Разность давлений на наружной и внутренней поверхности ограждений
Известно, что в столбе газа статическое гравитационное давление переменно по высоте.
Гравитационное давление Ргр, Па, в любой точке наружного воздуха на высоте h от поверхности земли, равно
(2.49)
где Ратм -атмосферное давление на уровне условного ноля отсчета, Па;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
ρн - плотность наружного воздуха, кг/м3.
Ветровое давление Pветр, Па, в зависимости от направления ветра на разных поверхностях здания будет различным, что в расчетах учитывается аэродинамическим коэффициентом С, показывающим какую долю от динамического давления ветра составляет статическое давление на наветренном, боковых и подветренном фасадах.
Избыточное ветровое статическое давление на здание пропорционально динамическому давлению ветра ρн. v2/2 при его скорости v, м/с.
Скорости ветра измеряются на метеостанциях на высоте 10 м от земли на открытой местности.
В застройке и по высоте скорость ветра изменяется. Для учета изменения скорости ветра в различных типах местности и на разной высоте применяется коэффициент kдин, значения которого регламентированы СНиП 2.01.07-85* [31]. Коэффициент kдин, учитывающий изменение ветрового давления по высоте h, там представлен в зависимости от типа местности. Принимаются следующие типы местности:
А - открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра;
В - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
С - городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.
Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30h - при высоте сооружения h до 60 м и 2 км - при большей высоте.
В соответствии с вышесказанным ветровое давление на каждом фасаде равно
(2.50)
где rн - плотность наружного воздуха, кг/м3;
v - скорость ветра, м/с;
c - аэродинамический коэффициент на расчётном фасаде;
kдин - коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания, принимаемый по [31].
По СНиП 2.01.07-85* [31] для большинства зданий величина аэродинамического коэффициента на наветренной стороне равна cн=0,8, а на подветренной - cз= - 0,6.
|
|
Так как гравитационное и ветровое давления независимы друг от друга, для нахождения полного давления наружного воздуха Рнар на здание, их складывают:
(2.51)
За условный ноль давления Русл, Па, по предложению В.П. Титова [35] принимается абсолютное давление на подветренной стороне здания на уровне наиболее удаленного от поверхности земли элемента здания, через который возможно движение воздуха (верхнее окно подветренного фасада, вытяжную шахту на кровле).
, (2.52)
где cз - аэродинамический коэффициент, соответствующий подветренной стороне здания;
Н - высота здания или высота над землей верхнего элемента, через который возможно движение воздуха, м.
Тогда полное избыточное давление Рн, Па, формирующееся в наружном воздухе в точке на высоте h здания, определяется по формуле:
(2.53)
На рис.10 показаны эпюры гравитационного Ргр, и ветрового Рветр давлений и уровень, на котором принят условный ноль давления Русл.
В каждом помещении создается свое полное избыточное внутреннее давление, которое складывается из давления, сформированного различным давлением на фасадах здания Рв, Па, и гравитационного давления Ргр, в, Па.
Так как в здании температура воздуха всех помещений приблизительно одинакова, внутреннее гравитационное давление зависит только от высоты центра помещения h:
(2.54)
где rв - плотность внутреннего воздуха, кг/м3.
Рис.10. Формирование воздушных потоков в многоэтажном здании с естественной вентиляцией
Для простоты расчетов внутреннее гравитационное давление принято относить к наружному давлению со знаком минус
(2.55)
Этим за пределы здания выносится переменная гравитационная составляющая, и поэтому полное давление в каждом помещении становится постоянным по его высоте.
Плотность воздуха ρ, кг/м3, может быть определена по вытекающей из (2.33) формуле:
, (2.56)
где t - температура воздуха.
Величины внутреннего полного избыточного давления Pв для одинаково ориентированных помещений одного этажа могут различаться в силу того, что для каждого помещения формируется свое значение внутреннего давления. Определение внутренних давлений в помещениях является задачей полного расчета воздушного режима здания [6], который довольно трудоемок. Но для упрощения расчета внутреннее давление Pв принято приравнивать к давлению в лестничной клетке.
Существуют упрощенные методы расчета внутреннего давления в здании. Наиболее распространен расчет, справедливый для зданий с равномерно распределенными окнами на фасадах, когда за условно постоянное внутреннее давление в здании принимается полусумма ветрового и гравитационного давления по выражению
(2.57)
Второй, более громоздкий способ расчета величины Pв, Па, предложенный в [36], отличается от первого тем, что ветровое давление усредняется по площадям фасадов. Выражение для внутреннего давления при рассмотрении одного из фасадов в качестве наветренного принимает вид:
, (2.58)
гдеcн, cб, cз - аэродинамические коэффициенты на наветренном, боковом и подветренном фасадах;
Aн, Aб, Aз - площади окон и витражей на наветренном, боковых и подветренном фасадах, м2.
В расчетах теплопотерь учитывается, что каждый фасад может быть наветренным. Следует обратить внимание на то, что величина внутреннего давления Pв, принимаемая по (2.58), получается различной для каждого фасада. Эта разница тем заметнее, чем больше отличается плотность окон и витражей на различных фасадах. Для зданий с равномерным распределением окон по фасадам величина Pв, приближается к получаемой по (2.57). Таким образом, использование формулы (2.58) для расчета внутреннего давления оправдано в случаях, когда распределение световых проемов по фасадам явно неравномерно или когда рассматриваемое здание примыкает к соседнему, или один фасад либо его часть не имеют окон совсем.
Разность наружного и внутреннего давлений по разные стороны ограждения на наветренном фасаде на любой высоте h с учетом формулы (2.55) равна:
(2.59)
Разность давлений ∆P для окон одного фасада разных этажей будет отличаться только величиной гравитационного давления (первое слагаемое), зависящего от разности Н-h отметок верхней точки здания, принятой за ноль отсчета, и центра рассматриваемого окна. На рис.13 показана картина распределения потоков в здании со сбалансированной вентиляцией