Введение к работе
Актуальность работы. Доминирующей тенденцией о государственной жилищном строительстве нашей страны является возпедениа многозтакных зданий. Недооценка влияния воздухообмена в здании приводит it существенному ухудшению состояния микроклимата в отдельных помещениях, а также х перерасходу тепла на подог-ров инфнльтрующегося воздуха. Это особенно существенно для зданий, оборудованных системами естественной вытяжной вентиляции. Влияние гравитационного давления, ветра, планировки, сопротивления воздухопроннцанию внутренних и наружных ограждающих конструкций для зданий повышенной этажности выражено более реэхо, чен п зданиях малой и средней этажности.
Совместное расснотренко воздушного режима всех попещений здания с системой вентиляции позволяет получить достоверную качественную и количественную картину распределения воздушных потоков п здании и системе вентиляции, однако, сложность процесса воздухообмена, обусловленная необходимостью учета большого числа факторов различной физической природы, ограничивает использований чисто аналитических методов. Попытки свести расчет к упрощенной обгіой для всох кногоэтаиннх зданий форко приводит к значительным сшибкам. Решение данной задачи кохот быть найдено только с помощью обобщенных параметров - критериев подобия.
Цель исслодопания. Основной цель» диссертации является разработка иерархии натонатичоских поделай, позволяющих проанализировать воздушный режим здания (ВРЗ) в целом, процесс инфильтрации и экефнльтрации воздуха, работу системы вентиляции; выявление критериев подобия и безразмерных комплексов; разработка нотодики расчета новых и анализа существует»»* систем вентиляции.
3 а д а ч и и с с л о д о в а и и я: .
анализ схеи организаціпі воздухообмена в многозтаяннх жилых здалиях и конструктивных рошений систем вентиляции;
анализ иетодоп моделирования ВРЗ и расчета систем вентиляции ;
разработка полной математической подоли DP многоэтапного здания, оборудованного системой вентиляции, учитывающей разнообразно "замыкающих" соотношений;
разработка алгомтиа и програним для численного решения поставленной лада^-г;
проведение натурных испытаний для проверки адекватности иа-тематическсЧ модели физическому процессу и определения области изменения паранетров, входящих в нее;
.... - проведение численного эксперимента для систематизации па
раметров ПО ЭН : ЧИКОСТИ и» »"»»"»« - - *
разработка упрощенных моделей, описывающих процесс ин-и-эксфильтрации аоздуха и распределония воздушных потоков по системе вентиляции;
оценка погрешности упрощенных моделей и сопоставление результатов, полученных по ним, с другини расчетами и зксперішен-тальныии данными ;
выявление обобщенных паранетров, позволяющих оценить ка-. чество воздуха в помещении;
разработка методики расчета основних параметров вентиляционных снетрн, используемых в современном домостроении.
Научная новизна работы состоит:
в разработке полной натенатической модели воздушного режима многоэтажного здания, оборудованного системой вентиляции, учитывающей п том число процесс слияния и деления потоков в элскеи-тах системы г нтиляции;
в разработке истода численного решения поставленной задачи, обеспечивающего устойчивую и быструю сходимость итерационного процесса;
в предложенных упрощенных моделях процесса инфильтрации н распределения воздушных потоков по системе вентиляции;
в выявлении обобщенных критериальных показателей иежду факторами, определяющими воздушный режим здания;.
з определении безразмерного комплекса , определяющего работу системы вытяжной вентиляции;
в систематизации отдельных факторов и их взаимодействие по значимости влияния на качественную и количественную картину распределения воздуаных потоков по здании и системе ВСНТіШВДйі.
Практическая ценность работы заключается
в определении границ области применения различных по сложности математических моделей , в пределах которой погрешность, вносимая всякого рода упрощениями, но является критической;
в разработке методики по расчету новых и оценки существующих систен вентиляции.
В н е'д'р'вмі ив результатов. Результаты численного моделирования использовались для разработки рекомендаций по расчету инфильтрации в многоэтапных хилых зданиях; инженерная методика по расчету новых и оценки существующих систен вентиляции была положена в основу методики ЦИИИЭП инженерного оборудования и использовалась для экспертизы проектных решений систен вентиляции, рекомендуемых для типового проектирования.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена ка 278 страницах, включающих 148 страниц машинописного теста, 74 рисунков, 26 таблиц и 8 страниц приложений. Библиогра-
фил включает.97 наименования работ отечественных и зарубежник авторов.
А п р о б а ц и я р а б от ы. Результаты работы доложены на Всесоюзной школе-семинаре "Математическое моделирование в науке и технике" (г. Пермь, 1986 г.), на научных семинарах МИСИ и НИИСО.
