Воздушным режимом здания называют совокупность факторов и явлений, определяющих общий процесс обмена воздуха между всеми его помещениями и наружным воздухом, включающий перемещение воздуха внутри помещений, движение воздуха через ограждения, проемы, каналы и воздуховоды и обтекание здания потоком воздуха. Традиционно при рассмотрении отдельных вопросов воздушного режима здания их объединяют в три задачи: внутреннюю, краевую и внешнюю.

Общая физико-математическая постановка задачи о воздушном режиме здания возможна лишь в самом обобщенном виде. Отдельные процессы весьма сложны. Описание их базируется на классических уравнениях переноса массы, энергии, импульса в турбулентном потоке.

С позиций специальности «Теплоснабжение и вентиляция» наиболее актуальны следующие явления: инфильтрация и эксфильтрация воздуха через наружные ограждения и проемы (неорганизованный естественный воздухообмен, увеличивающий теплопотери помещения и снижающий теплозащитные свойства наружных ограждений); аэрация (организованный естественный воздухообмен для вентиляции теплонапряженных помещений); перетекание воздуха между смежными помещениями (неорганизованное и организованное).

Естественными силами, вызывающими движение воздуха в здании, являются гравитационное и ветровое давления. Температура и плотность воздуха внутри и снаружи здания обычно неодинаковы, в результате чего гравитационное давление по сторонам ограждений оказывается разным. За счет действия ветра на наветренной стороне здания создается подпор, а на поверхностях ограждений возникает избыточное статическое давление. На заветренной стороне образуется разрежение и статическое давление оказывается пониженным. Таким образом, при ветре давление с внешней стороны здания отличается от давления внутри помещений.

Гравитационное и ветровое давления обычно действуют совместно. Воздухообмен под влиянием этих естественных сил трудно рассчитывать и прогнозировать. Его можно уменьшить, уплотняя ограждения, а также частично регулировать с помощью дросселирования каналов вентиляции, открыванием окон, фрамуr и вентиляционных фонарей.

Воздушный режим связан с тепловым режимом здания. Инфильтрация наружного воздуха приводит к дополнительным затратам тепла на его подогрев. Эксфильтрация влажного внутреннего воздуха увлажняет и снижает теплозащитные свойства ограждений.

Положение и размеры зоны инфильтрации и эксфильтрации в здании зависят от геометрии, конструктивных особенностей, режима вентилирования здания, а также от района строительства, времени года и параметров климата.

Между фильтрующимся воздухом и ограждением происходит теплообмен, интенсивность которого зависит от места фильтрации в конструкции ограждения (массив, стык панелей, окна, воздушные прослойки и т. д.). Таким образом, возникает необходимость в расчетах воздушного режима здания: определении интенсивности инфильтрации и эксфильтрации воздуха и решении задачи теплопередачи отдельных частей ограждения при наличии воздухопроницания.

Процессы перемещения воздуха внутри помещений, движения его через ограждения и отверстия в ограждениях, по каналам и воздуховодам, обтекания здания потоком воздуха и взаимодействия здания с окружающей воздушной средой объединяются общим понятием воздушный режим здания. В отоплении рассматривается тепловой режим здания. Эти два режима, а также влажностный режим тесно связаны между собой. Аналогично тепловому режиму при рассмотрении воздушного режима здания различают три задачи: внутреннюю, краевую и внешнюю.

К внутренней задаче воздушного режима относятся следующие вопросы:

а) расчет требуемого воздухообмена в помещении (определение количества поступающих в помещения вредных выделений, выбор производительности систем местной и общеобменной вентиляции);

б) определение параметров внутреннего воздуха (температуры, влажности, скорости движения и содержания вредных веществ) и распределения их по объему помещений при различных вариантах подачи и удаления воздуха. Выбор оптимальных вариантов подачи и удаления воздуха;

в) определение параметров воздуха (температуры и скорости движения) в струйных течениях, создаваемых приточной вентиляцией;

г) расчет количества вредных выделений, выбивающихся из-под укрытий местных отсосов (диффузия вредных выделений в потоке воздуха и в помещениях);

д) создание нормальных условий на рабочих местах (душирование) или в отдельных частях помещений (оазисы) путем подбора параметров подаваемого приточного воздуха.

Краевая задача воздушного режима объединяет следующие вопросы:

а) определение количества воздуха, проходящего через наружные (инфильтрация и эксфильтрация) и внутренние (перетекание) ограждения. Инфильтрация приводит к увеличению теплопотерь помещений. Наибольшая инфильтрация наблюдается в нижних этажах многоэтажных зданий и в высоких производственных помещениях. Неорганизованное перетекание воздуха между помещениями приводит к загрязнению чистых помещений и распространению по зданию неприятных запахов;

б) расчет площадей отверстий для аэрации;

в) расчет размеров каналов, воздуховодов, шахт и других элементов систем вентиляции;

г) выбор способа обработки воздуха - придание ему определенных «кондиций»: для притока - это нагрев (охлаждение), увлажнение (осушка), очистка от пыли, озонирование; для вытяжки - это очистка от пыли и вредных газов;

д) разработка мероприятий по защите помещений от врывания холодного наружного воздуха через открытые проемы (наружные двери, ворота, технологические отверстия). Для защиты обычно применяют воздушные и воздушно-тепловые завесы.

