автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Обобщенные методы расчета воздушного режима здания и факторов, влияющих на качество внутреннего воздуха

Р Г 13 0 ^ "На правах рнкопяси

О о лчт с<!-С- J Üíl i К: J J

ШШЩЕВй ¡-лона Халнлопна

l)S0ß?,E!HIU£ МЕТОДУ РАСЧЕТА ООЗДШОГО РЕЗШ ЗДАНИЯ LÎ ФАКТОРОВ, ВЛИЯВЦНХ lift KÍ14ECTB0 Ufl'JTPKUÎfEfQ ВОЗДШСА

05,23.03. ТоплоспаОжонло, вонтиляцня, нопднцноиироваина возддяа, газоснаОявнив и осаедошо

Й Й Т О Р Ё9 S РОТ диссертации па сонспшшо ученой стапсши кандидата тохннчоских наук

Москва - i995

Работа выполнена в Иосковскоы государственном строительной университете.

Научннй руководитель - доктор технических наук, профессор

Богословский D.H. ^

Официальные оппонента :

- доктор технических наук, профессор Аверьянов В.К.; i

- кандидат технических наук, . старннй научннй сотрудник Вилькрот E.D..

Ведуцая организация - Московский научно-исследовательский

институт типового и экспсрнывн-талыгого проектирования.

Защита состоится октября 1993 г. в TZpQücob на -заседании диссертационного совета Л 053.11¿07 Московского госп-дарствеиного строительного университета по адресу 123337 г. Нос-ква. Ярославское в.,д.2В. -'¿»¿fä.' УЛ&. 2

С диссертацией кото ознакомиться в библиотеке Московского

государственного строительного университета. 'I

*«

Автореферат разослан

Зченый секретарь диссертационного совета

Хаванов И.О.

общая характеристика работы

Актуальность работы. Доминирующей тенденцией о государственном шшгашок строительстве нашей страны является возведение многозтакных зданий. Недооценка влияния воздухообмена в здании приводит >с существенному ухудшению состояния микроклимата в отдельных помещениях, а также х перерасходу тепла на подог-ров инфильтрующегося воздуха. Это особенно существенно для зданий, оборудованных системами естественной вытяжной вентиляции. Влияние гравитационного давления, ветра, планировки, сопротивления воздухопроницанию внутренних и наружных ограждающих конструкций для зданий повышенной этажности выражено более реэхо, чем а зданиях малой и средней этажности.

Совместное рассмотрение воздушного режима всех помещений здания с системой вентиляции позволяет получить достоверную качественную и количественную картину распределения воздушных потоков в здании и системе вентиляции. Однако, сложность процесса воздухообмена, обусловленная необходимостью учета большого числа факторов различной физической природы, ограничивает использование чисто аналитических методов. Попытки свести расчет к упрощенной общей для всех многоэтажных зданий форме приводит к значительным ошибкам. Решение данной задачи кохет быть найдено только с помощью обобщенных параметров - критериев подобия.

Ц ел ь и с с л е до па и и я. Основной цель» диссертации является разработка иерархии математических моделей, позволягацмх проанализировать воздушный режим здамня (ВРЗ) в целом, процесс инфильтрации и'эксфильтрации воздуха, работу системы вентиляции; выявление критериев подобия и безразмерных комплексов; разработка методики расчета новых и анализа существующих систем помтиля-

ЦИИ. V

3 а д а ч и и сс л о д о в а и и я: .

- анализ схем организации воздухообмена в многозтанннх жилых зданиях и конструктивных решений систем вентиляции;

- анализ методов моделирования ВРЗ н расчета систем вентиляции ;

- разработка полной математической подели ВР многоэтапного здания, оборудованного системой вентиляции, учитывающей разнообразие "заиыкаодих" соотношений;

- разработка алго^дтна и программа для численного решения поставленной зада»"?;

- проведение натурных испытаний для проверки адекватности ма-~ематическс1 модели физическому процессу и определения области изменения параиетров, входящих в нее;

- проведение численного эксперимента для систематизации параметров ПО ЭН :чикости и* чип»""« ■•- -----------" -------

- разработка упрощенных моделей, описывающих процесс ии-и-зксфильтрации воздуха и распроделония воздушных потоков по системе вентиляции;

- оценка погрешности упрощенных моделей и сопоставление результатов, полученных по иин, с другини расчетами и зкепорииеп-тальныии данными ;

- выявление обобщенных паранетров, позволяют,их оценить ira-. чество воздуха в помещении;

- разработка методики расчета основных параметров вентиляционных систен, используемых в современном домостроении.