II а з а ч и т у вы н о с я т с я:
- полная математическая модель воздушного резина многоэтажного здания, оборудованного системой вентиляции, учитыза-ощая в тон числе процесс слияния и деления потоков п элементах системы вентиляции;
метод численного решения, обеспечивающий устойчивую и биструю сходимость итерационного процесса;
упрощенные подели процесса инфильтрации и распределения воздушных потоков по системе вентиляции;
- критериальные зазнсинос'ін между факторами, определяющими воздушный режим здания;
безразмерны;! комплекс, определяющий работу системы вытяя-ной вентиляции;
систематизация отдельных факторов и их взаимодействии по значимости влияния на качественную и количественную картину распределения ВОЗДУЯПих ПОТОКОВ ПО ЗДаННИ U ПОЛОМ, И ПО СИСТеНе DOH-
тияяцмн в частности.
- методика по расчету новых и оценки существующих систем вен
тиляции. '
Основными задачами исследования воздушного рехнма здания является выявление условий к факторов, обеспечивающих поддержание чистоты внутреннего воздуха г помещениях и уменьшение энергопотребления здания. ,
Применительно к хилым здпнияи решение зтнх задач тесно связано с выборок схемы организации воздухообмена помещений квартир, конструкции системи вытяжной вентиляции, оо основных геометрических к аэродинамических параметров.
3 настоящее время в таких здания/распространенной схемой организации воздухообмена является следующая: наружный воздух поступает в помещения через неплотности окон и удаляется " через вы-тяхные решетки, установленные в кухнях « сантохкабішах. Для систол вртянноп вент: ляцкн характерна схема, вклгача! чая в cefir вертикальный канал с боковыми ответвлениями. Система ввнтилягии, как правило, Монтируется из позтахных взнтблоков, геометрические и аэродинамические параметры которых весьма разнообразны.
Наиболее универсальным методом анализа ВРЗ является математическое нодели». JBaHKe, позволяющее исслодооать распределение воз-
- б -
душных потоков в зданиях при изменении граничных условий.
Перспективный следует считать подход к формированию математической подоли ВРЗ, использующий представление здания в виде графа. Програмнії, разработанные на отой осново, позволяют проанализировать воздухообмен в зданиях, произвольной планировки незапнен-но от схемы систены вентиляции.
Следует отметить, что существующие алгоритмы и програний для численного решения задачи потокораспределения имеют ряд ограничений: d них не учитывается специфика расчетных схем воздупного режима здания и многообразие "замыкающих" соотношении; они но обладают достаточно'! универсальностью, характеризуются неустойчиво.'* сходимостью, требуют задания начального приближения.
Натурные обследования позволяют выявить фактическую картину распределения воздушных потоков в здании, определить диапазон из-ненения коэффициентов воздухопроницаемости строительных элементов, усреднениыа значения которых используются при численном ио-делировании ВРЗ. Сопоставление результатов натурных обследовгчтЯ и численного моделирования является единственным способом проверки адекватности математической модели физическому'процессу. Исследования ВРЗ проводятся в трех основных направлениях:
поиск закономерностей изменения инфильтрации под /іепстянен меняющихся паранотроп наружного воздуха;
выявление причин перетекания воздуха из иикинх этажей, здания в верхние л разработка мероприятии по борьбе с ними;
повц'денио устойчивости работы снетени вентиляции и нормализации ее пропускной способности.
Результаты, нолучениыо рядом авторов, отражают сложность задач каждого направлення, но не позволяют установить значимость параметров, влияющих на воздухообмен квартир, на пропускную способность и устойчивость работы системи вентиляции.
Изолированность исследовании d каждой направлении сеидо-тельствуат об отсутствии системного подхода к решению проблсим качества внутреннего Боэдуха в помещении и уменьшения энергопотребления здания.
Модель воздушного режима многоэтапного здания мохет бвть представлена в виде гидравлической сети со сосредоточенными параметрами, т.е. как совокупность связанных нежду собоіі точек, исж-ду которыми происходит движение воздуха.