Внешняя задача воздушного режима включает следующие вопросы:

а) определение давления, создаваемого ветром, на здание и отдельные его элементы (например, дефлектор, фонарь, фасады и т. д.);

б) расчет максимально возможного количества выбросов, не приводящего к загрязнению территории промышленных предприятий; определение проветриваемости пространства вблизи здания и между отдельными зданиями на промышленной площадке;

в) выбор мест расположения воздухозаборов и вытяжных шахт вентиляционных систем;

г) расчет и прогнозирование загрязнения атмосферы вредными выбросами; проверка достаточности степени очистки выбрасываемого загрязненного воздуха.

Главная особенность воздушного режима здания - объединение всех помещений и систем здания в единую технологич. систему...

Правовой режим воздушного пространства определяется в той или иной степени правовым режимом территории, над которой оно расположено.

Правовой режим воздушного пространства РФ регламентируется большим числом внутригосударственных актов...

Тепловой режим здания. Тепловым режимом здания называется...
...система управления тепловым и воздушным режимами ...

Правовой режим воздушного пространства государства определяется национальным законодательством.

Логическую основу АСУ составляет математическую модель теплового и воздушного режимов здания, реализуемая на мини-ЭВМ.

Возможности управления тепловыми и воздушными режимами здания с помощью изменяемых конструктивных характеристик здания ограничены, поэтому осн...

§ 4. Режим полетов в международном воздушном пространстве. Открытое воздушное пространство - это пространство над открытым морем и иными территориями с особым...

Правовой режим воздушного ...
Воздушный кодекс РФ закрепляет принцип ответственности перевозчика перед пассажиром воздушного судна и грузовладельцем.

Воздушные завесы периодического действия рассчитывают так, чтобы ее работа не влияла на тепловой и воздушный режимы помещения, т.е. чтобы воздух, забираемый В.з. из...

Существуют основные параметры воздушной среды, определяющие возможность существования человека на открытой местности и в жилище. В частности, это концентрация различных примесей в воздухе помещения, зависящая от воздушного, теплового и газового режимов здания. Вредные примеси в приземном слое атмосферы могут быть в виде аэрозолей, пылевидных частиц, различных газообразных веществ на молекулярном уровне.

При распространении в воздухе под действием коагуляции или различных химических реакций вредные примеси могут изменяться количественно и по химическому составу. Газовый режим здания состоит из трех взаимосвязанных частей. Внешняя часть — процессы распределения вредных примесей в приземном слое атмосферы c потоками воздуха, омывающими здание и перемещающие вредные вещества.

Краевая часть — процесс проникновения вредных примесей в здание через щели в наружных ограждающих конструкциях, открытые окна, двери, другие проемы и через системы приточной механической вентиляции, а также перемещение примесей по зданию. Внутренняя часть — процесс распределения вредных примесей в помещениях здания (газовые режимы помещений).

Для этого применяется многозонная модель вентилируемого помещения, на основании которой помещение рассматривается как совокупность элементарных объемов, взаимосвязь и взаимодействие между которыми происходит через границы элементарных объемов . В рамках газового режима здания изучается конвективный и диффузионный перенос вредных примесей. Количество аэроионов в воздухе характеризуется их концентрацией в кубометре воздуха, а аэроионный режим является частью газового режима здания.

Аэроионы — это мельчайшие комплексы атомов или молекул, несущие положительный или отрицательный заряд. В зависимости от размеров и подвижности, различают три группы аэроионов: легкие, средние и тяжелые. Причины ионизации воздуха различны: присутствие радиоактивных веществ в коре Земли, наличие радиоактивных элементов в строительных и облицовочных материалах, естественная радиоактивность как воздуха и почвы (радон и торон), так и горных пород (изотопы К40, U238, Th232).

Главный ионизатор воздуха — это космическое излучение, а также распыление воды, атмосферное электричество, трение частиц песка, снега и пр. Ионизация воздуха происходит следующим образом: под действием внешнего фактора молекуле или атому газа сообщается энергия, необходимая для удаления одного электрона из ядра. Нейтральный атом становится положительно заряженным, а образовавшийся свободный электрон присоединяется к одному из нейтральных атомов, передавая ему отрицательный заряд, образуя отрицательный аэроион.

К таким положительно и отрицательно заряженным аэроионам в доли секунды присоединяется определенное число молекул и газов, входящих в состав воздуха. В результате образуются комплексы молекул, называемые легкими аэроионами. Легкие аэроионы, сталкиваясь в атмосфере с другими аэроионами и ядрами конденсации, образуют аэроионы крупных размеров — средние аэроионы, тяжелые аэроионы, ультратяжелые аэроионы.