Научная новизна работы состоит:

- в разработке полной математической модели воздушного реза:-на многоэтажного здания, оборудованного системой вентиляции, учитывающей птзм числе процесс слияния и деления потоков в элементах системы г нтиляции;

- в разработке метода 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 нежду факторами, определяющими воздушный .резкий здания ;.,■■■

- з определении безразмерного комплекса , определяющего работу системы вытяжной вентиляции;

- в систематизации отдельных факторов и их.взаикодеНст&иН по значимости влияния на качественную и количественную картину распределения воздуйных потоков по зданию и систоне вентиляции•

П р а к т и ч е е к а я цен и ост ь работы заключается

- в определении границ области применения .различных по сложности математических 'моделей , и пределах которой погрешность, вносимая всякого рода упрощениями, не является критической;

- в разработке методики по расчету новых и оценки существующих систен вентиляции. . ,

в н е д р в*н и ер е з у л ь та тов. Результаты числешю-го моделирования использовались для разработки рекомендаций по расчету инфильтрации в ииогоэтахных хилых зданиях; пнгеиерлая методика по расчету новых и оценки существующих систен вентиляции была положена в основу методики ЦИИИЭП инженерного оборудования is использовалась для экспертизы проектных решений систен вентиляции, рекомендуемых для типового проектирования.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, обциж выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 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 ык.оле-семинаре "Математическое моделирование в науке и технике" (г. Пермь, 1986 г.)/ на научных семинарах МИСИ и НИИСО.

II а з а ц и т у в ы и о с я т с я:

- полная математическая модель воздушного рехима нногоэтан-иого здания, оборудованного системой вентиляции, учитывающая в тон числе процесс слияния и деления потоков в элементах системы вентиляции;

- метод численного решения, обеспечивающий устойчивую и бистру» сходимость итерационного процесса;

- упрощенные 'модели процесса инфильтрации и распределения воздушных потоков по системе вентиляции;

-- критериальные зависимости между факторами, определяющими воздушный режим здания;

- безразмерный комплекс, определяющий работу системы вытяжной вентиляции; ;

- систематизация отдельных факторов и их взаимодействий по значимости влияния на качественную и количественную' картину рас-прадслопмя воздушных потоков по зданию и целом, и по «¡стене пои-тияяцки в частности.

- методика по расчету новых и оценки существующих систем вентиляции. ,

ОДЕР Х Л II И Е РАБОТЫ

' Основными задачами исследования воздушного рохима здания яв-пиотся выявление условий и факторов, обеспечивающих поддержание чистоты внутреннего воздуха г помещениях и уменьшение энергопотребления здания. , ■

Применительно к хилым здпниям решение этих.задач тесно связано с выборок схемы организации воздухообмена помещений квартир, конструкции системы вытяжной вентиляции, ее основных геометрических к аэродинамических параметров.

В настоящее время а таких зданиям распространенной схемой организации воздухообмена является следующая: наружный воздух поступает в помещения через неплотности окон и удаляется " через вытяжные решетки, установленные в кухнях к сантехкабинах. Для систем вытяжной вентиляции характерна схема, включа! чая в себг аар-тикальный канал с боковыми ответвлениями. Система вентилягии, как правило, монтируется из поэтажных взнтблоков, геометрические и аэродинамические параметры которых весьма разнообразны.

Наиболее универсальный методой анализа ВРЗ является математическое нодели,.ованка, позволяющее исслодооать распределение воз-

- б -

душных потоков в зданиях при изменении граничных условий.

Перспективный следует считать подход к формированию натеиати-чоской модели БРЗ, использующий представление здания в виде графа. Программы, разработанные на этой основе, позволяют проанализировать воздухообмен в зданиях, произвольной планировки пезаписи-но от схемы систены вентиляции.

