نفوذ هوا

نفوذ هوا به پدیده‌ای گفته می‌شود که هوا به صورت ناخواسته از جداره و درزهای پنجره‌ها وارد ساختمان می‌گردد که با یکاهای CFM سنجیده می‌شود و تعداد دفعات تعویض هوای یک فضا در ساعت (ACH یا ACHs) را به عنوان ضریب نفوذ هوا نیز نام می‌برند.
منابع و اثرات نفوذ هوا
راههای نفوذ عبارتند ازشکاف‌ها و درزهای موجود در پوسته ساختمان˓ درزهای پنجره هاو دمپرهای معیوب˓ ضمنا از طریق درب‌ها و پنجره‌ها در زمان باز و بسته شدن نیز نفوذ هوا صورت می‌گیرد. ‹‹کولینز›‹ در سال ۱۹۸۱به مطالعات مشابهی در مورد خانه‌های جدید در دالاس که توسط شرکت برق و نور تکزاس انجام گرفته است اشاره می‌کند. به موجب مطالعات وی ˓ نشست حرارت به میزان ۲۵٪ از کف درگاه‌ها و ۲۰٪ از بازشوهای دیوار و۱۲٪ از پنجره‌ها و قاب انها و ۱۴٪ از کانال‌های تاسیساتی صورت می‌گیرد.
روش‌های تشخیص نفوذ هوا
بعضی از روش‌های ارزان قیمت ابتکاری برای تشخیص محل نشست هوا در منازل ابداع شده است. شاید بهترین روشها عبارت از بکار انداختی یک منبع تولید صدا با فرکانس بالا در داخل خانه باشد˓ در حالی که شخصی در خارج با یک گوشی به دنبال محل‌های نشت صدای ان می‌گردد. در این مورد گوشی مخصوص مکانیک‌ها گوشیهایی که در موقع استماع صدای پخش صوت در هواپیما روی گوشها می‌گذارند و شلنگ‌های پلاستیکی مخصوص اتومبیل قابل استفاده است. در روزهای که باد می‌وزد˓ می‌توان با سوزاندن عود در داخل ساختمان به محل‌های نشت هوا به درون یا خارج دیوارها و در اطراف پنجره‌ها و دربها پی می‌برد.
در حالی که نفوذ هوا در رابطه با از دست رفتن حرارت است اما ضعف دیگری هم بر ان وارد است. خروج هوای مملو از رطوبت داخلی از درون شکافهای سرد دیوارها و اتاق‌های زیر شیروانی غالبا موجب معیان رطوبت بر روی مصالح سرد ساختمانی می‌گردد. هر قدر پوسته ساختمان بهتر درزگیری شده باشد˓ مقدار رطوبت در داخل بنا افزایش می‌یابد˓ و اگر احیانا یک راه نفوذ در بنا پدید اید˓ مقدار معتنابهی رطوبت از داخل ان عبور خواهد کرد. میعان رطوبت در داخل دیوار ابنیه جدید از طریق نفوذ هوا از منافذ بیشتر اتفاق می‌افتد تا عبور رطوبت از لایه‌های دیوار. نتیجه جمع شدن رطوبت شامل از بین رفتن پوشش سطوح ساختمان˓کاهش مقاومت عایقهای حرارتی و اسیب اسکلت ساختمان ناشی از پوسیدگی و نیروی انبساطی یخ است. نشتی هوا موجب ورود خاک و گرد و غبار (که گاهی به شناسایی محل نشت هم کمک می‌کند) ویووکوران هوا است.
محاسبات نفوذ هوا
دو روش ساده برای محاسبه میزان نفوذ هوا مورد استفاده است. اول روش تبادل هوا که عبارت از براورد تقریبی از جایگزینی کل هوای داخل بنا است. این نوع محاسبه تجربی است و در خانه‌های معمولی با شرایط اب و هوایی متوسط به کار می‌رود. به همین جهت این روش در خانه‌های جدید و مقاوم در مقابل نفوذ هوا دقیق نیست. روش دیگر تعیین مدت زمانی است که طول می‌کشد تا تمام هوای خانه عوض شود. به همین جهت برای مشخص شدن مقدار نفوذناپذیری ساختمان از تعویض هوا در ساعت صحبت می‌شود. خانه‌هایی که ۳/ ۲ هوای داخل انها در یک ساعت با هوای بیرون عوض می‌شود˓ براساس استاندارهای کنونی ساختمان˓ به عنوان عنوان ابنیه ‹‹نشت دار›› تلقی می‌شود. در منازلی که خوب ساخته شده‌اند˓ ۲/۰ تعویض هوای داخل در ساعت مناسب می‌باشد.