Общую схеку движения воздуха по зданию нокно представить d виде графа. D зависимости от зколаомоп степени точности моделирования ВРЗ одному и тону хе зданию локио поставить в соответствие разные графы, отличакщиеся количеством узлом и ветвей. Графы, ис-пользуеные при математической коделировашш ВРЗ, обладают двуня свойствами - непланариость и болыаео количество граничных узлс-D^
- Огчиичэ.ии.йнм их' от'графоп других гидравлических.сетоЯ. '" Граф artдается' .Сйяааіпшніі между собой ішохоствак'и граничних Tj.p it і.йурр^нннх узлов JQU. Характеристикой граничного узла яп-іітвтсіі величина-полного избыточного давления Рц: u| -.аЛ$»"г(" - Ь-) + jV.vV2 [Са>Гі Kn,p.(h) - Слэг„^Ка^п1(Н)3. (1) інутрешше узлы соответствуют покещешіяк 'здания, и точка» пзаино-i&Kutnv.ii пот-окоп п. систенв -вентиляции-. Внутренний узал характорк->увт-иеизйестиро ;Полной избыточнее давление Рх.. "зли графа объо-5ннены це'гиіїн?!, 1{0Лелируюн;И!(и вознсгашо- пути движения воздуха. ;андан вётаь является аналогом определенного ялононта здания пли >чает&а системы вентиляїиш. Характеристическая кривая, в плоскості G.2 связиваеї расход G(., идуш.кй по воздухопрошщааиоиу элаиен-. ?у, моделируемому -.й'зтвь'ю tі. J) 'графа, с потерлий полного давло-; шя S.;. Эту связь принято выражать через характеристику сопро-кздешш воздулоііроішцаннм .5|_. '. и виде .функции.
v .::0.-%^:-^ '-"' (2)
" : »!' " vd ' Ч Ч - * '
'.-.. .Отллчцтбды!йй-,йСйи.ешгостью .чдтемаїичоскон подели ВРЗ от яру-
их.' 'ічідравлдічзскіїхУсзїйІІ является необходимость' учета заиисккос-ей ііоїйрь иолаого дапдеі.'ііД'.по только' от ренина течения потока по. ;андоиу участку,.'-''но.U"от .соотсноыеннп/',І'пзаннодеЛстпухадя потоков, ірії-.'атом'.ізнд' .ііааіінбдайстрия (слияние:: или деление потоков) определится :; а;, процессе решения задачи. :'-!{;У:, г :.":'.'у-/.- '.'
;,; При нйлих угла:-:; входа сД;',:;набольшнх сбпротпалоіиіях на входе о а&Ьаоё;ргаатал'еї'іііе SeM: и о'ічюіиенияї! %/G6 близких к нулю суинор-йй uotfipit иолиогб давасіціл; ua участке взитиледноииои сети ногут итъ отрицательными . Использование принципов эквивалентного от-ррстіія "или эквивалентной длину -для определения характеристики сгцротпвкеиня..пбздуібцроіінцаіній' Sg по формуле (2) а этой случае езозло^но. Отрицательный значення' % lickasusi* суть процесса:' посри ; полного .давления V а .-'.>. Сб-.оаон ответвлении будут убивать при валиченші расхода %,'»дудаго по'нону^У :: \ ;4.3 работе предлагается следующий -подход .-'для учета "отрица-ольпих" потерь;'-'ГПредпраагки,."..что,при задаинцх значениях и нан-ааденнях расходоввоздуха (рис.!) на-;.'.-'ветви Уети (i,j) потери рлиого давления 2.; ноіії-шо нуля, Добавнн к погори,- всех ветвей , алачая и взтпь (і,і)» иавраалепна расходов но которин совпадает
иаадавлеіиген раи_-,Уд G.. по отношеино х узлу U величину Рсд. и цчтеи эту se величину из потерь на -оат'иях.,' иаправбииие расходов а котогнх противополагаю Паиравле'миэ расхода G,.. їогда',- потери одного давления Zwна аотцм (lt>j)увеличатся ла величину \д.,,
на ветви (l,j) 2«. уменьшатся на її ke величину. п.отерн,и і всех стальных ветвях остается без нзиешеиня.
а) первоначальная схема а "отрицательными" .
потерями давления
б) эквивалентная схема с источниками дополни
тельного давления
О 'СП
узел с внутренним избыточным давлением
узел с источником дополнительного давления
участок системы вентиляции с "отрицательными" потерями давления
участок систеглы вентиляции с положительными потерями давления
учаоток систеглы вентиляции, сменішіі узлу с источником дополнительного давления
Рис* і. Эквивалентное преобразование сети с "отрицательными" потерями давления
Если рассмотреть лвбоп контур, проходячи через узел і, то можно убедиться в тон, что и в иен потери полного давления будут прежними. Из ркс.1 it выражения (3) видно, что для контура , включаючого узлы і, І, 1, n , 'суммарные потери полного давления в первоначальной парканто к поело внесения в узел j дополнительного давления РЬЛ. , равны
гЧ * Zit * z*m = 7*Ч рслА + 7>it - рсл; .' гЫ <3)
Величина Рсл. выбирается произвольно из условия Pj^. > | z.. |
Тогда яоракгеристнкк сопротивления ветвей (i,j) и (k,J) и (J,l),
сходящихся в узле J определяются по форкуло:
^У = lZi'i + P<*plgn(G4 ))/0Н - .'' (4) т.о. для ветвей, моделируяпих элементы, по который воздух
поступает d узел J, они увеличатся, по которым уходит - уменьшатся.
