Wentylacja (architektura)

Ab anbar (zbiornik wodny) z podwójnymi kopułami i łapaczami wiatru (otwory w pobliżu szczytu wież) w centralnym pustynnym mieście Naeen w Iranie. Łapacze wiatru są formą naturalnej wentylacji .

Wentylacja to celowe wprowadzanie powietrza z zewnątrz do przestrzeni. Wentylacja służy głównie do kontrolowania jakości powietrza w pomieszczeniach poprzez rozcieńczanie i wypieranie zanieczyszczeń z pomieszczeń; może być również używany do kontrolowania temperatury w pomieszczeniu, wilgotności i ruchu powietrza w celu poprawy komfortu cieplnego , zadowolenia z innych aspektów środowiska wewnętrznego lub innych celów.

Celowe wprowadzanie powietrza z zewnątrz jest zwykle klasyfikowane jako wentylacja mechaniczna, wentylacja naturalna lub wentylacja mieszana (wentylacja hybrydowa).

  • Wentylacja mechaniczna to celowy, napędzany wentylatorem, przepływ powietrza z zewnątrz do budynku. Systemy wentylacji mechanicznej mogą obejmować wentylatory nawiewne (które wtłaczają powietrze z zewnątrz do budynku), wentylatory wyciągowe (które wyciągają powietrze z budynku, a tym samym powodują równy przepływ wentylacji do budynku) lub kombinację obu. Wentylacja mechaniczna jest często zapewniana przez urządzenia, które służą również do ogrzewania i chłodzenia przestrzeni.
  • Wentylacja naturalna to zamierzony bierny przepływ powietrza z zewnątrz do budynku przez zaplanowane otwory (takie jak żaluzje, drzwi i okna). Wentylacja naturalna nie wymaga systemów mechanicznych do przemieszczania powietrza zewnętrznego. Zamiast tego opiera się całkowicie na pasywnych zjawiskach fizycznych, takich jak ciśnienie wiatru lub efekt stosu . Naturalne otwory wentylacyjne mogą być stałe lub regulowane. Regulowane otwory mogą być kontrolowane automatycznie (zautomatyzowane), będące własnością mieszkańców (operacyjne) lub kombinacją obu. Wentylacja krzyżowa jest zjawiskiem wentylacji naturalnej.
  • wentylacji w trybie mieszanym wykorzystują zarówno procesy mechaniczne, jak i naturalne. Elementy mechaniczne i naturalne mogą być używane jednocześnie, o różnych porach dnia lub w różnych porach roku. Ponieważ naturalny przepływ wentylacji zależy od warunków środowiskowych, nie zawsze może on zapewnić odpowiednią ilość wentylacji. W takim przypadku systemy mechaniczne mogą być stosowane do uzupełniania lub regulowania przepływu napędzanego naturalnie.

Wentylacja jest zwykle opisywana jako oddzielna od infiltracji.

  • Infiltracja to przypadkowy przepływ powietrza z zewnątrz do wewnątrz przez nieszczelności (nieplanowane otwory) w przegrodach zewnętrznych budynku . Kiedy projekt budynku opiera się na infiltracji w celu utrzymania jakości powietrza w pomieszczeniu, przepływ ten określa się jako wentylację przypadkową.

Projektowanie budynków, które promują zdrowie i dobre samopoczucie użytkowników, wymaga jasnego zrozumienia sposobów, w jakie przepływ powietrza wentylacyjnego wchodzi w interakcje, rozcieńcza, wypiera lub wprowadza zanieczyszczenia w zajmowanej przestrzeni. Chociaż wentylacja jest integralnym elementem utrzymania dobrej jakości powietrza w pomieszczeniach, sama może nie być zadowalająca. W scenariuszach, w których zanieczyszczenie zewnętrzne pogorszyłoby jakość powietrza w pomieszczeniach, konieczne mogą być również inne urządzenia do oczyszczania, takie jak filtracja. W kuchennych systemach wentylacyjnych lub do dygestoriów laboratoryjnych , projekt efektywnego wychwytywania ścieków może być ważniejszy niż masowa ilość wentylacji w przestrzeni. Mówiąc bardziej ogólnie, sposób, w jaki system dystrybucji powietrza powoduje przepływ wentylacji do i z przestrzeni, wpływa na zdolność określonej szybkości wentylacji do usuwania zanieczyszczeń generowanych wewnętrznie. Zdolność systemu do redukcji zanieczyszczeń w przestrzeni określana jest mianem „skuteczności wentylacji”. Jednak ogólny wpływ wentylacji na jakość powietrza w pomieszczeniach może zależeć od bardziej złożonych czynników, takich jak źródła zanieczyszczeń oraz sposób, w jaki działania i przepływ powietrza oddziałują na ekspozycję mieszkańców.

