимание уделяется инфекциям, которые происходят в медицинских учреждениях, поскольку они часто содержат значительную долю инфекционных или уязвимых людей, а также потому, что правительства и другие поставщики медицинских услуг имеют четкую ответственность за смягчение инфекций, которые происходят в их стенах.

Передача болезни от человека к человеку может происходить в результате прямого контакта с инфицированным человеком или косвенного контакта через промежуточный объект. Прямая контактная инфекция может быть вызвана тем, что лица, осуществляющие уход, не моют руки перед посещением пациентов [6]. Другая распространенная прямая контактная передача происходит из-за больших инфекционных аэрозолей, которые перемещаются на небольшое расстояние от источника до рецептора. Важным способом непрямого контакта является передача по воздуху путем распространения мелких аэрозолей, чешуек кожи и спор грибов в воздухе помещения на большие расстояния и во времени.Аэрозоли могут образовываться и выделяться в результате выдыхания человека (речь, кашель и чихание), отделения кожи или ресуспендирования с поверхностей [7].

Известно, что передача болезни через аэрозоль является основным путем для многих болезней, таких как Tuberculosis и Aspergillosis . Кроме того, недавние исследования показали, что важность аэрозольной инфекции недооценивается для таких распространенных заболеваний, как грипп, особенно в холодное и засушливое время года [8]. Например, современные экспериментальные методы позволили обнаружить инфекционные аэрозоли, выделяемые инфицированными пациентами при дыхании, кашле или чихании [1].Что касается конструкции вентиляции здания, наибольшее влияние любой конструкции вентиляции будет на путь распространения инфекции по воздуху, которому и посвящена эта статья.

Инфекционный контроль включает блокирование любой стадии пути заражения. В случае передачи по воздуху это может означать сокращение образования патогенов от инфекционного человека, использование методов дезинфекции для уничтожения патогенов, выпущенных в воздух, или просто изоляция инфекционных людей в специальных помещениях. Обычно меры контроля делятся на три категории: административные, средства индивидуальной защиты, а также экологические и инженерные.Административный контроль направлен на то, чтобы держать заразных людей подальше от уязвимых людей (обнаружение инфекции, сортировка, общение и обучение) и гарантировать правильное использование технических средств контроля (например, инженерных и личных средств защиты). Что касается пути передачи через воздух, личная защита состоит из маски или респиратора в той или иной форме для предотвращения распространения или вдыхания патогенов [5]. Технический и экологический контроль в первую очередь вмешивается после того, как патогены покидают зону дыхания одного человека, прежде чем они попадут в зону дыхания другого.

На простейшем уровне технический контроль может включать увеличение скорости вентиляции помещения. Обычно это снижает концентрацию патогенов, что, как ожидается, снижает количество инфекций. Тем не менее, комнаты плохо перемешаны, люди дышат не во всех частях комнаты, а инфекционность патогенов меняется со временем и условиями окружающей среды. Кроме того, усиленная вентиляция не бесплатна, поскольку обычно требует более крупного и энергоемкого оборудования. Насколько следует увеличить интенсивность вентиляции? Какой тип системы наиболее полезен для снижения инфекций, передающихся воздушно-капельным путем? На эти вопросы невозможно ответить без количественной оценки риска заражения или, по крайней мере, относительного риска одной инженерной системы по сравнению с другой.Такие модели риска должны включать каждый процесс заражения от источника до рецептора. В результате необходимо учитывать весь путь заражения.

На рис. 1 показан путь заражения воздушно-капельным путем, а также меры экологического и инженерного контроля, которые могут повлиять на шаги на этом пути. В Разделе 2 мы рассматриваем каждый этап пути заражения. Как будет указано в этом документе, каждый этап был предметом более ранних обзоров, но мы сосредоточены на факторах, которые могут влиять на относительные риски различных систем вентиляции.В разделе 3 мы обсуждаем технические средства контроля, которые могут влиять на этапы заражения. Также обсуждаются относительные достоинства различных систем вентиляции (с акцентом на медицинские учреждения) и могут ли модели из Раздела 2 применяться для оценки риска. Раздел 4 завершается обсуждением проблем, остающихся для методов, которые могут быть использованы для проектирования вентиляции медицинских учреждений.

