Вентиляция землянки (подземного здания)

В обычном наземном здании устройство вентиляции не составляет особого труда, так как инфильтрация через неплотности дверей, окон и стен обеспечивает поступление свежего воздуха в избыточном количестве. Однако в герметичных домах значительно уменьшается инфильтрация и, следовательно, сохраняется энергия. Подача свежего воздуха должна решаться с учетом экономии энергии. Заглубленные здания позволяют свести инфильтрацию к минимуму: таким образом, появляется возможность контролировать системы вытяжки и притока.

Вентиляция требуется для того, чтобы обеспечивать заданное количество кислорода, необходимое для здоровья и жизнедеятельности людей; подавать соответствующее количество кислорода для обеспечения работы бытовых и отопительных приборов с открытым пламенем; уменьшать количество или удалять избыточную влагу в летнее время; уменьшать или удалять различные запахи из ванных комнат и кухонь; в летнее время удалять избыточное тепло, образующееся от работы различных бытовых приборов.

Для составления прогноза потребления энергии заглубленным зданием важно определить требуемый объем вентиляции. Так, для дома размерами 10X14X2,5 м он составит 350 м3. Дом полностью электрифицирован (приборов с открытым пламенем нет); в нем проживает четыре человека.

В первую очередь необходимо учитывать потребность людей в свежем воздухе. Содержание кислорода в воздухе, необходимом для человека, должно быть не менее 20%. Можно жить и при содержании кислорода в атмосфере 15%, однако в этих условиях не происходит процесс горения. Смерть наступает при содержании от 5 до 7% кислорода в атмосфере. Приводимая таблица показывает потребность человека в кислороде в зависимости от вида деятельности.

Допустим, четыре человека потребляют кислород в течение 16 ч в сутки по 0,014 м3/мин и по 0,006 м3/мин в течение 8 ч в сутки. Тогда суточный объем вентиляции составит 65,3 м3/сут. Это значит, что весь объем воздуха будет сменяться один раз за 5,5 сут. Согласно энергетическим нормам Миннесоты (1976 г.), «количество свежего воздуха, подаваемого в помещение для обеспечения физиологических потребностей людей и устранения различных запахов, должно быть не более 0,14 м3/мин на одного человека». В расчете на четырех человек, проживающих в доме, и при норме вентиляции 0,14 м3/мин на одного человека общее количество воздуха, подаваемого в здание, должно составлять 815 м3 в сутки. Это соответствует кратности воздухообмена 2,3 в сутки.

Получить точные данные для расчета объемов вентиляции, необходимых для удаления влаги и запахов, практически невозможно. Объем инфильтрации через неплотности окон и открываемые двери свидетельствует о том, что с учетом его кратность воздухообмена достаточно герметичного дома должна соответствовать двукратному воздухообмену в сутки.

Обследования обычных зданий показали, что такая кратность воздухообмена является минимальной для удаления запахов, особенно возникающих при пищеприготов-лении. Двукратный воздухообмен меньше требуемой нормами максимальной величины 2,33. Для дальнейшего обсуждения примем кратность воздухообмена равной 2 в сутки. Однако эту норму не следует принимать как требование для всех заглубленных зданий. До тех пор, пока нет достаточного опыта проектирования и эксплуатации таких домов, для кал<дого случая надлежит проводить анализ с целью определения необходимых норм вентиляции, которые могут быть и больше и меньше указанной.

Норма вентиляции должна быть увеличена, если в здании используются приборы с открытым пламенем, включая печи. В целях экономии энергии рекомендуется предусматривать самостоятельный подвод воздуха к горелочным и топочным устройствам. В качестве альтернативного решения может быть рекомендована подача к топке подогретого воздуха от системы приточной в'ентиляции. Вентиляция может быть также нужна для отвода избыточного тепла.

После того, как будет вычислен объем необходимой вентиляции заглубленного здания, следует определить пути ее осуществления. Установлено, что для заглубленных зда^ ний наиболее подходит напорная вентиляция. Основное достоинство ее заключается в том, что лучше обеспечивается поступление свежего воздуха. Из других систем вентиляции в первую очередь следует рекомендовать низконапорную систему. Включение в состав этой системы электрического обогревателя создает дополнительные преимущества.