Подвижность аэроионов зависит от газового состава воздуха, температуры и атмосферного давления. Размеры и подвижность положительных и отрицательных аэроионов зависят от относительной влажности воздуха — при увеличении влажности подвижность аэроионов уменьшается. Заряд аэроиона является основной его характеристикой. Если легкий аэроион теряет свой заряд, то он исчезает, а при потере заряда тяжелым или средним аэроионом распада такого аэроиона не происходит, и в дальнейшем он может приобретать заряд любого знака.

Концентрация аэроионов измеряется в количестве элементарных зарядов в кубометре воздуха: е = +1,6 × 10-19 Кл/м3 (е/м3). Под воздействием ионизации в воздушной среде происходят физико-химические процессы возбуждения главных составляющих воздуха — кислорода и азота. Наиболее устойчивые отрицательные аэроионы могут образовывать следующие элементы химических веществ и их соединений: атомы углерода, молекулы кислорода, озона, углекислого газа, диоксида азота, диоксида серы, молекулы воды, хлора и другие.

Химический состав легких аэроионов зависит от химического состава воздушной среды. Это как влияет на газовый режим здания и помещения, так и приводит к увеличению в воздухе концентрации стабильных молекулярных аэроионов. На вредные примеси установлены нормы предельно допустимой концентрации (ПДК), как на нейтральные незаряженные молекулы. Вредное воздействие заряженных молекул примесей на организм человека увеличивается. «Вклад» каждого вида молекулярных ионов в дискомфорт или в комфорт окружающей человека воздушной среды различен.

Чем чище воздух, тем дольше время жизни легких аэроионов, и наоборот — при загрязненности воздуха время жизни легких аэроионов мало. Положительные аэроионы менее подвижны и дольше живут в сравнении с отрицательными аэроионами. Другим фактором, характеризующим аэроионный режим помещения здания, является коэффициент униполярности, показывающий количественное преобладание отрицательных аэроионов над положительными для какой-либо группы аэроионов.

Для приземного слоя атмосферы коэффициент униполярности равен 1,1-1,2, показывающий превышение количества отрицательных аэроионов над количеством положительных. Коэффициент униполярности зависит от следующих факторов: времени года, рельефа местности, географического положения и электродного эффекта от воздействия отрицательного заряда поверхности Земли, при котором положительное направление электрического поля вблизи поверхности Земли создает преимущественно положительные аэроионы.

В случае противоположного направления электрического поля преимущественно образуются отрицательные аэроионы. Для гигиенической оценки аэроионного режима помещения принят показатель загрязненности воздуха, который определяется отношением суммы тяжелых аэроионов положительной и отрицательной полярности к сумме положительных и отрицательных легких аэроионов. Чем меньше величина показателя загрязненности воздуха, тем более благоприятен аэроионный режим.

Концентрация легких аэроионов обеих полярностей значительно зависит от степени урбанизации местности и от экологического состояния окружающей человека среды обитания. Легкие аэроионы оказывают лечебное и профилактическое действие на организм человека в концентрации: 5 × 108-1,5 × 109 е/м3. В сельских районах концентрация легких аэроионов находится в пределах полезной для человека нормы.

На курортах и в горной местности концентрация легких аэроионов несколько выше нормы, но полезное действие остается, а в крупных городах на улицах с интенсивным движением транспорта концентрация легких аэроионов ниже нормы и может приближаться к нулю. Это однозначно свидетельствует о загрязненности атмосферного воздуха. Отрицательные аэроионы более чувствительны к примесям в сравнении с положительными аэроионами.

Большое влияние на аэроионный режим оказывает растительность. Летучие выделения растений, называемые фитонцидами, позволяют качественно и количественно улучшить аэроионный режим окружающей среды. В сосновом лесу растет концентрация легких аэроионов и уменьшается концентрация тяжелых аэроионов. Среди растений, способных благоприятно повлиять на аэроионный режим, можно выделить следующие: подснежник, сирень, белая акация, герань, олеандр, ель сибирская, пихта.

Фитонциды влияют на аэроионный режим процессами перезарядки аэроионов, за счет чего возможна трансформация средних и тяжелых аэроионов в легкие. Ионизованность воздуха имеет значение для здоровья и самочувствия человека. Пребывание людей в вентилируемом помещении с высокой влажностью и запыленностью воздуха при недостаточном воздухообмене значительно уменьшает число легких аэроионов. При этом растет концентрация тяжелых аэроионов, а заряженная ионами пыль задерживается в дыхательных путях человека на 40 % больше.

Люди часто жалуются на недостаток свежего воздуха, быстрое утомление, головные боли, пониженное внимание и раздражительность. Это связано с тем, что параметры теплового комфорта хорошо изучены, а параметры воздушного комфорта изучены недостаточно. Воздух, проходящий обработку в кондиционере, в приточной камере, в системе воздушного отопления, практически полностью теряет аэроионы, и аэроионный режим в помещении ухудшается в десятки раз.