Szereg czynników związanych z projektowaniem i działaniem systemów wentylacyjnych regulują różne przepisy i normy. Normy dotyczące projektowania i działania systemów wentylacyjnych w celu osiągnięcia akceptowalnej jakości powietrza w pomieszczeniach obejmują normy ASHRAE 62.1 i 62.2, Międzynarodowy Kodeks Mieszkaniowy, Międzynarodowy Kodeks Mechaniczny oraz Przepisy Budowlane Zjednoczonego Królestwa, część F. Inne normy, które koncentrują się na oszczędzaniu energii, również mają wpływ na projektowanie i działanie systemów wentylacyjnych, w tym normę ASHRAE 90.1 i Międzynarodowy kodeks oszczędzania energii.

W wielu przypadkach wentylacja zapewniająca jakość powietrza w pomieszczeniach jest jednocześnie korzystna dla kontroli komfortu cieplnego. Zwiększenie wentylacji jest niezbędne do poprawy zdrowia fizycznego ludzi. W takich momentach przydatne może być zwiększenie szybkości wentylacji powyżej minimum wymaganego dla jakości powietrza w pomieszczeniu. Dwa przykłady obejmują chłodzenie ekonomizera po stronie powietrza i wentylację wstępne schłodzenie. W innych przypadkach wentylacja zapewniająca jakość powietrza w pomieszczeniach przyczynia się do zapotrzebowania na mechaniczne urządzenia grzewcze i chłodzące oraz do zużycia energii przez nie. W gorącym i wilgotnym klimacie osuszanie powietrza wentylacyjnego może być szczególnie energochłonnym procesem.

Wentylację należy rozważyć ze względu na jej związek z „odpowietrzaniem” urządzeń i urządzeń do spalania, takich jak podgrzewacze wody , piece, kotły i piece opalane drewnem. Co najważniejsze, projekt wentylacji budynku musi być ostrożny, aby uniknąć cofania się produktów spalania z urządzeń „naturalnie wentylowanych” do zajmowanej przestrzeni. Kwestia ta ma większe znaczenie w przypadku budynków o bardziej hermetycznych przegrodach. Aby uniknąć zagrożenia, wiele nowoczesnych urządzeń do spalania wykorzystuje „bezpośrednie odpowietrzanie”, które zasysa powietrze do spalania bezpośrednio z zewnątrz, zamiast z wnętrza.

Wskaźniki wentylacji dla jakości powietrza w pomieszczeniach

Szybkość wentylacji w budynkach komercyjnych, przemysłowych i instytucjonalnych (CII) jest zwykle wyrażana przez objętościowe natężenie przepływu powietrza zewnętrznego wprowadzanego do budynku. Typowe stosowane jednostki to stopy sześcienne na minutę (CFM) w systemie imperialnym lub litry na sekundę (L/s) w systemie metrycznym (chociaż metr sześcienny na sekundę jest preferowaną jednostką objętościowego natężenia przepływu w układzie SI jednostki). Współczynnik wentylacji można również wyrazić w przeliczeniu na osobę lub jednostkę powierzchni, na przykład CFM/p lub CFM/ft², lub jako wymianę powietrza na godzinę (ACH).

Normy dla budynków mieszkalnych

W przypadku budynków mieszkalnych, które w większości polegają na infiltracji w celu zaspokojenia potrzeb wentylacyjnych, powszechną miarą wskaźnika wentylacji jest wskaźnik wymiany powietrza (lub wymiany powietrza na godzinę ): współczynnik wentylacji na godzinę podzielony przez objętość przestrzeni ( I lub ACH ; jednostki 1/godz.). Zimą wartość ACH może wahać się od 0,50 do 0,41 w kurniku szczelnie zamkniętym do 1,11 do 1,47 w kurniku luźno uszczelnionym.

ASHRAE zaleca teraz współczynniki wentylacji zależne od powierzchni podłogi jako rewizja normy 62-2001, w której minimalny ACH wynosił 0,35, ale nie mniej niż 15 CFM/osobę (7,1 l/s/osobę). Od 2003 roku standard został zmieniony na 3 CFM/100 stóp kwadratowych (15 l/s/100 m2) plus 7,5 CFM/osobę (3,5 l/s/osobę).

Normy dla budynków komercyjnych

Procedura częstości wentylacji

Procedura szybkości wentylacji jest szybkością opartą na normie i określa szybkość, z jaką powietrze wentylacyjne musi być dostarczane do przestrzeni i różnymi środkami w zależności od stanu tego powietrza. Jakość powietrza jest oceniana (poprzez CO 2 pomiar) i szybkości wentylacji są obliczane matematycznie przy użyciu stałych. Procedura jakości powietrza w pomieszczeniach wykorzystuje jedną lub więcej wytycznych do określenia dopuszczalnych stężeń niektórych zanieczyszczeń w powietrzu w pomieszczeniach, ale nie określa szybkości wentylacji ani metod uzdatniania powietrza. Odnosi się to zarówno do ocen ilościowych, jak i subiektywnych i opiera się na procedurze częstości wentylacji. Uwzględnia również potencjalne zanieczyszczenia, które mogą nie mieć zmierzonych limitów lub dla których nie zostały ustalone żadne limity (takie jak odgazowywanie formaldehydu z dywanów i mebli).