روش شکاف نرخ نفوذ هوا را در ارتباط با تفاوت فشار باد در داخل و خارج و مساحت شکاف‌ها و درزهای باز معین می‌کند. هر چند روش شکاف بیش از روش تعویض هوا˓ تحلیلی و انعطاف پذیر است˓ ولی دقت ان بستگی به تخمین‌های نامطمئن از فشار باد و طول و عرض شکاف‌ها دارد. روش شکاف بیشتر در مورد عملکرد به کار می‌رود.
مزیت روش شکاف این است که نرخ نفوذ هوا را با فشار باد که تابعی از مجذور سرعت باد است ارتباط می‌دهد.
P=۰/۰۰۲۶۷v2
P = فشار ثابت باد به مانعی که بطور عمودی بر سر راه ان است (psf)
V = سرعت باد(mph)
با توجه به معادله فوق˓ صرفه جویی انرژی در محافظت ساختمان در مقابل باد˓ با افزایش سرعت باد اضافه می‌گردد.
نفوذ هوا و بار حرارتی
اگر میزان تعویض هوا و حجم هوای ساختمان معلوم باشد˓ بار حرارتی که توسط نفوذ هوا ایجاد شده به راحتی قابل محاسبه خواهد بود. انجام این محاسبه دارای دو قسمت است. قسمت اول میزان qs که عبارت از حرارت محسوسی است که برای بالا بردن دمای هوای مطلق خشک خارجی به دمای هوای داخلی است مشخص می‌کند. اگر هوای داخل باید مرتبا مرطوب شود (به خاطر جبران رطوبت موجود در هوای مرطوبی که با هوای خارج عوض می‌شود) در این صورت قسمت دوم جهت تعیین qe عبارت از مقدار حرارت لازم برای تبخیر مقدار کافی آب جوش به بخار هواست. اولین بخش این محاسبه شامل فرمول:
Qs = حرارت مورد نیاز برای بالا بردن دما از T0بهT1 بر حسب BTU/hr
V = حجم هوای ورودی به ساختمان Ft3/hr
P0 = چگالی هوا در درجه حرارت T0 Lb/Ft3
Ti = درجه حرارت داخل F
T0 = درجه حرارت هوای خارج F
0/24 = دمای ویژه هوای خشک BTU/Lbf
درج مقدار نمونه برای چگالی هوای خشک در دمای T۰=35F است.
QS=0/019V (Ti – T0)
بخش دوم برای بار حرارتی این گونه محاسبه می‌شود.
Qe=VPi (Wi – W0)
جلوگیری از نفوذ هوا
یکی از راههای اتلاف حرارت که چه در ساختمان‌های قدیمی و چه در جدید مورد بحث است نفوذ هوای بیرون به داخل است که این عمل وقتی انجام می‌شود که هوای گرم بالا می‌رود و هوای سرد از راه درزها به ساختمان نفوذ می‌کند و مصرف سوخت در ساختمان را تا ۲۵ بالا می‌برد که وجود نورگیرها سقف‌های بلند و بازبودن دود کش شومینه‌ها و سرعت باد می‌تواند آن را تشدید کند.
برخی ازراه‌های جلوگیری از نفوذ هوا عبارتنداز
درزگیری درها و پنجره‌ها
نصب فنر بر روی درها
پرکردن منافذ و شکاف‌ها
مسدود کردن نورگیرهای سقفی
نصب هواکش با دریچه خودکار
نصب دریچه یا درپوش بر دودکش
بستن کانال‌های پشت بام
کاشت گیاهان همیشه سبز و بلند در اطراف بنا بدون ایجاد سایه بر روی ساختمان
میزان حدودی دفعات تعویض هوا
میزان نفوذ هوا در فصل‌های سرد و گرم سال برای یک ساختمان به خاطر وجود فشار مثبت هوا در داخل یا خارج ساختمان و جریان باد متفاوت است و در ساختمان‌هایی که خوب درزگیری نشده‌اند، نفوذ هوا تا ۴۰٪ کل بار حرارتی ساختمان را تشکیل می‌دهد.
