Вентиляция — это процесс обеспечения постоянной циркуляции воздуха внутри помещения или здания. Он включает в себя подачу свежего воздуха в помещение и вытяжку загрязнённого воздуха за его пределы. Цель вентиляции — поддерживать оптимальный уровень качества воздуха внутри помещения, удалять запахи, влагу, избыточное тепло и загрязнители, такие как пыль, дым, газы, бактерии и т. д. [1]. Естественная вентиляция — это процесс обеспечения свежего (внешнего) воздуха и удаления загрязнённого воздуха из помещения без использования механических систем. Она осуществляется благодаря использованию естественных факторов, таких как ветер, различные температурные градиенты, разница давления и т. д. [1].

В целом, естественная вентиляция — это простой и экологически безопасный способ обеспечения качественного воздуха в помещении, который может быть применён во многих случаях. Однако для его эффективной работы необходимо учитывать множество факторов, таких как климатические условия, конструктивные особенности помещения, расположение окон и т. д. Искусственная вентиляция — это система, которая используется для обеспечения достаточного количества свежего воздуха в помещениях, где естественная вентиляция ограничена или отсутствует, например, в зданиях с высокой степенью уплотнения или в закрытых помещениях. Зачастую искусственная вентиляция используется вместе с естественной вентиляцией, чтобы обеспечить наилучшие условия в помещении.

В механических системах вентиляции используются оборудование и приборы (вентиляторы, электродвигатели, воздухонагреватели, пылеуловители, автоматика и др.), позволяющие перемещать воздух на значительные расстояния. Затраты электроэнергии на их работу могут быть довольно большими. Такие системы могут подавать и удалять воздух из локальных зон помещения в требуемом количестве, независимо от изменяющихся условий окружающей воздушной среды. При необходимости воздух подвергают различным видам обработки (очистке, нагреванию, увлажнению и т. д.), что практически невозможно в системах с естественным побуждением.

Следует отметить, что в практике часто предусматривают так называемую «смешанную вентиляцию», то есть одновременно естественную и механическую вентиляцию. В каждом конкретном проекте определяется, какой тип вентиляции является наилучшим в санитарно-гигиеническом отношении, а также экономически и технически более рациональным.

По способу организации воздушных потоков системы вентиляции делятся на приточные и вытяжные.

Приточная вентиляция служит для подачи свежего воздуха в помещения, при необходимости подаваемый воздух нагревается, охлаждается и очищается от пыли. Вытяжная вентиляция удаляет из помещения загрязнённый или нагретый воздух. Обычно в помещениях устраивается как приточная, так и вытяжная вентиляция. При этом их производительность должна быть сбалансирована, иначе в помещениях будет образовываться недостаточное или избыточное давление.

Вентиляция приточно-вытяжная — система воздухообмена, когда принудительно удаляемый воздух компенсируется принудительно поступающим воздухом в отличие от простой вытяжки. Для повышения энергетической эффективности используется рециркуляционный воздух, забираемый из помещения с целью его повторного использования после обработки путём фильтрации, нагрева или охлаждения, осушения или увлажнения.

Местная вентиляция — это система вентиляции, которая используется для удаления загрязнённого воздуха в конкретной зоне или месте, где происходит производство, обработка или использование вредных веществ, газов или паров. Местная вентиляция может быть выполнена в виде простой местной вытяжки, когда воздух из зоны загрязнения вытягивается через каналы и отводится наружу, либо в виде более сложной системы, которая включает в себя фильтрацию, охлаждение или обогрев воздуха перед его выбросом наружу. Местная вентиляция может быть полезной в различных областях, таких как промышленность, лаборатории, медицина, а также при выполнении строительных работ [1].

К центральным системам вентиляции относят:

  • прямоточные приточные системы;
  • приточные системы с рециркуляцией воздуха [2].

Состав системы вентиляции зависит от её типа. Наиболее сложными и часто используемыми являются приточные и приточно-вытяжные механические системы вентиляции. Типовая приточная механическая вентиляционная система состоит из следующих компонентов, расположенных по направлению движения воздуха, от входа к выходу [3]:

  • вентиляторы;
  • воздушный фильтр;
  • очиститель воздуха;
  • смесительный узел;
  • шумоглушитель;
  • воздухонагреватель (калорифер) или охладитель;
  • система управления вентиляцией (щит с автоматикой);
  • рекуператор или регенератор тепла;
  • воздуховоды (канальные);
  • воздухораспределители (решётки или заслонки с электроприводом);
  • осушитель или увлажнитель.