Naturalna wentylacja

Główny artykuł: Wentylacja naturalna

Wentylacja naturalna wykorzystuje naturalnie dostępne siły do ​​dostarczania i usuwania powietrza w zamkniętej przestrzeni. Stwierdzono, że słaba wentylacja w pomieszczeniach znacznie nasila miejscowy zapach pleśni w określonych miejscach pomieszczenia, w tym w rogach pomieszczeń. Istnieją trzy rodzaje wentylacji naturalnej występującej w budynkach: wentylacja napędzana wiatrem, wentylacja napędzana ciśnieniem i wentylacja kominowa . Naciski generowane przez „ efekt stosu”. polegają na wyporności ogrzanego lub wznoszącego się powietrza. Wentylacja napędzana wiatrem opiera się na sile dominującego wiatru, który wciąga i wypycha powietrze przez zamkniętą przestrzeń, a także przez wyrwy w przegrodach budynku.

Niemal wszystkie zabytkowe budynki były wentylowane w sposób naturalny. Technika ta została generalnie porzucona w większych budynkach w USA pod koniec XX wieku, gdy stosowanie klimatyzacji stało się bardziej rozpowszechnione. Jednak wraz z pojawieniem się zaawansowanego Building Performance Simulation (BPS), ulepszonych systemów automatyki budynków (BAS), wymagań projektowych Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) oraz ulepszonych technik produkcji okien; naturalna wentylacja odrodziła się w budynkach komercyjnych zarówno na całym świecie, jak iw całych Stanach Zjednoczonych.

Korzyści płynące z naturalnej wentylacji to:

Techniki i elementy architektoniczne stosowane do wentylacji budynków i budowli w sposób naturalny obejmują między innymi:

  • Okna sprawne
  • Wentylacja nocna
  • Okna clerestory i wentylowane świetliki
  • Orientacja budynku
  • Fasady przechwytujące wiatr

Mechaniczna wentylacja

Główny artykuł: HVAC

Wentylację mechaniczną budynków i budowli można osiągnąć stosując następujące techniki:

  • Wentylacja całego domu
  • Wentylacja mieszająca
  • Wentylacja wyporowa
  • Dedykowany podpowietrzny dopływ powietrza

Wentylacja sterowana zapotrzebowaniem (DCV)

Wentylacja sterowana zapotrzebowaniem ( DCV , znana również jako wentylacja sterowana zapotrzebowaniem) umożliwia utrzymanie jakości powietrza przy jednoczesnym oszczędzaniu energii. ASHRAE ustaliło, że: „Zgodnie z procedurą wskaźnika wentylacji dozwolone jest stosowanie sterowania zapotrzebowaniem w celu zmniejszenia całkowitego dopływu powietrza z zewnątrz w okresach mniejszego obłożenia”. W systemie DCV czujniki CO 2 kontrolują ilość wentylacji. Podczas szczytowego obłożenia, CO 2 wzrasta, a system dostosowuje się, aby dostarczać taką samą ilość powietrza z zewnątrz, jaka zostałaby wykorzystana w procedurze współczynnika wentylacji. Jednak gdy przestrzeń jest mniej zajęta, poziom CO 2 spada, a system ogranicza wentylację, aby oszczędzać energię. DCV to dobrze ugruntowana praktyka, wymagana w pomieszczeniach o dużym natężeniu ruchu, zgodnie z normami energetycznymi budynków, takimi jak ASHRAE 90.1 .

Spersonalizowana wentylacja

Spersonalizowana wentylacja to strategia dystrybucji powietrza, która pozwala jednostkom kontrolować ilość otrzymywanej wentylacji. Podejście to dostarcza świeże powietrze bardziej bezpośrednio do strefy oddychania i ma na celu poprawę jakości wdychanego powietrza. Spersonalizowana wentylacja zapewnia znacznie wyższą skuteczność wentylacji niż konwencjonalne systemy wentylacji mieszającej, usuwając zanieczyszczenia ze strefy oddychania przy znacznie mniejszej objętości powietrza. Oprócz poprawy jakości powietrza, strategia może również poprawić komfort termiczny mieszkańców, postrzeganą jakość powietrza i ogólne zadowolenie ze środowiska wewnętrznego. Indywidualne preferencje dotyczące temperatury i ruchu powietrza nie są równe, dlatego tradycyjne podejście do jednorodnej kontroli środowiska nie przyniosło wysokiego zadowolenia mieszkańców. Techniki, takie jak spersonalizowana wentylacja, ułatwiają kontrolę nad bardziej zróżnicowanym środowiskiem termicznym, co może poprawić satysfakcję termiczną większości mieszkańców.