Легкие аэроионы оказывают лечебное и профилактическое действие на организм человека в концентрации 5 × 108- 1,5 × 109 е/м3. При искусственной ионизации воздуха образующиеся легкие аэроионы обладают такими же полезными свойствами, что и аэроионы, образовавшиеся естественным образом . В соответствии с нормами повышенная и пониженная концентрации легких аэроионов в воздухе отнесены к группе физически вредных факторов.

Существует несколько типов аппаратов для искусственной ионизации воздуха в помещениях, среди которых можно выделить ионизаторы следующего типа: коронарные, радиоизотопные, термоэлектронные, гидродинамические и фотоэлектрические. Ионизаторы могут быть местные и общие, стационарные и переносные, регулируемые и нерегулируемые, генерирующие униполярные и биполярные легкие аэроионы.

Выгодно совмещать аэроионизаторы с системами приточной вентиляции и кондиционирования воздуха, при этом необходимо, чтобы аэроионизаторы были расположены как можно ближе к обслуживаемой зоне помещения, чтобы снизить потери аэроионов при их транспортировке. Подогрев воздуха ведет к увеличению числа легких аэроионов, но взаимодействие аэроионов с металлическими частями калориферов и воздухоподогревателей уменьшает их концентрацию, охлаждение воздуха ведет к заметному уменьшению концентрации легких аэроионов, осушение и увлажнение приводит к уничтожению всех легких подвижных аэроионов и образованию тяжелых аэроионов за счет распыления воды.

Применение пластмассовых деталей систем вентиляции и кондиционирования воздуха позволяет снизить адсорбцию легких аэроионов и увеличить их концентрацию в помещении. Отопление благоприятно действует на увеличение концентрации легких аэроионов в сравнении с концентрацией легких аэроионов в наружном воздухе. Рост легких аэроионов при работе системы отопления зимой компенсируется убылью этих аэроионов в результате жизнедеятельности человека.

После камеры орошения снижение легких отрицательных аэроионов на основе молекулы озона, кислорода и оксида азота происходит в десятки раз, а вместо этих аэроионов появляются аэроионы паров воды. В подземных помещениях с ограниченной вентиляцией снижение количества легких отрицательных аэроионов на основе молекулы озона и кислорода происходит в сотни раз, а на основе молекулы оксида азота — до 20 раз.

От систем кондиционирования воздуха концентрация тяжелых аэроионов возрастает незначительно, а в присутствии людей концентрация тяжелых аэроионов возрастает в разы. Баланс образования и уничтожения легких аэроионов можно характеризовать следующими существенными обстоятельствами: поступление легких аэроионов с притоком наружного воздуха в обслуживаемые помещения (при наличии легких аэроионов снаружи), изменение концентрации легких аэроионов при прохождении воздуха в обслуживаемые помещения (механическая вентиляция и кондиционирование воздуха уменьшают концентрацию аэроионов), понижение концентрации легких аэроионов при большом количестве людей в помещении, высокой запыленности, сжигании газа и пр.

Рост концентрации легких аэроионов происходит при хорошей вентиляции, наличии фитонцидообразующих растений, искусственных ионизаторов воздуха, хорошей экологии жилища и успешных мерах по охране и улучшению состояния окружающей среды в населенных пунктах. Характер изменения концентрации легких положительных и отрицательных аэроионов в приземном слое атмосферы в годовом режиме совпадает с колебанием температуры наружного воздуха, видимости в атмосфере, продолжительности инсоляции территории в годовом режиме.

С ноября по март происходит рост концентрации тяжелых аэроионов и уменьшение концентрации легких аэроионов, весной и летом сокращается количество всех групп тяжелых аэроионов и растет количество легких аэроионов. В суточном режиме концентрация легких аэроионов максимальна в вечерние и ночные часы, когда воздух чист — с восьми вечера до четырех часов утра, концентрация легких аэроионов минимальна с шести утра до трех часов дня.

Перед грозой растет концентрация положительных аэроионов, во время грозы и после грозы происходит рост числа отрицательных аэроионов. Вблизи водопадов, у моря во время прибоя, у фонтанов и в других случаях распыления и разбрызгивания воды увеличивается число легких и тяжелых положительных и отрицательных аэроионов. Табачный дым ухудшает аэроионный режим помещения, сокращая количество легких аэроионов.

В помещении площадью около 40 м2 при слабой вентиляции в зависимости от количества выкуренных сигарет происходит уменьшение концентрации легких аэроионов. Дыхательные пути и кожа человека являются зонами, которые воспринимают аэроионы. Большая или меньшая часть легких и тяжелых аэроионов воздуха при прохождении по дыхательным путям отдают свои заряды стенкам воздухопропускающего тракта.

