WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |

http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=1987

Влияние воздухопроницаемости на проектирование систем климатизации

    W. A. Anis, технический директор фирмы «Shepley Bulfinch Richardson & Abbott», Бостон, США

    Обычно считается, что инфильтрация воздуха возникает изза недостаточного уплотнения оконных и дверных проемов. Отчасти это так, но более чем на 80 % возникновению инфильтрации способствуют недостатки проектирования или возведения ограждающих конструкций. «Достаточно ли свежего воздуха для дыхания?» – главный вопрос, связанный с воздухопроницаемостью ограждающих конструкций. В стандарте

    ANSI/ASHRAE 621999 «Обеспечение качества внутреннего воздуха средствами вентиляции» рассмотрен этот вопрос. Не приведет ли уплотнение ограждающих конструкций к ухудшению качества воздуха? Как сказал член ASHRAE Joseph Lstiburec: «Чтобы контролировать воздушную среду, сначала нужно заполнить помещение воздухом» [1].

    Е сли при проектировании здания не учитывать давление воздуха, воздействующее на ограждающие конструкции, это может привести к нарушению воздушного режима здания. Неконтролируемое давление воздуха на поверхность ограждающих конструкций и внутри здания вызывает инфильтрацию и эксфильтрацию воздуха, превосходящую производительность систем ОВК. Нарушая работу систем климатизации, эти явления могут вызывать дискомфорт и создавать проблемы для систем контроля качества воздушной среды.

    В отопительный период эксфильтрация внутреннего воздуха означает вынос влаги и потери энергии. Конденсация водяного пара вызывает множество проблем, от переувлажнения и бактериального заражения до разрушения ограждающих конструкций.

    В режиме охлаждения здания водяной пар вносится в помещение при инфильтрации воздуха с последующей конденсацией влаги, размножением бактерий, появлением плесени. Влажный воздух проникает сквозь ограждающие конструкции при низком давлении (разрежении) внутри помещений. Конденсация влаги может происходить в таких местах, как внутренние стены и потолки, примыкающие к наружным ограждениям.

    Характеристики воздухопроницаемости [2]     Воздухопроницаемость ограждающих конструкций обусловлена пористостью материалов, наличием трещин и отверстий. Течение воздуха происходит под действием перепада давлений, обладающего достаточным потенциалом энергии для преодоления потерь на трение и других сопротивлений. Воздухопроницаемость способствует переносу тепла, водяного пара, дыма, запахов, пыли и других загрязнений как извне, так и между помещениями в здании.

    Параметры течения воздуха сквозь ограждающие конструкции изменяются в зависимости от размера и формы отверстий. В отверстиях малого сечения при большой толщине ограждающих конструкций формируется ламинарное течение, для которого аэродинамическое сопротивление пропорционально скорости. Отверстия большего размера действуют как диффузоры, сопротивление которых пропорционально квадрату скорости. Обычно проникновение воздуха идет через отверстия разного типа. Как правило, проведение отдельных измерений и расчетов для каждого из них не практикуется. Общий расход воздуха, проникающего через всю совокупность отверстий, определяется следующим образом:

    Q = C (Dp)n, (1)     где     Q – объемный расход инфильтрационного воздуха, фут3/мин;

    C – коэффициент расхода, фут3/(мин•(дюйм в. ст.)n)*;

    Dp – перепад давлений, дюйм в. ст.;

    n – показатель степени, принимающий значения от 0,5 до 1. Для воздухопроницаемости стен и окон в большинстве случаев принимается 0,65**.

    Рис. 1 иллюстрирует связь между воздухопроницаемостью и перепадом давлений по сечению ограждающих конструкций.

    Три основных фактора, создающих указанный перепад давлений, – ветровое давление, гравитационное давление, давление под действием системы вентиляции. Два дополнительных фактора: изменение барометрического давления и температурный перепад по сечению ограждающих конструкций (эти факторы менее значимы по сравнению с основными).

* По существу С – воздухопроницаемость совокупности отверстий, в данном контексте размерность С должна быть фут3/мин • (фут2/фунт)1/n.