Miejscowa wentylacja wywiewna


Lokalna wentylacja wywiewna rozwiązuje problem unikania zanieczyszczenia powietrza w pomieszczeniach przez określone źródła wysokiej emisji poprzez wychwytywanie zanieczyszczeń unoszących się w powietrzu, zanim zostaną one rozprzestrzenione do środowiska. Może to obejmować kontrolę pary wodnej, kontrolę ścieków z toalet, oparów rozpuszczalników z procesów przemysłowych oraz pyłu z maszyn do obróbki drewna i metalu. Powietrze może być usuwane przez okapy ciśnieniowe lub przy użyciu wentylatorów i zwiększania ciśnienia w określonym obszarze. Lokalny układ wydechowy składa się z 5 podstawowych części

  1. Kaptur, który wychwytuje zanieczyszczenia u źródła
  2. Kanały do ​​transportu powietrza
  3. Urządzenie oczyszczające powietrze, które usuwa/minimalizuje zanieczyszczenie
  4. Wentylator, który porusza powietrzem przez system
  5. Komin wyciągowy, przez który odprowadzane jest zanieczyszczone powietrze

W Wielkiej Brytanii korzystanie z systemów LEV podlega przepisom ustanowionym przez Urząd ds. Zdrowia i Bezpieczeństwa (HSE), które są określane jako Kontrola substancji niebezpiecznych dla zdrowia ( CoSHH ). Zgodnie z CoSHH przepisy mają na celu ochronę użytkowników systemów LEV poprzez zapewnienie, że wszystkie urządzenia są testowane co najmniej raz na czternaście miesięcy, aby upewnić się, że systemy LEV działają odpowiednio. Wszystkie części systemu muszą zostać poddane kontroli wzrokowej i gruntownie przetestowane, a w przypadku stwierdzenia wad części inspektor musi wystawić czerwoną etykietę, aby zidentyfikować wadliwą część i problem.

Właściciel systemu LEV musi następnie zlecić naprawę lub wymianę wadliwych części, zanim system będzie mógł być używany.

Inteligentna wentylacja

Inteligentna wentylacja to proces ciągłego dostosowywania systemu wentylacji w czasie i opcjonalnie według lokalizacji, aby zapewnić pożądane korzyści w zakresie jakości powietrza wewnętrznego przy jednoczesnym minimalizowaniu zużycia energii, rachunków za media i innych kosztów niezwiązanych z jakością powietrza wewnętrznego (takich jak dyskomfort cieplny lub hałas). Inteligentny system wentylacji dostosowuje współczynniki wentylacji w czasie lub w zależności od lokalizacji w budynku, aby reagować na co najmniej jeden z następujących czynników: zaludnienie, warunki termiczne na zewnątrz i jakość powietrza, potrzeby sieci elektrycznej, bezpośrednie wykrywanie zanieczyszczeń, działanie innych przepływów powietrza i systemy oczyszczania powietrza. Ponadto inteligentne systemy wentylacyjne mogą dostarczać właścicielom budynków, użytkownikom i zarządcom informacji na temat operacyjnego zużycia energii i jakości powietrza w pomieszczeniach, a także sygnalizować, kiedy systemy wymagają konserwacji lub naprawy. Reagowanie na obecność oznacza, że ​​inteligentny system wentylacji może dostosować wentylację w zależności od zapotrzebowania, na przykład zmniejszając wentylację, jeśli budynek jest pusty. Inteligentna wentylacja może przesuwać czasowo wentylację do okresów, kiedy a) różnice temperatur wewnątrz i na zewnątrz są mniejsze (i oddalone od szczytowych temperatur i wilgotności na zewnątrz), b) kiedy temperatury wewnątrz i na zewnątrz są odpowiednie do chłodzenia wentylacyjnego lub c) kiedy jakość powietrza na zewnątrz jest do zaakceptowania. Reagowanie na potrzeby sieci elektroenergetycznej oznacza zapewnienie elastyczności zapotrzebowania na energię elektryczną (w tym bezpośrednich sygnałów z zakładów użyteczności publicznej) oraz integrację ze strategiami kontroli sieci elektrycznej. Inteligentne systemy wentylacyjne mogą być wyposażone w czujniki wykrywające przepływ powietrza, ciśnienie w systemach lub zużycie energii przez wentylatory w taki sposób, aby można było wykrywać i naprawiać awarie systemów, a także wtedy, gdy elementy systemu wymagają konserwacji, takiej jak wymiana filtrów.

Wentylacja i spalanie

Spalanie (w kominku , grzejniku gazowym , świecy , lampie naftowej itp.) zużywa tlen, jednocześnie wytwarzając dwutlenek węgla i inne niezdrowe gazy oraz dym , co wymaga wentylacji. Otwarty komin sprzyja infiltracji (tj. naturalnej wentylacji) ze względu na ujemne zmiany ciśnienia wywołane przez pływające , cieplejsze powietrze opuszczające komin. Ciepłe powietrze jest zwykle zastępowane cięższym, zimnym powietrzem.

Wentylacja w konstrukcji jest również potrzebna do usuwania pary wodnej wytwarzanej podczas oddychania , spalania i gotowania oraz do usuwania zapachów. Gromadzenie się pary wodnej może spowodować uszkodzenie konstrukcji, izolacji lub wykończenia. [ potrzebne źródło ] Podczas pracy klimatyzator zwykle usuwa nadmiar wilgoci z powietrza. Osuszacz może być również odpowiedni do usuwania wilgoci z powietrza .

