Από το προηγούμενο τεύχος, το Νο.69, του περιοδικού μας, ξεκίνησα να δημοσιεύσω σε συμπυκνωμένες σημειώσεις, ένα ανέκδοτο βιβλίου μου, που έχει τον τίτλο του σημερινού μου άρθρου, όπως φαίνεται παραπάνω. Για να συνδεθούμε με το προηγούμενο, θα ήθελα να επαναλάβω, ότι η Απλοποιημένη μέθοδος μελέτης συστημάτων αερισμού – εξαερισμού και δικτύων αεραγωγών θα αναπτυχτεί σε πέντε ενότητες.
Γράφει ο Δημήτρης Μενεγάκης, Μηχανολόγος Μηχανικός
Η πρώτη αναφέρθηκε στο προηγούμενο τεύχος. Στο σημερινό μου άρθρο, θα προχωρήσω στη δεύτερη ενότητα, που περιλαμβάνει:
- Τα διάφορα συστήματα αερισμού – εξαερισμού
- Τον απλοποιημένο υπολογισμό της επάρκειας, δηλαδή της απαιτούμενης ποσότητας του αέρα σε ένα σύστημα
- Τα φίλτρα καθαρισμού
- Τους αεραγωγούς και τα συστήματα εγκατάστασής τους.
- Ο αερισμός
Οι παράγοντες που επηρεάζουν την ανθρώπινη άνεση και την υγιεινή διαβίωσης μέσα σε κλειστούς χώρους είναι :
- Η θερμοκρασία του αέρα
- Η υγρασία
- Η κίνηση του αέρα και
- Η κυκλοφορία του αέρα χωρίς οσμές, σκόνη ή άλλες μολύνσεις.
Οι δύο παράγοντες εξασφαλίζονται με τον κλιματισμό, ενώ οι δύο τελευταίοι δηλαδή η κίνηση και η κυκλοφορία το του αερισμού. Έτσι ο αερισμός είναι το μέσον με το οποίο ο αέρας ενός χώρου διατηρείται σε επιθυμητή υγιεινή κατάσταση και η διαδικασία με την οποία παρέχεται (ή αφαιρείται) η σωστή ποσότητα και ποιότητα αέρα σε ένα χώρο.
Σαν μέγεθος ο αερισμός καθορίζεται με τον αριθμό των αλλαγών που προκαλεί στον αέρα ενός χώρου.
Οι βασικοί κανόνες του αερισμού
Ο αερισμός έχει δύο βασικούς κανόνες:
α/ Ο αέρας που αποβάλλεται από ένα χώρο πρέπει να αντικατασταθεί με μια, τουλάχιστο, ίση ποσότητα αέρα του περιβάλλοντος και
β/ Για να αφαιρεθούν οσμές, σκόνη και καπνός τσιγάρων από ένα κλειστώ χώρο, πρέπει να παρέχονται 15m³ αέρα ανά ώρα, για κάθε άτομο που ζει ή δραστηριοποιείται μέσα στο χώρο, ή να πραγματοποιούνται οι ωριαίες αλλαγές του αέρα που αναφέρονται στον πίνακα της σελίδας 6. Ο αερισμός μπορεί να γίνεται με φυσική κυκλοφορία του αέρα ή με ανεμιστήρες, οπότε ξεχωρίζουμε τον φυσικό αερισμό και τον βεβιασμένο αερισμό.
Ο φυσικός αερισμός
Όπως έχει ήδη αναφερθεί γίνεται με φυσική κυκλοφορία του αέρα. Ο απαιτούμενος αέρας μπαίνει μέσα στο χώρο από διάφορες ρωγμές, από ανοίγματα θυρών, από πόρτες και παράθυρα που δεν κλείνουν στεγανά, ή από ειδικά ανοίγματα που διαμορφώνονται σκόπιμα για το σκοπό αυτό.