2. Прогнозирование риска воздушно-капельной инфекции: от источника к рецептору

Для эффективного проектирования вентиляции в медицинском учреждении необходимо уметь количественно оценивать и прогнозировать риск воздушно-капельной инфекции.Обоснованный выбор одной стратегии проектирования вентиляции по сравнению с другой требует использования подходящих показателей. Чтобы обеспечить полезный прогноз, необходимо ввести множество входных параметров в модель риска заражения воздушно-капельным путем или эксперимент. Точность и степень этих параметров, конечно, зависят от сложности модели или эксперимента и желаемого уровня детализации ожидаемых результатов. Ключевые факторы процесса заражения воздушно-капельным путем, которые определяют организацию нашего обсуждения, присутствуют в модели риска Уэллса-Райли для хорошо перемешанной комнаты [9] 𝑃𝐼 = 𝐶𝑆 = 1 − exp𝐼𝑞𝑝𝑡𝑄, (1)
где 𝑃𝐼 — вероятность заражения, 𝐶 — количество случаев заражения, 𝑆 — количество восприимчивых людей, 𝐼 — количество инфекторов, 𝑞 — скорость генерации квантов, 𝑝 — скорость легочной вентиляции человека (ингаляция) , 𝑡 — интервал времени воздействия, 𝑄 — интенсивность вентиляции помещения чистым воздухом.Как подразумевает это уравнение, нужно знать, 𝑞, 𝑝, 𝑡 и, чтобы количественно оценить риск заражения.

Эта модель полезна, но только для простого случая хорошо перемешанной комнаты, где переносимые по воздуху патогены беспорядочно распределены в пространстве. Дополнительные параметры и сложности возникают для сценариев, в которых воздух плохо перемешан. Кроме того, необходимы эмпирические данные для 𝑞, которые количественно определяют минимальную дозу патогенов, которые, по наблюдениям, заразили человека. В разделе 2.5 мы рассмотрим и сравним более сложные модели риска, но все они включают одни и те же факторы: образование аэрозолей, перенос патогенов, потеря инфекционности, а также вдыхание и осаждение.

2.1. Производство аэрозолей
2.1.1. Категории аэрозолей в воздухе

Аэрозоли — это суспензии мелких твердых или жидких частиц в газе. Медицинские работники используют термин в воздухе для аэрозолей, которые переносятся воздушными потоками в течение длительных периодов времени (минуты) и на большие расстояния (> 1 м). Таким образом, небольшие аэрозоли вносят вклад в режим заражения воздушно-капельным путем, , в то время как более крупные аэрозоли (которые быстро оседают) вносят вклад в режим заражения каплями .Это некоторые вариации того, как эти термины используются в литературе [5, 6].

Существует согласие, что аэрозоли с аэродинамическим диаметром менее 5 мкм м (также называемые ядрами капель [5]) способствуют заражению воздушно-капельным путем [1, 6]. Однако Телье [1] рассматривает аэрозоли размером более 20 мкм м, в то время как Tang et al. [10] считают, что аэрозоли размером более 60 мкм м способствуют заражению каплями. Некоторые авторы также определяют промежуточный диапазон размеров, в котором аэрозоли способствуют заражению как воздушно-капельным, так и воздушно-капельным путем.Это промежуточное поведение зависит от конкретных геометрических параметров, характера воздушного потока в вентиляции, а также реакции аэрозоля на окружающую среду [1, 10].

Особое внимание следует уделять аэрозолям, размер которых изменяется во время полета из-за испарения. Аэрозоль может перейти от капельного режима к воздушному из-за потери массы. Состав аэрозоля и факторы окружающей среды, такие как температура и относительная влажность, определяют такие изменения и должны быть тщательно рассмотрены в любом исследовании [1, 6, 7, 10, 11].

Существуют сотни патогенов, передающихся воздушно-капельным путем [6, 10, 12], которые делятся на три основные категории: вирусы, бактерии и споры грибов. Вирусы самые маленькие — диаметром 0,02–0,3 мкм м. Бактерии имеют диаметр в диапазоне 0,5–10 мкм м. Наиболее крупные споры имеют диаметр в диапазоне 0,5–30 мкм м [12].

Деятельность человека является ключевым источником распространения патогенов, переносимых по воздуху. К ним относятся респираторная деятельность (дыхание, речь, кашель, чихание и т. Д.)), принятие душа, смыв, использование водопроводной воды (распыление инфекционных аэрозолей, особенно бактерий, присутствующих в воде или в местной водопроводной сети), аэрозолизация сточных вод из туалетов и их транспортировка в водосточных системах зданий, а также влажная очистка внутренних поверхностей [ 7]. Другая деятельность человека, такая как заправка постели, ходьба по ковру или удаление кожных покровов, вызывает повторное взвешивание аэрозолей с поверхностей [8].