دفعات تعویض هوا در ساعت در زمستان با توجه به میزان درزبندی
دفعات تعویض هوا در ساعت در تابستان با توجه به میزان درزبندی
نوع ساختمان
دما
نوع ساختمان
دما
۴+
۱-
۷-
۱۲-
۱۸-
۲۳-
۲۹-
۳۴-
۴۰-
۳۲+
۳۵+
۳۸+
۴۱+
۴۳+
دفعات تعویض هوا در ساعت (ACHs)
دفعات تعویض هوا در ساعت (ACHs)
کیپ
۰،۴۳
۰،۴۵
۰،۴۷
۰،۴۹
۰،۵۱
۰،۶۳
۰،۵۵
۰،۵۷
۰،۵۹
کیپ
۰،۳۴
۰،۳۵
۰،۳۶
۰،۳۷
۰،۳۸
متوسط
۰،۷۳
۰،۷۷
۰،۸۱
۰،۸۵
۰،۸۹
۰،۹۳
۰،۹۷
۱
۱،۰۵
متوسط
۰،۴۸
۰،۵
۰،۵۲
۰،۵۴
۰،۵۶
درزدار
۱،۱۵
۱،۲
۱،۲۳
۱،۲۷
۱،۳
۱،۳۵
۱،۴
۱،۴۳
۱،۴۷
درزدار
۰،۷
۰،۷۲
۰،۷۴
۰،۷۶
۰،۷۸
که به صورت متوسط نتیجه زیر حاصل می‌گردد.
دفعات تعویض هوا در ساعت (ACHs)
نوع ساختمان
دمای ۱۰ درجهدر زمستان
دمای ۱۹ درجهدر تابستان
کیپ
۰،۴۱
۰،۳۳
متوسط
۰،۶۹
۰،۴۶
درزدار
۱،۱۱
۰،۶۸
جدول پیشنهاد تقریبی نفوذ هوا بر پایه فضا
فضای مورد نظر
دفعات تعویض هوادر ساعت (ACHs)
اتاق بدون پنجره یا در رو به فضای خارج
۰٫۵
اتاق با یک پنجره یا یک در رو به فضای خارج
۱
اتاق با دو پنجره یا دو در رو به فضای خارج
۱٫۵
اتاق با سه پنجره یا سه در رو به فضای خارج
۲
راهرو و ورودی ساختمان
۲
روش اندازه‌گیری و محاسبه
روش اندازه‌گیری میزان نفوذ هوا توسط دو روش زیر انجام می‌گیرد:
درب دمنده
ردیاب گاز
که هر یک از این روش‌ها مزایایی دارند.
برای محاسبه از چند روش می‌توان استفاده کرد.
V = v * n
که در این معادله
V حجم هوای نفوذ یافته CFM
v حجم فضای مورد نظر
n دفعات تعویض هوا
می‌باشد.
استاندارد تعویض هوا
تعویض هوا بر اساس استاندارد به شرح زیر می‌باشد که بخشی از آن را نفوذ ناخواسته هوا انجام می‌دهد که باید از آن به علت تفاوت شدید دما اجتناب کرد و به صورت مکانیکی این تعویض را انجام داد و جلوی نفوذ ناخواسته هوا را گرفت.
استاندارد مورد نیاز دفعات تعویض هوای فضا در ساعت (ACHs)
دفعات تعویضپیشنهادی
فضا
دفعات تعویضپیشنهادی
فضا
۲
کتابخانه
۱-۲
اتاق خواب
۴
آزمایشگاه
۲-۴
آشپزخانه
۱-۲
مسجد
۱٫۵-۲
هال و راهرو
۲٫۵-۳
بخش‌های بیمارستان
۲-۳
کلاس
۴
اتاق عمل
۲٫۵-۳
سالن اجتماعات
۴-۵
گاراژ عمومی
۲
سالن ورزشی
۱٫۵-۳
زیرگذر
۲
رستوران
۱-۱٫۲
بانک
۱٫۵-۲
اتاق اداری
تهویه مطبوع