В 0бВ!вМ СЛуЧП!», ««СЛИ ПОТЗЬ С09ДИНЯС7 ДЕ2 '/ЗЛЯ , В КОТОРЫХ ДО-
бавлени давления (ветвь J1 рнс.1), то ее характеристика сопротивления определяется как
Sji - (Sje + Рсле ~Puaj >/Sj . (5) Любой узел графа, в которой появилось дополнительное давления, будет характеризоваться суннаркоП.величиной' Рн.-Рйл.. Уравнение сохранения энергии для ветвей, связанных с узлами,* киохщи-ии дополнительные давления, будет нноть вид
<Р>Ч - Рсл; ) - (Рд: - Рса^ )= Sy G:-1 " . (6) Топологическая сложность графов, используемых при моделировании ПРЗ многоэтапного здания, оборудованного системой вентиляции, - основная причина использования узловой системи'уравнении.
Представление путей движения воздуха по зданию и виде графа и продлояоннип нетод эквивалентных преобразовании характеристик воздухопроницаемых элементов, работающих в области отрицательных потерь полного давления , дают поэнокность представить натематм-чоскую нодоль ВРЗ в виде системы уравнении:
Z G{.: + L GL; =0 ; (7)
jJf, (i,j)GL j Є J,„. (i.J)Ct. т1
<рх; - Pca:) - (Px; - Pc4 )= SC. (O M0..\ * G-. (0) Для J ejw, ii.i)GL J1 _ MU-t
(P4j " PcAi) " (P4 " Релч} = SiJ(G ^61 Gi;; (9) ДЛЯ J eJrp, (i,J) L
Если предполозшть, что запнеиность характеристик S..(G ) от
расходов G незначительна, то система уравнении (7-9) упрощает
ся. Полагая ~..(G )=Const и выражая из (0-9) Gt. з явном виде,
после подстановки в (7) «наем: **.'"'
Z. |Рц. -Гсл: "їх: +гсл;|
VZIpx; -Рел: -*x; +?сл- I Ч-signtP». ^P^._rPx.-_iP«AJJ « 0.
j є авцЛі.З)^ь " St:'/^i (ion
В дальнейшем ііололЬШін слетела уравнений (7-S) называется no* далью с паременішлн характеристика»!! HVAIi, слетела (10) - лс-долыэ с постояіншіііі характорнстигшіиі HC0KST. -
Решение снстекы (7-9) в силу оо больвгоЛ раэлорпостл її нелинейности во?нокііо только чнслзішшін нетодалн с прнкзпошгэ;: ЭВМ. Реализованный в работе алгоритм представляется в виде двойного цикла итераций, который латенатически нахао интарырйтирааатв как процесс расщепления общей снетели уравнения (7-3) па две подсао-тены (5) л (10) и у.х многобрачного рзвіашш ари фиксированных значениях налболео сложных нелинейных згосффнцнвнтоа л npas&s частая.
Do внешнем цикла нтерацнД по известный олачекляи разводов S.. «ля иівтвей, моделяруюяінх учасїкз; велтл.5.гздюнг;оЯ езгетеки, сарадо-ляатея потерн'.давлелкл Z.. и караітарзістззкзз сопротивления воэду-
і 1
хопроннцашш S...
Если некоторые значення К.. оздзызвауся изь-пэ пухи, то осуществляется описанная ekuio агвиваяентная заиєка текз: учьстиов. Разрежение ?fi-At/ создаваемое зісїочзїзіеол йоаолниталыгсх'о'лЕвззишг, условно вгвдешгин в їочки слішизіп котоіссх;, гряпниастся равный ї'сл. = l,S|at.| і Харахмристшп: сгонрсїзїааення S.. учасггоії/ аркниш-їЕЗїЕ х. уалаи/в 'которые добавлену г:сточгшкп дсполкнтегыгого дааязшп, нересчитквавтея ло формуле (5).
Для рашашія слетели (10) «сшиьзуетсп п - норщгїі і;зтоя Е&зго-ма с шишки рзл&гжацношшн киож-лвкек, зкеаер:-:мзнтааыго установленные.* значення которого обеслевдзаат высокую скорость ;;o«otosi-ноіі схедллоктл. итерационного процесса- В качасгаа лачельггзго ирибликашш к решении зимшмеаноі) ез-стаяы yp5t:sHiifi(10) GpittasKuos— ся psiaaiMid. лзшейиой сіісї&;ш,аояуча&$зася из сізсїєль; (3.0) ари салена показателя стелеш: гп(. на адгзягцу и чнегитела о сахракзгжзн заданного значений п.. в знаменатели.
В разработанной програймо для численной раалигацки лсдоази MViUa и KC0KST нсЕОлъзуотси алгоритм , учнтцваэдцй sas лоасаи-телыг/в оирадаяеииость патрицы ЯіоЗз; для систэкы (310), так зі со структурные особенности.
Численная реализация модели MC0HST включает в собя только внутренний итерационный процесс для подели HVAR.
Расчет количества кіиінльтрувічегосл воздуха ведется при порми'-I*.yo)J5=:< дчлчоияях удельной воздухояроияцаеностн окоп іац. Сопро-Vrisr.eiiiui »озду*ойрсш;цанкю окон li.i два порядка' в'йшо ' соаротивав-іичіх и!'і'Тї»>іі!ііііх лвсреЯ н другий воздухопроницаемых'.заозіонтов зда-і::іи, П г>тс.ч случае качественная к количественная картнпа «її-*нл ьїр&ціт будат определяться в Солыпоп поро иаруїнинз: з: в «ahbPQfi - лї'утр-зчлингі воэдухопронкдасккни элементами.
Прэяаброх'зя погбряя.ч полного давлення на noes' внутренних элементах здания й силу ;:х малости, систему уравнений-' (7-9) могно Уігростіїть . Модель iili'F, представленная в *рг;териаяыши вида оМяа з/5.р.КГ.( т -'і fa.vTn.&st3-. РХв/ГЬ»т.(і-Яр»а)1; (11)
e«^-s6"2S»fVaI<5«rj Л,?'* -(5,,^,-5^-)^1, _ (12) ГЛ* Соотносительный суккарішй воздухообмен в здании; Gau . - с--!їое><'!'.--пІ«ра ин.}<і;чі-?гяї!ї!-ч гоздуг'-з ':орсз еї:;іа,"раслоло2агтио*іа к-о'і сторона j-ro отзіг.а; Т = ?й /*?„ - относительнаятемпература еоздуга; я !5\,w/hJT " условной отахность здания;'
. npna.S.^Kdsp /[б-(20+3).(1-1/Т» (13)
- ко!.'?'!'!;!!!!"!!?, учктнпйкяий соотношение Петрового я .граяита-
«ікеннего д5!;Я5!::-?!5>7тєзлоляої распроетраініїь результати па подоб-
.15^ ОбЪЧ!*ТУ. ' , ", "
у&ггаічвсхііа расколи ввґіі G6,, , кг/ч, определяются по отіюсн-?йь?г«н ьолкчкііан с лояо^ья насЕтаїното іяівхитсля
я а 10й'?л (З^д)*'? (14)
"нИ'^:ц!!?еяа»Нїії &е;!?Злох?і а };дс:г?:-:ч?:и:;н ге'аяетрйчзехики и as-* кздгнгмнчзеккнм aapaiwepjicTsuiaiiK ї;о о5аспсчг:8&зт в ре.ечетнах ус-лозі:яя яорл::руе;іча ебъои аа'/яїки по- все:', поведений. На стадии $ї?.3якг:!рй3йиия 305ійжп07 'каобхедипссть ецзихн ярепуехксП. способ-»;0G'"2s слзтийы вй:;тг;яя[!,иіі с точки зпси;ш распрадззопкя расходов У?;.",зя8!*гїґо йонлуяа по высоте эдэ.№:я. лкпяоглчйая задача возни-ляет 'іє^іяз .: а тех случая::, о?да :100620,9:::0 оцашіть коэнонпость Р^ННчЯйі'^Й сулзстзугхззЛ кояструііїнїі взлтбязка ярл увеличении ьтегїиее'їй »;<г.;:нл «;ян для лзкткаяЕре: вааэдсккя о стл$:«шаи от пре-fiycKOf&i?HHMS пэрвоггачагши» презэтог; оСг-яиагш '.вмїйав*!-
Дій ОЦВДіої расврздзязмия расходов. :/да«яеяо?о sss квартир сис-Тіиой ^вйтіадяцин лездуза о цояьэ «к&ггь&зкги: чпояа неизвестных в сйеївда у&гоиоккЗ. <7-Э) Сила noaeshso&tus. гкпєїззй о тон, что нз-МОДЗНйа чйсйоло Gj-. n Sosonuz 0'J2GV2«s!t3:.is кэ вэртмхаии системы
ІївДЧНИЙ^ЇОЯ ЯаКО!53НврЙООТ!1
6 я 0 + aff(J - і) *'Ь2. (J> 1) , (15)
ї*Гй j - і]іанар бокового отввтвя&игш г:ар;:страл&ііого канала ( И пгянЯ tsotisp і s і соответствует. «аггелу ннкиеяу боковому от-ав, пйааииааышЯ J я й - сако?гу взрхнаму);
в," 3.(0jt + Offv-2.Q<rs/M)/[
Zfi * Z"i-i+l- ~ Z
Система уравнений (15-18) является приближенной математической моделью, в дальнейшем называемой MVEM. Представление этих уравнений а безразмерной виде позволяет сделать вывод о том, что
В ЭДаННЯХ ОДНОЙ ЭТаХНОСТИ ПрОИЭВОДИТелЫЮСТЬ СИСТеН ОЄНТИЛІІЦИИі
имеющих равные параметры Jjr, J* , FcVfy' FcVFnp »J»j>jJ*fj/ .,^/h« 6y~ дут соотноситься как масштабные множители расходов ва этих систем:
m3 = 3600-Fc\/2j>Bdj>.h,Tg , кг/ч (19)
Изменение производительности системы естественной вентиляции за счет изменения разности удельных весов наружного и внутреннего воздуха будет пропорциональна изменению множителя т..
Отличительной особенность» модели IfVElf является возможность определять параметры системы вентиляции (вонтблока) по заданному распределению расходов Gg. по высоте здания. Количество уравнений модели MVEH ограничивает количество параметров Системы вентиляции, которые могут быть найдены при решении пряной задачи расчета системы вентиляции.
По относительным расходам Gg~. GSu' GfoC помощью масштабного множитс-чн in определяются абсолютные значения G^, » G^, Gyz и по зависимости (15) с учетом (16-17) находится распродолоиио Gj4 дли всех остальных (;j =2,1( - 1) боковых отвйтвлоний иагнетрального канала.
С целью определения областой применения упрощенных молодой MCOHST, MINF, HVEH, в которых точность и достоверность полученных по iniit результатам оыла бы приемлема для практического использования, проведен численный эксперимент. Его сущность заключалась в проведении расчетов и сопоставлении результатоп, полученных по упрощенным подолян с аиалоп ними величинами, установленными в процессе реализации на ЭВМ полной модели MVAR.
О качество объектов моделирования были выбраны типовые pose-иия зданий и конструкций систон юрчтилй ни . Значения коаффнциен-тов сопротивления воздухопроклцанип зленонтоп здания и і системы вентиляции охчатьпали широкий диапазон - от нормируемых до реально достижимых значений.
Результаты численного моделирования представлены в таблице 1.
Параметра
система
вентнлдцян
Модель
Планировочные ресевка . -зтаяей
Ограаачеаиз на
Принципиальные рвиения
СЕСЇЄШ
венгаигцнг
Нчэт потерь давления при елиявкн потскоз а сзстеао
Назначение -~г-
Ы0ДЗЯ
и ее реализация
MCQMST
аэт
ЕЭТ
UBT
нет Количественная. із качественной сзалвз ЕРЗ в работе гнетена взатйяашя ЗЗЙ ^^
est Только от норма- Качественный
тнввшс расходов, аналкэг ВРЗ в це-возднха гдалае- лом. определение го система вен- количества вн-. Taaagsa .. фзлътрдацзгося ". , ^--,..^- воздуха.
SIHF Не дчятввается Не дчатазаатса Не дчитшается Не дчитввается
шгашгоовка конструкция констрдкция шшетрдкцня
. зтавеа скстена системы еистеыы .
вантакецгш веытиляцая веатгдяцаа
Определение
количества нн-
илътрдачегося
воздуха.
Штекерная
ке'/одаза.
MUEM Не дчятвзавтеа Только вертк- Одинаковые
планировка кальнне иагист- иестные сопро-этазеа ральше канала тивлекия бокових отвегвден.
нет Определение рас-предрекая воз-диха по боковий ответвлениям. Иквенерная ветодзза.
ОсііОШіОҐ! ЦчІІЬП ЧИСЛЕННОГО ):O,>(t»iUip0 ««!<».»' Г)ГП >i»JiJiJiOCh i»"tjin>j(0-
иие факторов, значимо кли.'М-.щик irn pacnpe.4')J'ui'n»j ^ou.'i'/juhij.x КО'іо-
h.OU Г! УД-ЗПНН И ОНрОД'ЗЛ.ЧКіцЧл рі>С01'У ОЧЙТйМ (ч:(іі llJifiU.il'H П ПрСЦС'ОСо ЗКСШіуаїііЦЯІ!. Fei'yjilil'rtTW ЧІІСЛеНИОГО І'ОДйЛНрОЯаННЇ' ГіОИЬОДІіЛїі одо-
лать слодуифш выполи:
количество ині1.ііпьтручіЦ"гося воздуха заииочт. >< !іорзу>5 очо-редь от удельной іюадїх.опроі'чцаехосін окоп ЛОІІ . .
скорость и ііанрії.чланне .вегра. оказишпзт более сччміое иліш-иие на инфильтрацию наружного воздуха и по. распределений иоздугі-і'нх потоков в системи поатидяцчи, чем температура паруючого г.оз-духа.
пропускная способность систем естественной пытздлоП вентиляции находится в пряной' заинслмости ох количества миЖильтруида-гося воздуха.