Повышенный уровень легких аэроионов приводит к сокращению заболеваемости и смертности, ионизированный воздух повышает сопротивляемость организма к заболеваниям. При наличии чистого ионизированного легкими аэроионами воздуха повышается работоспособность, ускоряется ход восстановления работоспособности после длительных нагрузок, повышается устойчивость организма к токсичным воздействиям окружающей среды.

На сегодняшний день известно, что ионизация воздуха до величины 2 × 109-3 × 109 е/м3 оказывает благоприятное, нормализующее влияние на организм человека. Более высокие концентрации — более 50 × 109 е/см3 ионизации — неблагоприятны, желательный уровень — 5 × 108-3 × 109 е/м3. Эффективность аэроионного режима напрямую связана с выполнением норм по воздухообмену. Ионизированный воздух должен быть обеспыленным и очищенным от химических загрязнений различного происхождения.

Основные параметры физико-климатических факторов

Климат - совокупность погодных условий, повторяющихся из года в год. На климат влияют: высота, географическое положение, близость больших водоемов, течение, преобладающие ветра. Воздух (температура, влажность, ветер), температура и влажность грунта, осадки, солнечная радиация.

Факторы, определяющие микроклимат помещения

Тепловая обстановка в помещении определяется совместным действием ряда факторов: температуры, подвижности и влажности воздуха помещения, наличием струйных течений, распределением параметров состояния воздуха в плане и по высоте помещения (всё вышеперечисленное характеризует воздушный режим помещения), а также радиационным излучением окружающих поверхностей, зависящим от их температуры, геометрии и радиационных свойств (характеризующим радиационный режим помещения). Комфортное сочетание этих показателей соответствует условиям, при которых отсутствует напряжение в процессе терморегуляции человека.

Воздушный и радиационный режим помещения

Процессы перемещения воздуха внутри помещений, движения его через ограждения и отверстия в ограждениях, по каналам и воздуховодам, обтекания здания потоком воздуха и взаимодействия здания с окружающей воздушной средой объединяются общим понятием воздушный режим здания. В отоплении рассматривается тепловой режим здания. Эти два режима, а также влажностный режим тесно связаны между собой. Аналогично тепловому режиму при рассмотрении воздушного режима здания различают три задачи: внутреннюю, краевую и внешнюю.

К внутренней задаче воздушного режима относятся следующие вопросы:

а) расчет требуемого воздухообмена в помещении (определение количества поступающих в помещения вредных выделений, выбор производительности систем местной и общеобменной вентиляции);

б) определение параметров внутреннего воздуха (температуры, влажности, скорости движения и содержания вредных веществ) и распределения их по объему помещений при различных вариантах подачи и удаления воздуха. Выбор оптимальных вариантов подачи и удаления воздуха;

в) определение параметров воздуха (температуры и скорости движения) в струйных течениях, создаваемых приточной вентиляцией;

г) расчет количества вредных выделений, выбивающихся из-под укрытий местных отсосов (диффузия вредных выделений в потоке воздуха и в помещениях);

д) создание нормальных условий на рабочих местах (душирование) или в отдельных частях помещений (оазисы) путем подбора параметров подаваемого приточного воздуха.

Радиационный режим. Лучистый теплообмен.

Важной составляющей сложного физического процесса, обуславливающего тепловой режим помещения, является теплообмен на его поверхностях.

Лучистый теплообмен в помещении имеет особенность: он происходит в замкнутом объеме в условиях ограниченных температур, определенных радиационных свойств поверхностей и геометрии их расположения. Тепловое излучение поверхностей в помещении можно рассматривать как монохроматическое, диффузное, подчиняющееся законам Стефана-Больцмана, Ламберта и Кирхгофа, инфракрасное излучение серых тел.

Как один из видов поверхностей в помещении своеобразные радиационные свойства имеет оконное стекло. Оно частично проницаемо для излучения. Оконное стекло, хорошо пропускающее коротковолновое излучение, практически непрозрачно для излучения с длиной волн более 3-5 мкм, которое характерно для теплообмена в помещении.

Воздух помещения при расчете лучистого теплообмена между поверхностями обычно считают лучепрозрачной средой. Он состоит в основном из двухатомных газов (азота и кислорода), которые практически прозрачны для тепловых лучей и сами не излучают тепловой энергии. Незначительное содержание многоатомных газов (водяного пара и углекислого газа) при малой толщине слоя воздуха в помещении практически не изменяет этого свойства.

Описание:

Тенденции современного строительства жилых зданий, такие как повышение этажности, уплотнение окон, увеличение площади квартир, ставят перед проектировщиками: архитекторами и специалистами в области отопления и вентиляции трудные задачи по обеспечению требуемого микроклимата в помещениях. Воздушный режим современных зданий, определяющий процесс обмена воздухом помещений друг с другом, помещений с наружным воздухом, формируется под воздействием многих факторов.

