CAP. 3. INSTALAŢII DE VENTILAŢIE NATURALĂ Condiţii de realizare a ventilaţiei naturale Diferenţa de densitate dintre aerul

Transcript

1 CAP. 3. INSTALAŢII DE VENTILAŢIE NATURALĂ Condiţii de realizare a ventilaţiei naturale Diferenţa de densitate dintre aerul interior şi cel exterior Diferenţa de densitate a aerului între două feţe opuse ale clădirii respective Acţiunea vântului Ventilaţia prin neetanşeităţi Ventilaţia prin tubulatură verticală Ventilaţia prin dispozitive amplasate în acoperiş

2 50

3 CAP. 3. INSTALAŢII DE VENTILAŢIE NATURALĂ Ventilaţia naturală are loc prin circularea aerului, prin diferite deschideri practicate în elementele de construcţie ale clădirilor, sub efectul vântului sau al tirajului natural (fără acţiune mecanică). Materialele de construcţie, cu mici excepţii, sunt permeabile la aer într-o măsură mai mică sau mai mare, funcţie de structura materialelor folosite. Un prim tip de ventilaţie se face prin materialele de construcţie, datorită porozităţii acestora. Toate elementele de construcţie ale unei incinte au neetanşeităţi; rosturile uşilor, şi ferestrelor, spaţiile speciale pentru ventilare (deschideri în elementele constructive prevăzute cu jaluzele). Există de asemenea neetanşeităţi constructive ale zidurilor care se umplu cu un material permeabil pentru aer. Ventilaţia naturală poate fi activată artificial (de exemplu la exploatările miniere), prin tirajul care se poate crea cu ajutorul focului, care încălzind aerul, îl fac mai uşor, forţând ascensiunea şi ventilaţia. Un caz mai special îl constituie tunelurile rutiere de lungimi mai mari, la care ventilaţia naturală este întreţinută artificial de efectul de piston al maşinilor care se deplasează în tunel Condiţii de realizare a ventilaţiei naturale Ventilaţia naturală are loc ca urmare a îndeplinirii anumitor condiţii atmosferice, existând trei condiţii principale pentru realizarea ei şi anume: 1. diferenţa de densitate dintre aerul interior şi cel exterior; 2. diferenţa de densitate a aerului între două feţe opuse ale clădirii respective; 3. acţiunea vântului Diferenţa de densitate dintre aerul interior şi cel exterior Pentru a analiza deplasarea aerului în astfel de situaţii se presupune o variantă în care temperatura exterioară este constantă şi că nu există vânt. Se consideră o incintă încălzită, de exemplu la temperatura t i = 18 0 C (fig. 3.1), temperatura exterioară având valoarea t e = 0 0 C, Presupunem că în incintă 51

4 sunt practicate orificii de ventilaţie pe o faţă a incintei, orificii notate cu A (superior), respectiv B (inferior). C A B Fig Ventilaţie prin diferenţa de densitate dintre aerul interior şi cel exterior Aerul interior, mai cald decât cel exterior, este mai uşor şi are tendinţa de a se ridica la partea superioară a incintei; ca urmare va rezulta o diferenţă de densitate a aerului şi deci o suprapresiune în zonele mai înalte ale incintei (clădirii), respectiv o depresiune în zonele mai joase ale incintelor. Aerul va părăsi incinta prin A, fiind înlocuit în acelaşi timp de aerul rece exterior care pătrunde prin B. Ca urmare a rezistenţei pereţilor la trecerea aerului, pe pereţii exteriori ai incintei apar presiuni diferite, care se traduc printr-o depresiune la partea joasă a incintei - zona B, şi o suprapresiune la partea superioară a incintei - zona A. În clădirile obişnuite, unde spaţiul este împărţit în mai multe incinte, s-a stabilit că la jumătatea înălţimii clădirii există o mulţime de puncte pentru care există un echilibru între presiunea exterioară şi cea interioară. Dacă s-ar practica un orificiu în dreptul punctului C nu s-ar întâmpla nimic (nici ieşiri, nici intrări de aer) această zonă numindu-se zonă neutră. Schimbul de aer ce se realizează în acest mod poate fi mai mare sau mai mic, el variind în funcţie de diferenţa de presiune şi de temperatură dintre exteriorul şi interiorul incintei, de etanşeitatea incintei, ca şi de înălţimea sa Diferenţa de densitate a aerului între două feţe opuse ale clădirii respective Temperatura exterioară nu este aceeaşi pe feţele diferite ale aceleiaşi incinte în situaţia când aceasta este luminată de soare (vezi fig. 3.2): o faţă a clădirii se află în bătaia razelor soarelui, în timp ce cealaltă se află la umbră. 52

