Тепловой поток с инфильтрационным воздухом

Таблица 5.1

Сопротивление теплопередаче по данным испытаний стеклопакетов

Конструкция стеклопакета	Расстояние между стеклопакетами, мм	Сопротивление теплопередаче, 2 0 (м С)/Вт, для стеклопакетов
Воздухом	Аргоном
Однокамерный	4, 6, 9	0,32	0,34
Двухкамерный	4, 6, 9 12, 15, 18, 20	0,47 0,53	0,49 0,55

Таким образом тепловой поток за счет теплопередачи QТР, Вт, проходящий че­рез окно равен

, (5.4)

где:

-коэффициент теплопередачи окон в Вт/м2град;

-площадь окна, м2;

-температура наружной среды по формуле (4.3).

В инженерных методах расчета вместо температуры помещения в формулу (5.4) подставляют температуру воздуха, а вместо наружной температуры- температуру наружного воздуха.

Помимо трансмиссионного теплового потока через окна проходит так называе­мый тепловой поток, обусловленный инфильтрующимся наружным воздухом. По­следняя величинаравна в Вт

(5.5)

где помимо известных величин, А-коэффициент рекуперации, равный 0.9

для раздельных переплетов и тройного остекления, а в остальных случаях 1. Величина в формуле (5.5) -расход инфильтрационного воздуха через единицу площади по­верхности окна в кг/ м2 ч.

Для определения величины расхода следует рассмотреть основные положения аэродинамики здания.

В результате воздействия на здание естественных сил - гравитационного и вет­рового давления на внешних поверхностях здания возникает определенное распреде­ление давления воздуха. Гравитационное (аэростатическое) давлениепоявляет­ся за счет разности объемного веса наружногои внутреннего воздухапри­чем в нижней части здания это давление больше, чем внутри, а в верхней части - меньше. Действие ветра приводит к тому, что на наветренной стене создается избы­точное давление, а на заветренной в зоне вихреобразования - разряжение (-

). Оба природных фактора действуют совместно.

На наружной поверхности здания имеет место распределение (см.рис.5.3) из­быточного давления наружного воздуха, Па:

(5.6)

Известен ряд методов представления эпюр давления Pi, в основу которых поло­жен анализ одного и того же физического процесса, а различие методов состоит в вы­боре уровня отсчета давления. Так, по методу нейтральной зоны за нулевое прини­мается давление внутри помещения. В этом случае разность давления снаружи и внутри представляется эпюрой давления снаружи. По методу фиктивных давлений

В.В.Батурина эпюры давления построены относительно условного нуля, принятого на поверхности Земли. В.П.Титов предложил строить эпюры давления относительно ус­ловного нуля, расположенного в точке с минимальным давлением, которая находится снаружи вверху здания (см. рис.5.3.). Построенные по этому способу эпюры имеют стандартный вид для различных зданий. В такой модели

Па;

, Па; (5.7)

где- высота здания, м;

- высота рассматриваемого уровня, м;

- аэродинамические коэффициенты для рассматриваемого уровня и для завет­ренного фасада;

- плотность наружного воздуха, кг/м3;

- скорость ветра, м/с.

Рис.5.3. Эпюра разности давления воздуха в здании со сбалансированной вентиляцией

По методу внутренних избыточных давлений П.Н. Каменева за нулевое принимается давление снаружи, а давление внутри представляется как эпюра разности давлений. Степень перехода динамического давления потока воздуха, движущего­ся под определенным углом к фасаду здания, в статическое давление на наветренной и заветренной стороне здания определяют с помощью аэродинамических коэффици­ентов. Экспериментально-теоретическому изучению обтекания зданий посвящена работа Э.И. Реттера и С.И. Стриженова. На рис.5.4. показаны результаты обобщения

аэродинамических испытаний наиболее распространенной формы зданий - паралле­лепипеда. Они отражены в формуле для расчета аэродинамического коэффициента на наветренной стороне здания при перпендикулярном к фасадунаправлении потока:

■ (5.8.)

где- безразмерный геометрический параметр (см.рис.5.4.).

Рис.5.4. Сводные результаты аэродинамических испытаний параллелепипедов

В условиях поперечного направления ветра к плоскости фасада (а = 0) коэффици­ент k0 на наветренной стороне при; для наветренной торцевой стены= 0,6 - 0,8, а для заветренной - 0,2 - 0,3.

Аэродинамический коэффициент на наветренной стороне при произвольном угле а набегающего потока определяют по формуле:

(5.9)

Многочисленные исследования позволили уточнить характер движения потоков вокруг здания. Под воздействием набегающего потока перед зданием образуются вихри, перемещающиеся от центра к торцам, где происходит срыв потока, анало­гичный срыву с верхней кромки здания. Скорость движения вихрей вдоль здания со­ставляет 0,4 - 0,45 от скорости набегающего потока воздуха, а в месте срыва потоков с торцов здания - 1,2 - 1,25. Помимо фронтального вихреобразования на фасаде воз­никает вертикальный вихрь, выравнивающий давление по вертикали здания. За завет­ренной стороной здания формируется вихревая зона (аэродинамический след), со­стоящая из двух частей, в которых направления движения воздуха различны. Причем протяженность первой вихревой зоны простирается от заветренного фасада на рас­стояние 0,5- 1,0 высоты здания.

В застройке трансформируется потокораспределение, причем при разрыве меж­ду равноэтажными зданиями более 4,5 Н можно пренебречь взаимным влиянием на размеры зоны аэродинамического следа. Это позволяет во многих случаях рассмат­ривать аэродинамику здания как отдельно стоящего.

Рассчитывая значение Рветр, следует учитывать изменение скорости ветра wh, м/с, по высоте:

. (5.10)

Показатель n зависит от скорости ветра

. (5.11)

На практике наиболее удобно принимать скорость ветрана уровне кровли здания, т. е. на высоте здания Н. В этом случае значение аэродинамический коэффи­циент мало зависит от высоты здания.

Осреднение данных многочисленных натурных и экспериментальных исследо­ваний на модели дает значения разности аэродинамических коэффициентов на навет­ренной и заветренной сторонах зданий, приведенные в табл.5.2. Среднее значение разности в целом для зданий типа башни составляет 1,13, а для здания типа пласти­ны - 0,98.

Средние значения разности (кн - кз)

Таблица5.2.

Тип здания	Значения (кн - кз) для части здания
нижней трети	средней трети	верхней трети
Башня	0,94	1,13	1,31
Пластина	0,9	0,98	1,06

В простейшем случае сбалансированного притока и вытяжки в здании и при одинаковом воздухопроницании обоих фасадов разность давлений, Па, снаружи и внутри здания равна:

(5.12)

Более корректно распределение давления по фасадам здания вычисляют на ос­нове решения системы балансовых уравнений помещений.

С обеих сторон неповрежденных ограждений за счет разности давления воздух проникает или фильтруется через щелевидные отверстия (открытые стыки панелей, неплотности по периметру окон и дверей) и через поверхностные отверстия в виде микропор, сравнительно равномерно распределенных по площади стен и перекрытий.

В инженерных методах расчета пользуются формулой расчета расхода воздуха, проходящего через неплотности окон в кг/ч м2

(5.13)

где:

- сопротивление воздуопроницанию, м2ч/кг;

-разность давления воздуха снаружи и внутри здания по формуле (5.12), Па.