Воздушный режим жилых зданий

Учет влияния воздушного режима на работу системы вентиляции жилых зданий

Технологическая схема мини-станции для подготовки питьевой воды малой производительности

На каждом этаже секции находятся две двухкомнатные квартиры и по одной однокомнатной и трехкомнатной. Однокомнатная и одна двухкомнатная квартиры имеют одностороннюю ориентацию. Окна второй двухкомнатной и трехкомнатной квартир выходят на две противоположные стороны. Общая площадь однокомнатной квартиры 37,8 м 2 , односторонней двухкомнатной – 51 м 2 , двухсторонней двухкомнатной – 60 м 2 , трехкомнатной – 75,8 м 2 . Здание оснащено плотными окнами с сопротивлением воздухопроницанию 1 м 2 ч/кг при разности давлений D P о = 10 Па. Для обеспечения притока воздуха в стенах комнат и на кухне однокомнатной квартиры установлены приточные клапаны фирмы «АЭРЭКО». На рис. 3 показаны аэродинамические характеристики клапана при полностью открытом положении и в прикрытом на 1/3 состоянии.

Входные двери в квартиры также приняты довольно плотными: с сопротивлением воздухопроницанию 0,7 м 2 ч/кг при разности давлений D P о = 10 Па.

Жилой дом обслуживается системами естественной вентиляции с двухсторонним присоединением спутников к стволу и нерегулируемыми вытяжными решетками. Во всех квартирах (вне зависимости от их величины) установлены одинаковые системы вентиляции, т. к. в рассматриваемом здании даже в трехкомнатных квартирах воздухообмен определяется не нормой притока (3 м 3 /ч на м 2 жилой площади), а нормой вытяжки из кухни, ванной комнаты и туалета (в сумме 110 м 3 /ч).

Расчеты воздушного режима здания были выполнены с учетом следующих параметров:

Температура наружного воздуха 5 °C – расчетная температура для системы вентиляции;

3,1 °C – средняя температура отопительного периода в Москве;

10,2 °C – средняя температура самого холодного месяца в Москве;

28 °C – расчетная температура для системы отопления при ветре со скоростью 0 м/с;

3,8 м/с – средняя скорость ветра за отопительный период;

4,9 м/с – расчетная скорость ветра для выбора плотности окон различных направлений.

Давление наружного воздуха

Давление в наружном воздухе складывается из гравитационного (первое слагаемое формулы (1)) и ветрового (второе слагаемое).

Ветровое давление больше на высокие здания, что в расчете учитывается коэффициентом k дин, который зависит от открытости местности (открытое пространство, низкая или высока застройка) и высоты самого здания. Для домов до 12 этажей принято считать k дин постоянным по высоте, а для более высоких сооружений увеличением значения k дин по высоте здания учитывают повышение скорости ветра по мере удаления от земли.

На значение ветрового давления наветренного фасада оказывают влияние аэродинамические коэффициенты не только наветренного, но и подветренного фасадов. Такое положение объясняется тем, что за условный ноль давления, Р усл, принято абсолютное давление у подветренной стороны здания на уровне наиболее удаленного от поверхности земли воздухопроницаемого элемента, через который возможно движение воздуха (устье вытяжной шахты на подветренном фасаде):

Р усл = Р атм - r н g Н + r н v 2 с з k дин /2, (2)

где с з – аэродинамический коэффициент, соответствующий подветренной стороне здания;

Н – высота над землей верхнего элемента, через который возможно движение воздуха, м.

Полное избыточное давление, формирующееся в наружном воздухе в точке на высоте h здания, определяется разностью полного давления в наружном воздухе в этой точке и полного условного давления Р усл:

Р н = (Р атм - r н g h + r н v 2 с з k дин /2) - (Р атм - r н g Н +

R н v 2 с з k дин /2) = r н g (Н - h ) + r н v 2 (с - с з) k дин /2, (3)

где с – аэродинамический коэффициент на расчетном фасаде, принимаемый по .

Гравитационная часть давления увеличивается с возрастанием разности температур внутреннего и наружного воздуха, от которых зависят плотности воздуха. Для жилых зданий при практически постоянной температуре внутреннего воздуха в течение всего отопительного периода гравитационное давление растет с понижением температуры наружного воздуха. Зависимость гравитационного давления в наружном воздухе от плотности внутреннего воздуха объясняется традицией относить внутреннее гравитационное избыточное (над атмосферным) давление к наружному давлению со знаком минус. Этим как бы выносится за пределы здания переменная гравитационная составляющая полного давления во внутреннем воздухе, и поэтому полное давление в каждом помещении становится постоянным на любой высоте этого помещения. В связи с этим Р int в названо условно постоянным давлением воздуха в здании. Тогда полное давление в наружном воздухе становится равным

Р ext = (H - h ) (r ext - r int) g + r ext v 2 (c - c з) k дин / 2. (4)

На рис. 4 показано изменение давления по высоте здания на разных фасадах при различных погодных условиях. Для простоты изложения будем называть один фасад дома северным (верхний по плану), а другой южным (нижний на плане).