5 Ca urmare a radiaţiei solare, apare diferenţa de temperatură între pereţii opuşi, ceea ce conduce la o diferenţă de presiune; aceasta dă naştere la o circulaţie a aerului, prin incintă, dinspre faţa rece spre cea caldă. Circulaţia se face prin pereţi sau prin orificii special practicate şi ea este cu atât mai puternică cu cât temperatura este mai mare. A 18 0 C 18 0 C 25 0 C Fig Ventilaţie prin diferenţa de densitate dintre aerul interior şi cel exterior Acţiunea vântului Prezenţa vântului tinde să conducă la creşterea considerabilă a ratei de schimb de aer, prin suprapresiunea ce apare pe faţada expusă a clădirii. Dacă există vânt în zona respectivă acţiunea sa este similară cu cea dată în cazul anterior; vântul dă naştere la o diferenţă de presiune între feţele opuse ale clădirii, favorizând circulaţia aerului prin incintă. Un vânt de forţă ridicată, combinat cu ferestre neetanşe va conduce la un schimb de aer de câteva volume pe oră, de unde şi o răcire sensibilă a acestor clădiri. În realitate, cei trei factori prezentaţi acţionează simultan şi efectul lor este cu atât mai puternic cu cât ei generează diferenţe mai mari de presiune şi de temperatură; efectul este cu atât mai puternic cu cât numărul şi mărimea orificiilor practicate în clădiri şi permeabilitatea la aer a zidurilor respective este mai mare Ventilaţia prin neetanşeităţi Acest tip de ventilaţie este datorat pătrunderii aerului în incintă prin neetanşeităţile inevitabile ce se găsesc pe o faţadă a clădirii (ferestre, uşi etc.). Această pătrundere a aerului se face în condiţiile unei diferenţe de 53

6 presiune interior exterior, datorată unei diferenţe de temperatură interior exterior, dar şi acţiunii simultane a vântului. Efectul este mai puternic la incintele încălzite când accentuarea diferenţelor de temperatură interior exterior accentuează şi diferenţele de presiune pe pereţii exteriori Ventilaţia prin tubulatură verticală Acest tip de ventilaţie este o ventilaţie artificială; există posibilitatea de a realiza o înnoire a aerului mai puternică, în special în lunile de iarnă, dacă se instalează o tubulatură verticală ce debuşează deasupra acoperişului incintei de ventilat. În acest fel se creşte diferenţa H dintre gura de aspiraţie a aerului şi gura de refulare. S-a arătat că debitul de aer este proporţional cu rădăcina pătrată a diferenţei de presiune dintre interior şi exterior, diferenţă ce creşte cu diferenţa de înălţime de amplasare între gura de aspiraţie şi cea de refulare a aerului. Zona neutră, pentru care presiunile interioară şi exterioară sunt egale, va suferi o translaţie către partea de sus a incintei (vezi fig. 3.3), cu atât mai mult cu cât aici avem o depresiune (datorată efectului de coş). Dacă, în acelaşi timp, sunt prevăzute şi intrări adecvate de aer şi dacă diferenţa de temperatură interior exterior este suficientă, este posibil să rezulte o rată importantă de reînnoire a aerului. repartiţia presiunilor H S h 0 h 0 = H/2 A B Fig Efectul termic al tirajului Fig Ventilaţie prin coş încălzit (S sursa caldă) 54