Obliczenie dopuszczalnej szybkości wentylacji

Wytyczne dotyczące wentylacji opierają się na minimalnej szybkości wentylacji wymaganej do utrzymania dopuszczalnych poziomów ścieków. Dwutlenek węgla służy jako punkt odniesienia, ponieważ jest gazem o największej emisji przy względnie stałej wartości 0,005 L/s. Równanie bilansu masy to:

Q = G/(do ja - do za )

  • Q = szybkość wentylacji (l/s)
  • G = Szybkość wytwarzania CO2
  • C i = dopuszczalne stężenie CO 2 w pomieszczeniu
  • C a = stężenie CO2 w otoczeniu

Palenie i wentylacja

Norma ASHRAE 62 stanowi, że powietrze usuwane z obszaru, w którym występuje dym tytoniowy, nie może być recyrkulowane do powietrza wolnego od ETS. Przestrzeń z systemem ETS wymaga większej wentylacji, aby osiągnąć jakość powietrza podobną do tej, w której obowiązuje zakaz palenia.

Wielkość wentylacji w obszarze ETS jest równa wielkości obszaru wolnego od ETS plus ilość V, gdzie:

V = DSD × VA × A/60E

  • V = zalecane dodatkowe natężenie przepływu w CFM (l/s)
  • DSD = projektowa gęstość palenia (szacunkowa liczba papierosów wypalanych na godzinę na jednostkę powierzchni)
  • VA = objętość powietrza wentylacyjnego na papierosa dla projektowanego pomieszczenia (ft 3 /cig)
  • E = skuteczność usuwania zanieczyszczeń

Historia

Ten starożytny rzymski dom wykorzystuje różne techniki pasywnego chłodzenia i pasywnej wentylacji . Ciężkie ściany murowane, małe okna zewnętrzne i wąski mur zorientowany na ogród NS zacieniają dom, zapobiegając nagrzewaniu. Dom otwiera się na centralne atrium z impluvium (otwartym na niebo); parowanie wody powoduje przeciąg poprzeczny z przedsionka do ogrodu .

Prymitywne systemy wentylacyjne zostały znalezione na stanowisku archeologicznym Pločnik (należącym do kultury Vinča ) w Serbii i zostały wbudowane we wczesne piece do wytopu miedzi. Piec, zbudowany na zewnątrz warsztatu, zawierał ziemne otwory wentylacyjne przypominające rury z setkami maleńkich otworów oraz prototypowy komin, który zapewniał dopływ powietrza do pieca w celu podsycania ognia i bezpiecznego wydostawania się dymu.

Wentylacja pasywna i pasywne systemy chłodzenia były szeroko pisane w rejonie Morza Śródziemnego już w czasach klasycznych. Zarówno źródła ciepła, jak i źródła chłodzenia (takie jak fontanny i podziemne zbiorniki ciepła) były wykorzystywane do napędzania cyrkulacji powietrza, a budynki projektowano tak, aby sprzyjały lub wykluczały przeciągi, w zależności od klimatu i funkcji. Łaźnie publiczne były często szczególnie wyrafinowane pod względem ogrzewania i chłodzenia. Lodownie mają kilka tysiącleci i były częścią dobrze rozwiniętego przemysłu lodowego w czasach klasycznych.

Rozwój wymuszonej wentylacji został pobudzony przez powszechne przekonanie pod koniec XVIII i na początku XIX wieku w teorii chorób opartej na miazmatach , zgodnie z którą uważano, że stagnacja „powietrza” rozprzestrzenia chorobę. Wczesną metodą wentylacji było użycie kominka wentylacyjnego w pobliżu otworu wentylacyjnego, który wymuszał cyrkulację powietrza w budynku. Angielski inżynier John Theophilus Desaguliers dostarczył tego wczesny przykład, kiedy zainstalował kominki wentylacyjne w rurach powietrznych na dachu Izby Gmin . Zaczynając od teatru Covent Garden żyrandole gazowe na suficie były często specjalnie zaprojektowane do pełnienia roli wentylacyjnej.

Układy mechaniczne

Dalsze informacje: Ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja § Wentylacja mechaniczna lub wymuszona
Centralna Wieża Pałacu Westminsterskiego. Ta ośmioboczna iglica służyła do celów wentylacyjnych, w bardziej złożonym systemie narzuconym przez Reida Barry'emu, w którym miała wyciągać powietrze z Pałacu. Projekt miał na celu estetyczne ukrycie jego funkcji.

Bardziej wyrafinowany system polegający na wykorzystaniu urządzeń mechanicznych do cyrkulacji powietrza został opracowany w połowie XIX wieku. Podstawowy system miechów został wprowadzony do wentylacji więzienia Newgate i okolicznych budynków przez inżyniera Stephena Halesa w połowie XVIII wieku. Problem z tymi wczesnymi urządzeniami polegał na tym, że ich działanie wymagało stałej pracy ludzkiej. David Boswell Reid został wezwany do złożenia zeznań przed komisją parlamentarną w sprawie proponowanych projektów architektonicznych nowej Izby Gmin , po tym jak stary spłonął w pożarze w 1834 roku. W styczniu 1840 roku Reid został powołany przez komisję Izby Lordów zajmującą się budową zastępczą dla Houses of Parliament. W efekcie stanowisko to było inżynierem wentylacji; a wraz z jego powstaniem rozpoczęła się długa seria kłótni między Reidem a architektem Charlesem Barrym .