Воздух попадает в систему вентиляции через воздухозаборную решётку, установленную на внешней стене здания. Решётка выполняет не только декоративные функции — она защищает систему вентиляции от попадания внутрь капель дождя, тополиного пуха, мелкого мусора.

Когда система вентиляции не работает, доступ холодного воздуха с улицы перекрывается воздушным клапаном. Воздушный клапан обычно снабжён электроприводом, чтобы его открытие и закрытие точно совпадало с включением-выключением всей системы вентиляции. Серьёзная система вентиляции быстро выйдет из строя из-за попадающей в механизмы пыли, если не установить в ней фильтры для очистки приточного воздуха. По размерам улавливаемых пылевых частиц воздушные фильтры делятся на три класса — фильтры грубой (от 10 мкм), тонкой (от 1 мкм) и особо тонкой (от 0,1 мкм) очистки.

Для защиты от пыли систем вентиляции и обслуживаемых бытовых помещений обычно достаточно фильтра грубой очистки, представляющего собой обычно металлизированную сетку или ткань из синтетических волокон (например, акрил). В случае более высоких требований к чистоте воздуха фильтры грубой очистки применяются в качестве первой ступени перед более эффективными фильтрами.

В фильтрах тонкой очистки обычно применяется стеклоткань, иногда со специальной пропиткой, в них также нередко применяется активированный уголь. Эти фильтры обычно используются в случаях большой запылённости воздуха, а также в помещениях с более высокими требованиями к чистоте воздуха, например, в музеях, больницах, лабораториях, при производстве продуктов питания, в фармацевтической промышленности. Фильтры с активированным углём применяются для поглощения газов и паров токсичных веществ. Желательно устанавливать их, если рядом с объектом находятся крупные заводы или автомагистрали.

Материалом для фильтров особо тонкой очистки служат клеёное стекловолокно, клеёная бумага из субмикронных волокон, иногда с гидрофобным покрытием. Эти фильтры применяются в медицинских операционных, при бактериологических исследованиях, в «чистых помещениях» предприятий электронной и оптической промышленности. Их устанавливают в качестве второй или третьей ступени очистки, обычно непосредственно перед воздухораспределителем.

Все фильтры необходимо периодически очищать (в угольных — менять сменный элемент на новый), поскольку загрязнённый фильтр снижает производительность работы всей системы вентиляции, а при очень сильном загрязнении попавшая внутрь пыль может вывести вентилятор из строя. Можно установить на систему вентиляции датчики, измеряющие давление до и после работы фильтра — увеличение разности давления будет указывать на необходимость очистки фильтров.

Воздухонагреватель (калорифер) служит для подогрева поступающего с улицы холодного воздуха. Калорифер может быть водяным или электрическим. В небольших приточных установках обычно используют электрические калориферы. В больших системах электрические калориферы требовали бы очень высокой мощности электросетей и расходовали слишком много электроэнергии, поэтому там устанавливают более дорогие и сложные водяные калориферы.

Для уменьшения требуемой мощности калорифера и снижения расходов на электроэнергию можно использовать рекуператор — устройство, с помощью которого осуществляется теплообмен поступающего с улицы холодного воздуха и удаляемого из помещения тёплого (воздушные потоки при этом не смешиваются). Стоит рекуператор недёшево, но экономия электроэнергии при его использовании может составлять от 30 до 90%.

Вентилятор — главная деталь вентиляционной системы. Именно он обеспечивает поступление воздуха в вентилируемое помещение. Основные параметры, по которым выбирается вентилятор для каждой системы, — производительность (количество воздуха, прокачиваемого вентилятором за час), полное давление (то есть возможность вентилятора переместить воздух на нужное расстояние, преодолев сопротивление фильтра, воздуховодов, решёток), габариты, уровень шума. По конструкции вентиляторы делятся на осевые (выглядят примерно как обычные бытовые вентиляторы) и радиальные (пустотелый цилиндр с установленными на нем параллельно оси вращения лопатками). У осевых вентиляторов хорошая производительность, но низкое полное давление, поэтому в системах вентиляции с сетью воздуховодов используются радиальные вентиляторы.

