Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные проблемы теплогазоснабжения населенных мест и предприятий. Учебное пособие (курс лекций)
.pdf
131
влажностное состояние воздуха в помещении, определяемое выде-
e
D
(
)
(
)
ååå
ååå
лением влаги и воздухообменом.
Источниками влаги в жилых помещениях являются бытовые
процессы (приготовление пищи, мытье полов и пр.), в общественных зданиях – находящиеся в них люди, в промышленных – технологические процессы. Влажностное состояние характеризуется
упругостью или парциальным давлением водяных паров l, Па (мм
рт. ст.) или относительной влажностью, φ %
Влагосодержание d возрастает с увеличением упругости водяного пара и воздуха. Изменение d от l определяет по аналогии с
теплоемкостью влагоёмкость воздуха. Влагоёмкость воздуха η
возд
Г/(кг×Па), показывает, насколько возрастает влагосодержание воздуха ∆d, Г/кг, при увеличении упругости ∆е на 1 Па:
h
d
=
.возд
. (3.26)
D
Упругость полного насыщения воздуха Е, Па, зависит от температуры t
увеличивается. Приближенную зависимость Е, Па, от t
t
>0 можно найти:
нас.
В расчетах необходимо знать температуру t
. С возрастанием температуры насыщения величина Е
нас.
нас.
2
t61.15.11476E ×++=
. (3.27)
н
, которой соот-
нас.
при
ветствует то или иное значение Е:
2
.нас
E0015,072,37t ×--=
. (3.28)
Уравнение баланса влаги в воздухе помещения имеет вид:
=×-+× 0dGWdG
, (3.29)
i,ухi,ухji,прi,пр
где G – массовый расход отдельных составляющих (по притоку
«пр» и вытяжке «ух») воздухообмена;
W – интенсивность отдельных влаговыделений, кг/ч.
Принимая
dd » и
вxy
== СGG
ухпр
получим формулу для
определения влагосодержания dв, г/кг, воздуха в помещении:
+
å å
=
d
в
пр
å
G
WСd
. (3.30)
За счет разности концентраций водяного пара происходит его
диффузия:
,
132
81.1
T
(
)
D
D
DD
101,0
0
P
T
ö
æ
××=
ç
è
273
÷
, (3.31)
ø
где Dо=0,08 – коэффициент диффузии при Т=273 и Р=0,101 МПа.
Миграция влаги под влиянием перепада упругостей называют
паропроницаемостью, и она аналогична теплопроводности и равна
массе влаги, г, проникающей через квадратный метр сечения воздуха в час при перепаде упругостей водяного пара в 1МПа на 1 м:
D231
. (3.32)
=
m
Поток пара, проходящий через пограничный слой воздуха около поверхности, соответствует интенсивности i, г/м2ч, влагообмена
поверхности с воздухом:
где
b
– коэффициент влагообмена на поверхности, г/(м2 ч·МПа);
l
l и пl – упругость паров в воздухе объема помещения и на по-
в
b
lli -=
, (3.33)
пвl
верхности, МПа.
В условиях естественной конвенции:
2
1
5
3
lt9.42
где
и
– разности температур и упругостей водяных паров в
t
l
l
=
DDb
, (3.34)
воздухе и на поверхности.
3.2.2. Гравитационное и ветровое давление
Воздушным режимом здания называют совокупность факторов
и явлений, определяющих общий процесс обмена воздуха между
всеми его помещениями и наружным воздухом, включающий перемещение воздуха внутри помещений, движение воздуха через
ограждения, проёмы, каналы и воздуховоды и обтекание здания
потоком воздуха.
При отсутствии ветра на поверхности наружных стен будет
действовать разной величины гравитационное давление. По
закону сохранения энергии среднее давление по высоте внутри и
снаружи здания будет одинаково. Относительно среднего уровня в
нижней части здания давление столба холодного наружного воздуха с внешней поверхности стены будет больше, чем давление
столба теплого воздуха внутри помещения.
133
(
)
2
2
2
Рис. 3.4. Построение эпюр избыточных давлений
В нижней части здания внешнее давление больше внутреннего,
и ординаты избыточного гравитационного давления имеют знак
плюс. Вверху здания внутреннее давление больше внешнего, поэтому ординаты опоры имеют знак минус. В средней части гравитационное давление равно 0, его называют нейтральной плоскостью здания. Величина ординаты Рt опоры избыточного гравитационного давления на произвольном уровне h относительно нейтральной плоскости равна:
Если здание обдувается ветром, а
ghP
rr
-××±=
. (3.35)
внt
tt = , то абсолютная вели-
вн
чина избыточного ветрового давления равна:
2
n
kk
P
D
v
-
=
н
21
r
××
, (3.36)
н
где k1 и k2 – аэродинамические коэффициенты соответственно
с наветренной и заветренной стороны здания;
2
n
н
r
– динамическое давление набегающих на здание потока
н
воздуха.