Кроме того, различные медицинские процедуры также способствуют передаче патогенов. Некоторые процедуры, которые могут увеличить образование ядер капель, включают интубацию, сердечно-легочную реанимацию, бронхоскопию, вскрытие и хирургическое вмешательство с использованием высокоскоростных устройств.В настоящее время не существует точного перечня таких процедур, а также не проводилось никаких исследований влияния дизайна вентиляции на распространение патогенов, выделяемых процедурами с высоким риском [5].

Помимо этих источников, у каждого строительного объекта есть своя собственная микробная экология, которая поддерживает рост одних видов патогенов и подавляет рост других. Например, компоненты системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), такие как фильтры, охлаждающие змеевики, воздухозаборники и пористая изоляция в воздуховодах, могут поддерживать рост и распространение спор в определенных областях.С другой стороны, достаточное количество солнечного света и естественная вентиляция в других местах могут дезинфицировать патогены [11, 12].

2.1.2. Аэрозоли на выдохе

Капли на выдохе особенно важны для распространения инфекции, передающейся по воздуху. Человеческий выдох (дыхание, кашель и чихание) создает наименьшие аэрозоли по сравнению с другими источниками. В оставшейся части статьи особое внимание уделяется источникам аэрозолей на выдохе человека.

Кашель и чихание изучал Дженнисон [13], который применил высокоскоростную фотографию для отслеживания размера и движения капель во время чихания испытуемых.Семьдесят лет назад было невозможно отслеживать аэрозоли размером менее 100 мкм м. Тем не менее, Дженнисон определила важные продолжительность и временные масштабы чихания.

Duguid [14] изучал размер капель, образующихся при чихании, кашле и разговоре, используя микроскопические измерения пятен, обнаруженных на предметных стеклах, подвергающихся воздействию воздуха, выдыхаемого изо рта. Ему удалось обнаружить капли размером в диапазоне 1–2000 мкм м. Fairchild и Stamper [15] измеряли количество капель на выдыхаемом воздухе с помощью оптического счетчика частиц (OPC) в диапазоне 0.09–3.0 мкм м. Папинени и Розенталь [16] изучали распределение по размеру капель, выдыхаемых здоровыми людьми при дыхании ртом, носом, разговоре и кашле. Они использовали OPC и аналитический просвечивающий электронный микроскоп (ATEM). OPC показал, что большинство капель было меньше 1 мкм мкм. Измерения ATEM проводились путем сбора капель на предметных стеклах и просмотра их размера под микроскопом после испарения. Исходный размер капли был скорректирован расчетным путем.Они подтвердили наличие более крупных капель на выдохе, чем при дыхании через нос. Ян и др. [17] изучали распределение капель по размерам экспериментально, используя аэродинамический спектрометр частиц (APS) и сканирующий спектрометр подвижности частиц (SMPS). Их образцы были упакованы перед анализом; следовательно, могло произойти значительное испарение и осаждение капель. Экспериментальное исследование Chao et al. [18] рассмотрели характеристики настоящего кашля сразу после открытия рта, используя интерферометрическую визуализацию Mie (IMI).Они обнаружили, что капли находятся в диапазоне 2–2000 мкм м (что соответствует всему диапазону измерения IMI).

Большой разброс в размерах капель, о которых сообщается, можно объяснить тремя основными причинами: (i) чувствительностью различных методов измерения, (ii) неповторимым характером кашля и чихания для каждого субъекта, а также вариабельностью кашля и чихания среди разных людей. различные предметы, и (iii) испарение капель в разных временных масштабах в соответствии с их начальным размером.Имеющиеся в литературе данные о распределении размеров приведены в таблице 1.


