6.5.4.Понятие и определение эквивалентных проемов

Впредыдущих разделах были рассмотрены простейшие случаи воздухообмена помещения с окружающей средой. На практике часто случается, что воздух проходит несколько проемов, соединенных параллельно (рис. 6.21, а) или последовательно (рис. 6.21, б). Для облегчения расчетов таких гидравлических схем вводится понятие эквивалентного проема. Эквивалентным проемом называется такой проем, через который протекает такое же количество воздуха при таком же перепаде давлений, что и через несколько проемов. Аэродинамической площадью называется произведение площади проема на аэродинамический коэффициент этого проема.

аб

Рис. 6.21. Параллельное (а) и последовательное (б) соединение проемов

Получим формулы для определения аэродинамической площади проема, эквивалентного двум параллельно соединенным проемам. Расходы воздуха через первый G1, м/с, и второй G2, м/с, проемы выражаются зави-

симостями:

G1 = μ1 F1 [2ρ (Р1 – Р2)]0,5;

G2 = μ2 F2 [2ρ (Р1 – Р2)]0,5,

где μ1 – коэффициент расхода воздуха через 1-й проем; μ2 – коэффициент расхода воздуха через 2-й проем; F1 – площадь 1-го проема;

F2 – площадь 2-го проема;

Р1 – давление в 1-м помещении; Р2 – давление во 2-м помещении.

Расход воздуха через эквивалентный проем равен сумме расходов

воздуха G1 и G2, т. е.

G = G1 + G2 = μэ Fэ [2ρ(Р1 – Р2)]0,5.

Приравняв правые части последних трех выражений, получим формулу для аэродинамической площади эквивалентного проема:

μэ Fэ = μ1 F1 + μ2 F2.

При параллельном соединении n проемов выражение для аэродинамической площади эквивалентного проема имеет вид:

μэ Fэ = μ1 F1 + μ2 F2 + ... + μn Fn.

148

Получим выражения для определенияаэродинамической площади проема, эквивалентного двум соединенным последовательно проемам. При последовательном соединении проемов расходы воздуха черезних равны:

G1 = μ1 F1 [2ρ(Р1 – Р3)]0,5;

G2 = μ2 F2 [2ρ(Р3 – Р2)]0,5,

где Р3 – давление в промежуточном помещении.

Через эквивалентный проем при перепаде давлений (Р1 – Р2) расход

составляет

Gэ = μэ Fэ [2ρ(Р1 – Р2)]0,5.

Возведем обе части каждого из трех последних уравнений в квадрат и разделим полученные выражения на произведения (μ F)2ρ:

G12 /[(μ1F)]2 = Р1 – Р3;

G22 /[(μ2 F)]2 = Р3 – Р2 ;

Gэ2 /[(μэF)]2 = Р1 – Р2.

После некоторых математических преобразований получим

или

1 / (μэ Fэ)2 = 1 / (μ1 F1)2 + 1 / (μ2 F2)2 μэ Fэ = 1 / [1 / (μ1 F1)2 + 1 / (μ2 F2)2]0,5.

При последовательном соединении n проемов аэродинамическая площадь эквивалентного проема вычисляется по формуле

μэ Fэ = [1 / (μ1 F1)2 + 1 / (μ2 F2)2 + … +1 / (μn Fn)2].

При проведении расчетов газообмена здания и, в частности, при расчете параметров вентиляторов систем противодымной защиты наряду с площадью проемов используется характеристика гидравлического сопротивления проема S, 1/(м·кг), определяемая выражением

S = Р / G2.

При последовательном соединении проемов эквивалентная характеристика гидравлического сопротивленияSэ вычисляется по формуле

6.5.5.Аэрация многоэтажного здания

Систематические исследования аэрации в многоэтажных зданиях в нашей стране начались со времени возведения в Москве первых высотных зданий (1949–1953 гг.). Результаты этих исследований очень коротко можно сформулировать следующим образом.

149

Воздухообмен здания с атмосферой и внутри него происходит под действием перепадов давлений. Характерные эпюры давлений, действующих на здание, показаны на рис. 6.22 (tн < tв).

Uв

аб

Рис. 6.22. Эпюры давлений на заветренном (а) и наветренном (б) фасадах

В нижней части здания через различные неплотности и щели в закрытых проемах и через открытые проемы поступает воздух (рис. 6.23).

Рис. 6.23. Направления воздушных потоков при аэрации многоэтажного здания

Основными путями движения воздуха внутри здания по вертикали являются лестничные клетки, шахты лифтов и другие вертикальные коммуникации. В верхней части здания внутреннее давление выше наружного и воздух через неплотности, щели в закрытых проемах и открытые проемы выходит из здания в наружную атмосферу. Границей между нижней и верхней частями здания является плоскость равных давлений (нейтральная плоскость). При отсутствии ветра (Uв = 0) и равномерном распределении открытых проемов и неплотностей по высоте здания формула для определения положения плоскости равных давлений может быть получена аналогично формуле (6.30):

y0 = Н / [1 + (Тн / Тв)1/3],

где Н – высота здания, м.

