книги из ГПНТБ / Ильинский В.М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат зданий) учеб. пособие

а тем более травильных, красильных и никелировочных, выделения которых насыщены влагой. При этом ухудшаются не только сани­ тарно-гигиенические условия для людей, но и увеличивается веро­

ятность постепенного разрушения ограждающих конструкций зда­ ния от коррозии.

В непроветриваемых участках, образуемых выступающими кон­ структивными элементами покрытий, наиболее вероятно возникно­ вение конденсации влаги, которая обычно содержит растворенные

агрессивные вещества и вызывает разрушение элементов покры­ тия (рис. III.11).

Конденсация влаги в непроветриваемых участках у поверхности покрытия объясняется, в частности, уменьшением коэффициента

делениями тепла

теплообмена между поверхностью ограждения и внутренним воз­ духом и, как следствие, понижением температуры и повышением влажности. В зданиях с выделениями влаги наиболее предпочти­ тельны покрытия с гладкой внутренней поверхностью, не имеющей выступающих балок и ребер.

Перемещения водяного пара, вызванные конвективным распро­ странением влажного воздуха в направлении высоких пролетов или участков с выделениями тепла, могут привести к процессам обильной конденсации на поверхности наружных ограждений в тех помещениях, через которые проходят или куда поступает поток вла­ ги. В частности, такая конденсация может происходить в лестнич­ ных клетках, по которым легко распространяются потоки влажного воздуха в многоэтажных зданиях и даже в помещениях с выделе­ ниями ограниченных количеств тепла, если в них не предусмотрены достаточные средства для эффективного воздухообмена, достаточ­ ного и для ассимиляции перемещающейся влаги (рис. III.12)*.

Из практики эксплуатации молочного комбината в Москве.

Наиболее целесообразным является размещение технологиче­ ских процессов с выделением тепла и газов в повышенных проле­ тах производственного здания, над которыми предусмотрены вы­ тяжные фонари или шахты.

Это может повести к общему упорядочению микроклимата про­ изводственного здания и, в частности, к обеспечению постоянного направления движения воздуха в рабочей зоне смежных пролетов, скорость которого поддается регулированию путем изменения пло­ щади вытяжных отверстий в аэрационном фонаре над повышенным пролетом. Такое постоянное движение воздуха в рабочей зоне осо­ бенно целесообразно в производственных зданиях, эксплуатируе­ мых в южных районах (рис. III.13).

Практика эксплуатации производственных зданий в СССР (где значительная часть равнинных территорий отличается крайней из-

Рис. III.13. Организация устойчивого направления естественных токов воз­ духа в одноэтажных промзданиях (целесообразная в южных районах):

менчивостыо направлений ветров), показала целесообразность бо­ лее широкого использования для целей аэрации вытяжных фонарей

сзащищенными от воздействия ветра проемами и, как следствие,

сустойчивыми аэродинамическими характеристиками. Важнейшим положительным качеством т,аких фонарей является неизменная и высокая производительность по удалению нагретого и загрязненно­ го воздуха, обеспечиваемая при отсутствии регулирования откры­

вания проемов фонаря, в связи с постоянно меняющимися направ­ лениями ветра.

Площадь вытяжных отверстий в таких фонарях используется более производительно (почти в 2 раза) по сравнению с площадью створных переплетов в обычных фонарях с неустойчивыми аэроди­ намическими характеристиками и возможностью эффективного удаления воздуха лишь через проемы, расположенные с подветрен­ ной стороны.

На рис. III.14, III.15 приведены профили производственных зда­ ний с вытяжными фонарями, имеющими устойчивые аэродинамиче­ ские характеристики и не требующими постоянного регулирования открывания створных переплетов.

112

2Н

Рис. III.15. Схема вытяжного фонаря с ветроотражающими экранами:

а — в многопролетном здании; б — в двухпролетном здании

Вытяжной фонарь (рис. III.14), профиль и размеры которого разработаны Л. М. Брантом (в порядке конкретизации более обще­ го предложения В. В. Батурина), отличается тем, что остекленные проемы расположены изолированно от аэрационных, в связи с чем ограничивается чрезмерное загрязнение стекол удаляемым возду­ хом. Взаимная аэродинамическая защита вытяжных проемов обес­ печивается противолежащими половинами фонаря. Для обеспече­ ния более устойчивой и производительной работы, аэрационные проемы целесообразно располагать не ближе 5 ж к торцам фона­ ря. Применение фонарей аналогичного очертания допустимо для цехов с значительными и непрерывными выделениями тепла (на­ пример, около 50 ккал!мъ при наименьших выделениях тепла тех­ нологическим процессом); при этом указанный минимальный пре­ дел выделений тепла относится к строительству зданий на терри-