Исследование Метод измерения Тип истечения min [ μ м] 𝐷max [ μ м] Среднее геометрическое [ μ м] Геометрическое стандартное отклонение [ μ м]

Дюгуид [14] Микроскопия Кашель 1 2000 14 2.6
Дюгуид [14] Микроскопия Чихание 1 2000 8,1 2,3
Лаудон и Робертс [19] Микроскопия Кашель 1 > 1471 12 8,4
Папинени и Розенталь [16] OPC 1 Говорящий <0,6 2,5 0,8 1.5
Папинени и Розенталь [16] OPC Носовое дыхание <0,6 2,5 0,8 1,5
Папинени и Розенталь [16] OPC Дыхание через рот <0,6 2,5 0,7 1,4
Папинени и Розенталь [16] OPC Кашель <0,6 2,5 0.7 1,5
Папинени и Розенталь [16] ATEM 2 Дыхание через рот <0,6 2,5 1,2 1,6
Chao et al. [18] IMI 3 Говорящий 2 2000 12,6 3,2
Chao et al. [18] IMI Кашель 2 2000 13.1 3,6

1 OPC: оптический счетчик частиц, 2 ATEM: аналитический просвечивающий электронный микроскоп, 3 IMI: интерферометрическая визуализация Mie.

МакКул [20] описывает физиологию кашля как трехфазный рефлекс: вдох, сжатие и выдох. Пиковая скорость потока при кашле может достигать 12 л / с. Piirilä и Sovijarvi [21] провели объективную оценку кашля.Они исследовали кашель как примитивный рефлекс, обычно состоящий из инициирующего глубокого вдоха, закрытия голосовой щели и взрывного выдоха, сопровождаемого звуком. Сообщалось, что характеристики кашля варьируются от человека к человеку. Они сообщили, что продолжительность различных фаз кашлевого рефлекса можно легко измерить на графике зависимости потока от времени. Они предположили, что продолжительность закрытия голосовой щели во время компрессионной фазы кашля колеблется в пределах 0.09–1.01 с. Они также определили полезный параметр для характеристики кашля, пиковую скорость выдоха при кашле (CPEF). Нишино [22] подробно объясняет физиологию кашля и чихания и указывает на сходства и различия между ними. Динамика потока чихания аналогична кашлю во времени изменения скорости потока. Однако пиковые скорости выше, и, помимо выдоха через рот, небольшая часть выдоха выходит из носа. Что касается чихания, Дженнисон [13] сообщил о выходных скоростях до 90 м / с с временем пиковой скорости (PVT) 57 мс.Общее время чихания составляло 0,07–0,20 с. Zhu et al. [23] выполнили измерения скорости движения частиц (PIV) и вычислительную гидродинамику (CFD) для дисперсии капель от кашля на спокойном фоне. Экспериментально они обнаружили, что начальная скорость кашля колеблется в диапазоне 6–22 м / с, а количество введенной слюны находится в диапазоне 6,1–7,7 мг. Chao et al. [18] сообщили о средней скорости выдыхаемого воздуха 11,7 м / с при кашле и 3,9 м / с при разговоре.

Gupta et al. [24] провели экспериментальное исследование для характеристики зависимости скорости потока от времени при выдохе человека. Они объединили функции гамма-распределения вероятностей для соответствия экспериментальным данным. Такие функции будут особенно полезны для установки граничных условий кашля и чихания для исследований CFD. Они характеризуют полное распределение только тремя параметрами: пиковая скорость потока при кашле (CPFR), время максимальной скорости (PVT) и объем выдоха при кашле (CEV). Эти граничные условия были реализованы при моделировании CFD Aliabadi et al.[25]. Они продемонстрировали, что летучие аэрозоли от кашля и чихания испаряются в разное время в зависимости от их размера. Как правило, маленькие капли (<20 мкм мкм) испаряются гораздо быстрее (миллисекунды), чем более крупные капли (> 50 мкм мкм), для которых время испарения составляет порядка секунд. Наиболее важными факторами скорости испарения являются температура и относительная влажность окружающего воздуха.

Höppe [26] был пионером в измерении температуры выдоха в различных климатических условиях.Он изучал температуру выдоха через нос и рот как функцию температуры окружающей среды (5–33 ° C) и относительной влажности окружающей среды (10–90%). Наблюдались заметные колебания температуры выдоха. Точно так же McFadden et al. [27] представили тепловую карту дыхательных путей человека, используя измерения путем введения тонких термисторных зондов в дыхательные пути. Они обнаружили, что при нормальной или высокой частоте дыхания температура в системе верхних дыхательных путей находится в диапазоне 33,9–35 ° C.5 ° С.

2.2. Рассеивание, тепло и массообмен

После образования аэрозоля следующим шагом на пути заражения является распространение переносимых по воздуху патогенов в вентиляционном пространстве, возможно, в сторону потенциальных подозреваемых. Эта дисперсия является функцией многих переменных, таких как размер аэрозоля, средняя и колеблющаяся скорость воздуха, температура и скорость, с которой аэрозоль переносит массу или тепло с окружающей средой (то есть испарение или охлаждение / нагревание). Аналитическое моделирование этих процессов невозможно, за исключением самых идеализированных случаев.Скорее, CFD требуется для моделирования как непрерывной фазы (воздух), так и дискретной фазы (аэрозоли).