Внутреннее давление воздуха

Различные давления наружного воздуха по высоте здания и на разных фасадах вызовут движение воздуха, и в каждом помещении с номером i сформируются свои полные избыточные давления Р в,i . После того как переменная часть этих давлений – гравитационная – отнесена к наружному давлению, моделью любого помещения может служить точка, характеризуемая полным избыточным давлением Р в,i , в которую поступает и из которой уходит воздух.

Для краткости в дальнейшем полное избыточное наружное и внутреннее давление будем называть соответственно наружным и внутренним давлениями.

При полной постановке задачи о воздушном режиме здания основу математической модели составляют уравнения материального баланса воздуха для всех помещений, а также узлов в системах вентиляции и уравнения сохранения энергии (уравнение Бернулли) для каждого воздухопроницаемого элемента. Балансы воздуха учитывают расходы воздуха через каждый воздухопроницаемый элемент в помещении или узле системы вентиляции. Уравнение Бернулли приравнивает разность давлений по разные стороны воздухопроницаемого элемента D P i,j к аэродинамическим потерям, возникающим при прохождении потока воздуха через воздухопроницаемый элемент Z i,j .

Следовательно, модель воздушного режима многоэтажного здания может быть представлена как совокупность связанных друг с другом точек, характеризуемых внутренним Р в,i и наружным Р н,j давлениями, между которыми происходит движение воздуха.

Потери полного давления Z i,j при движении воздуха обычно выражают через характеристику сопротивления воздухопроницаемости S i,j элемента между точками i и j. Все воздухопроницаемые элементы оболочки здания – окна, двери, открытые проемы – можно условно отнести к элементам с постоянными гидравлическими параметрами. Значения S i,j для этой группы сопротивлений не зависят от расходов G i,j . Отличительной чертой тракта системы вентиляции является переменность характеристик сопротивления фасонных частей, зависящих от искомых расходов воздуха по отдельным частям системы. Поэтому характеристики сопротивления элементов вентиляционного тракта приходится определять в итерационном процессе, в котором необходимо увязать располагаемые давления в сети с аэродинамическим сопротивлением тракта при определенных расходах воздуха.

При этом плотности воздуха, перемещаемого по вентиляционной сети, в ответвлениях принимаются по температурам внутреннего воздуха в соответствующих помещениях, а по магистральным участкам ствола – по температуре смеси воздуха в узле.

Таким образом, решение задачи воздушного режима здания сводится к решению системы уравнений воздушных балансов, где в каждом случае сумма берется по всем воздухопроницаемым элементам помещения. Число уравнений равно числу помещений в здании и количеству узлов в системах вентиляции. Неизвестными в этой системе уравнений являются давления в каждом помещении и каждом узле систем вентиляции Р в,i . Так как разности давлений и расходы воздуха через воздухопроницаемые элементы связаны между собой, решение находится с помощью итерационного процесса, в котором расходы сначала задаются, а по мере уточнения давлений корректируются. Решение системы уравнений дает искомое распределение давлений и потоков по зданию в целом и в силу своей большой размерности и нелинейности возможно только численными методами с применением ЭВМ.

Воздухопроницаемые элементы здания (окна, двери) связывают все помещения здания и наружный воздух в единую систему. Расположение этих элементов и их характеристики сопротивления воздухопроницанию существенно влияют на качественную и количественную картину распределения потоков в здании. Таким образом, при решении системы уравнений для определения давлений в каждом помещении и узле вентиляционной сети учитывается влияние аэродинамических сопротивлений воздухопроницаемых элементов не только в оболочке здания, но и во внутренних ограждениях. По изложенному алгоритму на кафедре отопления и вентиляции МГСУ была разработана программа расчета воздушного режима здания , которая использована для расчетов режимов вентиляции в исследуемом жилом доме.

Как следует из расчетов, на внутреннее давление в помещениях влияние оказывают не только погодные условия, но и количество приточных клапанов, а также тяга вытяжной вентиляции. Так как в рассматриваемом доме во всех квартирах вентиляция одинаковая, в однокомнатной и двухкомнатных квартирах давление ниже, чем в трехкомнатной квартире. При открытых внутренних дверях в квартире давления в помещениях, ориентированных на разные стороны, практически не отличаются друг от друга.

На рис. 5 приведены значения изменения давлений помещений квартир.

Разности давлений на воздухопроницаемых элементах и потоки воздуха, проходящие через них

Потокораспределение в квартирах формируется под воздействием разностей давлений по разные стороны воздухопроницаемого элемента. На рис. 6, на плане последнего этажа, стрелками и цифрами показаны направления движения и расходы воздуха при различных погодных условиях.

При установке клапанов в жилых комнатах движение воздуха направлено из комнат к вентиляционным решеткам в кухнях, ванных комнатах и туалетах. Эта направленность движения сохраняется и в однокомнатной квартире, где клапан установлен в кухне.