I -(1,05- Г, rj/іф ; hf 0,05 О0 А» ~0,95hф+ Ц= о,1м

Рис. III.16. Расположение ветроотражаю­ щих экранов

тор-иях с ограниченными снегопадами и метелями (Центральные районы Украинской ССР и т. д.). При прерывистых или недостаточ­ ных выделениях тепла и резко выраженных процессах горизонталь­ ного переноса снега (см. гл. II), пространство между раздельными половинами фонаря может быть занесено, что ведет к осложнени­ ям эксплуатации здания, перегрузкам конструкций и даже их ава­ риям.

Вытяжной фонарь с ветрозащитными экранами (рис. III.15), имеет более устойчивую аэродинамическую характеристику. Недо­ статок этого фонаря состоит в том, что в случае близкого располо­ жения к вытяжным проемам непрозрачных ветроотражающих экранов, снижается его светоактивность. Поэтому такой фонарь следует применять главным образом для целей аэрации, а не для освещения помещений. Использование этого фонаря целесообразно, например, в производственных зданиях с малой шириной, освещае­ мых боковым светом, а также в крайних пролетах многопролетных зданий.

При малых уклонах кровли вполне удовлетворительные условия для удаления воздуха достигаются при расположении ветроотра­ жающих экранов на расстоянии I от вытяжных проемов, примерно равном высоте фонаря (рис. III.16).

114

Такое расположение экранов обеспечивает достаточную устой­ чивость аэродинамических давлений и неизменность скоростей воз­ духа, удаляемого одновременно через наветренные и подветренные проемы. При очень больших выделениях тепла в производственном здании (100 ккал/мг и более) и крутых уклонах кровли производи­ тельность фонаря повышается при наклонном расположении вет­ роотражающих экранов (рис. III.17).

В цехах, где удаляемый воздух сильно загрязнен, уместно от­ казываться от применения остекленных поверхностей в фонарях верхнего света, используя для таких помещений достаточно произ­ водительные вытяжные аэрационные устройства и освещение боко­ вым верхним светом. Расположение на достаточном расстоянии

Рис. III.17. Аэрационный фонарь с наклонными ветроотражающими экранами над цехом с очень большими выделениями тепла

Рис. III.18. Обеспечение минимального загрязнения остекления в цехах с выделе­ ниями тепла и газов (путем функционального разделения световых и аэрацион­ ных проемов):

1 — естественный свет; 2 — выделения тепла и потоки нагретого загрязненного воздуха

друг от друга световых и вытяжных аэрационных проемов следует считать одним из основных правил проектирования зданий подоб­ ных цехов (рис. III.18).

Для зданий, где не требуется очень высокая производитель­ ность вытяжных устройств, целесообразно применение аэрационно­ го фонаря Гипромеза, представляющего по существу протяженный дефлектор и показавшего в условиях умеренного наружного клима­ та удовлетворительные эксплуатационные качества в тех цехах, где производительность этого устройства оказалась достаточной (рис. III.19).

Фонарь этого вида без регулирующих расход воздуха клапанов может быть установлен только над зданиями, в которых возможно сильное охлаждение воздуха верхней зоны помещений в холодный период года.

Аэрационные фонари с устойчивыми аэродинамическими харак­ теристиками и достаточно простым сезонным регулированием

115

площади вытяжных отверстий в состоянии обеспечить удовлетвори­ тельное удаление загрязненного воздуха из цехов с большими выделениями производственного тепла, в частности, и в климатиче­ ских условиях, отличающихся сильными ветрами. Однако чем мень­ ше избыточное давление под покрытием цеха, тем больше внима­ ния должно быть уделено аэродинамической характеристике фона­ ря и предупреждению снежных заносов в холодный период года, во время возможных перерывов в выделениях производственного тепла.

При проектировании вытяжных отверстий и устройств из влаж­ ных и мокрых помещений необходимо считаться с возможностью обледенения внешних конструктивных элементов в зоне удаления влажного воздуха.