2.2.1. Моделирование воздушного потока

Решение фазы континуума (воздуха) в вентиляционном потоке требует интегрирования и решения уравнений массы, импульса и энергии, обычно с использованием методов дискретизации конечного объема [28].

Режим течения жидкости в значительной степени определяется числом Рейнольдса (безразмерным отношением внутренних сил к вязким, Re = 𝑉𝐿 / 𝜈) и числом Грасгофа (безразмерным отношением плавучести к силам вязкости, Gr = 𝑔𝛽 (𝑇𝑠 − 𝑇∞) 𝐿3 / 2).В этих уравнениях 𝑉 — скорость, 𝐿 — масштаб длины, 𝜈 — кинематическая вязкость, 𝑔 — гравитационное ускорение, 𝛽 — коэффициент теплового расширения, 𝑇𝑠 — температура поверхности, а 𝑇∞ — температура в дальней зоне. В зависимости от геометрии помещения переход от ламинарного к турбулентному течению происходит при Re∼𝑂 (103), а потоки, обусловленные плавучестью (например, тепловые шлейфы), становятся важными при Gr / Re2> 𝑂 (10). Процесс заражения воздушно-капельным путем в помещении имеет самые разные масштабы. Например, поток в районе чихания очень турбулентный и не сильно зависит от силы тяжести или плавучести.Напротив, при более длительном времени (минуты) и больших масштабах длины (полная комната) интенсивность турбулентности меньше, а влияние силы тяжести или плавучести может быть больше. Тепломассоперенос к выдыхаемой капле определяется условиями потока на непосредственном расстоянии (1–100 мкм м) вокруг капли, которое всегда является ламинарным из-за небольших соответствующих масштабов длины и небольшой относительной скорости аэрозоля и воздуха. .

Как правило, для моделирования в масштабе помещения требуется какая-то форма моделирования турбулентности, однако точное моделирование турбулентности является ограничивающим фактором для моделирования непрерывной фазы по двум причинам: (i) физика турбулентности недостаточно изучена и (ii) точное моделирование турбулентности в вычислительном отношении очень дорого.

Самый точный способ моделирования турбулентности — это прямое численное моделирование (DNS). В этой технике разрешаются водовороты (жидкие структуры) всех масштабов длины (от малого до большого). Однако этот метод требует огромных вычислительных мощностей при увеличении числа Re или Gr и, следовательно, не применяется при моделировании вентиляции.

В качестве компромисса был разработан метод моделирования крупных вихрей (LES), который разрешает большие вихри, но использует простые модели меньших масштабов потока.Основная мотивация этой идеи заключается в том, что большие водовороты являются основными механизмами переноса аэрозолей на большие расстояния. Это существенно снижает стоимость вычислений, но по-прежнему создает проблемы для моделирования вентиляционного воздушного потока: (i) требуемые вычислительные затраты по-прежнему высоки, (ii) для получения статистически значимых результатов необходимо множество реализаций воздушного потока, и (iii) исходные поля возмущений поскольку потоки неизвестны или их трудно создать [29].

Менее затратным с точки зрения вычислений подходом к моделированию турбулентности является моделирование Навье-Стокса (RANS) с усреднением по Рейнольдсу.Этот подход не разрешает какие-либо масштабы потока в реальном времени, а вместо этого рассматривает усредненные по времени и колеблющиеся компоненты потока отдельно. Эти модели сообщают усредненные по времени параметры турбулентности, такие как кинетическая энергия и скорость диссипации . Доступно множество вариантов моделей RANS (𝑘 − 𝜖, 𝑘 − 𝜔, 𝑣2𝑓, модель напряжения Рейнольдса (RSM) и т. Д.). Многие исследователи использовали стандартную или реализуемую модель турбулентности 𝑘 − при решении проблемы вентиляционного воздушного потока [30–32]. Другие исследователи предсказали поток воздуха при вентиляции, используя модель турбулентности 𝑘 − ренормгруппы (RNG).По сравнению со стандартными и реализуемыми − 𝜖 моделями, модель RNG имеет лучшую способность моделировать как высокие, так и низкие числа Re или Gr в одном потоке [29, 32–38]. Большинство моделей RANS являются экономичными с вычислительной точки зрения и дают полезные результаты, особенно когда требуется качественных результатов. Однако они не учитывают анизотропию турбулентности и часто испытывают трудности с достижением сходящегося решения. Одним из способов решения проблемы является использование модели напряжения Рейнольдса (RSM), которая учитывает анизотропию турбулентности и дает лучшие результаты, чем другие модели RANS, если исходное решение угадано правильно.

