Воздушный режим помещения

При воздухообмене воздух поступает в помещение в виде струйных потоков. Воздушная струя — это направленный поток воздуха, поступающего в среду помещения. Струю, распространяющуюся в покоящейся среде, называют затопленной. Характерной особенностью струйных течений является то, что вблизи поверхности раздела, где возникают так называемые поверхности тангенциального разрыва, велики градиенты скоростей, температур, параметров торможения, тогда как распределение статического давления оказывается непрерывным.

На поверхности тангенциального разрыва происходит интенсивный обмен вихревыми полями, массой, импульсом и энергией. В связи с тем на границе двух струй формируется область с непрерывным распределением параметров течения, называемая струйным турбулентным пограничным слоем. Структура турбулентности в таком слое предполагает существование двух форм турбулентного обмена: градиентной диффузии, обусловленной мелкомасштабной турбулентностью, и объемной конвекции, осуществляемой переносом вращающихся вихрей [3].

В области, лежащей между внутренними границами пограничного слоя, расположено потенциальное ядро течения. Этот участок называют начальным. Утолщение струйного пограничного слоя, а также проникновение вихрей в потенциальное ядро постоянной скорости приводит к постепенному уменьшению поперечного размера ядра. На некотором расстоянии от начального начинается основной участок, характерной особенностью которого являются подобие безразмерных профилей скорости и относительно слабо меняющийся по сечению и вдоль оси уровень турбулентности. Между начальным и основным участками струи расположен переходный участок. В инженерных задачах турбулентную струю схематизируют, переходным участком пренебрегают. Струи делят на осесимметричные, которые вытекают из приточных отверстий (круглого, квадратного и прямоугольного с соизмеримыми сторонами); плоские, исходящие из щелевых отверстий; веерные, исходящие из вентиляционных решеток с принудительным рассеиванием. Характеристики неизотермических струй на некотором расстоянии х от отверстия таковы:

а) скорость на оси струй, м/с: осесимметричных и веерных плоских.

б) избыточная температура на оси струй, °С: осесимметричных и веерных , плоских ;

в) секундный расход воздуха, м3/с, перемещаемого в струе (осесимметричной, плоской и веерной):

в — угол рассеивания струи, рад;

l — длина щелевидного отверстия;

С = 0,082 для осесимметричных; С = 0,12 для плоских и веерных струй;

М — кинематическая характеристика струи;

N — тепловая характеристика струи.

Под воздушным режимом здания понимают непрерывный процесс обмена воздуха помещения с наружным воздухом [4]. Воздухообмен может быть искусственным или естественным. В первом случае он обеспечивается работой предназначенных для этой цели побудителей движения воздуха. Во втором — воздухообмен обусловлен естественными силами, а именно ветровым давлением или гравитационными силами.

Разность температур внутреннего и наружного воздуха вызывает гравитационное давление. Под действием ветра на наветренной стороне возникает избыточное статическое давление, а на заветренной — разрежение. Поэтому давление с внешней стороны ограждения отличается от давления воздуха в помещении. воздушный вентиляция вытяжной шахта На рисунке 1 приведены эпюры избыточного давления воздуха под влиянием различных сил.

Естественный воздухообмен, обусловленный гравитационным давлением и действием ветра, называют аэрацией помещения. В определенных пределах такой воздухообмен можно регулировать.

Под влиянием указанных выше естественных сил происходят фильтрация или эксфильтрация воздуха, т. е. его проникновение в помещение или убыль из помещения через ограждающие конструкции. Интенсивность этих процессов, а также размещение по высоте здания соответствующих зон зависят от многих факторов: систем естественной вентиляции, времени года, силы ветра, конструктивных особенностей здания и прочее [5].

Инфильтрация и эксфильтрация воздуха оказывают влияние на тепловой режим здания и являются одними из источников нарушения комфортности в помещении [6].

Воздухообмен, обусловленный ветровым напором, зависит от скорости ветра. Если считать, что температура воздуха внутри помещения и снаружи одинакова, т. е. если исключить действие гравитационного напора, то эпюры давлений с наветренной и заветренной стороны будут равны (рисунок 1).

Рисунок 1 — Эпюры избыточного давления воздуха под влиянием.

Ветровое давление на здание:

Разность давлений с наветренной и заветренной сторон зданий.

х — скорость ветра;

К — аэродинамический коэффициент.

Для однопролетных зданий, каковыми являются большинство сельскохозяйственных производственных сооружений, при торцевом оборудовании с наветренной стороны К1 = 0,60ч0,68; для заветренной К2 =0,23ч0,27; для боковых сторон К3 = К4 = 0,30−0,36. Значение коэффициента принимается положительным для наветренной стороны здания (К1) и отрицательным для заветренной (К2) и боковых сторон (К3 и К4).

В реальных условиях здание находится под одновременным воздействием гравитационного и ветрового давлений.

В этом случае ординаты избыточного давления определяют из уравнения:

Чтобы уменьшить или предотвратить прорыв холодного воздуха в помещение, у входных дверей или ворот устанавливают завесы воздушные или воздушные тепловые [7]. Для создания завесы воздух, как правило, забирается вентилятором из верхней части помещения и направляется под углом к направлению холодного воздушного потока, поступающего через проемы ворот или дверей. Начальная скорость струи должна быть равна 12−16 м/с.

Воздушные завесы могут быть с нижней, боковой односторонней и двухсторонней подачей воздуха [17] (рисунок 2). Опыт показывает, что наиболее эффективной является завеса с нижней подачей струи. При ее устройстве угол между осью струи и плоскостью проема принимают 35…40°C; для боковых завес _ 45°.

Расход воздуха на создание завесы определяют из выражения:

з — коэффициент, учитывающий возможность проникновения некоторого количества наружного воздуха в верхней части ворот з = 0,6ч1,0;

LН — расход наружного воздуха, поступающего через открытый проем ворот, не оборудованный завесой, м3;

Н — высота проема ворот, м;

b — ширина выпускной щели приточного воздуховода завесы м;

к — коэффициент, характеризующий «дальнобойность» завесы в зависимости от угла выхода струи б к плоскости проема ворот. Значение коэффициента колеблется в пределах 0,1ч0,4.

Рисунок 2 — Типы воздушных завес с различной подачей воздуха.

а — нижней; б — боковой односторонней; в — боковой двухсторонней.

Таким образом, микроклимат включает в себя следующие понятия: температура, влажность, скорость воздуха и наличие в воздухе вредных веществ. Потенциал влажности — это функция, определяющая распределение влаги в теле. Аэрация, фильтрация и инфильтрация определяют состояние воздуха в помещении, а воздушные завесы препятствуют прохождению холодного воздуха в помещение.