Интересно, что направление движения воздуха не изменилось при понижении температуры от 5 до -28 °C и при появлении северного ветра со скоростью v = 4,9 м/с. Эксфильтрации не наблюдалось в течение всего отопительного сезона и при любом ветре, что свидетельствует о достаточности высоты шахты 4,5 м. Плотные входные двери в квартиры препятствуют горизонтальному перетеканию воздуха из квартир наветренного фасада в квартиры подветренного фасада. Наблюдается небольшое, до 2 кг/ч, вертикальное перетекание: из квартир нижних этажей через входные двери воздух выходит, а в квартиры верхних – входит. Так как расход воздуха через двери меньше, чем допускается по нормам (не более 1,5 кг/ч м 2), можно считать сопротивление воздухопроницанию 0,7 м 2 ч/кг для 17-этажного здания даже избыточным.

Работа системы вентиляции

Возможности системы вентиляции проверялись в расчетном режиме: при 5 °C в наружном воздухе, безветрии и открытых форточках. Расчеты показали, что начиная с 14 этажа вытяжные расходы недостаточны, поэтому сечение магистрального канала вентблока следует считать для данного здания заниженным. В случае замены форточек на клапаны расходы снижаются еще примерно на 15 %. Интересно отметить, что при 5 °C вне зависимости от скорости ветра через клапаны поступает от 88 до 92 % удаляемого системой вентиляции воздуха на первом этаже и от 84 до 91 % на последнем этаже. При температуре -28 °C приток через клапаны компенсирует вытяжку на 80–85 % на нижних этажах и на 81–86 % на верхних. Остальной воздух поступает в квартиры через окна (даже с сопротивлением воздухопроницанию 1 м 2 ч/кг при разности давлений D P о = 10 Па). При температуре наружного воздуха -3,1 °C и ниже расходы удаляемого вентиляционной системой воздуха и приточного через клапаны воздуха превышают проектный воздухообмен квартиры. Следовательно, необходимо регулирование расхода как на клапанах, так и на вентиляционных решетках.

В случаях полностью открытых клапанов при отрицательной температуре наружного воздуха вентиляционные расходы воздуха квартир первых этажей превышают расчетные в несколько раз. При этом вентиляционные расходы воздуха верхних этажей резко падают. Поэтому только при температуре наружного воздуха 5 °C расчеты выполнялись для полностью открытых клапанов во всем здании, а при более низких температурах клапаны нижних 12 этажей прикрывались на 1/3. Этим учитывалось то обстоятельство, что клапан имеет автоматическое управление по влажности помещения. В случае больших воздухообменов в квартире воздух будет сухим и клапан прикроется.

Расчеты показали, что при температуре наружного воздуха -10,2 °C и ниже во всем здании обеспечивается избыточная вытяжка через систему вентиляции. При температуре наружного воздуха -3,1 °C расчетные приток и вытяжка выдерживаются полностью только на нижних десяти этажах, а квартиры верхних этажей – при близкой к расчетной вытяжке – обеспечены притоком воздуха через клапаны на 65–90 % в зависимости от скорости ветра.

Выводы

1. В многоэтажных жилых домах с одним на квартиру стояком системы естественной вытяжной вентиляции, выполненным из бетонных блоков, как правило, сечения стволов занижены для пропуска вентиляционного воздуха при температуре наружного воздуха 5 °C.

2. Запроектированная система вентиляции при правильном монтаже стабильно работает на вытяжку в течение всего отопительного периода без «опрокидывания» системы вентиляции на всех этажах.

3. Приточные клапаны должны обязательно иметь возможность регулирования для снижения расхода воздуха в холодное время отопительного периода.

4. Для снижения расходов вытяжного воздуха желательна установка автоматически регулируемых решеток в системе естественной вентиляции.

5. Через плотные окна в многоэтажных зданиях существует инфильтрация, которая доходит в рассматриваемом здании до 20% от расхода вытяжки и которая должна быть учтена в теплопотерях здания.

6. Норма плотности входных дверей в квартиры для 17-этажных зданий выполняется при сопротивлении воздухопроницанию дверей 0,65 м 2 ч/кг при D Р = 10 Па.

Литература

1. СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха. М.: Стройиздат, 2000.

2. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Госстрой РФ. М.: ГУП ЦПП, 1993.

3. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника / Госстрой РФ. М.: ГУП ЦПП, 1998.

4. Бирюков С. В., Дианов С. Н. Программа расчета воздушного режима здания // Сб. статей МГСУ: Современные технологии теплогазоснабжения и вентиляции. М.: МГСУ, 2001.

5. Бирюков С. В. Расчет систем естественной вентиляции на ЭВМ // Сб. докладов 7-й научно-практической конференции 18–20 апреля 2002 г.: Актуальные проблемы строительной теплофизики / РААСН РНТОС НИИСФ. М., 2002.