11.2. Понятие о внутреннем избыточном давлении

Внутренним избыточным давлением называется разность давлений внутри и снаружи здания на одном и том же уровне.

Р_изб = Р_вн – Р_н . (11.1)

Величина избыточного давления может быть как положительной величиной, так и отрицательной. Рассмотрим как изменяется давление по высоте здания (рис.11.1)

Для плоскости 1–1 избыточное давление будет равно

Р_{1 изб} = Р_в – Р_н . (11.2)

Рис.11.1. Изменение внутреннего избыточного давления внутри цеха

Для плоскости 2–2 внутреннее давление будет

, (11.3)

где — плотность воздуха при средней температуре воздуха в помещении, кг/м³.

Средняя температура воздуха в помещении

. (11.4)

Наружное давление для плоскости 2–2

(11.5)

От величины давления внутри цеха в плоскости 2–2 отнимем величину давления снаружи цеха в той же плоскости; тогда получим величину избыточного давления в плоскости 2–2

;

или

. (11.6)

Таким образом, если под влиянием тепловых избытков в какой–нибудь плоскости внутри цеха имеется избыточное давление Р_изб, то во всякой плоскости, лежащей на Н₁ м ниже, избыточное давления уменьшается на величину .

Определим избыточное давление в плоскости 3–3.

Наружные давления в плоскости 3–3

(11.7)

Давление воздуха внутри здания

(11.8)

Избыточное давление внутри цеха в плоскости 3–3

(11.9)

т.е. во всякой вышележащей плоскости избыточное давление увеличивается на величину .

Для расчета естественного воздухообмена в цехе под действием гравитационных сил следует пользоваться таким правилом: внутреннее избыточное давление по направлению вверх от любой горизонтальной плоскости увеличивается, а по направлению вниз — уменьшается на величину .

Если избыточное давление в какой–то плоскости больше нуля, то через отверстие воздух будет выходить наружу. Если избыточное давление меньше нуля, то наоборот, воздух будет поступать в помещение, а если оно равно нулю, то движение воздуха через отверстие прекратится. Плоскость, в которой внутреннее избыточное давление равно нулю, носит название нейтральной зоны (плоскости).

11.3. Аэрация за счет теплового напора

Рассмотрим стену здания с двумя отверстиями 1 и 2 (рис.11.2). Пусть температура воздуха внутри помещения больше чем снаружи t_в > t_н, тогда .

Вследствие неравенства плотностей возникает гравитационный напор, под действием которого через нижнее отверстие наружный воздух будет поступать в помещение, а через верхнее отверстие внутренний воздух будет выходить наружу.

Определим положение нейтральной плоскости. Допустим, что на H₁ м от центра первого отверстия внутреннее избыточное давление равно нулю: тогда в плоскости центра этого отверстия внутреннее избыточное давление равно:

Рис.11.2. Естественный воздухообмен в помещении

. (11.10)

Следовательно, в плоскости первого отверстия давление снаружи будет больше давлений внутри помещения на величину и равно динамическому давлению воздуха в первом отверстии.

, (11.11)

где — коэффициент расхода.

В плоскости центра второго отверстия внутреннее избыточное давление будет равно:

(11.12)

следовательно:

. (11.13)

Разделив почленно уравнение (11.11) на (11.13), получим:

, (11.14)

но и т.к. G₁ = G₂ = G = const.

Подставляя значение скоростей и в формулу (11.14) получим

. (11.15)

Если принять равным и , то можно сделать вывод, что нейтральная плоскость находится на расстоянии от отверстий обратно пропорционально квадратам их площадей.

Если , то ; в этом случае нулевое избыточное давление находится по середине высоты между отверстиями.

Так как Н = Н₁ + Н₂, то из уравнения (11.15) можно получить

, отсюда

И тогда расстояние от центра верхних проемов до нейтральной зоны, т.е. до плоскости нулевого избыточного давления:

(11.16)