Аэрацией зданий называется организованный и управляемый естественный воздухообмен через открывающиеся фрамуги в окнах и вентиляционно-световые фонари с использованием теплового и ветрового давлений. Аэрация широко применяется в производственных зданиях с большими теплоизбытками и позволяет осуществлять воздухообмены, достигающие миллионов кубических метров в 1 ч.

Гравитационное давление, в результате которого воздух поступает в помещение и выходит из него, и которое образуется за счет разности температур наружного и внутреннего воздуха, регулируется различной степенью открытия фрамуг и фонарей. Разность этих давлений на одном и том же уровне называется внутренним избыточным давлением и обозначается р_изб при этом оно может быть как положительной, так и отрицательной величиной (рис. 1.9).

Очевидно, что превышение наружного давления над внутренним (при отрицательном значении р_изб) обусловливает поступление воздуха через отверстия в наружном ограждении внутрь помещения. Превышение внутреннего давления над наружным (при положительном значении р_изб), наоборот, – выход его из помещения. Если р_изб = 0, то движения воздуха через отверстия не будет. Плоскость, где внутреннее избыточное давление равно нулю, называется нейтральной зоной.

Расстояния от нейтральной зоны до середины вытяжного и приточного отверстий обратно пропорциональны квадратам площадей отверстий. При этом нейтральная зона располагается ближе к большему отверстию.

Если F₁ = F₂, то h₁ = h₂ = h/2. Следовательно, при равных отверстиях нейтральная зона находится посередине. Заметим, что нейтральная зона в помещении может быть только при действии одних теплоизбытков; при ветре или ветре с теплоизбытками она резко смещается вверх и практически исчезает.

Связь между расходом воздуха, который протекает через отверстие, имеющее площадь F, и разностью давлений внутри и снаружи однопролетного цеха выражается формулой:

где G – массовый секундный расход воздуха, кг/с; m – коэффициент расхода, зависящий от условий истечения; r – плотность воздуха в исходном состоянии, кг/м³; Dp – разность давлений внутри и снаружи помещения в данном отверстии, Па.

Ориентировочное количество воздуха (L), выходящего из цеха через 1 м² отверстия с учетом только теплового давления и при условии равенства площадей отверстий в стенах и фонарях и коэффициенте расхода       m = 0,6 можно определить по упрощенной формуле:

,

где h – расстояние между центрами нижних и верхних отверстий, м; Dt – разность температур средней (по высоте) в помещении и наружной температурой, ^оС.

Если значение m будет иным, то для получения удельного воздухообмена нужно последнее выражение для L разделить на 0,6 и умножить на новое значение m:

.

Аэрация с использованием ветрового давления основана на том, что на наветренных поверхностях здания, возникает избыточное давление, а на заветренных сторонах – разрежение (рис. 1.10).

Ветровое давление на поверхности ограждения определяют из выражения:

,

где k – аэродинамический коэффициент, показывающий, какая доля динамического давления ветра преобразуется в давление на данном участке ограждения или кровли. Значения k определяют обычно путем обдувания воздухонепроницаемых моделей здания потоком воздуха в аэродинамической трубе. Можно полагать в среднем для наветренной стороны k = +0,8, а для заветренной k = -0,6.

Большая роль в осуществлении аэрации зданий принадлежит проектному решению. В связи с этим приводим наиболее важные рекомендации архитектурно-планировочного и конструктивного характера по аэрации производственных зданий (рис.1.11):

1) в многопролетных цехах, как приток, так и вытяжку воздуха целесообразно осуществлять преимущественно через открывающиеся фрамуги фонарей, в однопролетных цехах – приток через проемы в наружных стенах, а вытяжку – через фонари. Для регулирования поступления и выхода воздуха открывающиеся фрамуги и створки фонаря снабжаются специальными механизмами, управляемыми с пола;

2) при проектировании многопролетных производственных зданий необходимо учитывать количество и характер вредных веществ, выделяющихся в каждом пролете, и в связи с этим принимать решение о профиле крыши, форме фонаря, взаимном расположении их и высоте пролетов. При неудачном решении этих вопросов нельзя применять аэрацию, так как воздух на крыше перегрет и оказывается сильно загрязненным газами и пылью;

3) проемы в зданиях со значительными теплоизбытками и выделениями вредных газов следует располагать по периметру зданий так, чтобы они прилегали к наружной стене наибольшей протяженности;

Рис. 1.11. Схема аэрации производственного здания:

1 и 2 – нижние и верхние окна на противоположных продольных стенах здания с открывающимися фрамугами;

3 – световентиляционные проемы (окна); 4 – световентиляционные фонари; 5 – удаление «теплого» воздуха;

6 – приток свежего наружного воздуха

4) для обеспечения достаточного притока чистого воздуха наилучшим планировочным решением является конструкция цехов с открытыми продольными наружными стенами, т.е. без пристроек. Бытовые помещения во многих случаях целесообразно размещать в торцах здания;

5) большое значение при аэрации цеха имеет его высота. Для цехов с большими тепловыделениями  высота их должна быть не меньше 10 м.;

1) в зданиях, где аэрация осуществляется в летнее и зимнее время года, для подачи наружного воздуха зимой приточные отверстия должны быть размещены на высоте не менее 4 м от пола (см. рис. 1.11). При низких наружных температурах часть объема вентиляционного воздуха рекомендуется вводить в помещение вентилятором с подогревом его до 10…12 °С. В цехах небольшой высоты подача неподогретого воздуха допускается на отметке ниже 4 м, но при условии устранения непосредственного воздействия холодного воздуха на работающих, например, с помощью козырьков, направляющих воздух вверх;

2) при аэрации воздух из цехов должен удаляться через незадуваемые фонари, а также через шахты круглого и квадратного сечений, снабженные дефлекторами.