Ο φυσικός αερισμός εξαρτάται από την ταχύτητα του ανέμου και το μέγεθος των διαρροών του αέρα προς το εσωτερικό του χώρου. Σημαντικό ρόλο παίζει και ο αριθμός των πλευρών ενός χώρου, που είναι εκτεθειμένες στον αέρα και έχουν παράθυρα. Έτσι:
- Χώρος εκτεθειμένος από μια πλευρά πραγματοποιεί 1 αλλαγή αέρα ανά ώρα
- Χώρος εκτεθειμένος από δύο πλευρές πραγματοποιεί 1,5 αλλαγή ανά ώρα
- Χώρος εκτεθειμένος από τρείς πλευρές πραγματοποιεί 2 αλλαγές ανά ώρα
- Χώρος εκτεθειμένος από τέσσερις πλευρές πραγματοποιεί 2,5 αλλαγές ανά ώρα
Αυτό το είδος αερισμού, δηλαδή ο φυσικός, μπορεί να μην παρέχει πάντα τις απαιτούμενες ποσότητες αέρα, δηλαδή οι πραγματοποιούμενες αλλαγές ανά ώρα μπορεί να είναι λίγες, οπότε οδηγούν σε ατελή αερισμό.
Ο βεβιασμένος αερισμός
Η κίνηση του αέρα γίνεται με ανεμιστήρες και η κυκλοφορία του συνήθως με δίκτυο αεραγωγών. Το μεγάλο του πλεονέκτημα είναι ότι η ποσότητα του αέρα που παρέχεται στο χώρο ελέγχεται απόλυτα. Αυτός ο απόλυτος έλεγχος της ποσότητας του αέρα συνεπάγεται και τον απόλυτο έλεγχο του αριθμού των προγματοποιούμενων ωριαίων αλλαγών και επομένως των συνθηκών του χώρου.
Η επάρκεια του αερισμού
Ο αερισμός θεωρείται επαρκής όταν εξασφαλίζει σε ένα χώρο:
- Την υγιεινή διαβίωση των ανθρώπων
- Την αποβολή των οσμών που γεννιούνται μέσα στο χώρο
- Την αποβολή των καπνών και
- Την αποβολή της σκόνης
Εδώ πρέπει να αναφερθεί πως για να αφαιρεθούν οι λοιπές ″μολύνσεις″ του αέρα πρέπει να χρησιμοποιηθούν ειδικά φίλτρα, που θα αναφερθούν στο κεφάλαιο 6
Τα συστήματα του αερισμού
Το σύστημα του αερισμού έχει συνήθως μια από τις πιο κάτω μορφές:
α/ Ο αέρας εισάγεται στο χώρο από το περιβάλλον με φυσική κυκλοφορία και εξάγεται με εξαεριστήρες (εξαερισμός)
β/ Ο ατμοσφαιρικός αέρας εισάγεται στο χώρο με ανεμιστήρες και εξάγεται με φυσική κυκλοφορία
γ/ Ο ατμοσφαιρικός αέρας εισάγεται στο χώρο με ανεμιστήρες και εξάγεται με εξαεριστήρες.
Στη μορφή της παραγράφου (γ) κατατάσσονται και τα συστήματα υπερπίεση στα οποία η πίεση του αέρα μέσα στο χώρο διατηρείται λίγο πιο πάνω από την ατμοσφαιρική πίεση του περιβάλλοντος. Στην περίπτωση αυτή η ποσότητα του εισαγόμενου αέρα είναι πιο μεγάλη από την ποσότητα του εξαγόμενου, με αποτέλεσμα την ελαφρά υπερπίεση του χώρου. Αυτό το σύστημα εφαρμόζεται σε χώρους στους οποίους αποκλείεται η είσοδος σκόνης και άλλων μολύνσεων του αέρα.
