Аэрация производственных помещений под действием ветра.

Исследованиями установлено, что при действии на здание ветра на наветренной стороне здания устанавливается положительное давление, т.е. давление выше атмосферного, а на заветренной – отрицательное давление, т.е. ниже атмосферного. На боковых стенах здания устанавливается преимущественно отрицательное давление. Если в ограждающих конструкциях здания, находящихся в зоне повышенного давления сделать отверстия, то через них в здание будет поступать воздух снаружи. Через отверстия находящиеся в зоне пониженного давления, воздух будет выходить из здания. На рис. 28 показана принципиальная схема простейшего случая распределения давлений на ограждающих конструкциях здания при действии на него ветра.

Рис.28

При направлении ветра, указанном на рисунке стрелкой на передней стене и передней части кровли создается зона положительного давления, отмеченная знаком «+». По всей поверхности задней стены, значительной части боковых стен и задней части кровли создается отрицательное давление.

Положительное либо отрицательное давление или разрежение, создаваемое ветром на элементарной площадке наружного ограждения обычно выражают в долях скоростного или динамического давления по выражению (29):

Па (29),

где υ – скорость ветра;

ρ – плотность воздуха;

к – безразмерная величина, которая называется аэродинамическим коэффициентом.

Отношение давления или разряжения, создаваемого ветром на элементарной площадке наружного ограждения к динамическому давлению ветра называется аэродинамическим коэффициентом. Он определяется по выражению (30):

(30)

Значение аэродинамических коэффициентов определяется путем продувки геометрически подобранных зданию моделей в аэродинамических трубах. Кроме того при расчете величины давления или разряжения, создаваемого ветром на ограждениях можно пользоваться данными, приведенными в приложении 4 СНиП «Нагрузки и воздействия».

На рис. 29 показан разрез однопролетного производственного здания, на которое действует ветер.

Рис.29

Пусть на любом произвольном уровне барометрическое давление равно атмосферному давлению. На рис. 29 таким уровнем принята плоскость 11 проходящая через центр нижнего отверстия. При скорости ветра м/с численное значение аэродинамического коэффициента к₁ и к₂. Ветер создает давление на уровне нижнего отверстия:

(31)

и давление на уровне верхнего отверстия:

(32)

где ρ – плотность воздуха.

Полное давление с наружи на уровне нижнего отверстии равно Р_а+Р₁. Вследствие воздействия на здание ветра, внутри здания устанавливается давление, которое отлично от давления снаружи на величину Р_х и это давление называется внутренним избыточным давлением.

Избыточное давление Р_х может иметь положительное так и отрицательное значение. При положительном значении Р_Х давление внутри здания больше атмосферного, при отрицательном – наоборот.

Пусть избыточное давление Р_Х будет меньше чем Р₁, и давление Р_Х будет больше чем Р₂. Тогда полное давление на уровне нижнего будет равно Р_а +Р_Х. Разность давлении для нижнего отверстия можно записать в виде выражения 33.

, (33)

Под влиянием данной разности давлений, воздух будет поступать в здание через нижнии отверстия.

Для верхнего отверстия, если обозначить через 2-2 – плоскость, проходящую через центр верхнего отверстия, а расстояние между плоскостями h, то давление снаружи будет равно:

Полное давление внутри здания на уровне 2-2 верхнего отверстия будет равно:

.

Т.к. Р_х будет больше Р₂, то давление внутри здания на уровне верхнего отверстия будет больше, чем давление снаружи, и воздух будет выходить из здания.

Разность давлений ∆Р₂ для верхнего отверстия будет равна:

(34)

При установившемся состоянии и аэрации наблюдается баланс по расходу воздуха по массе через каждое из отверстий, т.е.:

G₁=G₂, кг/ч. (35)

При условии, что плотность воздуха снаружи и внутри здания равны то:

(36)

где μ – коэффициент расхода, который учитывает потери давления на сжатие струи воздуха при ее прохождении через отверстия.

F₁ и F₂ – площади открытых проемов (фрамуг), работающих на приток и на вытяжку воздуха.

Сокращая обе части выражения (36) получаем:

(37)

Решая уравнение (37) относительно величины Р_Х внутреннего избыточного давления в помещении, получим:

, Па (38)