Вентилятор — это основной источник шума в системе вентиляции. Для предотвращения распространения шума по воздуховодам в системе вентиляции устанавливают шумоглушитель. Обычно он представляет собой коробку или цилиндр из тонкого металлического листа, облицованный изнутри звукопоглощающим материалом — стекловолокном, минеральной ватой и т. п.

После шумоглушителя воздушный поток попадает в воздухопроводную сеть, состоящую из воздуховодов и фасонных изделий — переходников, поворотов, разветвителей. Основные параметры воздуховодов — площадь сечения, тип (гибкий, полугибкий, жёсткий), форма (круглая или прямоугольная).

В помещение воздух попадает через воздухораспределительные устройства — решётки, плафоны и пр. Решётки могут быть круглой, квадратной, прямоугольной формы, металлические или пластмассовые, разных расцветок и размеров. Решётки и плафоны имеют не только декоративные функции, они служат для равномерного распределения воздуха в помещении. В зависимости от конструкции они создают компактные, неполные веерные, плоские или другие типы струи воздуха. Воздухораспределители могут быть, кроме того, снабжены регулирующими устройствами (регулятор расхода, регулятор направления и др.).

Последнее звено системы вентиляции — автоматическая система управления. Самая простая система управления — кнопка включения/выключения. В современных вентиляционных установках используют более сложную систему с элементами автоматики, включающую калорифер при понижении температуры приточного воздуха, следящую за чистотой фильтра, управляющую воздушным клапаном и т. д.

Общая схема работы приточно-вентиляционной системы с рециркуляцией такова: через приток в помещение подаётся уличный воздух, который спустя некоторое время затягивается в систему вытяжки. Часть его безвозвратно выбрасывается на улицу, а часть поступает в смесительную камеру. Там воздух перемешивается со свежим притоком, охлаждая или нагревая его (зависит от типа и настроек системы), далее уже поступает в калорифер или кондиционер, из которых по вентиляционным трубам снова поступает в помещение. Основная цель рециркуляции — снижение нагрузки на системы обработки воздуха (калориферы, кондиционеры и пр.).

Чтобы воздух в помещении оставался свежим и пригодным для дыхания, при использовании рециркуляции в вентиляционной системе необходимо соблюдать такие условия: объём поступающего извне чистого воздуха должен составлять минимум 10% от производительности приточной установки; в поступающем в помещение воздухе должно содержаться максимум 30% вредных веществ от предельно допустимой их концентрации.

Вентиляция с рециркуляцией и нагревом

Холодный наружный воздух смешивается с тёплым воздухом, забираемым из помещения, нагревается до необходимой температуры, а затем подаётся в помещение.

  • вентиляторы включены;
  • клапаны наружного и вытяжного воздуха открыты;
  • приточные и вытяжные вентиляторы включены;
  • клапаны наружного, вытяжного и рециркуляционного воздуха открыты — в зависимости от требований к температуре приточного воздуха;
  • нагреватель не работает.

Применение рециркуляции воздуха в системах вентиляции допускается лишь в холодный и переходный периоды года (для установок кондиционирования — в любое время года). При этом в помещение должен подаваться наружный воздух в количестве не менее указанного выше.

Рециркуляция воздуха не допускается [4]:

  • из помещений, в воздухе которых имеются болезнетворные бактерии и грибки в концентрациях, превышающих установленные Госсанэпиднадзором России, или резко выраженные неприятные запахи;
  • из помещений, в которых максимальный расход наружного воздуха определяется массой выделяемых вредных веществ первого и второго классов опасности;
  • из помещений, в которых имеются вредные вещества, возгоняемые при соприкосновении с нагретыми поверхностями воздухонагревателей, если перед воздухонагревателем не предусмотрена очистка воздуха;
  • из помещений категорий А и Б (кроме воздушных и воздушно-тепловых завес у наружных ворот и дверей);
  • из пятиметровых зон вокруг оборудования, расположенного в помещениях категорий В1-В4, Г и Д, если в этих зонах могут образовываться взрывоопасные смеси из горючих газов, паров, аэрозолей с воздухом;
  • из лабораторных помещений научно-исследовательского и производственного назначения, в которых могут производиться работы с вредными или горючими газами, парами и аэрозолями;
  • из систем местных отсосов вредных веществ и взрывоопасных смесей с воздухом;
  • из тамбур-шлюзов.