Альтернативный подход заключается в объединении RANS и LES для получения моделирования отдельных вихрей (DES), в котором LES используется в областях с сильной крупномасштабной неустойчивостью, например, в следе за человеком, а RANS используется для моделирования потока. в другом месте. В этом методе LES используется там, где сетка достаточно мелкая, чтобы можно было точно разрешить большие вихри [29].

Сводка преимуществ и недостатков основных моделей турбулентности приведена в таблице 2. Из-за относительной скорости вычислений RANS является единственным подходом, используемым сегодня в инженерном проектировании систем вентиляции.

100

107


Модель турбулентности Преимущества Недостатки Ячейки Время

DNS 1 Разрешает вихрей любой длины. дорого 1010 Годы
LES 2 Разрешает большие водовороты Сложно с точки зрения вычислений 108 Месяцев
DES 3 Экономично с точки зрения вычислений 90 Сложно реализовать 90 недель
RANS 4 Вычислительно экономичный Менее точный, трудно сходящийся 106 дней

1 DNS: прямое численное моделирование, 2 LES: моделирование крупных вихрей, 3 DES: моделирование отдельных вихрей, 4 RANS: усреднение по Рейнольдсу по Навье-Стоксу.
2.2.2. Моделирование дисперсии аэрозолей, теплообмена и массообмена

Дисперсию частиц можно моделировать с использованием нескольких подходов. Самый простой подход — предположить, что аэрозоли ведут себя как газы (верно только для субмикронных аэрозолей), и решить перенос концентрации газа в уравнениях сохранения. Этот подход использовался во многих исследованиях [32, 33, 35, 36], но его нельзя использовать для предсказания переноса тепла и массы с фазой континуума. Кроме того, на аэрозоли размером более 1 мкм м действуют другие силы рассеяния, включая гравитацию, которые не учитываются при моделировании рассеивания газа.

В качестве альтернативы траектория аэрозоля может быть определена с помощью баланса сил, который уравнивает инерцию аэрозоля с силами, действующими на него [25, 39] = 𝐹𝐷⃗𝑢 − ⃗𝑢𝑝 + 𝜌⃗𝑔𝑝 − 𝜌𝜌𝑝 + ⃗𝐹, ( 2)
где ⃗𝑢𝑝 — скорость аэрозоля, ⃗𝑢 — фазовая скорость континуума, 𝐹𝐷 — ускорение сопротивления на единицу скорости (определяется законом Стокса для самых маленьких аэрозолей или эмпирическими коэффициентами сопротивления для больших аэрозолей), 𝑔 — ускорение свободного падения, 𝜌𝑝 — плотность аэрозоля, 𝜌 — фазовая плотность континуума, а ⃗𝐹 — ускорение на единицу массы, вызванное броуновской силой.

Без учета радиации механизмами изменения массы аэрозоля и температуры являются конвекция и испарение. Имея скорость изменения массы аэрозоля и коэффициент конвективной теплоотдачи, уравнение баланса энергии для аэрозоля можно записать как 𝑚𝑝𝑐𝑝𝑑𝑇𝑝𝑑𝑡 = ℎ𝐴𝑝𝑇∞ − 𝑇𝑝 + 𝑑𝑚𝑝ℎ𝑑𝑡𝑓𝑔, (3)
где 𝑚𝑝 — масса аэрозоля, 𝑐𝑝 — удельная теплоемкость аэрозоля, 𝑇𝑝 — температура аэрозоля, ℎ — коэффициент конвективной теплоотдачи, 𝐴𝑝 — площадь поверхности аэрозоля, 𝑇∞ — температура фазы континуума в дальней зоне, ℎ𝑓𝑔 — скрытая теплота испарения. .

Для получения статистически значимых результатов большой ансамбль капель различных размеров отслеживается стохастически, и для распределения аэрозолей сообщаются средние местоположения и диаметры дисперсии на основе бинов [40]. Этот подход к моделированию используется во многих литературных исследованиях [30–32, 34, 38].

