Основные вехи развития вентиляции. Естественная и искусственная вентиляция

В древности люди не обладали должными знаниями и опытом в области вентиляции, и поэтому организация воздухообмена внутри их построек была довольно примитивной. Вентиляция ограничивалась простейшими методами, такими как проветривание и естественная вентиляция.

Естественная вентиляция – движение воздушных потоков, возникающее вследствие разницы давления воздушных масс в помещении и за его пределами. Для её организации не используется оборудование, принуждающее воздух к перемещению.

В Средние века вентиляция помещений была необходима в основном для удаления дыма, так как дома отапливались с помощью открытых огней, например, каминов. В замках и крепостях размещались несколько каминов, и для вывода дыма использовалась система труб, встраиваемых друг в друга. Таким образом, дым выводился в дымоход, а затем наружу.

Части замков, не имеющие каминов, оборудовались вытяжными трубами, которые спускались в колодцы, предназначенные для сбора продуктов жизнедеятельности человека. Поскольку окна тогда не всегда обеспечивали хорошее проветривание, ближе к полу под окнами прокладывали каналы, через которые воздух мог выходить наружу. Это способствовало восходящим потокам воздуха и улучшало проветривание помещений.

В начале 17 века в Англии был выпущен указ, требующий увеличить высоту помещений, так чтобы расстояние от пола до потолка составляло не менее 3 метров. Это мероприятие было предпринято для снижения концентрации ядовитых продуктов сгорания топлива, так как открытые огни и камины создавали много дыма в низких помещениях. Также указ предписывал оборудовать здания оконными проемами, которые были значительно выше, чем широкие. Это способствовало более эффективному проветриванию и воздушному обмену.

В 1744 году М. В. Ломоносов опубликовал трактат “О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном”, в котором детально описал движение воздуха в шахтах рудников. Этот трактат стал основой для разработки теории о естественном перемещении воздуха в каналах и трубах. Это был важный шаг в развитии технологий вентиляции и понимания естественных законов движения воздуха, что затем привело к совершенствованию систем вентиляции и обеспечению комфортных условий в помещениях.

Современные анемометры:

Естественная вентиляция применяется в домах и сейчас. В квартирах, как правило, поступление чистого воздуха осуществляется через окна, а отработанный воздух уходит через специальные проемы под потолком, которые мы привыкли называть вытяжкой.

В частных домах свежий воздух поступает в помещения из окружающей среды через приоткрытые окна и двери, через стыки оконных рам и зазоры в дверных блоках, через специальные отверстия в наружных стенах. А отработанный воздух удаляется из помещения либо тем же способом, либо через вытяжные каналы.

Плюсы естественной вентиляции:

1. Не нужно приобретать дорогостоящее оборудование.
2. Дешевая установка и монтаж.
3. Дешевое обслуживание. Расходных материалов в системе нет.
4. Отсутствие потребления электроэнергии.
5. Исключены износ и поломки.

Минусы естественной вентиляции:

1. Зависимость воздухообмена от погодных условий.
2. Отсутствие нагрева воздуха. Зимой из-за сильной тяги по дому могут гулять холодные сквозняки.
3. Отсутствие очистки воздуха.

Из-за ограничений, связанных с низкой эффективностью и непредсказуемыми погодными условиями, естественная вентиляция не способна обеспечить оптимальный комфортный климат для людей. В результате, был развит другой подход – механические системы вентиляции, также известные как искусственная вентиляция.

Интересно отметить, что в 1734 году в здании английского парламента был установлен первый осевой вентилятор, который приводился в движение специальной паровой машиной. Этот агрегат оказался высокоэффективным и безотказным, продолжая работать более 80 лет.

В 1832 году военный инженер по имени Александр Саблуков разработал первый центробежный вентилятор. Этот вентилятор представлял собой устройство с цилиндрическим кожухом, внутри которого находилось колесо с четырьмя прямыми лопатками. Когда колесо вращалось, оно принудительно забирало воздух с двух сторон в кожухе. Для привода вентилятора использовались ручные усилия двух человек. При активной работе им удавалось обеспечить расход до 2000 м3 воздуха.