Следует отметить, что существующие алгоритмы и программы для ч>1сленного решения задачи потокораспределения имеют ряд ограничений: п них не учитывается специфика расчетных схем воздупного режима здания и многообразие "замыкающих" соотношений; они не обладают достаточной универсальностью, характеризуются неустойчивой сходимостью, требуют задания начального приближения.

Натурные обследования позволяют выявить фактическую картину распределения воздукных потоков в здании, определить диапазон изменения коэффициентов поздухопрошщаемости строительных элементов, усредненииа значения которых используются при численной моделировании ВРЗ. Сопоставление результатов натурных обследований и численного моделирования является едннстпошшм способом проверки адекватности математической модели физическому'процессу.

Исследования ВРЗ проводятся в трех основных направлениях:

- поиск закономерностей изменения инфильтрации под /действие!! меняющихся параметров наружного воздуха;

- выявление причин перетекания воздуха из инкппх этажей здания в верхние и разработка мероприятий по борьбе с ними;

- повыа-.енио устойчивости работы систени вентиляции и нормализации ее пропускной способности.

Результаты, получешшо рядом апторов, отражают сложность задач каждого направления, но не позволяют установить значимость параметров, влияющих на воздухообмен квартир, на пропускную способность к устойчивость работы системы вентиляции.

Изолированность исследований в каждом направления свидетельствует об отсутствии систонпого подхода к решению проблени качества внутреннего воздуха б понещетш и уменьшения энергопотребления здания.

Модель воздушного режима нногозтахного здания мохет бить представлена в виде гидравлической сети со сосредоточенными параметрами, т.е. как совокупность связанных нежду собой ггочек, пожду которыми происходит движение воздуха.

Общую схему движения воздуха по зданию нохно представить п виде графа. Б зависимости от желаемой степей» точности моделирования ВРЗ одному и тону хе зданию ложно поставить в соответствие разные графы, оЧ'личакщиеся количеством узлом и ветвей. Графы, пс-пользуоные при натоиатичесхсн коделировашш ВРЗ, обладают двуня свойствами - лвпланариость и болыаео количество граничных ..у.злоп,,

•' отличающим их' от' графоп других', гидравлических 'сотой,

Граф 'Ьйлается «гвяааинмни некду собой ннохостваии граничных Tfр и «»'¡«•¡•рен'ннх- узлов Jeu. Хярактаристикоя граничного узла лп-тетен величина • полного избыточного давления

:<*&!>«№ - Ь-) +fH .vt-/2 ССа,р^ K0,p.(h) - Сд^^Кл^ПП ]. (1) Шутреннне '.узлы соответствует поиеценняи 'здания. и точка» пзаино-jéJ?tíf»«a потоков 'в.'системе "пёнгиляцшг. Внутренний узол характернее? ■немз^еетиоо ;полцой избыточное давление Рл,. "злы графа объединены ue-ruítiii!, 1!0делируюн;ипи вознсгашо- пути дпикення поз духа. ;андая вётвь япийвТ'Ся .аналогом определенного эяоиента здания или '»acíísa системы вентиляции.."'Характеристическая кривая, в плоскости G.Z сиизивав'Г расход G(, "идувшй по воздухопроницаа'иоку эяаиви- . ?у, моделируемому .цйтйь» .ti-, j) графа, с потерями полного давле-: шя 2.;'«-Эту ..связь .принято выражать через характеристику сопро-•иадашш вЬздухоцрошиданню 3 ¿. в виде .функции.

S.. - S...*G..| C..[mii'í (2)

■■"•■ : kl " Vj ' I.J 1 Vi» ,. • '

-.. Q?¿íii4nréüb¡íüñ ■..осойанностыо натемагнчсскоП подели ВРЗ от дру- . •их; гидравлических Cíjtüll '.является необходимость учета заиискнос-■еЦ иотйрь полного даппекчиг.по только .от рокина течения потока по. ¿вЖдсму- участЕу, Чю. и""от .соо^ноиени)!,'пэанмодеДстпуйщих потоков, ipii атом .¿ид..цаанибдейагоия■ (слиям.нр или делений потоков) опрэдо-;иатсл;а ароцессе решениязадачи.