2.3. Жизнеспособность и инфекционность

Термин жизнеспособность относится к выживанию патогенов в заданном наборе условий окружающей среды. Патогены называются инфекционными только в том случае, если они способны атаковать клетки-хозяева и воспроизводить себя [41].Таким образом, все инфекционные патогены также жизнеспособны, но обратное не всегда верно [42, 43]. В этой статье не рассматриваются подробные и сложные механизмы заражения; однако здесь необходим беглый обзор, поскольку неопределенность данных об инфекционности может доминировать при оценке риска и сильно влиять на дизайн вентиляции.

Во время аэрозолизации сдвиговые напряжения жидкости могут инактивировать некоторые патогены. Кроме того, после аэрозолизации жизнеспособность патогена изменяется в зависимости от различных условий окружающей среды, включая относительную влажность, температуру, концентрацию кислорода и озона, фактор открытого воздуха (OAF) и электромагнитное излучение [43].С другой стороны, процесс инфекционного заболевания у хозяина зависит от концентрации патогена (дозы инфекции) и вирулентности (факторов, способствующих заболеванию), которые позволяют агенту преодолевать физические и иммунологические защитные механизмы в хозяине [11].

Важно отметить, что врожденные и адаптивные иммунные ответы хозяина (например, прошлые воздействия и / или вакцинация) значительно изменят ответ на любое воздействие. Возможны следующие реакции: (i) подверглись воздействию, но не инфицированы, (ii) подверглись воздействию и инфицированы, но не заболели (из-за быстрого иммунного клиренса, вызванного прошлыми контактами и / или вакцинацией, (iii) подвергнутыми воздействию, инфицированными и больными.Кроме того, инфекционность вируса зависит от предыдущего заражения хозяина другим заболеванием. Hall et al. [44] изучали характер распространения вируса у амбулаторных детей с гриппом B. Они обнаружили, что симптомы инфекции различались по типу и времени в зависимости от предыдущих инфекций / заболеваний, которые у детей уже были. Эти внутрихостовые механизмы / факторы выходят за рамки данной статьи.

2.3.1. Измерения жизнеспособности и инфекционности

Для измерения жизнеспособности и инфекционности переносимых по воздуху патогенов использовались многочисленные методы.Ниже рассматриваются четыре основных класса техник.

Тесты на животных на воздушно-капельную инфекцию учитывают многие физические и биологические аспекты жизнеспособности и заразности патогенов. Некоторые исследователи сообщили об исследованиях с использованием морских свинок, обезьян и крупного рогатого скота [1, 42, 45]. Хотя многие патогенные виды являются общими для людей и этих животных, существуют некоторые трудности в экстраполяции измерений жизнеспособности и инфекционности на людей с использованием этих тестов. Дыхательные пути человека и животных имеют разную физиологию.В результате эффективность фильтрации и осаждения, зависящая от размера дыхательных путей, сильно различается от одного существа к другому [42]. Кроме того, истинная инфекционность переносимых по воздуху патогенов зависит от как источника, так и рецептора. Защитные механизмы у людей и других существ различны, что приводит к разной инфекционности для данного патогена.

Большой класс методов называется методами культивирования , поскольку они основаны на принципе роста клеток.Эти методы являются одними из самых популярных и классических методов, используемых для измерения жизнеспособности и инфекционности патогенов, переносимых по воздуху. Используя эти методы, образец переносимых по воздуху патогенов собирают на среду (например, чашки с агаром) и инкубируют с течением времени в благоприятных условиях (температура, относительная влажность и химический состав), чтобы изучить, как патогены размножаются. Колониеобразующая единица (КОЕ) будет тогда мерой способности патогена к воспроизводству [46, 47].

Важно отдельно учитывать жизнеспособность и физическую потерю патогенных аэрозолей [48].Чтобы добиться этого, некоторые исследователи добавили аэростабильные споры или радиоактивно помеченные клетки в известной пропорции к представляющему интерес патогену, жизнеспособность которого будет изучаться. Жизнеспособность этих аэростабильных спор или радиоактивно меченых клеток не изменяется в широком диапазоне условий окружающей среды [48–51]. Некоторые трудности существуют с традиционными методами культивирования. Улавливание очень мелких аэрозолей, содержащих патогены, на твердую среду (например, чашки с агаром) или жидкую среду (например, цельностеклянные импинджеры) может быть затруднено [41].Кроме того, жизнеспособные и воспроизводимые клетки могут быть собраны в агломераты, КОЕ которых будет недооценивать фактическое количество.