Современный центробежный (радиальный) вентилятор:

Вентиляторы, созданные Александром Саблуковым, использовались в различных отраслях. Они применялись на морских судах для проветривания трюмов, в горной промышленности для проветривания шахт и также находили применение в других областях, таких как сушка продуктов и удаление испарений.

В 1861 году началось развитие направления воздухоподготовки. Инженер Иван Флавицкий внес значительный вклад, представив в общественное использование приточно-вытяжную вентиляцию. В этой системе поступающий снаружи воздух централизованно подогревался, обеспечивая более комфортные условия внутри помещений.

В 1882 году американский изобретатель немецкого происхождения Филипп Диель разработал потолочный вентилятор, который приводился в движение с помощью электрического двигателя. Для этого он адаптировал электродвигатель, который изначально был спроектирован им для первых швейных машин компании Зингер.

Это изобретение стало прорывом в области вентиляции и создало возможность эффективного и комфортного распределения воздуха в помещениях. Потолочные вентиляторы с электрическим приводом стали широко использоваться в различных сферах, обеспечивая более эффективную циркуляцию воздуха и улучшая условия жизни и работы.

В 1892 году французский инженер по имени П. Мортье разработал диаметральный вентилятор, который представлял собой рабочее колесо барабанного типа с загнутыми вперед лопатками. Несмотря на интересное изобретение, в то время вентиляторы Мортье не смогли соперничать с вентиляторами Саблукова.

Однако со временем вентиляторы претерпели значительные изменения и получили свой современный вид. Важным вкладом в развитие технологии стала вихревая теория гребного винта, предложенная Н. Е. Жуковским в начале XX века.

В настоящее время диаметральные вентиляторы применяются в основном в кондиционерах для внутренних блоков сплит-систем и в тепловых завесах. Вентиляционные сети редко используют диаметральные вентиляторы, предпочитая другие типы вентиляционных устройств.

В 1902 году американский инженер Уиллис Карриер изобрел первый кондиционер и назвал его «холодильной машиной».

В 1903 году ученый, инженер и педагог Владимир Чаплин организовал первую в Российской империи кафедру по отоплению и вентиляции на механическом факультете ИМТУ (ныне МГТУ им. Н.Э. Баумана). Он также разработал и представил первый учебный курс по этой дисциплине.

В 1973 году шведский инженер Ганс Остберг создал канальный центробежный вентилятор, что оказало значительное влияние на мировую климатическую отрасль. После этого события он основал компанию “Ostberg”, которая стала одним из крупнейших производителей вентиляторов и продолжает успешно работать и по сей день.

Также в те же 70-е годы прошлого века активно развивались регуляторы для изменения скорости вращения электрических двигателей. В 1974 году компания Kanalflakt (ныне Systemair) стала первой, кто применил такой электродвигатель в канальном вентиляторе.

В современное время системы вентиляции являются неотъемлемой частью любого типа недвижимости. Множество научно-исследовательских институтов специализируются на обучении инженеров-проектировщиков в области отопления, вентиляции и кондиционирования. Хорошо спроектированная и установленная вентиляционная система играет ключевую роль в обеспечении благоприятного микроклимата в помещении.

Давайте также рассмотрим плюсы и минусы искусственной вентиляции:

Преимущества:

1. Стабильный воздухообмен по всему объему помещения.
2. Автоматический контроль качества воздуха в помещении.
3. Фильтрация входящего воздуха для удаления загрязнений.
4. Возможность экономии тепловой энергии через рециркуляцию или установку рекуператора.

Недостатки:

1. Высокая стоимость приточно-вытяжных установок и систем.
2. Затраты на электроэнергию для работы системы.
3. Потребность в регулярном обслуживании и эксплуатации, включая ремонт, замену узлов и фильтров.
4. Высокие требования к проектированию и установке, что может повлечь за собой дополнительные затраты.