7 Dacă există un echilibru de temperaturi, aerul rămâne în stare de repaos şi nu există circulaţie de aer. Dacă exteriorul este mai cald ca interiorul, sensul de circulaţie se inversează şi aerul exterior cald intră în conductă. Această lipsă de circulaţie, sau inversarea circulaţiei, ar putea fi eventual corectată (vezi fig. 3.4) de către un dispozitiv de încălzire (S), amplasat la baza conductei (cazul sobelor şi şemineelor în inter-sezoane, sau chiar o sursă cu gaz metan, etc.). În acest fel se creşte artificial temperatura aerului evacuat şi deci diferenţa de temperatură între aerul din secţiunea de intrare şi aerul din secţiunea de ieşire a incintei. Pentru a ameliora ventilaţia prin conducte (tubulaturi) verticale se pot folosi aspiratoare statice care, datorită vântului, produc o depresiune şi deci cresc forţa ascensională a aerului în interiorul conductei; aceste dispozitive sunt însă ineficace în absenţa vântului. Ceea ce este sigur este faptul că această ventilaţie depinde în primul rând de temperaturile exterioare şi de vânt şi este ineficace în timpul zilelor călduroase de vară; deci utilizarea ei este limitată Ventilaţia prin dispozitive amplasate în acoperiş Acest tip de ventilaţie se realizează prin coşuri de aerisire, coşuri de fum scurte sau orice alt dispozitiv de deschidere situat în acoperiş. Acest sistem se bazează pe principiul mişcărilor aerului ascensional datorită diferenţelor dintre temperatura interioară şi exterioară. Metoda este utilizată frecvent, pentru construcţiile cu caracter industrial, mai ales cele în care există degajări de căldură. În construcţiile joase, se utilizează frecvent coşuri scurte prelungite printrun aspirator de acoperiş (fig. 3.5). Pentru a controla aportul de aer proaspăt, aceste coşuri sunt echipate în general cu voleţi de reglaj. Atunci când aceste dispozitive sunt manevrate în mod corespunzător, acest tip de ventilaţie este foarte eficient. În construcţiile cu înălţimi mai mari, se folosesc tuburi speciale de construcţie pătrată sau rectangulară, ai căror pereţi laterali sunt echipaţi cu voleţi ficşi sau mobili. În lipsa vântului, eficacitatea sistemului nu depinde decât de diferenţa de 55

8 temperatură dintre interior şi exterior; când există vânt, funcţionalitatea sa nu este foarte bună, deoarece urmând direcţia vântului, aerul refulat poate fi întors spre interior. Fig Tipuri de aspiratoare statice Dispozitivele de conducere a aerului joacă un rol important deoarece ele condiţionează funcţionarea sistemului. Viteza de deplasare a aerului într-o incintă, pornind de la astfel de dispozitive, poate fi calculată cu ajutorul relaţiei: unde: 1 ΔT 2 g h T v 1 2 = [m/s] (3.1) A A 1 v 2 viteza de trecere a aerului prin deschiderea superioară [m/s]; g acceleraţia gravitaţională [m/s 2 ]; h înălţimea incintei [m]; ΔT diferenţa de temperatură [K]; T 1 temperatura de intrare a aerului [K]; A 1 suprafaţa deschiderilor inferioare [m 2 ]; A 2 suprafaţa deschiderilor superioare [m 2 ]. 56

9 Calculul se poate face şi grafic, folosind reprezentarea din fig. 3.6; în această figură sunt trasate curbele de variaţie a vitezei aerului funcţie de valoarea raportului ΔT / T 1 trasată pentru deschideri egale pe aspiraţia şi pe refularea aerului, A 1 = A 2. Cazul cel mai defavorabil apare vara, când diferenţa de temperatură ΔT are valoare mică. v 2 [m/s] 4 h = 20m A 2 T 2 3 h = 15m h = 10m v 2 2 h = 5m h 1 A 1 T 1 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 ΔT/T 1 A 1 = A 2 Fig Viteza de ieşire a aerului în cazul unui aspirator static 57

10 58