Wymiana powietrza na godzinę
Wymiana powietrza na godzinę , w skrócie ACPH lub ACH , lub szybkość wymiany powietrza to liczba całkowitych usunięć i wymiany całkowitej objętości powietrza w pomieszczeniu lub przestrzeni w ciągu godziny. Jeśli powietrze w pomieszczeniu jest jednorodne lub doskonale wymieszane, wymiana powietrza na godzinę jest miarą tego, ile razy powietrze w określonej przestrzeni jest wymieniane w ciągu godziny. Idealnie wymieszane powietrze odnosi się do teoretycznego stanu, w którym powietrze nawiewane jest natychmiast i równomiernie mieszane z powietrzem już obecnym w pomieszczeniu, dzięki czemu warunki takie jak wiek powietrza i stężenie zanieczyszczeń są przestrzennie jednolite.
W wielu układach dystrybucji powietrza powietrze nie jest ani jednorodne, ani doskonale wymieszane. Rzeczywisty procent powietrza w obudowie, który jest wymieniany w danym okresie, zależy od wydajności przepływu powietrza w obudowie oraz zastosowanych metod jej wietrzenia. Systemy te rozciągają się od koncepcyjnego systemu idealnego przemieszczania, który usuwa i zastępuje całe powietrze w przestrzeni, do przepływu zwarciowego, w którym bardzo mało istniejącego powietrza jest zastępowane. Rzeczywista ilość powietrza wymienianego w scenariuszu dobrze wymieszanej wentylacji wyniesie 63,2% po 1 godzinie i 1 ACH. Aby osiągnąć równowagi , ilość powietrza powrotnego (powietrze opuszczające pomieszczenie) i ilość powietrza nawiewanego (powietrze wchodzące do pomieszczenia) muszą być takie same.
Definicje
- Wiek powietrza
- Średni czas, jaki upłynął od wejścia cząsteczek powietrza w danej objętości powietrza z zewnątrz do budynku.
- Stężenie
- Ilość jednego składnika rozproszona w określonej ilości innego.
- Stężenie, gaz znakujący
- Objętość lub masa gazu znakującego podzielona przez objętość lub masę powietrza plus gaz znakujący.
- Powietrze zewnętrzne
- Powietrze na zewnątrz budynku lub pobierane z zewnątrz, które wcześniej nie krążyło w systemie.
- Perfekcyjne mieszanie
- Teoretyczny rozkład przepływu powietrza w wentylowanej przestrzeni, w którym powietrze nawiewane jest natychmiast i równomiernie mieszane z powietrzem w pomieszczeniu, tak że stężenie wszystkich składników w powietrzu i wiek powietrza są przestrzennie jednorodne.
- Powietrze powrotne
- Powietrze usuwane z pomieszczenia i całkowicie lub częściowo zawracane do klimatyzatora, pieca lub innego źródła ciepła.
- Powietrze nawiewane
- Powietrze wpływające do pomieszczenia z urządzeń klimatyzacyjnych, grzewczych lub wentylacyjnych.
Formuły
Wymiana powietrza na godzinę
W jednostkach imperialnych:
Gdzie:
- ACPH = liczba wymian powietrza na godzinę; wyższe wartości odpowiadają lepszej wentylacji
- Q = Objętościowe natężenie przepływu powietrza w stopach sześciennych na minutę (cfm)
- Vol = Objętość przestrzeni L × W × H , w stopach sześciennych
W jednostkach metrycznych
Gdzie:
- ACPH = liczba wymian powietrza na godzinę; wyższe wartości odpowiadają lepszej wentylacji
- Q = Objętościowe natężenie przepływu powietrza w litrach na sekundę (l/s)
- Vol = Objętość przestrzeni L × W × H , w metrach sześciennych
Wskaźniki wentylacji
Współczynniki wentylacji są często wyrażane jako współczynnik objętości na osobę (CFM na osobę, l/s na osobę). Przeliczenie między wymianą powietrza na godzinę a szybkością wentylacji na osobę jest następujące:
Gdzie:
- R p = szybkość wentylacji na osobę (stopy sześcienne na minutę (CFM) na osobę lub metry sześcienne na minutę na osobę)
- ACPH = Wymiana powietrza na godzinę
- D = gęstość zaludnienia (stopy kwadratowe na mieszkańca lub metry kwadratowe na mieszkańca)
- h = Wysokość sufitu (w stopach lub metrach)
Jeden metr sześcienny na minutę = 16,67 litra na sekundę
Zalecenia dotyczące szybkości wymiany powietrza
Tempo wymiany powietrza jest często używane jako praktyczna zasada w projektowaniu wentylacji. Jednak rzadko są one wykorzystywane jako rzeczywista podstawa projektowania lub obliczeń. Na przykład współczynniki wentylacji mieszkań są obliczane na podstawie obszaru zamieszkania i liczby mieszkańców. Wskaźniki wentylacji w budynkach innych niż mieszkalne są oparte na powierzchni podłogi i liczbie mieszkańców lub obliczonym rozcieńczeniu znanych zanieczyszczeń. Standardy projektowania szpitali przewidują wymianę powietrza na godzinę. Zalecane szybkości wymiany powietrza można znaleźć w odpowiednich normach.
