Вентиляція - це організований природним або штучним шляхом обмін повітря в приміщеннях, тобто видалення забрудненого і подача очищеного свіжого вуличного повітря. Природна вентиляція передбачає мимовільний повітрообмін 3-ма способами:
- за рахунок різниці температур (і щільності) повітря всередині і зовні приміщень;
- за рахунок зовнішньої вітрового навантаження будівлі;
- за рахунок вітрового навантаження і різниці температур (щільності) повітря.
Природна вентиляція може канальної або безканальної, постійної або періодичної. Періодичне відкривання дверних і віконних прорізів, кватирок, фрамуг називають провітрюванням. Провітрювання спільно з канальної природною вентиляцією частіше застосовують в житлових і громадських будівлях. Канали при цьому розташовують вертикально всередині спеціальних шахт, в товщі стінових конструкцій будівлі. Безканальна, постійно діюча природна вентиляція виробничих приміщень зі значними надлишками теплоти, здатна забезпечити необхідну кратність повітрообміну, називається аерацією. Застосування аерації допускається, якщо концентрація пилу шкідливих речовин в припливно повітрі перевищує 30% гранично допустимої концентрації (ГДК) робочої зони приміщення. При аерації приплив (подача) повітря в теплу пору відбувається через отвори: в нижній частині зовнішніх стін, воріт, дверних прорізів; холодну - через отвори верхньої частини стін, на висоті 4 м і більше від рівня підлоги. Витяжка (видалення) повітря проводиться цілорічно через шахти, фрамуги, дефлектори, кватирки спеціально влаштованих елементів конструкції будівлі - т.зв. аераційних ліхтарів. Залежно від способу повітрообміну при аерації, теплового навантаження приміщення, його висоти, температури зовнішнього повітря, швидкості вітру застосовують один з трьох варіантів розрахунку. Основною умовою, що визначає варіант розрахунку, є співвідношення між значеннями вітрового і гравітаційного тиску. Мета розрахунку аерації - визначення площі нижніх і верхніх прорізів.
Тиск, що змушує повітря рухатися при аерації, розраховують як Pe = (ρ вн - ρ н) * h, Па. Тут ρ вн. ρ н - щільність повітря всередині / зовні приміщення, кг / м³; h - вертикальна відстань від центру приточного до центру витяжного отвору, м. Pe - тиск, необхідний для подолання опору переміщенню повітря безпосередньо по вентильованому приміщенню, надання йому швидкості, достатньої для викиду назовні. При певних швидкостях вітру зовні будівлі, через зменшення швидкості руху повітря, на вітряної сторони утворюється зона надлишкового тиску, на підвітряного і над покрівлею - зона зниженого тиску (розрідження). Тобто через цю різницю тисків зовнішнє повітря через одні прорізи навітряного боку потрапляє в приміщення, а віддаляється через інші з протилежного, підвітряного боку. Для того, щоб раціонально використовувати обидва фактори - теплове і вітровий тиск при аерації, необхідна оптимальна організація руху потоків повітря, розробка схем відкриття отворів і фрамуг аераційних ліхтарів.
Масова витрата повітря L м. Надходить через припливні отвори, визначають як L м = 3,6 * Q / (c * (t уд - t пр)), кг / год. Де Q - теплонадлишки всередині приміщення, Вт; с - масова питома теплоємність повітря, кДж / (кг * ° С); t уд.L м - температури повітря, що видаляється (витяжного) і припливного (подається) повітря, ° С. tпр - довідкова величина, яка приймається за параметрами повітря А.
Температуру t уд вважають як tуд = t уд + δT * (H - h рз). Де t рз - температура робочої зони приміщення, визначається санітарними нормами; ΔT - температурний градієнт по висоті приміщення, ° С / м (в межах 0,5 ... 1,5); H - висота центру витяжних отворів від рівня підлоги, м; h рз - висота робочої зони, приймається рівною 2 м. Аерація будівлі шляхом відкривання фрамуг аераційних ліхтарів відносно надійна і ефективна, тим більше цим процесом можна керувати дистанційно.
Розглянемо варіант розрахунку безканальної аерації. Спочатку приймають величину площі нижніх прорізів, потім задають схему аерації. Приблизно посередині приміщення по висоті приймають рівень рівних тисків, де воно дорівнює нулю.
Тиск повітря P 1 на рівні нижніх прорізів вважають як P 1 = h 1 * (ρ н - ρ ср). Де ρ ср - щільність повітря при середній температурі повітря приміщенні, кг / м³; h 1 - висота площини рівних тисків від нижніх прорізів, м. Середня температура повітря приміщенні t ср = (tрз + tуд) / 2, ° С.
На рівні центрів верхніх прорізів, вище площині рівних тисків, створюється надлишковий тиск повітря P2. Воно викликає видалення (витяжку) повітря. Загальний тиск, що сприяє повітрообміну при аерації, P e = P 1 + P 2.
Швидкість повітря V 1 в центрі нижніх прорізів визначають як V 1 = L o / (μ 1 F 1), м / с. Де L o - об'ємна витрата повітря, м3 / ч; μ 1 - коефіцієнт витрати, що залежить від конструкції стулки і кута її відкриття (μ 1 = 0,6 якщо кут 90 °, μ 1 = 0,32 якщо кут 30 °); F 1 - прийнята площа нижніх отворів, м ².
Втрати тиску ΔP 1 нижніх прорізів ΔP 1 = 0,5 * V12 * ρн / g, Па. Прийнявши, Pe = P 1 + P 2 = h * (ρ н - ρ ср). температуру повітря, що видаляється t уд = t рз + (10 ... 15) ° С. визначають щільності ρ н і ρ пор.
Надмірний тиск в площині верхніх прорізів P 2 = P е - P 1. Па.
Площа верхніх прорізів F 2 = L o / (μ 2 * V 2 ²) = Lo / (μ 2 * (2 * Р 2 * g / ρ ср) ½), м ².
Розрахунок площі перетину шахт канальної аерації схожий на викладений з тією різницею, що необхідний облік втрат тиску: на тертя і в місцевих опорах.