- Ικανότητα του συστήματος αερισμού. Υπολογισμός της απαιτούμενης ποσότητας αέρα
Δύο είναι τα κριτήρια με τα οποία υπολογίζεται η απαιτούμενη ποσότητα του αέρα, που πρέπει να διακινεί το σύστημα αερισμού:
Το πρώτο είναι ο αριθμός των ατόμων που βρίσκονται σε ένα χώρο. Αναφέρθηκε στο κεφάλαιο 2, ότι η παροχή 15m³ ανά ώρα για κάθε άτομο (17 kgs) είναι ποσότητα αέρα ικανή να εξασφαλίσει το απαιτούμενο οξυγόνο της αναπνοής, αλλά και να απορροφήσει τις οσμές, τους καπνούς και τη σκόνη του αέρα. Πρέπει πάντως να αναφερθεί, ότι για περιπτώσεις ″βαρειάς μόλυνσης″ η ποσότητα του παρεχόμενου αέρα λαμβάνεται 25m³ ανά ώρα για κάθε άτομο. Η μέθοδος αυτή είναι λογικό να εφαρμόζεται στον υπολογισμό της ικανότητας του συστήματος αερισμού ενός χώρου στον οποίο υπάρχει συγκέντρωση πολλών ατόμων, όπως θέατρα, αίθουσες διαλέξεων, εστιατόρια, καφενεία κ.λ.π.
Το δεύτερο κριτήριο είναι ο αριθμός των αλλαγών του αέρα, που πρέπει να γίνεται κάθε μια ώρα στο χώρο, ώστε να διατηρείται ο αέρας καθαρός. Το κριτήριο αυτό υιοθετήθηκε για ευκολονόητους λόγους. Υπάρχει περίπτωση ο χώρος να είναι μεγάλος και σ’ αυτόν να συγκεντρώνονται λίγα άτομα, όπως για παράδειγμα σε μια κατοικία. Αν το σύστημα αερισμού μελετηθεί σύμφωνα με το πρώτο κριτήριο, δηλαδή τον αριθμό των ατόμων, τότε σίγουρα θα προκύψει ατελής ή ανεπαρκής αερισμός. Θα προκύψει ένα σύστημα μέσα στο οποίο θα διακινείται λιγότερος αέρας από εκείνον που χρειάζεται.
| Πίνακας του απαιτούμενου αέρα σε m³/h ανά άτομο ανάλογα με τη χρήση του χώρου και τη δραστηριότητα |
|
| Κανονική φυσική δραστηριότητα ατόμων και μη καπνίζοντες | 15-20 m³/h |
| Κανονική φυσική δραστηριότητα ατόμων, καπνίζοντες | 30-40 m³/h |
| Εντατική φυσική δραστηριότητα ατόμων, καπνίζονες | 60 m³/h |
| Γενικός κανόνας | |
| Χώροι που απαγορεύεται το κάπνισμα | 20 m³/h |
| Χώροι που επιτρέπεται το κάπνισμα | 40 m³/h |
| Χώροι με βαριές, συνθήκες καπνίσματος | 60 m³/h |
| Πίνακας των απαιτούμενων αλλαγών ανά ώρα του αέρα ενός χώρου ανάλογα με τη χρήση του. |
|
| Βιομηχανικοί χώροι | Αλλαγές ανά ώρα |
| Μηχανοστάσια | 20-30 |
| Συνεργεία | 10-15 |
| Αποθήκες | 4-6 |
| Λεβητοστάσια | 20-30 |
| Επαγγελματικοί χώροι | Αλλαγές ανά ώρα |
| Πλυντήρια | 30-60 |
| Φούρνοι | 20-30 |
| Γκαράζ | 6-10 |
| Τράπεζες – Γραφεία | 6-10 |
| Γυμναστήρια | 10-12 |
| Νοσοκομεία | 4-6 |
| Εστιατόρια | 8-10 |
| Καφετέριες – Μπαρ | 12-18 |
| Χώροι Συνάθροισης | Αλλαγές ανά ώρα |
| Αίθουσες | 5-8 |
| Βιβλιοθήκες | 5-8 |
| Σχολεία | 5-8 |
| Εκκλησίες | 2-3 |
| Θέατρα | 10-20 |
| Κινηματογράφοι | 10-20 |
| Οικιακοί χώροι | Αλλαγές ανά ώρα |
| Υπνοδωμάτια | 2-4 |
| Σαλόνι | 4-8 |
| Καθιστικό | 4-8 |
| Τραπεζαρία | 4-8 |
| Κουζίνα | 10-15 |
| Λουτρό | 15-20 |
| Τουαλέτα | 15-20 |
| Αποθήκη | 4-5 |
Προσωπική άποψη του συγγραφέα είναι να υπολογίζεται η ικανότητα του συστήματος αερισμού και με τα δύο κριτήρια και τελικά να επιλέγεται η πιο μεγάλη ποσότητα αέρα. Ο πίνακας της σελίδας 6 είναι ένας σωστός οδηγός για τον υπολογισμό της απαιτούμενης ποσότητας αέρα και με τα δύο κριτήρια, για χώρους με διάφορες χρήσεις. Τελείως κατατοπιστικό θα είναι και το παράδειγμα που ακολουθεί.