(Здесь и далее примеч. науч. ред.) ** В соответствии со СниП II319* для окон принимается n=2/3 ~= 0,67.

Соответствие между неметрическими единицами США и единицами системы СИ:

1 фут3/мин = 1,6990 м3/ч 1 фунт/фут2 = 4,88243 кг/м 1 фут/с2 = 0,3048 м/с 1 фут = 0,3048 м 1 фут/с = 0,3048 м/с 1 дюйм в. ст. = 249,089 Па Рис. 1. Расход инфильтрационного воздуха определяется размером отверстия и перепадом давлений Рис. 2. Воздействие гравитационного давления     Воздействие ветрового давления     Для прочностного расчета ограждающих конструкций принимаются пиковые значения ветрового давления, а для расчета инфильтрации воздуха более подходят средние значения. Усредненные по времени значения давления на поверхность стен пропорциональны скорости ветра, согласно уравнению Бернулли:

    pv=raUH2/2g, (2)     где     pv – давление на поверхность стены, фунт/фут2;

    UH – средняя скорость ветра с наветренной стороны на высоте H, фут/с;

    ra – плотность наружного воздуха, фунт/фут3;

    g – ускорение силы тяжести, фут/с2.

    Разность давления на поверхности стены и локального наружного атмосферного давления на том же уровне в неупорядоченном ветровом потоке определяется как     ps = Cp • pv, (3)     где     ps – разность давлений, фунт/фут2;

    Cp – локальный коэффициент ветрового давления (зависит от местности).

    Среди трех факторов, определяющих инфильтрационный перепад давлений, ветровой напор наиболее значим. При равенстве температур внутреннего и наружного воздуха, если направление ветра перпендикулярно одной из стен, через наветренную стену происходит инфильтрация воздуха, а через три других и крышу – эксфильтрация. Если ветер направлен под углом – давление обращено на две стены, а эксфильтрация происходит через две других стены и крышу.

    Инфильтрационный воздух не кондиционирован по температуре и влажности и может содержать загрязняющие вещества. Это вызывает дискомфорт и также может стать причиной воздушного дисбаланса, особенно в таких помещениях, как больничные изоляторы, «чистые» комнаты, зоны хранения химреактивов, которые спроектированы в расчете на контроль давления воздуха для защиты от распространения вредностей.

    В разделах 16 и 26 справочника ASHRAE Fundamentals 2001 года дается количественная оценка ветрового давления на здания и его влияния на системы механической вентиляции.

Рис. 3. Совместное воздействие ветрового давления, гравитационного давления и давления, создаваемого системами вентиляции     Воздействие гравитационного давления     Замечали ли вы, что в зимнее время входные двери в здания иногда открываются с трудом, а при открывании воздух с шумом врывается в щель? Это происходит под действием гравитационного давления. Эффект тяги, или «дымовой трубы», возникает изза разности плотности столба воздуха внутри здания и снаружи. Эта разница плотности является причиной перепада давлений по сечению ограждающих конструкций.

    Изменение абсолютного давления по высоте снаружи здания происходит быстрее, чем внутри, что также создает разность давлений. Лестничные клетки, шахты лифтов и атриумы соединяют нижний уровень здания с верхним, так что тяга распространяется по всем этажам. Рис. 2 иллюстрирует воздействие гравитационного давления.

    Чем выше здание, тем больше гравитационное давление. Во время отопительного периода имеет место эксфильтрация воздуха из верхней части здания, компенсируемая инфильтрацией в нижнюю часть. В период охлаждения здания все происходит наоборот.

    В зимнее время холодный инфильтрационный воздух может стать причиной дискомфорта на нижних этажах и перегрузки системы отопления.