150

6.5.6.Гравитационные системы вентиляции

Для удаления небольших объемов воздуха из жилых домов, детских учреждений, административных и других зданий устраивают вы-

тяжные канальные системы естественной вентиляции. Возмещение при-

тока наружного неподогретого воздуха осуществляется через форточки и фрамуги, неплотности в строительных ограждающих конструкциях и специальные приточные отверстия. Воздух из помещений удаляется по вентиляционным каналам, устраиваемым в капитальных стенах или по приставным каналам, выполненным из шлакогипсовых или шлакобетонных плит. При индустриальном строительстве используют бетонные блоки и панели с группами вентиляционных каналов. Воздух в канал поступает через отверстия, в которых устраивают поворотные лопатки для регулирования воздушного потока. Отверстия могут быть затянуты сеткой.

В одну систему объединяют вытяжные каналы одноименных или близких по назначению помещений здания. Схема вытяжных систем вентиляции приведена на рис. 6.24.

4

2

3 5

6

1

Рис. 6.24. Схема вытяжных систем канальной вентиляции:

1 – воздуховытяжное устройство; 2 – зонт; 3 – кровля; 4 – дефлектор; 5 – шахта; 6 – горизонтальный коллектор

Поэтажные каналы объединяются в общую систему при помощи коллектора, и воздух из него выбрасывается наружу по сборной шахте. Конструктивное исполнение шахт зависит от назначения здания, а также от внутренних и внешних климатических факторов. Шахты могут быть утепленными и неутепленными, квадратного или круглого сечения, снабжены зонтом или дефлектором.

Гравитационные системы имеют серьезный недостаток: их работа существенно зависит от наружной температуры и объема поступающего

151

в помещение наружного воздуха. Вследствие нарушения равновесия притока и вытяжки, особенно под действием ветра, может происходить опрокидывание тяги, вызывающее обратную циркуляцию воздуха, поэтому на вытяжных шахтах устраивают дефлекторы. В дефлекторе используется энергия набегающего потока воздуха для создания разрежения у устья шахты, что усиливает вытяжку из помещения. Схема дефлектора и потоков воздуха показана на рис. 6.25. Эффективность работы дефлектора зависит от его конструкции, высоты расположения и скорости ветра.

1

3

4

Рис. 6.25. Дефлектор:

1 – зонт; 2 – кольцо; 3 – диффузор; 4 – шахта

Движение воздуха в каналах осуществляется за счет разности давлений снаружи и внутри помещений. Располагаемое давление Ргр, Па, в канальной системе вентиляции определяется по формуле

Ргр = h g (ρн – ρв),

где h – высота от центра вытяжного отверстия до места выброса воздуха в атмосферу, м;

ρн – плотность наружного воздуха при температуре 5 °С, кг/м3; ρв – плотность внутреннего воздуха, кг/м3.

Ввиду малой величины располагаемого давления радиус действия вытяжных канальных систем естественной вентиляции не более 8–10 м. Вытяжные каналы могут объединяться в одну вытяжную систему вертикальными или горизонтальными коллекторами. Общие системы вытяжной естественной вентиляции предусматриваются для многоэтажных жилых, общественных, административно-бытовых и других зданий. Для предотвращения распространения огня и продуктов горения при пожаре по общим системам необходимо на воздуховодах в местах присоединения их к вертикальному коллектору устраивать воздушные затворы. Присоединение поэтажных воздуховодов к вертикальному коллектору под потолком вышележащих этажей исключает поступление дыма по каналам из помещения, где возник пожар, на другие этажи. К одному горизонтальному коллектору допускается присоединять не более пяти поэтажных воздуховодов, а каждый этаж должен обслуживаться отдельным воздуховодом. Схемы объединения воздуховодов приведены на рис. 6.26.

152

4

5 7

8

3 6

9

2

аб

Рис. 6.26. Схемы общих гравитационных систем вентиляции:

а – с вертикальным коллектором; б – с горизонтальными коллекторами: 1 – транзитный участок воздуховода с нормируемым пределом огнестойкости;

2 – вертикальный участок воздуховода; 3 – вертикальный коллектор; 4 – дефлектор; 5 – чердак; 6 – воздухоприемное устройство; 7 – сборная шахта;

8 – горизонтальный коллектор; 9 – поэтажный воздуховод

Пожарная безопасность систем естественной вентиляции обеспечивается также регламентацией группы горючести материалов для изготовления каналов, коллекторов и шахт, пределов огнестойкости транзитных участков воздуховодов и каналов,места прокладки каналови воздуховодов.

Транзитные участки общих систем естественной вентиляции и коллекторы должны предусматриваться из негорючих материалов. Из трудногорючих материалов допускаются воздуховоды в одноэтажных зданиях для жилых, общественных (кроме помещений с массовым пребыванием людей), административно-бытовых и производственных помещений категории Д. В жилых, общественных и административно-бытовых зданиях предел огнестойкости воздуховодов в пределах обслуживаемых этажей не нормируется. Предел огнестойкости транзитных воздуховодов и коллекторов всех систем за пределами обслуживаемого этажа должен быть не менее 0,5 ч. Воздуховоды, обслуживающие общественные и админист- ративно-бытовые помещения, не должны пересекать помещения складов и кладовых категорий А, Б и В.

153