; .vi При иалш; угла:-:, ахода ¿;;:;набольшнх сопротпвло'п'.ях на входе в oüqüÓs ртаатал'еНне SeJr и^ отдюйенияк Gjf/G6 близких к,иуяю суинор-¿á úO'íüpu uíw¡uóró дас«с1П1л; ua участке ввитшшциошюП сети могут отрицательный!! . Использование принципов эквивалентного от-ppatiia jisji зхвнналеитиоП ддmuí для определения характеристик» ¿противления йоздухоцроннЦа'П:» no^ формуле (2) и этом случае едознохио,0трицатб5ыц£а;;знача ihúi 'нехакана' суть процесса:' по-spu ; полного давления . о ¿»/боковой:. атватвлонш: будут убивать при вадичении расхода G^, идущего но нону; •

D работе предлагается сдадуащпй -подход - для учета "отрица-сльних" ио'тер6;;;'ПрвдирааШ1,:; что," tipil заданных значениях и нан-айдомнях расходоввоздуха (рисЛ) на взтпи гети (i,j) потери одного даслония 1!сщ,шо;1!У4я." Добавим к погор и,' всех аетвей , хявчйя и ветвь (i,¿)» Hüapaa^er.HQ расходов но который совпадает наадаыде.'иген G. . по атн0ша1Що х узлу j > величину Рсд. н

цчтеи эту se величину нз'иотерь на патиях, ийправбанно расходов а котогих противоположно Направлений расхода Gj^. Уогда , потерн одного давления 2 ц." на aenat (kjj)■увоянчатсч ка. лоличяну ?м.„ . на ветви (l,j) 2¿j -уяаньпотся на ту ке величину.;ротерн,и i всех стальных зегвях остается без изменения. '

а) первоначальная схема с "отрицательными" . потерями давления

б) эквивалентная схема с источниками дополнительного давления

О

СП

Сгэ

- узел с внутренним избыточным давлением

- узел с источником дополнительного давления

- участок системы вентиляции с "отрицательными" потерями давления

- участок системы вентиляции с положительными потерями давления

- участок системы вентиляции, смежный узлу с источником дополнительного давления

09

I

Э:св1шалентное преобразование сети с "отрицательными" потерями давления

Если рассмотреть любой контур, проходящий через узел 3, то можно убедиться в том, что и в пей потери полного давления будут прежними. Из ркс.1 к выражения (3) видно, что для контура , включающего узлы 1, 3, 1, п , суммарные потери полного давления в первоначальном варианта к поело внесения в узел 1 дополнительного давления РЬА. , равны

* * ♦ рслА + Цг ~ + • О)

Величина выбирается произвольно из условия Р^. > | г.. | Тогда яоракгеристнкк сопротивления ветвей (1,3) и (к,5) и (3,1), сходящихся в узле } определяются по формуле:

= (г^ + Релр1дп(С^^ . , (4)

т.о. для вотвея, модэлнруяпЬх элементы, по который воздух поступает в узел 3, они увеличатся, по который уходит - уменьшатся.

В общем случая, «спи ветвь соединяет д*зп узла , в которых добавлены давления (ветвь 31 рис.1), то ев характеристика сопротивления определяется как

зр - + 5/51й • (5)

Любой узел графа, в котором появилось дополнительное давления, будет характеризоваться суммарной.поличиной РК.-Р4Л.. Уравнение сохранения''энергии для ветвей, связанных с узлами,4 имеющими дополнительные давления, будет нноть вид

<Р>ч - Рс*-,.) - (р«Рса^ )= зд-'Оц1 " • (б)

Топологическая сложность графов, нспользуамых при моделировании ПРЗ многоэтажного здания, оборудованного системой вентиляции, - основная причина использования узловой системы уравнений.

Представление путей движения воздуха по зданию в виде графа и предложенный метод зкпнволонтних преобразований характеристик воздухопроницаемых элементов, работающих в области отрицательных потерь полного давления , дают возможность представить натематм-чоскую модель ПРЗ в виде системы уравнений:

> X. 01: + ' £ Б И =0

л ь ¿ер , (1,3) с ь 1 е 11,л;е ь

- рСа:) - (Рх: - РсЧ )= (о < для з Нн- СГ. _ ' ' М15

- Рса:) - (Р*1 - Рса;) = 81! (С )|С4г' 4 для з е^р, (1,3) еь

Если^предположнть, что зависиность характеристик 5..(б ) от расходов в ^незначительна, то система уравнений (7-9) ^прощается. Полагая (в )=Соп81 и выражая из (0-9) з явном виде, после подстановки в (7) имоеи: '

\ (7)

.1

(0)

-1

1 (!■.•' V (9)

Vntii

Z. |p«t -рсл: | 4sign(P-P -Р„.*Рса:)/Sl• -!

Je^/d^iVi., v ■■ V-',

3 eJ^Ui.iiàj. " . .... (101

D дальнейшем "изложении сметена уравнений .-(7-9)" называемся но«, далью с переменными характеристикам. KVAR, система (10) -, .¿моделью с постоянными..характеристика!«! 11C0KST., ; • -

Решение системы (7-9) в силу 'sa ..большой размерности • и. :'.нелинейности ВОЗМОЖНО ТОЛЬКО числэшжн:-» иетодакк с приазнонкэм ЭВИ. РеализоваяныП в работе алгоритм представляется в виде '.^.двойного... цикла итераций, который математически можно интерпретировать":как процесс расщепления общей системы уравнения (7-3) на две лподсазс-темы (5) и (10) и их многократного реванкя при фиЕСИроващшх ана-чешшх наиболее сложных нелинейных коэффициентов'к.-правая;; часгай.

Do внешнем цикла итераций по известный значениям разгадок S.. • для ветвей, моделирующих участки'- вентилэдиоиноЛ сясгеии,';-:- сароде-лнытся потерн давления z.. и у.араатарнстззкн сопротквлсккя еозду-хопроннцашш .. ^ .-.-."^V^-,.." -v

Если некоторые значения 5..'."'оаазыа'айу'ся иш^аа яугш,. то осу--' щеставпется олиеагшая мш.' егвАвоваитиая -замена fesses, учасгкве. Разрежение Ред . / 'создаваемое . лсФочкнЕрг;. дзйоааитвлх>кего.'двааашиг, условно вввдоийин. п. Ï04XSJ-аяияшш liOTOicoii, cpsiKHiiaesca равнин 2>ел.' = l,S|at.| i SapasïapHCTMXj: coHpoïîSaaeiJiiîJ S., ушсткоа, ярктадзди! s. ?эяаи,'г который добавланц ксточшнаг /аошшшгдаыюго'"' дагздздая/ наресчкткБаются «о формуле (5). -л ;-.-.:' ■-.

для решения сггстена (10) ксшйьзуетов а - -перша «зтод Еьате-на с ИШШ1 рзлаг:сац:-!01шцм NHoaîi'iâaiSK/ &к«|»«рг»йаш?аям1е устенов--лешше значения которого ,-обесл£*аазах>т гысокугэскорость îîoïîoïcjs-иой сзгодцностл. ггеарацНсниого дроЦесса.' в Еачастаа начального . нрнблиаашш к paiseiœ» неягшейноЯ ез;стаяы -ураеизнийСЮ)..'-npjjtoîKass-■ ся решанмз линейной снстены,по«учаи5айся„аз..снсздкы (105; щш .занизив показателя степени на аялипцу и чзисянтелз с еахранзгдази заданного значений кь. в знвкака'геяа.

в разработанной п|>ограни0 дли чисяешшй рзади-зоцш './»адзазй / MVAR к MC0ÎIST нсЕОльзуетси аагорытм , уад:тдааадк2 каа , лолсиг-твльнув определенность матрицы йаовн для снстэкы {10), tes jj ss структурные особенности.

Численная реализация модели KC0HST вкявчавт в себя тоиьео внутренний итерационный процессдля модели: ÏÎVAR.

.Расчет количества • иифильтрукщогося воздуха■ведется яри •иерии'-i'.yoïJi =:< дилчониях удельной позяухопропзщасиостн окон 1ац. Сопро-■¿кзгчг.пьч Ьоздуяопрсничанкю окон ил два порядка в'мша• ' соаротявяв-в:>ут?>Ш1Шх лвсреП и друг;;:; воздухопроницаемых.эаонои*ов зда-}иш. В отоа случай ■качественная• к количественная картнпа im« i'HJä hïp&uiûf определяться в Солыпей пара napyüiiUiü; з: л

•¡äüfjPa'i - т.'утр-зчлнни воздухопроницаемымиэлементами.

Лрэяаброх'-зл лагеря»!! полного давления na neos внутренних элементах здания в сипу ;:х малости, систему ■уравнений-' (7-9) иогно унростить . ;1одс.чь îîïi;?, представленная ■ в хрктерзгаяьисн вида 5Мяа 3/5«hKj,• ( т --1 fn.vm . pAo/ihx.(1-нр5а)1; (11)

-Ъ0г* -р,й )5'М, _ (12)

гдз Gö?. относительный суннарнмЯ воздухообмен в здании; Gat . - CT!soe>i'i'.n-iiii«pa ^.мг-п-тгацм коздуг'.а ':орсз окна, " раслолоааипио «а fc-oii сторона j-ro отз:-,а; т = /7И - относительная теппаратура ¡гоздузса; К » lî3WJ/h4T - условная отахногть здания; '

. npna.s.^Kdsp /[6.(20+5).(i-1/тП (13)

-• xoiit'iw'iis!"!!?, «штмпйййий соотношений натрового я гравз>та~ >i?iîï:?£îcro л^гсогнГ], позволяет? распрсстранз:?! результаты па подоб-

,i!Kö'-об^яетн. ■".:■■■•■ ■ ..........V

•/агетачвехка расхода Ge>„îs , кг/ч, определяйся по othocü-

icjibir-iii с пояо^ья îiacsTat'ûsi'o кпоаитоля

= С з - г' ; (14)

?ni£'J>:fî,!ipcr:5;n?îîi> EôîîtSicXiî с кдеитнчныкп.ГбОйвТрЙЧавХШШ 31 as-' кгдгигмнчзеккнм ;t5?r:i;'rspacr:-:ttp;;t; г:о о5аспочкваЗт s рг.счатних ус-лоз::.«?: яори::руе;5ча оС-ьйн sy/nsas ко ■ г. с с:', йойещвний. На стадии «лой^-Лйпакнп зозшжао? 'каоЗходипссть ецшкц; ярепуехкей. способ-î;Ogï:S окзтийы ваг.тнягщии с течкк оргикй • распродззопкя расходов йс2»у;га по вместо здакзш. ¿иааогачкая седеча возни-ягет •хех'лэ а узя случая:;, йог;",a usüGzaftnto огдздшть коэнонность п^-гн^ЯйН^й супеетауидзД кояструлпки -äanivSsosa npss узсличении ьтезиее'яй »;<г.;:ил «ян для ззнткаяфЕ: яааоедкйй о отличными от пре-жекмодмод явраоначааыши преоэтвг; oGattmm 'домпти •

-ЗЦЫт:?: раеврздвязмкя рас^одоа :/даййег:о?о :-зэ квартир сис-•fîMO» леэдуза с цэаь» уиЁньвэ.'Пиз чпаяа яеггззестиых в

сйеувио ургоизкиЗ:; {7~9) 3»гяа j;öaoai»saM::a рйхге^зэа о тон, что нз-«<*«пйЙ9 Off. ■ о SaspsiiZ. ovssvszsimzx Ш aapnmaan системы

цоЛ'ШНйчтся яаконой0рйо0тм

С-5-4 к ßSi * а^ О - i)2" > 1) , (15) •

Vf& i " «ÖHap бокового QTESTBSSüUn г:аг!;СТ?алыюго канала ( И иокар J = 1 oooîSeïSTBysT. eaîioiiy нижнему боковому от-

а»^ какеккальный Ja»- сакоиу взрхиаиу);

«ц» 3.(0^ + 05,-2.0<гв/Н)/[<11 - 1)(М - 2)1; (16) Ь в-К^К-Б)^^ +(2М 6(Ы-1).0*ь/Н]/ЦВ-1)(Н-2)Ь (17)

Значения и Оэд когут быть определены при решении

системы контурных уравнений вида

+ - = 9 , (1в)

где , 2Г., ., .. - соответственно потери давления в бо-новых ответвлениях и на участке магистрального канала. Последний контур N включает в себя последнее боковое ответвление и участок магистрального канала до выхода воздуха в'атмосферу.