Рассмотрим случай сложения этих сил:
134
2
2
2
2
2kk2
()(
)
n
kk
( )
ghPPP
rr
внvt
-
±-××±=±±=
н21
r
××
.(3.37)
н
Для удобства строят эпюру так, чтобы по всему контуру здания
избыточное давление имело знак (+). Для этого на нуль принимают наибольшее отрицательное давление (Z).
Hg
P
( )
rr
вн0
-
×-×=
н21
r
××
. (3.38)
н
2
n
В соответствии с этим разность давлений воздуха снаружи и
внутри помещения:
ННP
2
( ) ( )
нн
+-×-=
rrrD
внэш
, (3.39)
PPkk5,0
bnr
--×-×××+
в0v21
где Нш – высота устья вентиляционной шахты от уровня земли;
Нэ – высота центра рассматриваемого элемента здания (окна,
стены и т. д.) от уровня земли;
b
v
– коэффициент, вводимый на скоростное давление и учитывающий изменение скорости ветра от высоты здания (для европейской части изменение скорости ветра на высоте 0,03–0,015 м/с на 1
м высоты);
Р0 – давление воздуха в помещении, определяемое из условия
соблюдения воздушного баланса;
Рв – избыточное относительно Р0 давление в помещении.
При наличии ветра на поверхности наружных стен будет дейст-
вовать дополнительное ветровое давление разной величины.
Аэродинамические характеристики здания
Подобие аэродинамического обтекания конструкции показано
на рисунке 3.5.
Если пренебречь потерей энергии между сечениями 1–1 и 2–2,
и сжимаемостью воздуха, то уравнение сохранения энергии представится уравнением Бернулли:
Р1+*r∙∙w
2
/2=Р2+*r∙w
1
2
/2. (3.40)
2
Тогда избыточное статическое давление в сечении 2–2 определяется по выражению:
2
Рст=Р2–Р1=(1–w
/w
2
2
)r w2/2=К
1
r
w2/2. (3.41)
аэр
135
Рис. 3.5. Схема аэродинамического обтекания
строительных конструкций:
1 – пластина; 2 – элементарная струйка воздуха; 3 – вихревое движение
воздуха в зоне аэродинамического следа; 4 граница аэродинамического
следа; 5 – линии тока в зоне аэродинамического следа; А и Б – точки
торможения (положение точек не фиксировано)
Аэродинамический коэффициент показывает отношение избыточного статического давления в одной из точек наружной поверхности здания к динамическому давлению ветра:
Р2
ст
==
.
(3.42)
2
w
r
Энергетический смысл К
К
Р
аэр
ст
Р
дин
заключается в том, что его значение
аэр
показывает в долях, какая часть удельной кинетической энергии
превращается в удельную потенциальную энергию.
Если w
Если w
В точках А и Б К
<
w1, то К
2
>
w1, то К
2
>0 – наветренный коэффициент.
аэр
<0 – заветренный коэффициент.
аэр
=1.
аэр
Аэродинамические коэффициенты определяются экспериментально в аэродинамической трубе.
Задачами аэродинамики здания являются:
– определение ветровой нагрузки на здание;
– определение разности давлений снаружи и внутри здания;
– определение размеров застойной зоны (аэродинамического
следа) и условий циркуляции воздуха в ней.
Характер потоков воздуха при обтекании здания показан на рисунке 3.6.
136
Эпюра скоростей ветра по высоте здания имеет криволинейный
характер и соответственно эпюра давления тоже. Величина аэродинамического коэффициента уточняется коэффициентом распределения давления по высоте здания:
– если соотношение высоты здания к протяженности фасада
Н/L<1, то обтекание происходит над зданием, и принимают сред-
нюю по высоте скорость ветра;
– для высоких зданий Н/L>1 считается, что обтекание происходит в горизонтальном направлении с боков здания, и давление
определяется по локальному аэродинамическому коэффициенту и
скорости в каждой точке здания.
Эти соотношения получены на основе теории подобия, т. к. при
Re>103 наступает автомодельный режим течения воздуха и коэффициент К
не зависит от Re, а зависит только от геометрическо-
аэр
го масштаба Н/L.
Рис. 3.6. Характер потоков воздуха при обтекании здания:
1 – здание; 2 – зона избыточного давления; 3 – зона разрежения; 4 – зона
возникновения обратных потоков; 5 – граница зоны аэродинамического
следа; 6 – граница зоны влияния здания на поток воздуха
Распределение давления воздуха по высоте здания
Давление воздуха по высоте здания переменно и определяется
уравнением:
137
F
dP ××=
×
×
r
Давление в любом сечении:
r
где
Воздух проникает в здание снизу, а выходит вверху вследствие
разности давлений внутри здания и снаружи.
Для расчетов естественного циркуляционного давления прини-
маются:
– способ нейтральной зоны;
– эффективность избыточных давлений.