Рис. III. 19. Схема вытяжного фонаря Гипромеза (размеры относительные, крат­ ные ширине горловины фонаря, принятой равной единице)

Рис. III.20. Обледенение вытяжных проемов в зданиях влажных и мокрых цехов

Вытяжные проемы, назначенные для этих целей, следует распо­ лагать так, чтобы падающие при таянии куски льда не могли по­ вредить остекления расположенных ниже светопроемов или конст­ рукций кровли, а тем более не могли угрожать безопасности пеше­ ходного и транспортного движения у здания.

На рис. III.20 показано неудачное в этом отношении располо­ жение зенитных фонарей верхнего света под вытяжным устройст­ вом в здании цеха с высокой влажностью внутреннего воздуха.

Во влажных производственных зданиях весьма важна в целях обеспечения сравнительно сухого состояния конструкций наружных стен и их долговечности организация циркуляции токов сухого воздуха вблизи этих стен.

Такое движение воздуха может быть достигнуто путем устрой­ ства у наружных стен щелей в междуэтажных перекрытиях или рабочих площадках (рис. III.21) с подачей снизу сухого приточно­ го воздуха в эти щели.

116

Опытом эксплуатации в суровом климате производственных зда­ ний с большими выделениями влаги установлено, что такое меро­ приятие обеспечивает достаточно удовлетворительное температур­ но-влажностное состояние наружных стен н ограничивает образо­ вание льда на остеклении светопроемов.

Рис. III.21. Организация токов сухого теплого воздуха вблизи поверхности наружных стен влажных помещений (по предложению

§ 3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛА Иі ВЛАГИ В ПОМЕЩЕНИЯХ

Во многих отапливаемых зданиях преобладающее распростра­ нение тепла и влаги происходит путем конвекции, и основной при­ чиной переноса является разность давлений, в отдельных зонах по­ мещений не всегда устойчивая, ограниченная по величине и изме­ няющаяся во времени.

Если источники тепла, связанные с функциональным процессом, протекающим в помещении, практически мало заметны, основное растространение тепла в холодный период года происходит от ото­ пительных приборов и в этом случае носит достаточно определен­ ный характер. Ограниченная интенсивность источников тепла и влаги (или даже практическое их отсутствие) характерна для жи­ лых и общественных зданий.

Наиболее явно выраженные выделения тепла и влаги характер­ ны для соответствующих производственных помещений.

Если источники тепла и влаги многочисленны и плотно распре­ делены на значительной части площади помещения, а количество выделений сравнительно мало, то распространение тепла и влаги в объеме помещения относительно равномерно и происходит по бес­ порядочному пути (диффузное), что характерно, например, для станочных, прядильных, ткацких, электролизных и других анало­ гичных цехов.

При расположении источников интенсивных выделений тепла только на отдельных участках происходит распространение тепла

117

постоянны, что их теплозащитные свойства могут быть сколь угод­ но малыми, но стойкость против высоких температур должна быть очень большой.

Соответствующие расчеты показывают, что при разности АТ= =50° предельная высота распространения тепловой струи состав­ ляет до 40 м\ при Д7’=1000° (плавка металла) эта высота в спо­ койной свободной воздушной среде равна около 900 м.

В связи с этим, кровли металлургических цехов интенсивно про­ греваются. Через аэрационные вытяжные устройства этих кровель в наружную атмосферу поступают большие количества тепла; на сотни метров над металлургическими цехами формируется свой особый микроклимат с значительным загрязнением воздуха и по-

Рис. III.23. Траектории тепловых струй в воздуш­ ной среде:

а — траектория в спокойной воздушной среде с положи­ тельным температурным градиентом; б — то же, в тер­ мическом цехе

ложительной те.мпературой даже в наиболее холодные периоды зимы.

В зоне распространения этих тепловых струй невозможно обра­ зование льда и выпадение снега на покрытия цеха; снег на лету обращается в дождь.

При прерывистом действии тепловых струй ограждающие кон­ струкции цеха и особенно его верхнее покрытие подвергаются мно­ гократному (даже в течение суток) замораживанию и оттаиванию, в результате чего конструкции даже из таких стойких материалов, как железобетон разрушаются в течение двух-трех десятков лет, а иногда и в более короткие сроки.

Типичная двухмерная траектория смешения тепловой струи (рис. Ш.23) может быть установлена по величине ее максимально­ го поднятия 2мако [38], имеющего место при некоторой абсциссе xz.

Эта величина ZMaKс приближенно может быть определена из дифференциального уравнения переноса, приведенного к кинема­ тической форме:

119