Основные принципы естественной вентиляции, которые могут быть применены в зданиях, можно разделить на два типа: вентиляцию под действием ветра и вентиляцию за счет тепловой плавучести. Оба типа естественной вентиляции вызваны естественно образовавшимися различиями воздушного давления, и для максимизации эффективности этих двух методов естественной вентиляции требуются различные архитектурные решения.
Ветряная вентиляция
Вентиляция под действием ветра
Когда ветер дует в сторону здания, на ветровой стороне здания образуется область положительного давления из-за препятствия поверхности здания. После того как поток воздуха отклоняется, он обходит стороны и крышу здания, и на этих сторонах и сзади образуется область отрицательного давления. Вентиляция под действием ветра использует разницу давления между ветровой и неветровой сторонами здания для обеспечения естественной вентиляции здания.
Тепловая плавучесть вентиляция
Тепловая плавучесть вентиляция
Из-за нестабильности естественного ветра, или из-за влияния окружающих высоких зданий и растительности и недостаточной площади окон здания, следует рассмотреть принцип тепловой плавучести вентиляции для ускорения вентиляции. Принцип тепловой плавучести вентиляции заключается в том, что горячий воздух поднимается и выводится из вытяжных вентиляционных отверстий на вершине здания, а свежий холодный воздух снаружи входит в помещение через воздушный вход в нижней части здания, тем самым образуя непрерывное движение воздуха внутри помещения. То есть вентиляция достигается за счет использования разницы плотности воздуха, вызванной разницей температуры между внутренним и внешним воздухом и разницей высоты между входом и выходом.
При использовании дизайна тепловой плавучести вентиляции необходимо учитывать, что воздушный вход для воздушного потока должен быть установлен в нижней части комнаты, а воздушный выход должен быть установлен на другой стороне комнаты, обращенной к воздушному входу, и на высокой позиции. Вертикальное расстояние между воздушным входом и воздушным выходом должно полностью использовать принцип тепловой плавучести, используя фонари или вентиляционные отверстия на крыше. Метод вентиляции за счет тепловой плавучести не зависит от силы ветра. В безветренное лето естественно образовавшаяся тепловая плавучесть все равно может производить относительно стабильный воздушный поток. Кроме того, поскольку эффект тепловой плавучести не зависит от давления ветра и направления ветра, можно иметь большую автономию в установке воздушного входа.
Форма здания может создать ветровое давление, тем самым эффективно приводя в движение воздушный поток через открытую часть здания. Конечно, существует множество других соображений для проектирования вентиляции здания. В руководствах по проектированию многих строительных норм обычно даются следующие рекомендации:
1. Ориентация и местоположение здания: При необходимости настройки вентиляционной способности на максимум следует выбирать ветреное местоположение для здания, и при проектировании ориентации здания ветровая стена должна быть спроектирована перпендикулярно к местному направлению ветра летом
2. Форма и размер здания: Здания, использующие естественную вентиляцию, не могут быть спроектированы слишком глубокими, иначе будет сложно доставить свежий воздух в каждую часть здания
3. Другие соображения: тип и использование окон, тип, форма и размер отверстий; методы и детали строительства; внешние элементы; соображения по градостроительству
При проектировании естественной вентиляции следует полностью использовать концепции дизайна двух упомянутых выше методов вентиляции, ветряной и тепловой плавучести. В проектировании следует учитывать:
1. Уменьшение препятствий для воздушного входа снаружи (например, растения или препятствия на участке) или изнутри (например, мебель и внутренние перегородки), чтобы увеличить циркуляцию воздуха
2. Воздушный вход и воздушный выход комнаты должны быть установлены в противоположной зоне давления комнаты, включая отверстия на ветровой стене и неветровой стене, или отверстия на ветровой стене и крыше
3. Все комнаты должны иметь воздушный вход и воздушный выход, и по крайней мере одно из отверстий должно быть оборудовано регулируемым окном для контроля воздушного потока. Воздушный вход должен быть установлен в нижней позиции в комнате; воздушный выход должен быть установлен на другой стороне, обращенной к воздушному входу, и на более высокой позиции
Для построения более надежной, менее затратной и более энергоэффективной системы вентиляции необходимо четко понимать ограничения здания и использовать различные стратегии дизайна, упомянутые выше, для их интеграции в проектирование здания. Ограничения здания включают следующие аспекты: тип здания, местное окружение, климат и строительные нормы. Зная эти требования, дизайнеры могут определить размеры вентиляторов, зданий и вентиляционных каналов.
1. Тип здания: назначение здания, ориентация и внешний вид предполагаемого здания, размер и местоположение окон.
2. Местное окружение: общее местное направление ветра, качество воздуха и структуры вокруг предполагаемого здания
3. Климат: местная температура и влажность
4. Строительные правила: местные правила, стандарты (например, стандарты ASHRAE) или руководящие принципы. Руководящие принципы обычно определяют конкретные требования к вентиляции. Требования к вентиляции включают: максимально допустимую концентрацию загрязняющих веществ в воздухе, тепловую мощность, скорость обновления воздуха и т. д.