Παράδειγμα
Μια αίθουσα εστιατορίου, μήκους 25m, πλάτους 10m και ύψους 4m θα φιλοξενεί 200 άτομα συμπεριλαμβανομένου του προσωπικού. Να υπολογιστεί η ποσότητα αέρα που θα διακινεί το σύστημα αερισμού.
Ο υπολογισμός της ποσότητας του αέρα θα γίνει και με τα δύο κριτήρια που αναφέρθηκαν προηγουμένως και πάντα με τη βοήθεια του παραπάνω πίνακα.
| Κριτήριο Ι |
| Σύμφωνα με τον αριθμό των ατόμων. Ο πίνακας αναφέρει ότι απαιτούνται 40m³/h για κάθε άτομο με κανονική φυσική δραστηριότητα και καπνίζοντες. Στον ίδιο πίνακα επιβεβαιώνεται η ποσότητα των 40m³/h για κάθε άτομο σε χώρους που επιτρέπεται το κάπνισμα. |
| Επομένως: |
|
Ποσότητα αέρα =200 άτομα χ 40m³/h ανά άτομο = 200 χ 40=8000m³/h
|
| Κριτήριο ΙΙ |
| Σύμφωνα με τον αριθμό των απαιτούμενων ωριαίων αλλαγών του αέρα. Ο όγκος της αίθουσας είναι 25ⅹχ 10ⅹχ 4= 1000 m³ Σύμφωνα με τον πίνακα απαιτούνται 10 αλλαγές του αέρα ανά ώρα, για τα εστιατόρια |
| Επομένως: |
|
Ποσότητα αέρα = 1000m³ⅹ10 αλλαγές = = 10.000 m³/h.
|
Η απάντηση μας είναι: Σύμφωνα με το πρώτο κριτήριο απαιτούνται 8000m³/h. Σύμφωνα με το δεύτερο κριτήριο απαιτούνται 10.000m³/h. Επιλέγουμε την πιο μεγάλη ποσότητα, δηλαδή τα 10.000m³/h. Αυτή είναι η παροχή αέρα, ή ικανότητα του συστήματος.
- Tα φίλτρα του ατμοσφαιρικού αέρα
Ο ατμοσφαιρικός αέρας που διοχετεύεται μέσα στους κλειστούς χώρους με το σύστημα αερισμού, πρέπει να είναι καθαρός στις πιο πολλές περιπτώσεις. Όταν απαιτείται καθαρισμός, αυτός γίνεται με πέρασμα του αέρα μέσα από φίλτρα, που κατακρατούν διάφορες ακαθαρσίες και σωματίδια που αιωρούνται στον αέρα, όπως σκόνη, καπνοί, οσμές, μικρόβια κ.α. Υπάρχουν διαφόρων ειδών φίλτρα και μπορούν να διαιρεθούν σε τρείς μεγάλες κατηγορίες που είναι :
α/ Τα μηχανικά φίλτρα που έχουν στοιχείο από υαλοβάμβακα, πετροβάμβακα, σκωριοβάμβακα, συρμάτινο πλέγμα ή ύφασμα. Τα φίλτρα αυτά κατακρατούν τα πιο πολλά σωματίδια που αιωρούνται στον αέρα και τη σκόνη.