Reid opowiadał się za instalacją bardzo zaawansowanego systemu wentylacji w nowym domu. Jego projekt polegał na zasysaniu powietrza do podziemnej komory, gdzie ulegało nagrzaniu lub schłodzeniu. Następnie wznosiłby się do komory przez tysiące małych otworów wywierconych w podłodze i byłby wydobywany przez sufit przez specjalny ogień wentylacyjny w wielkim kominie.

Reputację Reida stworzyła jego praca w Westminsterze. Został zlecony do jakości powietrza w 1837 roku przez Leeds and Selby Railway w ich tunelu. Statki parowe zbudowane na wyprawę do Nigru w 1841 roku zostały wyposażone w systemy wentylacyjne oparte na modelu Westminster Reida. Powietrze osuszono, przefiltrowano i przepuszczono przez węgiel drzewny. Metoda wentylacji Reida została również w pełni zastosowana w St. George's Hall w Liverpoolu , gdzie architekt Harvey Lonsdale Elmes , zażądał, aby Reid był zaangażowany w projektowanie wentylacji. Reid uważał to za jedyny budynek, w którym jego system został całkowicie przeprowadzony.

Fani

Wraz z pojawieniem się praktycznej mocy pary , wentylatory sufitowe mogły być wreszcie wykorzystywane do wentylacji. Reid zainstalował cztery wentylatory napędzane parą na suficie szpitala St George's w Liverpoolu , tak aby ciśnienie wytwarzane przez wentylatory wypychało napływające powietrze do góry i przez otwory wentylacyjne w suficie. Pionierska praca Reida do dziś stanowi podstawę systemów wentylacyjnych. Został zapamiętany jako „Dr Reid respirator” w XXI wieku w dyskusjach na temat efektywności energetycznej przez Lorda Wade'a z Chorlton .

Historia i rozwój standardów częstości wentylacji

Wentylacja pomieszczenia świeżym powietrzem ma na celu uniknięcie „złego powietrza”. Badanie tego, co stanowi złe powietrze, sięga XVII wieku, kiedy naukowiec Mayow badał uduszenie zwierząt w zamkniętych butelkach. Trujący składnik powietrza został później zidentyfikowany jako dwutlenek węgla (CO 2 ) przez Lavoisiera pod koniec XVIII wieku, rozpoczynając debatę na temat natury „złego powietrza”, które ludzie postrzegają jako duszne lub nieprzyjemne. Wczesne hipotezy obejmowały nadmierne stężenie CO 2 i niedobór tlenu . Jednak pod koniec XIX wieku naukowcy uważali, że zanieczyszczenie biologiczne, a nie tlen czy CO 2 , było głównym składnikiem niedopuszczalnego powietrza w pomieszczeniach. Jednak już w 1872 roku zauważono, że stężenie CO 2 ściśle koreluje z postrzeganą jakością powietrza.

Pierwsze oszacowanie minimalnych wskaźników wentylacji zostało opracowane przez Tredgolda w 1836 r. Następnie Billings w 1886 r. i Flugge w 1905 r. przeprowadzili kolejne badania na ten temat. Zalecenia Billingsa i Flugge zostały włączone do wielu przepisów budowlanych z lat 1900–20. opublikowany jako standard przemysłowy przez ASHVE (poprzednik ASHRAE ) w 1914 roku.

Kontynuowano badania różnych skutków komfortu cieplnego , tlenu, dwutlenku węgla i zanieczyszczeń biologicznych. Badania przeprowadzono na ludziach w kontrolowanych komorach testowych. Dwa badania opublikowane w latach 1909-1911 wykazały, że dwutlenek węgla nie był szkodliwym składnikiem. Badani pozostawali zadowoleni w komorach z wysokim poziomem CO 2 , o ile komora pozostawała chłodna. (Następnie ustalono, że CO 2 jest faktycznie szkodliwy w stężeniach powyżej 50 000 ppm)

ASHVE rozpoczęło intensywne badania w 1919 r. Do 1935 r. finansowane przez ASHVE badania przeprowadzone przez Lemberga, Brandta i Morse'a – ponownie z udziałem ludzi w komorach testowych – sugerowały, że głównym składnikiem „złego powietrza” był zapach odczuwany przez człowieka nerwy węchowe. Stwierdzono, że reakcja człowieka na zapach jest logarytmiczna ze stężeniem zanieczyszczeń i związana z temperaturą. Przy niższych, bardziej komfortowych temperaturach, niższe szybkości wentylacji były zadowalające. Badanie komory testowej na ludziach z 1936 r. Przeprowadzone przez Yaglou, Rileya i Cogginsa zakończyło większość tych wysiłków, biorąc pod uwagę zapach, objętość pomieszczenia, wiek mieszkańców, wpływ sprzętu chłodzącego i implikacje recyrkulacji powietrza, które kierowały szybkością wentylacji. Badania Yaglou zostały zatwierdzone i przyjęte do standardów branżowych, począwszy od kodeksu ASA w 1946 r. Z tej bazy badawczej, ASHRAE (po zastąpieniu ASHVE) opracował zalecenia dotyczące poszczególnych przestrzeni i opublikował je jako normę ASHRAE 62-1975: Wentylacja zapewniająca akceptowalną jakość powietrza w pomieszczeniach.