Другой большой класс методов называется молекулярными методами . Эти методы не зависят от роста клеток и могут обнаруживать как воспроизводимые, так и невоспроизводимые патогены [41]. Метод обратной транскриптазы-полимеразной цепной реакции (ОТ-ПЦР) позволяет детектировать ДНК или РНК одного патогена, создавая миллиардные копии [1, 7]. Несмотря на точность определения геномов (ДНК или РНК), важным ограничением этого метода является то, что ОТ-ПЦР не может установить инфекционность обнаруженных вирусных аэрозолей [1].Некоторые исследователи использовали прямую микроскопию, чтобы определить общее количество жизнеспособных патогенов в подготовленном растворе. Один из таких методов основан на окрашивании патогенных микроорганизмов в раствор путем добавления химических веществ (например, кислот), на которые патогены реагируют [41].

Еще один большой класс методов называется методами анализа бляшек . Основная характеристика этих методов состоит в том, что активность интересующего вида наблюдается в организме или органическом образце. Для тестов на инфекционность измеряется способность патогена атаковать и повреждать клетку.Для анализа бляшек отбирают пробы аэрозолей (например, с помощью цельностеклянных импинджеров) и готовят многократные разведения исходной смеси патогенов. Затем аликвоты стандартного объема инокулируют и инкубируют вблизи образцов чувствительных клеток на планшетах. Вокруг поврежденных клеток образуется бляшка, которая растет до тех пор, пока не будет ограничена гелевой структурой пластины. Эта визуальная бляшка позволяет рассчитать титр патогена в бляшкообразующих единицах (БОЕ) на единицу площади. Иногда живые клетки окрашиваются так, что цветовой контраст между бляшкой и живыми клетками становится выраженным [52–54].Методы анализа зубного налета позволяют получить информацию о способности патогена прикрепляться и инфицировать живые клетки в благоприятных условиях. Однако очень трудно экстраполировать истинную инфекционность патогена на хозяина из-за изменчивости уже перечисленных факторов хозяина. В таблице 3 представлены сводные данные о методах измерения жизнеспособности и инфекционности патогенов, переносимых по воздуху.


Методика измерения Преимущества Недостатки

Испытания на животных Распространенные болезни между людьми и животными и взаимодействие с хозяином Тест трудно экстраполировать результаты по инфицированию человека
Методы культивирования Воспроизводимость Взаимодействие патогена с хозяином
Молекулярные методы Предел обнаружения одного патогена Воспроизводимость и взаимодействие патогена с хозяином
Методы анализа бляшек Инфекция и взаимодействие с живыми клетками Взаимодействие с хозяином

Истинная жизнеспособность и инфекционность переносимых по воздуху патогенов зависят от сложных физических и биологических механизмов Измы, которые влияют на выживание патогенов во взвешенном состоянии в воздухе, их осаждение на чувствительных участках в хозяине и их способность преодолевать защитные механизмы хозяина.Ни один из существующих методов измерения точно не учитывает всех этих механизмов. В результате необходимо понимать, что любой метод измерения в лучшем случае приближается к истинной жизнеспособности и инфекционности, уделяя особое внимание лишь ограниченным аспектам жизнеспособности или инфекционности. Например, если используются молекулярные методы, точный подсчет патогенов возможен, но оценка их воспроизводимости и истинного взаимодействия с хозяином оказывается под угрозой. С другой стороны, если используются методы анализа бляшек, учитывается некоторая степень взаимодействия патогенов с хозяином, в то время как точное подсчет патогенов затрудняется.Следовательно, достоверность прогноза риска заражения воздушно-капельным путем в заданных условиях вентиляции здания ограничена типом используемого метода измерения жизнеспособности и инфекционности.

2.3.2. Факторы окружающей среды, влияющие на инфекционность и жизнеспособность

Многие факторы окружающей среды ответственны за потерю жизнеспособности и инфекционности патогенов в аэрозольной форме. В таблице 4 показаны стрессы и компоненты клеток-мишеней в порядке значимости [43].


Стресс Наиболее вероятные целевые молекулы

Относительная влажность и температура Липиды и белки внешней мембраны
Кислород Липиды и белки
Озон Липиды и белки
Фактор открытого воздуха (O3 + олефины) Липиды, белки и нуклеиновые кислоты

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *