Аэродинамические характеристики здания

Избыточное статическое давление перед зданием и разрежение за ним при обтекании здания потоком воздуха пропорциональны динамическому давлению ветра.

При расчете ветровой нагрузки на здание, а также при определении давлений в отдельных точках его наружной поверхности применяется аэродинамический коэффициент К_аэр.

Аэродинамический коэффициент показывает отношение избыточного статического давления в одной из точек наружной поверхности здания к динамическому давлению ветра. В соответствии с этим статическое давление в любой точке наружной поверхности здания равно

(2.1)

Энергетический смысл аэродинамического коэффициента заключается в том, что его значение показывает в долях единицы, какая часть удельной кинетической энергии потока переходит в удельную потенциальную энергию.

Значение К_аэр. Определяется экспериментально в аэродинамических трубах на моделях зданий. Его значение зависит от места расположения точки на поверхности здания, формы здания, направления ветра, открытия окон и организации сквозного проветривания.

Для наиболее широко распространенной формы здания (параллелепипед) аэродинамический коэффициент имеет следующие значения:

с наветренной стороны К_аэр. =0,4–0,8; с заветренной стороны К_аэр.= –0,3–(–0,6).

Струйные течения в помещении

Воздух является носителем параметров, характеризующих микроклимат, концентраций вредностей и других показателей. Воздушные течения, образованные в помещении, переносят вредности и формируют поля скоростей, температур и концентраций. Таким образом, движение воздушных потоков оказывает значительное влияние на формирование теплового и воздушного микроклимата.

Характер потоков воздуха в помещении обуславливается в основном воздействием вентиляционных систем и конвективных струй, и зависит:

– от принятой схемы организации воздухообмена;

– от формы количества и расположения приточных и вытяжных отверстий;

– от температуры и скорости подаваемого и удаляемого воздуха;

– от взаимодействия струй между собой и с тепловыми потоками;

– от действия технологических машин и механизмов;

Направления потоков внутри здания обуславливаются его объемно-планировочным решением, воздухопроницаемостью элементов, температурой наружного и внутреннего воздуха, скоростью и направлением ветра. В результате воздухопроницаемости всех элементов здания внутренняя и наружная среда связываются в единую аэродинамическую систему.

Приточные струи

Определяющую роль в формировании полей скоростей, температур и концентраций в помещении играют приточные струи и создаваемые ими циркуляционные течения.

При помощи приточных струй можно в отдельных местах помещения создавать условия, отличающиеся от всего окружающего пространства, например, воздушные души, которые создают поток воздуха, направленный на ограниченное рабочее место или непосредственно на рабочего, обеспечивая на постоянных рабочих местах требуемые метеорологические условия. Это воздушные завесы, которые в результате создания высокоскоростного воздушного потока не дают теплому воздуху выходить наружу и не впускают холодный воздух в помещение.

Конвективные (тепловые) струи, возникающие возле нагретых или охлажденных поверхностей также оказывают влияние на распространение вредностей в помещении.

Воздушной струей называется направленный поток воздуха с конечными поперечными размерами.

В технике вентиляции приходиться иметь дело со струями воздуха истекающего в помещение, так же заполненное воздухом – такие струи называются затопленными.

Классификация струй

1. По виду энергии расходуемой на их образование струи делятся на механические и конвективные;

2. По изотермичности струи могут быть изотермическими, когда температура во всем объеме струи равна температуре окружающего воздуха, и неизотермическими, у которых температура по мере развития струи меняется, приближаясь к температуре окружающего воздуха.

3. По гидродинамическому режиму струи делятся на ламинарные и турбулентные;

4. По стесненности струи могут быть свободными, когда их развитию ничто не мешает, и стесненные (полуограниченные, ограниченные, тупиковые);

5. В зависимости от формы приточного отверстия:

а) – компактные (образованные при истечении воздуха из круглых, квадратных и прямоугольных отверстий).

Струя, истекающая из круглого отверстия, остается осесимметричной по всей длине своего развития (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Струя, истекающая из круглого насадка без принудительного изменения направления – компактная, круглая, осесимметричная

 

б) – конические струи образуются при истечении из круглого отверстия с диффузорами для принудительного расширения (векторы скоростей на выходе непараллельные). Эта струи также компактные и осесимметричные.

Рисунок 2.3 – Коническая струя

 

в) – плоские струи образуются при истечении из щелевых отверстий бесконечной длины.

В реальных условиях плоской называют струю, истекающую из щелевидного насадка с соотношением сторон ℓ₀ : 2в₀ ≥20.

 

Рисунок 2.4 – Плоская струя

Компактные и плоские струи называются прямоточными, если векторы скоростей при истечении параллельны, или рассеянными, если векторы скоростей расходятся под некоторым углом.

Г) - кольцевые струи образуются при истечении из кольцевой щели под углом к оси подводящего канала β<180º

 

Рисунок 2.5 – Кольцевая струя

 

 

При β≈135º струю называют полой конической

Рисунок 2.6 – Полая коническая струя

При β=90º струю называют полной веерной. Можно сказать, что полная веерная струя образуется, если угол принудительного рассеивания составляет 360º, неполная веерная – у которой этот угол меннее 360º. (Т.е. веерные струи образуются при подаче воздуха в помещение через насадки с препятствием, установленным поперек потока).

 

Рисунок 2.7 – Полная веерная струя

 

При β>160º может образовываться компактная струя.

Независимо от формы все струи, у которых при истечении нет принудительного изменения их направления, на некотором расстоянии от насадка расширяются; угол бокового расширения 12° 25´.

Д) – закрученные струи образуются при наличии в воздуховыпускающем отверстии закручивающего устройства или при тангенциальном подводе воздуха.