Система уравнений (15-18) является приближенной математической моделью, в дальнейшем называемой НУЕН. Представление этих уравнений а безразмерной виде позволяет сделать вывод о том, что в зданиях одной этажности производительность систем вентиляции* имеющих равные параметры 7<г, ^ , Т^/Т^, ,,И/ II)Г бу-

дут соотноситься как масштабные множители расходов т^ этих систем:

ш3 = З600-Гс\/ , кр/ч (19)

Изменение производительности системы естественной вентиляции за. счет изменения разности удельных весов наружного и внутреннего воздуха будет пропорциональна изменению множителя т^. >

• отличительной особенностью модели ОТЕК является возможность определять параметры системы вентиляции (вентблока) по заданному распределению расходов Эу. по высоте здания. Количество уравнений модели Н7ЕН ограничивает количество параметров ¿истомы вентиляции, которые могут быть найдены при решении пряной задачи расчета системы вентиляции.

По относительный расходам вг", , ■■0^» ®<$гс понощь» насштабного множитг-!я Шд определяются абсолютные зничйшш 6,5", , 11 по

зависимости (15) с учетом (16-17) находится распредолонио дли всех остальных (3 =2,К - 1) боковых отвйтвлоний магистрального канала. -

С целью определения областой применения упрощенных моделей МСОНБТ, НУЕН, в которых точность'» достоверность получен-

ных по ним результата» оыла бы приемлема ' для практического использования, проведен численный эксперимент. Его сущность заключалась в проведении расчетов и сопоставлении результатов, полученных по упрощенным подолян с аналог! ними величинами, установленными в процессе реализации на ЭВМ полной подели МУЛй. .

О качестве объектов моделирования были выбраны типовые розе-ния зданий и конструкций систем врчтняя ли .Значения коэффициентов сопротивления воздухоироклцаиип элементов здания и , системы вентиляции охчатьпали широкий диапазон - от нормируемых до реально достижимых значений.

Результаты численного моделирования представление таблице 1.

Модель 0 г р а а и ч е а в а на Назвачанко ыедзля и еэ реализация ' "

Планировочные ревешш . -зтаяей Принципиальные рвиения свстеш . веатчзция Параметра система вентнлдцян Нчэт потерь давления при с.шяяка аотоноз а састеш вентиляции

нет ЕЭТ со? нет Ксдэтсственннй а начествевнай сзалвз ЕРЗ в работе сцстеии ВЗЯТйЯЯШЯ т

МС0Я5Т авт нет . Ев* Только от верна- Качественный тнвшм расходов. анализ- ВРЗ в це-воздцха сдалае- лон. определение го снстекоа вен- количества ин-тплядпа &ш>трцачэгося - ^ возддха. ЗВЙ .

I

й

И

Й1№ Не дчатвваэтся Не дчятазаэтса плашгаовка консгрщщия зтавва скстеяа

ВаНТШЕСЦЕЯ

Не дчитввазтся Не дчитвваатся конструкция ксистрдкция системы систешг

веитидацая веитаагцкз

Определение

количества нн-

Оилътрдачегоса

ооэдуха.

Шшвиерагя

свуодаза.

МЮ Не ачяткзеется Только вертк-шашровка кальные иагист-этазеа ральаие какала

Одинаковые

иестнне сопротивления боковых ответвден.

нет Определенна рас-

пределения воздуха по боковии ответзхеннаа. Иквенерная ветодзза.

ОСНОВНОЙ ЦчгЛЫ!) чиолыш'ого Г)ГП л.ои,'1ЮСЬ

ние факторов, значимо кли.чк.щик ни распред'^'инио ^оиЛ'/юш^.х потоков II здании и опроделякщчл о^Г.01'у оисгнн (■<;!< 1 Ы'Мкгч п |)ооч. эксплуатации. Результаты численного моделирований позьояпли сдо~. лать следующие • выводы: : • • .'.

количество- »»фильтрующегося воздуха йависнт .В Яерзук> 046-/ ; редь от удельной воздухопроницаемости окоп .'.

- скорость.и направление .ветра оказывают более сильное• •влияние на инфильтрацию наружного воздуха.и »а: распределение .••воздушных потоков и системе вентиляции; 'чем -температура наружного -. г.оз-духа.

- пропускная способность-.систем .-естественной .вытяжной- • вентиляции находится в пряной' зависимости от количества инфильтрувче-гося воздуха.

