1 УДК 697.9.921.2 Доц., канд. техн.

Статья опубликована в сборнике трудов: Современные системы теплогазоснабжения и вентиляции.
Москва, МГСУ, 2003. 110 с.
УДК 697 + 697.9 + 696.2
http://tgv.mgsu.ru/
_____________________________________________________________________________
УДК 697.9.921.2
Доц., канд. техн. наук Е.И. Тертичник
К РАСЧЕТУ АЭРАЦИИ ЗДАНИЙ
Как известно, аэрацией называют организованный естественный воздухообмен в
помещении, происходящий под действием естественных побудителей движения воздуха гравитационных сил и ветра. Преимуществом аэрации по сравнению с механической
вентиляцией является возможность перемещения больших объемов воздуха без
применения воздуховодов вентиляторов, и, следовательно, без каких-либо затрат
электроэнергии.
Аэрация исследовалась многими известными учеными: известными В. В.
Батуриным, С. Е. Бутаковым, П. Н. Каменевым, В. Н. Талиевым и др. Профессором П.Н.
Каменевым предложено понятие о внутреннем избыточном давлении, позволившего
рассчитывать аэрацию на действие ветра и совместное действие теплоизбытков и ветра.
Прямая задача состоит в определении площади открытых проемов, необходимой для
обеспечения расчетного общеобменного воздухообмена в помещении.
Обратная задача – в определении фактического воздухообмена при известных
площадях аэрационных отверстий по данным строительной части проекта.
При проектировании новых объектов обычно ограничиваются решением прямой
задачи, обратная задача характерна для случая реконструкции здания.
В промышленных зданиях одновременно с действующей аэрацией может работать
механическая вентиляция: местные отсосы, система воздушного душирования. По этой
причине массы поступающего и удаляемого через аэрационные проемы воздуха обычно
бывают неодинаковыми.
Практические расчеты аэрации проводят при следующих допущениях:
1) тепловой и воздушный режимы помещения считаются стационарными,
установившимися во времени;
2) расчет гравитационного давления ведется на среднюю по объему зоны
температуру воздуха помещения;
3) влияние тепловых конвективных струй, возникающих над нагретым
оборудованием, на процессы аэрации не учитываются;
4) не учитывается энергия приточных струй, считается, что она полностью
рассеивается в объеме помещения; кинетическая энергия вытяжных струй рассеивается в
атмосфере;
5) расчетная разность давлений для определения расходов воздуха через
аэрационные проемы определяется на оси проема, изменение разности давлений по
высоте проема не учитывается;
6)
аэродинамические
коэффициенты,
определенные
испытаниями
в
аэродинамической трубе монолитных моделей принимаются равным аэродинамическим
коэффициентам реального здания с открытыми аэрационными проемами, работающими
на приток и вытяжку.
1
8) все избыточное давление (разность давлений по обе стороны проема) расходуется
на создание кинетической энергии приточных и вытяжных струй и прочие виды потерь.
Расходы через аэрационные проемы определяются по формуле:
G = 3600μf(2gΔpизб.ρ)0,5,
(1)
где: μ – коэффициент расхода проема;
f – площадь аэрационного проема, м2;
g – ускорение силы тяжести, м2/с;
Δpизб. – избыточное давление на оси аэрационного проема, Па;
ρ – плотность воздуха (наружного для приточных проемов и удаляемого из
помещения для вытяжных) кг/м3.
В зависимости от соотношения между величинами гравитационного и ветрового
давления расчеты аэрации ведутся на гравитационное давление, давление ветра и их
совместное действие.
Наиболее трудоемкой операцией в расчете аэрации является определение величины
избыточного давления в приточных и вытяжных аэрационных проемах, которое принято
определять методом попыток. Исключение составляет случай расчета аэрации на действие
гравитационного давления, расчетная величина которого для приточных и вытяжных
аэрационных проемов определяется как доли от полного гравитационного давления,
выбираемых из условия обеспечения устойчивой работы аэрации, исключающей
нежелательное явление «опрокидывания».
Ниже предлагается способ расчета аэрации прямых задач аэрации на все три
перечисленных выше случаев расчета, позволяющий избежать трудоемкой операции
определения расчетных давлений методом попыток.
Предлагаемый способ расчета основан на использовании зависимости между
коэффициентом расхода аэрационного проема μ и его же коэффициентом местного
сопротивления ζ.
Связь между коэффициентом расхода μ и ζ определяется соотношениями:
μ = (1/ζ)0,5 или ζ = 1/μ2
(2)
Коэффициенты расхода для створок аэрационных фонарей и фрамуг при различных
углах раскрытия обычно принимают на основании данных экспериментов, но
приближенно его можно вычислить по приближенной формуле:
μ= 0,62 sin α
(3)
Испытания показали, что при постоянной ширине створок b с увеличением их длины
l коэффициент расхода уменьшается.
Из п.8 допущений следует, что при известной величине расчетного избыточного
давления необходимо определить: сколько динамических давлений потребуется, на
которые надо распределить расчетное избыточное давление, разделить расчетное
избыточное давление, чтобы обеспечить требуемый расчетный воздухообмен.
Приступая к расчету аэрации необходимо задаться углом раскрытия створок и
определить по таблицам или по приведенной выше формуле коэффициент расхода μ и
пересчитать его величину в коэффициент местного сопротивления проемов ζприт. и ζвытяжки..
При этом следует иметь ввиду, что одна и та же створка при одном и том же угле
открытия имеет разные коэффициенты местного сопротивления и расхода в зависимости
от направления движения воздуха (приток или вытяжка).
2
Определим теперь количество динамических давлений, на которое необходимо
израсходовать расчетное давление аэрации. Оно будет состоять из ζприт. и ζприт.
динамических давлений.. Итого общее количество частей n, на которые необходимо
разделить расчетное давление для определения расчетной величины кинетической
энергии в аэрационных проемах составит:
n = ζпритока + ζвытяжки.
(4)
а предельно – возможное для данного избыточного давления динамическое давление
в аэрационных проемах составит:
(5)
Рд = Δpизб./n
По величине динамического давления определяется предельно – возможная для
данной величины избыточного давления и угле раскрытия створок скорость в
аэрационном проеме:
v = (2Рд/ρ)
(6)
Как и в случае формулы (1), ρ – плотность наружного воздуха для приточных
проемов и удаляемого из помещения для вытяжных, кг/м3.
С помощью вычисленной скорости можно решать как прямые задачи, так и обратные. В
случае прямой задачи требуемая площадь приточных и вытяжных отверстий определяется
как:
F = G/(3600ρv)
(7)
где G – расчетный расход приточного или удаляемого воздуха, кг/ч.
Если решается обратная задача, то площади существующих аэрационных проемов,
предельно – возможные углы раскрытия створок известны, и для них могут быть
определены коэффициенты местного сопротивления и вычислены значение n и предельно
– возможная скорость v. Максимально – возможное количество воздуха, поступающего
через приточные и вытяжные проемы, определится как:
G = 3600ρvF
(8)
Необходимо иметь ввиду, что коэффициент расхода в формулах (7) и (8) применять
не следует, так как его влияние учтено коэффициентами местного сопротивления ζприт. и
ζвытяжки.
3