Ponieważ coraz więcej architektury obejmowało wentylację mechaniczną, koszt wentylacji powietrza zewnętrznego został poddany pewnej analizie. W 1973 roku, w odpowiedzi na kryzys naftowy z 1973 roku i obawy związane z ochroną, normy ASHRAE 62-73 i 62-81) zmniejszyły wymaganą wentylację z 10 CFM (4,76 l/s) na osobę do 5 CFM (2,37 l/s) na osobę. W zimnym, ciepłym, wilgotnym lub zapylonym klimacie zaleca się minimalizację wentylacji powietrzem zewnętrznym w celu oszczędzania energii, kosztów lub filtracji. Ta krytyka (np. Tiller) skłoniła ASHRAE do zmniejszenia wskaźników wentylacji zewnętrznej w 1981 r., szczególnie w strefach dla niepalących. Jednak późniejsze badania Fangera, W. Caina i Janssena potwierdziły poprawność modelu Yaglou. Stwierdzono, że zmniejszone wskaźniki wentylacji były czynnikiem przyczyniającym się do tego syndrom chorego budynku .

Norma ASHRAE z 1989 r. (Standard 62–89) stanowi, że wytyczne dotyczące odpowiedniej wentylacji to 20 CFM (9,2 l/s) na osobę w budynku biurowym i 15 CFM (7,1 l/s) na osobę w szkołach, podczas gdy norma z 2004 r. 62.1- Rok 2004 ma ponownie niższe rekomendacje (patrz tabele poniżej). ANSI/ASHRAE (Standard 62–89) spekuluje, że „kryteria komfortu (zapachu) prawdopodobnie zostaną spełnione, jeśli szybkość wentylacji zostanie ustawiona tak, aby nie przekraczać 1000 ppm CO 2 ”, podczas gdy OSHA ustaliła limit 5000 ppm w ciągu 8 godzin .

Historyczne wskaźniki wentylacji
Autor lub źródło Rok Współczynnik wentylacji ( IP ) Współczynnik wentylacji ( SI ) Podstawa lub uzasadnienie
Tredgold 1836 4 CFM na osobę 2 l/s na osobę Podstawowe potrzeby metaboliczne, tempo oddychania i palenie świec
rachunki 1895 30 CFM za osobę 15 l/s na osobę Higiena powietrza w pomieszczeniach, zapobiegająca rozprzestrzenianiu się chorób
Flugge 1905 30 CFM za osobę 15 l/s na osobę Nadmierna temperatura lub nieprzyjemny zapach
ASHVE 1914 30 CFM za osobę 15 l/s na osobę Na podstawie Billingsa, Flugge'a i współczesnych
Wczesne kody amerykańskie 1925 30 CFM za osobę 15 l/s na osobę Jak powyżej
Jaglou 1936 15 CFM za osobę 7,5 l/s na osobę Kontrola zapachów, powietrze zewnętrzne jako ułamek powietrza ogółem
JAK 1946 15 CFM za osobę 7,5 l/s na osobę Na podstawie Yahlou i współczesnych
ASHRAE 1975 15 CFM za osobę 7,5 l/s na osobę Jak powyżej
ASHRAE 1981 10 CFM za osobę 5 l/s na osobę Dla stref dla niepalących, zniżka.
ASHRAE 1989 15 CFM za osobę 7,5 l/s na osobę Na podstawie Fangera, W. Caina i Janssena

ASHRAE nadal publikuje zalecenia dotyczące szybkości wentylacji przestrzeń po przestrzeni, o których decyduje komisja konsensusu ekspertów branżowych. Współcześni potomkowie standardu ASHRAE 62-1975 to ASHRAE Standard 62.1 dla przestrzeni niemieszkalnych i ASHRAE 62.2 dla rezydencji.

W 2004 r. metoda obliczeniowa została zmieniona w celu uwzględnienia zarówno składnika zanieczyszczenia związanego z mieszkańcami, jak i składnika zanieczyszczenia związanego z obszarem. Te dwa składniki są addytywne, aby uzyskać ogólną szybkość wentylacji. Zmiana została wprowadzona w celu uznania, że ​​gęsto zaludnione obszary były czasami nadmiernie wentylowane (co prowadziło do wyższego zużycia energii i kosztów) przy użyciu metodologii na osobę.