Существует несколько способов подачи свежего воздуха в здание с помощью напорной системы вентиляции. Самый простой и, вероятно, наиболее экономичный — прокладка трубопровода для подачи воздуха. Вентилятор будет нагнетать в помещение свежий воздух автоматически. В трубопроводе необходимо устанавливать регулятор тяги для контроля объема подаваемого воздуха. Чтобы обеспечить необходимый баланс, отвод воздуха производится с помощью вытяжных вентиляторов в кухне и ванной, а также общего вентилятора. Тщательное выполнение системы гарантирует более точный контроль объемов отводимого и свежего воздуха.

Установка сравнительно недорогого процессора (прибора), управляемого с помощью компьютера, позволит создать систему, объединяющую все три вытяжных вентилятора в ванной, кухне и общий, и, таким образом, контролировать процесс воздухообмена в здании. При этом следует иметь в виду, что вытяжка из ванной не может быть включена в систему рециркуляции. Поскольку многие запахи имеют аммонийную природу, они не поддаются фильтрованию и другим процессам очистки; таким образом, необходимость устройства вытяжной вентиляции очевидна.

С этой точки зрения рассмотрим рекуперацию тепла вытяжной вентиляции. Предположим, что объем отводимого воздуха составляет 700 м3 в сутки (двукратный воздухообмен) и что из него можно получить 50% уносимого тепла; в этом случае годовая экономия составит 32,25 долл. Имеется в виду, что температура воздуха в помещении 20 °С, а наружные температуры соответствуют данным, приведенным в табл. прил. 2 для периода с октября по апрель, в то время как стоимость электроэнергии составляет 0,06 долл за 1 кВт-ч. Если период окупаемости составляет 7 лет, то стоимость оборудования, которую можно покрыть за счет экономии энергии, не должна превышать 225 долл. При таких условиях денежная экономия недостаточно велика, чтобы установить оборудование, обеспечивающее возврат 50% тепла вытяжной вентиляции.

Pиc. 3.16. Диаграмма схемы повторного использования тепла:
1 — фильтр; 2 — вентилятор; 3 — электронагреватель; 4 — термостат, установленный в воздуховоде; 5 — гравитационный регулятор тяги; б — теплообменник

Если повторное использование тепла экономически разумно и желательно, то система (рис. 3.16) способна повторно использовать тепло вентиляционных выбросов ванных и кухонь. Теплообменник может быть выполнен в форме Z-образной металлической трубы. Вентиляторы ванной и кухни должны иметь одинаковую мощность и работать одновременно. Если используется напорная система подачи свежего воздуха, можно применять электрические нагреватели. Вентиляторы в этом случае должны включаться обычными выключателями, снабженными таймерами.

Последнее важное обстоятельство, которое необходимо учитывать при разработке системы вентиляции, — это способ охлаждения помещений в летнее время. О такой системе уже упоминали и лучший режим ее работы обеспечивается в летнее время ночью, а в зимнее время днем. Кроме того, такая система может иметь то преимущество, что в летнее время охлаждение можно применять в сочетании с интенсивным воздухообменом.

Согласно проекту, заглубленное здание может иметь значительную тепловую массивность, которая допускает большие теплопоступления в здание летом без его перегрева. Этот эффект способствует созданию комфортных условий в здании, когда обеспечена вытяжка воздуха из него в ночное время, если только речь идет не об очень теплой погоде. Такая совершенная система напорной вентиляции может быть применима для большинства заглубленных зданий при условии, когда невозможно осуществить сквозную вентиляцию. Напорная система должна быть оборудована системой трубопроводов и регуляторами тяги для того, чтобы 100% поступающего воздуха проходило через топку ночью; вытяжка может осуществляться через открытые окна.

Такая система может потребовать установки некоторых автоматических устройств. В тех случаях, когда не применяется напорная система, следует устанавливать вытяжные вентиляторы для поступления свежего воздуха через окна.