β/ Τα φίλτρα ενεργού άνθρακα που συγκρατούν οσμές και καπνούς. Το στοιχείο τους είναι πλάκες πορώδεις από ενεργό άνθρακα (activated carbon)
γ/ Τα ηλεκτροστατικά φίλτρα που συγκρατούν τις πιο πολλές ακαθαρσίες του αέρα που αναφέρθηκαν στις προηγούμενες παραγράφους (α) και (β) και επί πλέον συγκρατούν μικροοργανισμούς και μικρόβια προστατεύοντας έτσι τους ανθρώπους ακόμη και από μολυσματικές νόσους, βρογχίτιδες, άσθμα και άλλες αλλεργικές παθήσεις. Συνηθισμένη είναι και η περίπτωση κατά την οποία χρησιμοποιούνται δύο ή και τρία είδη φίλτρων στο ίδιο σύστημα αερισμού. Τότε εκμεταλλευόμαστε τα πλεονεκτήματα του κάθε τύπου, για το πιο ευνοϊκό αποτέλεσμα.
- Αεραγωγοί
Η μεταφορά του απαιτούμενου αέρα για τον αερισμό ενός χώρου, γίνεται με τους γνωστούς μας αεραγωγούς, που μπορεί να είναι μεταλλικοί ή από συνθετικά υλικά, συνήθως σε εύκαμπτη μορφή. Οι μεταλλικοί αεραγωγοί κατασκευάζονται από γαλβανισμένη λαμαρίνα και για ειδικές περιπτώσεις από ανοξείδωτα φύλλα. Ύστερα από τη διαμόρφωσή τους ″κλείνονται″ συνήθως με έναν από τους τρόπους που φαίνονται στο σχήμα 1.
Σχήμα 1
Οι μεταλλικοί αεραγωγοί κατασκευάζονται συνήθως σε κυκλική, τετραγωνική ή ορθογωνική διατομή. Οι αεραγωγοί με κυκλική διατομή εξασφαλίζουν ομαλή ροή του αέρα, χωρίς περιδινήσεις και στροβιλισμούς, γι αυτό έχουν μεγάλη απόδοση. Οι αεραγωγοί με τετραγωνική ή ορθογωνική διατομή έχουν πιο μικρή απόδοση, αλλά παρέχουν μεγάλη ευκολία στη χρήση και στη στήριξη μέσα στους χώρους των κτηρίων. Πρέπει πάντως να ξεκαθαρίσουμε, ότι ανάμεσα στους αεραγωγούς με ορθογωνική διατομή πλεονεκτούν εκείνοι που έχουν αναλογία πλάτους – ύψους 2∶1, όπως το διπλανό σκαρίφημα, δηλαδή το πλάτος Π της διατομής είναι διπλάσιο του ύψους Υ.
Σχήμα 2
Έχει βρεθεί πειραματικά, ότι αυτή η αναλογία δίνει σχετικά πιο ομαλή ροή του αέρα. Για την κατασκευή τους χρησιμοποιείται γαλβανισμένη λαμαρίνα με πάχη που ποικίλουν ανάλογα με το μέγεθος του αεραγωγού. Πρέπει να σημειωθεί, ότι μέσα στους αεραγωγούς δεν αντιμετωπίζονται μεγάλες πιέσεις αέρα, τέτοιες που να δικαιολογούν χρησιμοποίηση λαμαρίνας μεγάλου πάχους. Αποκλειστικό κριτήριο είναι ο περιορισμός των παλμών και των κραδασμών των τοιχωμάτων του αεραγωγού, ώστε να περιορίζονται ή να μηδενίζονται οι θόρυβοι κατά τη λειτουργία. Ο πίνακας δίνει το πάχος της λαμαρίνας, ανάλογα με το μέγεθος της διατομής του αεραγωγού.