Wskaźniki wentylacji zależne od użytkowników , norma ANSI/ASHRAE 62.1-2004

Jednostki IP Jednostki SI Kategoria Przykłady
0 cfm/os 0 l/s/osobę Przestrzenie, w których wymagania dotyczące wentylacji są związane przede wszystkim z elementami budynku, a nie z użytkownikami. Magazyny, Magazyny
5 cfm/os 2,5 l/s/osobę Przestrzenie zajmowane przez dorosłych, zaangażowanych w niski poziom aktywności Powierzchnia biurowa
7,5 cfm/os 3,5 l/s/osobę Przestrzenie, w których użytkownicy są zaangażowani w wyższy poziom aktywności, ale nie są uciążliwe, lub czynności generujące więcej zanieczyszczeń Powierzchnie handlowe, lobby
10 cfm/os 5 l/s/os Pomieszczenia, w których użytkownicy wykonują bardziej forsowną aktywność, ale nie ćwiczą, lub czynności generujące więcej zanieczyszczeń Sale lekcyjne, ustawienia szkoły
20 cfm/os 10 l/s/os Pomieszczenia, w których użytkownicy wykonują ćwiczenia lub czynności generujące wiele zanieczyszczeń parkiety taneczne, sale do ćwiczeń

Współczynniki wentylacji zależne od powierzchni , norma ANSI/ASHRAE 62.1-2004

Jednostki IP Jednostki SI Kategoria Przykłady
0,06 cfm/stopę 2 0,30 l/s/ m2 Pomieszczenia, w których zanieczyszczenie jest normalne lub podobne do środowiska biurowego Sale konferencyjne, lobby
0,12 cfm/stopę 2 0,60 l/s/ m2 Przestrzenie, w których zanieczyszczenie przestrzeni jest znacznie większe niż w środowisku biurowym Sale lekcyjne, muzea
0,18 cfm/stopę 2 0,90 l/s/ m2 Przestrzenie, w których zanieczyszczenie przestrzeni jest jeszcze większe niż w poprzedniej kategorii Laboratoria, pracownie plastyczne
0,30 stóp sześciennych/stopę 2 1,5 l/s/ m2 Określone przestrzenie w sporcie lub rozrywce, w których uwalniane są zanieczyszczenia Sport, rozrywka
0,48 cfm/stopę 2 2,4 l/s/ m2 Zarezerwowane dla basenów krytych, gdzie stężenie substancji chemicznych jest wysokie Kryte baseny

Dodanie współczynników wentylacji opartych na mieszkańcach i powierzchni, które można znaleźć w powyższych tabelach, często skutkuje znacznie niższymi wskaźnikami w porównaniu z poprzednim standardem. Jest to kompensowane w innych sekcjach normy, które wymagają, aby ta minimalna ilość powietrza była zawsze dostarczana do strefy oddychania poszczególnych pasażerów. Całkowity pobór powietrza z zewnątrz przez system wentylacyjny (w wielostrefowych systemach o zmiennej objętości powietrza (VAV)) może zatem być podobny do przepływu powietrza wymaganego przez normę z 1989 roku.
W latach 1999-2010 nastąpił znaczny rozwój protokołu aplikacyjnego wskaźników wentylacji. Ulepszenia te dotyczą współczynników wentylacji opartych na użytkownikach i procesach, skuteczności wentylacji pomieszczenia i skuteczności wentylacji systemu

Problemy

  • W gorącym, wilgotnym klimacie nieklimatyzowane powietrze wentylacyjne dostarcza około jednego funta wody dziennie na każdy cfm powietrza zewnętrznego dziennie, średnio w ciągu roku. To duża ilość wilgoci, która może powodować poważne problemy z wilgocią i pleśnią w pomieszczeniach.
  • Wydajność wentylacji zależy od projektu i rozmieszczenia oraz zależy od rozmieszczenia i bliskości dyfuzorów i wylotów powietrza powrotnego. Jeśli są one umieszczone blisko siebie, powietrze nawiewane może mieszać się ze zużytym powietrzem, zmniejszając wydajność systemu HVAC i powodując problemy z jakością powietrza.
  • Nierównowaga systemu występuje, gdy elementy systemu HVAC są niewłaściwie wyregulowane lub zainstalowane i mogą powodować różnice ciśnień (zbyt duża cyrkulacja powietrza powoduje przeciąg lub zbyt mała cyrkulacja powietrza powoduje stagnację).
  • Zanieczyszczenie krzyżowe występuje, gdy powstają różnice ciśnień, zmuszając potencjalnie zanieczyszczone powietrze z jednej strefy do strefy niezanieczyszczonej. Często wiąże się to z niepożądanymi zapachami lub LZO.
  • Ponowne wejście powietrza wywiewanego ma miejsce, gdy wyloty wywiewu i wloty świeżego powietrza są albo zbyt blisko, dominujące wiatry zmieniają schematy wywiewu lub infiltrację między przepływami powietrza wlotowego i wywiewanego.
  • Wciąganie zanieczyszczonego powietrza z zewnątrz przez wlot powietrza spowoduje zanieczyszczenie powietrza w pomieszczeniach. Istnieje wiele źródeł zanieczyszczonego powietrza, od ścieków przemysłowych po lotne związki organiczne, których źródłem są pobliskie prace budowlane.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Centrum Infiltracji i Wentylacji Powietrza (AIVC)

Międzynarodowa Agencja Energii (IEA) Program Energia w budynkach i społecznościach (EBC)

Międzynarodowe Towarzystwo Jakości i Klimatu Powietrza w Pomieszczeniach

Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Ogrzewania, Chłodnictwa i Klimatyzacji (ASHRAE)

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ventilation_(architecture)&oldid=1136444755 ”