    В 40этажном здании с высотой этажа 4 м при температурах воздуха снаружи и внутри здания 7 и 21 °C соответственно и одинаковой суммарной площади отверстий внизу и наверху гравитационное давление составляет 100 Па. При проектировании вытяжки из гаража в указанном здании следует учитывать гравитационное давление. Величина гравитационного давления может превышать статическое давление вытяжного вентилятора. Если это произойдет, гараж станет источником загрязнения воздуха всего здания. Хорошей пассивной защитой в данном случае будет уплотнение дверных проемов входа и вестибюля, отделение гаража от вышерасположенных лестничных клеток, лифтовых шахт и других проемов, которые могли бы поставить гараж под воздействие гравитационного давления. Разделение здания на «отсеки» по высоте поэтажно или группами по несколько этажей и изоляция от лифтовых шахт сведет воздействие гравитационного давления до уровня одноэтажного или малоэтажного здания.





    Приточные и вытяжные вентиляторы в многоэтажных жилых зданиях часто подбираются без учета воздействия гравитационного давления. Вытяжные системы с вертикальными шахтами, например для ванных комнат в гостиницах, как известно, часто не работают как следует; бывает, что воздух из ванных нижних этажей всасывается в ванные верхних этажей здания. Если разграничение здания на зоны и их изоляция не предусмотрена проектом, возможно, преодолеть воздействие гравитационного давления удастся только путем устройства отдельных вытяжных систем для каждого этажа. Возможно использование регуляторов с датчиками давления и электродвигателями с переменной скоростью вращения, приспосабливающими производительность вентилятора к изменению давления по объему здания. Приточные системы с вертикальными воздуховодами должны работать в условиях переменного давления в помещениях в течение всего года. Повидимому, здесь нет простых решений, которые изначально могли бы надежно обеспечивать воздушный баланс при любых условиях.

    Приходилось ли вам замечать, как у некоторых кирпичных зданий парапет становится белесым, как будто выцветшим? Это происходит изза эксфильтрации воздуха на стыке крыши со стенами. При этом содержащаяся в воздухе влага конденсируется на поверхности или в порах кирпичей, растворяя содержащиеся в кирпичной кладке соли. Затем вода высыхает, а соли остаются на поверхности. Весной дожди вновь растворяют и смывают соли и белизна на кирпичах исчезает.

    Помимо изменения цвета стен, эксфильтрация влажного воздуха может вызвать повреждение конструкций изза гниения, коррозии, растрескивания кирпичной или каменной кладки, а также бактериальное заражение. Перепад давлений между этажами здания может дезорганизовать воздушный режим помещений, рассчитанных на поддержание заданного давления без средств герметизации.

    Гравитационное давление на высоте H определяется по формуле:

    Dps = C2(r0ri)g(HHNPL) = C2rig(HHNPL)(TiT0)/T0, (4)     где     Dps – гравитационное давление,     дюйм в. ст.;

    r – плотность воздуха, фунт/фут3;

    g – гравитационная постоянная, 32,2 фут/с2;

    H – высота, фут;

    HNPL – высота уровня нейтрального давления (нейтральной зоны), фут;

    T – средняя абсолютная температура, °К;

    C2 – коэффициент преобразования единиц = 0,00598;

    i – внутри помещения;

    0 – снаружи.

    Уровень нейтрального давления – это высота, на которой инфильтрация переходит в эксфильтрацию. В зданиях с одинаковым размером неплотностей в верхней и нижней зонах и сбалансированной приточновытяжной вентиляцией уровень нейтрального давления находится на половине высоты. Положение уровня нейтрального давления зависит от соотношения размеров отверстий утечки и подсосов инфильтрационного воздуха. В большинстве зданий отверстия в основном находятся в верхней зоне – жалюзийные решетки в венткамерах, отверстия дымоудаления в лифтовых шахтах, неплотности в рамах зенитных фонарей и, в особенности, стык кровли и стен, который большинство архитекторов не считают нужным проектировать воздухонепроницаемым.

    Совместное воздействие ветрового давления и гравитационного давления описывается уравнением*:

    (5)     где     Qws – общий расход инфильтрации, фут3/мин;

    Qw – инфильтрация под действием ветрового давления, фут3/мин;

    Qs – инфильтрация под действием гравитационного давления, фут3/мин.

* В соответствии с физикой явления в российской нормативной и справочной литературе складываются не расходы, а давления. Сложение, приведенное здесь, корректно при n=1/2.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.