| Πίνακας 2 | |||
| Διατομή του αρεραγωγού cm² |
Διάμετρος Ø κυκλικής διατομής cm |
Διαστάσεις ορθογωνικής διατομής cmxcm |
Πάχος λαμαρίνας mm |
| μέχρι 700 | μέχρι 30 | μέχρι 20×35 | 0,45 |
| 700-1250 | 30-40 | μέχρι 25×50 | 0,50 |
| 1250-1950 | 40-50 | μέχρι 30×65 | 0,60 |
| 1950-3850 | 50-70 | μέχρι 45×85 | 0,70 |
| 3850-5000 | 70-80 | μέχρι 50×100 | 0,80 |
| 5000-6400 | 80-90 | μέχρι 60×105* | 0,90 |
| 6400-7850 | 90-100 | μέχρι 65×120* | 1,00 |
| *Αεραγωγοί με ενισχυτικές διαμορφώσεις της λαμαρίνας | |||
Οι αεραγωγοί πρέπει να είναι στεγανοί. Οι κανονισμοί προδιαγράφουν σαν μέγιστη απώλεια το 5% της ποσότητας του αέρα, για ολόκληρο το δίκτυο. Για να βρίσκεται η απώλεια μέσα στα προδιαγραφόμενα όρια απαιτείται σχολαστικότητα, τόσο στο στάδιο της κατασκευής, όσο και στο στάδιο της εγκατάστασης. Οι εύκαμπτοι αεραγωγοί κατασκευάζονται από συνθετικά υλικά σε κυκλική μόνο διατομή, με μόνωση ή χωρίς μόνωση. Αυτοί αποτελούν μια εύκολη και οικονομική λύση εγκατάστασης.
Συστήματα εγκατάστασης των αεραγωγών
Στο σύστημα (α) χρησιμοποιείται ένας κεντρικός αεραγωγός, από τον οποίο ξεκινούν οι κλάδοι διανομής. Σε κάθε διακλάδωση πρέπει να χρησιμοποιείται τάμπερ για τη σωστή ρύθμιση της ροής του αέρα.
Σχέδιο (α)
Στο σύστημα (β) χρησιμοποιείται ουσιαστικά μόνο ο κύριος αεραγωγός. Η διανομή του αέρα γίνεται από τα στόμια εξόδου.
Σχέδιο (β)
Τα χρησιμοποιούμενα ρυθμιστικά τάμπερ κατασκευάζονται από λαμαρίνα πάχους 1,5 – 2mm με εξωτερική ρύθμιση και τόξο λειτουργίας που δείχνει την ανοιχτή και την κλειστή θέση.
Στο σύστημα εγκατάστασης (γ) που εικονίζεται δίπλα, οι κλάδοι διανομής του αέρα τοποθετούνται στο χώρο περιμετρικά και κάθε τμήμα του περιμετρικού κλάδου τροφοδοτείται με αέρα με μεταλλικό ή με εύκαμπτο αεραγωγό.
Σχέδιο (γ)
Στο σύστημα εγκατάστασης (δ) δεν χρησιμοποιείται ουσιαστικά κεντρικός αεραγωγός, αλλά μόνο κλάδοι διανομής, που ξεκινούν από ένα κιβώτιο κοντά στον ανεμιστήρα και καταλήγουν στο στόμιο διανομής. Το σύστημα αυτό (αλλά και το γ) χρησιμοποιούνται εκτεταμένα με τους εύκαμπτους συνθετικούς αεραγωγούς.
Σχέδιο (δ)
- Ροή του αέρα μέσα σε αεραγωγούς
Για να υπάρχει ροή αέρα μέσα σε ένα αεραγωγό, πρέπει να υπάρχει μια διαφορά πίεσης ανάμεσα στην είσοδο και την έξοδο. Πρέπει να υπάρχει μια πίεση ροής, που την εξασφαλίζει ο ανεμιστήρας του συστήματος.
Πίεση ροής του αέρα. Στατική – Δυναμική και Ολική πίεση
Όταν ο αέρας κινείται μέσα σε ένα αεραγωγό, διακρίνουμε τρεις πιέσεις:
- Τη στατική ή μανομετρική
- Τη δυναμική και
- Την ολική πίεση, που είναι το άθροισμα των δύο προηγούμενων, δηλαδή της στατικής και της δυναμικής που είναι η πίεση κατάθλιψης του ανεμιστήρα.
(Συνέχεια στο επόμενο τεύχος)