Metody pomiaru
Wymiana powietrza na godzinę to miara mająca na celu przedstawienie skuteczności wymiany powietrza w systemie wentylacji pomieszczenia. Dyskusja wokół normy ASHRAE 62, Wentylacja dla dopuszczalnej jakości powietrza w pomieszczeniach, doprowadziła do opracowania bardziej bezpośredniej metody pomiaru skuteczności wymiany powietrza z wykorzystaniem gazu znakującego. Gaz znakujący to niewielka ilość łatwo wykrywalnego gazu, który jest mieszany z powietrzem w celu zbadania wzorców przepływu powietrza. Ta metoda bezpośrednio porównuje wiek powietrza, którym oddychają mieszkańcy, z wiekiem powietrza, który wystąpiłby, gdyby powietrze w pomieszczeniu było idealnie wymieszane. Metoda ma na celu dokładniejsze zrozumienie wpływu wzorców przepływu powietrza w przestrzeni, identyfikację lub uniknięcie takich zdarzeń, jak zwarcie przepływu powietrza, w którym większość powietrza nawiewanego trafia bezpośrednio do wywiewu i nie miesza się z powietrze już obecne.
Istnieją dwa sposoby zastosowania tej metody; najczęściej stosowana technika, Tracer Gas Decay (obniżanie), polega na wstrzykiwaniu gazu do pomieszczenia w celu ustalenia stałego stężenia w budynku, a następnie zatrzymywaniu wtrysku i rejestrowaniu spadku stężenia w określonej pozycji, oraz drugie zwiększenie poziomu gazu znacznikowego, w którym gaz znakujący jest wtryskiwany ze stałą szybkością i rejestrowana jest odpowiedź stężenia w określonej pozycji
Szczelność w budownictwie
Najbardziej powszechną techniką pomiaru szczelności jest metoda zwiększania ciśnienia wentylatora, znana również jako test drzwi dmuchawy . Mierzy się ją liczbą wymian powietrza na godzinę (ACH), które występują, gdy różnica ciśnień między budynkiem na zewnątrz i wewnątrz budynku wynosi 50 paskali. Jeśli objętość powietrza równa objętości wewnętrznej budynku przepływa przez przegrodę w ciągu jednej godziny, wówczas ACH = 1. Szczelność poprawia efektywność energetyczną budynków, ponieważ niski poziom szczelności implikuje wysokie współczynniki infiltracji, przeciągi, ryzyko skraplania i gromadzenia się wilgoci , i inne efekty. Z tego powodu domów pasywnych ustanowiła wymagania dotyczące szczelności na poziomie poniżej 0,6 ACH przy różnicy ciśnień między wnętrzem a zewnętrzem wynoszącej 50 Pa.
Skutki ACH spowodowane wymuszoną wentylacją w mieszkaniu
Wymuszona wentylacja w celu zwiększenia ACH staje się koniecznością utrzymania akceptowalnej jakości powietrza, ponieważ mieszkańcy niechętnie otwierają okna z powodu zmian w zachowaniu, takich jak zamykanie okien ze względów bezpieczeństwa.
Wymiana powietrza jest często wymieniana jako sposób zapobiegania kondensacji w domach z systemami wymuszonej wentylacji, często ocenianymi od 3 do 5 ACH, chociaż bez odniesienia do wielkości domu. Jednak tam, gdzie ACH jest już większe niż 0,75, jest mało prawdopodobne, aby system wymuszonej wentylacji był przydatny do kontrolowania skraplania, a zamiast tego izolacja lub ogrzewanie są lepszymi środkami zaradczymi. Siedem z ośmiu domów zbadanych w Nowej Zelandii w 2010 roku miało ACH (skorygowany o współczynniki wentylacji) na poziomie 0,75 lub wyższym. Wykazano, że obecność systemów wymuszonej wentylacji w niektórych przypadkach faktycznie zwiększa wilgotność, a nie ją obniża. Poprzez wypieranie powietrza wewnątrz mieszkania za pomocą infiltrowanego powietrza (powietrze doprowadzane z zewnątrz mieszkania), nadciśnieniowe systemy wentylacyjne mogą zwiększyć zapotrzebowanie na ogrzewanie (zimą) lub chłodzenie (latem) domu. Na przykład, aby utrzymać temperaturę 15 °C w pewnym mieszkaniu, potrzeba około 3,0 kW ogrzewania przy 0 ACH (brak strat ciepła z powodu ogrzanego powietrza opuszczającego mieszkanie, zamiast tego ciepło jest tracone w wyniku przewodzenia lub promieniowania), 3,8 kW przy 1 ACH i 4,5 kW są wymagane przy 2 ACH. Wykorzystanie przestrzeni dachowej do ogrzewania lub chłodzenia było postrzegane jako nieefektywne, przy czym maksymalne korzyści grzewcze występowały zimą w regionach bardziej południowych (w tych raportach położonych blisko bieguna południowego), ale odpowiadały jedynie około 0,5 kW lub zapewnionemu ogrzewaniu przez około pięć żarówek o mocy 100 W; efekty chłodzenia w lecie były podobnie niewielkie i bardziej wyraźne w przypadku domów położonych bardziej na północ (bliżej równika); we wszystkich przypadkach wartości zakładały, że system wentylacyjny wyłącza się automatycznie, gdy powietrze infiltrujące jest odpowiednio cieplejsze lub chłodniejsze niż powietrze już w mieszkaniu, ponieważ w przeciwnym razie pogorszyłoby to niepożądane warunki w domu.