герметизация стыков иоитблоков обеспечивает только уненызе-i!!is количества воздуха поступающего через неплотности конструкция., не изменяя при этом качественной картицц цотоксраспродзленвія. Ликвидировать пэретеканя нохио за счет увеличения плопадч цагі\счпального канала вентблока.
. Анализ реально существующих решений систол пвнтилчцші но позволяет отдать предпочтение какой-либо одноД ' их .них. На основе теоретического анализа подели MVEH было выделено ' 7 количественных .безразмерных >актох>ов ,обмасть изменения которых позволяет распространить полученные результаты на щлрокнй круг конструатна-них реионнп систем шітяеноп'вентиляции.
ер
Выявленные d результате анализа параметри : Од - ср-одпїі'1. по вертикали квартир расход удаляемого в'оз&уха, КряС - коэффициент равномерности распределения но высоте всрънкалк пентбяоков удаляемого воздуха - даит поанохность оценить обеспеченность воздухообмена п пропускную способность систаии вентиляции.
Параметрами, значимо влияющими на иок&аат-олн работы систоии
ЗеьШЛЯЦИН, ЯВЛЯЮТСЯ Т! - КОЛНЧеСТСО бОЕОЕИХ ответвлении магистрального конала; Z,*,^ -озіФнциент местных сопротивлений последнего участка магистрального какй.г:а л , комплекс R = ( jy + 1)/(F":/F6)2 . Представленные к работа номограммы позвекгіт установить оптимальные соотношения и диапазон допустимых сочетании " » JnoM и К и их сочетания.
В результате обработки данных натурних ііабямгчшлі, подученных совместно с лабораторией отопления ч бс::-:и::яціш хмлих ЦШШЭП инженерного оборудования, бы о установлено, что процесс фильтрации воздуха через неплотности оконного заполнения ноксг быть
адекватно описан как степенной ., так и полиномиальной зависимостями. Однотипность'степенной модели с "замыкающими" соотношениями для других воздухопроницаемых элементов здания позполяет от-дать ей предпочтение при построении математической модели ВРЗ.
В реальных условиях значения удельной воздухопроницаемости окон существенно (до 4 раз) отличаются от нормируемых для данного типа переплетов-и-уплотняющих-прокладок значений. Выявленная значимость мероприятий по устранению строительных дефектов позволяет установить порядок их -ликвидации (дополнительная герметизация .заделки стекол, правильная установка уплотняющих прокладок) и повысить герметичность окон до нормируемых.значенні!.
'Результаты натурных обследований системы естественной вентиляции подтвердили правомерность гипотезы, заложенной в модель "VEJ!T. Средпекзадратическое отклонение натурных данных от аппроксимирующей параболической зависимости не превышает 1бкг/ч или 15%. . Результаты численного моделирования (модель мулії) адекватно описывают распределение воздушных-потоков в жилом здании п случал использования фактических.или усредненных фактических характеристик всех воздухопроницаемых элементов здания. Средпеквадра-тическне отклонения результатов численного моделирования от данных, натурных обследований лежат в диапазоне 7-20 %.
Еылолиошше исследования явились основой для разработки инженерной нетоднкп, расчета систем естественной вытяжной вентиляции .жилых зданий /которая позволяет определять параметры вентбяоков и системы вентиляции і: оценивать пропускную способность и устой- чнпость систем с известными параметрами.
Завышение п расчетных условиях расходов удаляемого воздуха з период эксплуатации приводит к увеличению инфильтрации наружного иоодуха. Рациональный выбор параметров системи обеспечивает сок-ра-данно расхода теплоты на подогрев ині'нльтрукгісгосл воздуха на 4.77 КДхДч-н*) пли 4.77 ГДяДгод млн.м*).
оснойнме лывода
1.Воздушный рехим многоэтапных хилых зданий""'формируется в результате взаимодействий наружных условий,воздухопроницаемости нару:-:ішх к внутренних ограждающих конструкций, архитектурно-пла-из:ропрчлих решений к конструктивных рспепяй системы вентиляции. Математическое моделирование является наиболее приемлемым методом для анализа воздушного рожпна зданий. _
2. Исследование воздушного роятіііа здания'в целом и работы системы вентиляции при изменении только одного или пос: здова-толыю нескольких факторов но позволяет , определить приоритеты влияния этих факторов."
-
Модель HVAR базируется на представлении иоэмоыпих путей движения поздуха по зданию в виде графа и использует "замыкающие" соотношения для тройников и крестовин, работающих на слияние и на деление лотоков. Модель HVAR позволяет проанализировать потоко-распределение в зданиях с различными плакировочными рейонияии этажей, лестинчно-лифтового узла, конструкций систон вентиляции, обнаружить случаи нарушения работу вытяжной системы вентиляции, учесть негерметнчность стыков вентблоков, перекрытий н перегородок.
