4.3. Естественный воздухообмен путем аэрации в однопролетных цехах с любым числом открывающихся фрамуг.

Расчет естественного воздухообмена путем аэрации в однопролетном цехе под действием гравитационного давления по методу фиктивных давлений, если известны площади всех открывающихся фрамуг и расположение фрамуг по вертикали, производится образом:

1. по заданному значению температур наружного воздуха и средней температуре воздуха в производственном помещении вычисляют разность плотностей наружного воздуха и воздуха в помещении, т.е.

2. задаются величиной избыточного давления воздуха на полу цеха или в центре одной из нижних фрамуг порядка 1-3 Па и вычисляют избыточное давление в центрах всех фрамуг.

3. вычисляют скорости и расходы воздуха во фрамугах и составляют баланс по расходу воздуха через приточные и вытяжные фрамуги

4. выполняют проверку равенства масс приточного и удаляемого воздуха. Если масса приточного воздуха оказалась равной массе удаляемого воздуха, то значение Р_изб. было принято правильно. Если же приток воздуха оказался не равным вытяжке, то необходимо задаться другим численным значение внутри избыточного давления в центрах всех фрамуг, заново определить скорости и расходы воздуха через фрамуги и заново составить баланс по расходу воздуха.

5. при вторичном несовпадении баланса по расходу приточного и удаляемого воздуха необходимо построить график зависимости расходов приточного и удаляемого воздуха от величин Р_изб., показанный в принципиальном виде на рис. 27:

Рис.27

Из данного графика можно определить действительную величину массы приточного и удаляемого воздуха.

Если окажется, что определенный таким образом общий воздухообмен в помещении превышает необходимый расчетный воздухообмен на ассимиляцию вредностей, выделяющихся в помещении, то расчет считается законченным. Если окажется, что определенный таким образом общий воздухообмен меньше требуемого на ассимиляцию вредностей, то необходимо пропорционально увеличить площади фрамуг на притоке и на вытяжке.

Для лучшей гарантии против опрокидывания естественного воздухообмена при взаимных изменениях направления ветра, а так же для уменьшеньшения явлений дутья, вызванных подачей холодного наружного воздуха зимой площадь нижних фрамуг, используемых для подачи приточного воздуха в помещение делают несколько больше, чем площадь вытяжных фрамуг, удаляющих воздух из помещения. Обычно отношение ƒ₁ ÷ƒ₂≈1,25.

4.4. 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)