Снаружи здания аэростатическое давление определяется по
вертикали от точки условного нуля до заданной высоты от этой
точки (рисунок 3.7а).
Внутри здания эпюра давления имеет вид трапеции, где Ро – избыточное давление относительно условного нуля (внутреннее статическое давление) (рисунок 3.7б).
При вычитании эпюр получим расчетное давление при действии гравитационных сил.
При скорости ветра Wв>0 учитывается ветровое давление.
)h(f=
.
=
dVg
r
ah
ò
dhg
r
××-= ,dhgPP
. (3.43)
(3.44)
а) б) в)
Рис. 3.7. Распределение аэростатического давления по вертикали
138
Распределение давления в здании
Если в стенах здания, находящегося в среде неподвижного воздуха, имеются два отверстия (одно внизу F1 и другое вверху F2), то
при условии, что температура воздуха снаружи tн, а внутри здания
поддерживается равной tв (причем tв>tн), воздух будет поступать
через нижнее отверстие и уходить через верхнее (рисунок 3.8). Для
этого необходимо, чтобы давление на уровне нижнего отверстия
было снаружи выше, чем внутри, а на уровне верхнего наоборот.
Т. к. напор по высоте здания изменяется по линейному закону, то
между отверстиями должна быть плоскость, на уровне которой
разность давлений равна нулю. Эту плоскость называют нейтральной или плоскостью равных давлений.
Определим положение нейтральной плоскости.
Из уравнения Бернулли (3.40), составленного для двух сечений
на входе и выходе на уровне отверстия, получим:
r
w =
-×
/)рp(2
21
. (3.45)
Разность давлений (р1–р2), как уже определено ранее, равна:
– для верхнего отверстия (р1–р2)=g h2(ρв–ρн);
– для нижнего отверстия (р1–р2)=g h1 (ρн–ρв).
Тогда скорость истечения воздуха через соответствующее отверстие:
w2=√ 2gh2(ρв–ρн)/ρв, w1=√2gh1(ρн–ρв)/ρн, (3.46)
а его расход: L2=F2μ w2, L1=F1μ w1. (3.47)
Разделив уравнения (3.46) почленно и считая отношение
ρв/ρн=1, получим:
h2/h1=F
2
2
/F
. (3.48)
2
1
3.3. Влажность воздуха в помещении и ее влияние
на воздушно-тепловой режим помещения
Влажностное состояние ограждений может быть условно разделено на эксплуатационное, соответствующее основному периоду
продолжительной и регулярной эксплуатации здания, и начальное,
соответствующее первым годам после начала эксплуатации. Теплотехнический расчет ограждений и подсчет теплопотерь помещениями производится исходя из данных о среднегодовой влажности
материалов ограждения, т. к. их влагосодержание меняется в течение года в зависимости от наружных условий и влажностной обстановки внутри помещений.
139
Рис. 3.8. Схема поступления и отвода воздуха в здании
Среднегодовая влажность материала, учитывающая среднее за
год суммарное воздействие температуры, влажности, скорости
ветра, осадков, солнечной радиации и т. п., т. е. всех показателей
наружного климата, влияющих на влажностное состояние ограждения, определен влажностно-климатическими зонами (влажная,
нормальная, сухая), приведенными на карте СНиП.
Влажностная характеристика внутри помещений зависит от их
функционального назначения. В соответствии со СНиП помещения по степени влажности воздуха делятся на четыре группы: сухой, нормальный, влажный и мокрый влажностный режим.
Эксплуатационное влажностное состояние материалов в ограждении определяется категориями А и Б СНиП «Строительная теплотехника».
Характеристики тепловой обстановки в помещении определяют
комфортность условий для человека. К ним относятся: температура tв, подвижность vв и относительная влажность
мещении; температуры поверхностей
t
, обращенных в помеще-
i
j
воздуха в по-
в
ние, расположение (относительно человека) и размеры, которые
определяют радиационную температуру помещения tr.
Комфортное сочетание этих показателей соответствует таким
оптимальным метеорологическим условиям, при которых сохраня-
140
ется тепловое равновесие организма, т. е. отсутствует напряжение
в работе системы терморегуляции человека.
Допустимыми считаются такие условия, при которых возникает
напряженность терморегуляции организма, не приводящая к отрицательным последствиям при длительном воздействии.
Предельно допустимыми называются условия, при которых
возникает значительная напряженность терморегуляции при длительном локальном воздействии на отдельные части тела.
Самочувствие и работоспособность человека зависят от работы
физиологической системы терморегуляции организма. Для поддержания постоянной температуры организм человека постоянно
вырабатывает тепло, которое отдается окружающей среде. В зависимости от физиологического и эмоционального состояния человека, его одежды, возраста, вида выполняемой работы и индивидуальных особенностей организма количество тепла, теряемого в окружающую среду, может быть различным.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]