-
Эквивалентные преобразования крестовины п тройник существенно уменьшают размерность решаемой задачи. Эквивалентная замена воздухопроницаемого иленонта, работающего в области "отрицательных" .''потерь,элементом с положительный сопротивление!! и послед довательно подключенным к иену источникон давлений расширяет область применения модели MVAII п позволяет проанализировать работу системестественной вентиляции, имеющей незначительные потери на входах в боковые ответвления магистрального капала.
-
Разработанный дня ноделн MVAU численный метод решения использует своіісіва Ji структурные особенности матрицы. Метод обеспечивает, устойчивую и быструю сходимость -итерационного- процесса независимо от размерности решаемой задачи и диапазона изисненнл сопротивлений воздухопроницанн» элементов здания.
. 6. Упрощенные подели KCOliST, HIHF її I-iVEti с достаточной для
инженерных расчетов точностью ногут быть использована для анали
за воздушного рєхіша здания в зимний период (иодель MCONST) , для
определения количества кнфнльтруищегося поздуха (яодель MT.IIF),
Для проектирования новых и оценки работы существующих систем ес
тественной иытякной вентиляции (модель MVEJf). '
-
Инфильтрация наружного воздуха в здай, з определяется о первую очередь воздухопроницаемость!!) окон. Нзкснанно 1,, от 0,78 кг"/(ч.кгПа1'3 ) до 1.0 кг/(ч-кгііаІІ3 ) приводит к увеличении в 2 раза количества ннфнльтрующзгося воздуха. Скорость и направление ветра оказ'шают более сильное влияние на изменение количества ум-фильтрующегося воздуха, чел тоипоратупа наружного воздуха. їїзке-ішішо температуры иарукного поздуха от -15С до -30" С приводит к та-ону ко увеличению инфильтрация как и увеличение * скорости ветра от 3 л/с до 3,6 ч/с. Количестве:удаляемого систсной вентиляции из попещений кварт*. *.' воздуха находится в пряней зависимости от количества инфлльтруюч&госк воздуха.
-
Герметизация стыков вентблоков и увеличение площади магистрального канала способствуют нормализации ьоздухообмена в квартирах. Уи^ньгэиио площади стыка в 3 раза приводит приблизительно к такому ке уменьшению количества проходящего чэроз него-воздуха. Увеличение площади магистрального канала на 20 % меняет
.- 17 -
качественную картину потокораспредоления, ликвидируя поступление отработанного воздуха из системы пеитшшции.
9.: Близость в расчетных условиях распределений расходов удаляемого воздуха по высоте вертикали для вентблокоп, имеющих разине геометрические и аэродинамичоскио характеристики , сохраняется ив период'эксплуатации. Обобщающими характеристиками распределения расходов удаляемого воздуха являются средний относительный расход О^ и коэффициент равномерности Кров.
-
Оценка значимости влияния на 5$ " Крав / %гат параметров вентблокоп и системы вентиляции в целой показала, что наиболее^ значимыми являются IT - количество Соковых ответвлений магистрального канала, 7"/V ~ коФФи'п,внт местных сопротивлений последнего участка магистрального канала и комплекс К » Js +1)/(Fc'% )* Летальный численими эксперимент выявил область значений параметров Н,? и К , обеспечивающих нормальное функциони-рованно системы естественной вентиляции.
-
Статистический анализ показал адекватность процессу Фильтрации воздуха через неплотности оконного заполнения степенной и полиномиальной зависимостей и их равноценность. Однотипность степенной модели с "oaHUKaMrnHiiH" соотпошопиянн для, других воздухопроницаемых элементов здания позволяет отдать ей предпочтение при построении математических моделей ВРЗ.
-
Воздухопроницаемость на имеющих видимых дефектов окон с различными типами переплотов и уплотняипріх прокладок отличается от соотвотстиущих нормируемых значений болоо чем в 4 раза. Выявленная значимость мероприятий по устранению строительных дефектов позволяет установить порядок их ликвидации и повысить герметичность окон.
-
Сопоставление данных натурных обследований с результатами .численного нодолирования по модели MVAK, полученными при использовании фактических или усредненных фактических характеристик везх воздухопроницаемых элементов здания, позволяет сделать вывод о адекватности математической подели физическому процессу. Среднагвадраткчоскио отклонения результатов численного моделирования от данных натурных обследований яохат п диапазоне 7-20 %.
-
Разработанная инааиерная методика монет использоваться как для определения паракотров вентблокоп , так и для оценки работы существующих систем естественной вентиляции.
-
Правильный выбор параметров системы вентиляции еокра- -щаот перерасход тепаоты на подогрев икфильтрувяцегося воздуха на 4.771(^/(4.111).