- герметизация стихов вонтблокоа обеспечивает только■уменьшение количества воздуха поступающего через неплотностм-конструкций, но изменяя при этом .качественной картины цотоксрэ.спред<злеимя. Ликвидировать перстекамя нокио. за счет увеличения ллоодадн. .магистрального канала вонтблока.

. Анализ реально существующих решений.систем вентиляции на позволяет отдать• предпочтение какой-либо одной ' г.Х ; них. иа основе теоретического анализа подели ИУЕЛ было выделено : 7 количественных .бозразпорных факторов -../Область'' •• лзнеиешш которых позволяет.' распространить .полученные результаты на.вшрокий круг конструатиа-> них репоний систем вытякной'вентиляции.

■ ср

Выявленные в результате анализа параметр» .»:. 0$ л сродиий по вертикали квартир расход удаляемого в'оа&ула, КряС - коэффициент ■■ равномерности распределения но высота церчнкалк пснтСяоков удаляемого -воздуха - даот■познохность оценить обеспеченность возду-хообкона и пропускную способность снстони 'Вентиляции.

Параметрами,' значимо илкяющшш на иоказагояи работы систоиы веьшляцин, являются ТГ - .количество боковик ответвления..нагис-'трального канала; .;0зффицийит местных сопротивлений послед-

него участка магистрального какьяа л . комплекс:. К = ( }У * 1)/(Г':/Рб)2 .' Представясиние в работа ноиограшш поз'вс.кпт установить оптимальные соотношения и диапазон.допустимых сочетаний !? »

и К и их сочетания.

В результате обработки данных натурных набямгчний, полученных совместно с лабораторией отопления ч сс:::ш;лц»И2о;ль«х ЦШШЭП инженерного оборудования, бы о уста-.овлоно, что процесс .фильтрации воздуха через неплотности оконного заполнения ноксг Сыть

адекватно описан как степенной так и полиномиальной зависимостями. Однотипность'степенной модели с "замыкающими" соотношениями для других воздухопроницаемых элементов здания позволяет от-

1

дать ей предпочтение при построении математической подели ВРЗ.

В реальных условиях значения удельной воздухопроницаемости окон существенно (до 4 раз) отличаются от нормируемых для данного типа переплетов-м-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.значений.

* Результаты натурных•обследований систолы естественной вентиляции подтвердили правомерность гипотезы, заложенной в модель "7£';!Т. Среднеквадратическое' отклонение - натурных данных от аппроксимирующей параболической зависимости не превышает 1бхг/ч или 15%.

. Результаты численного моделирования (модель мулп) адекватно описывают распределение воздушных потоков в пялом здании•' в случаи использования фактических.или усредненных-фактических характеристик всех воздухопроницаемых элементов здания. Среднеквадра-тическне отклонения результатов численного моделирования от данных.' натурных обследований лежат в диапазоне 7-20 %.

Еыполпешше исследования ярились основой для разработки'инженерной методики.расчета- систем естественной вытяжной вентиляции .жилых зданий , которая позволяет определять параметры вентблоков и системы-;'вентиляциии оценивать пропускную способность и устойчивость систем с известными параметрами.

Завышение п расчетных условиях расходов удаляемого воздуха в период ¡эксплуатации приводит-к Увеличений^.пфйяьтрацпп наружного воздуха. Рациональный выбор параметров системы обеспечивает сок-рачение расхода теплоты Па подогрев''■пнфиль.тругщогося воздуха на 4.77 ХДх/(ч.нг) или 4.77 ГДяДгод нлн.м*).

■'■■ основные .. вывода

1. Воздушный- рехим многоэтапных яшшх зданий""'формируется в результате взаимодействия наружных условий,воздухопроницаемости наружных к внутренних ограждающих конструкций, архитектурно-планировочных решений и конструктивных реяеккй' системы вентиляции. 'Иатекаткческое моделирование является наиболее приемлемым методой для анализа воздушного режпна зданий. _

2. Исследование воздушного роякка здания п целом и работы системы'вентиляции-при изменении только одного или пос: здова-толыю нескольких факторов не позволяет , определить приоритеты влияния этих факторов. *'

3. Модель МУЛК базируется на представлении возможных путей движения поздуха по зданию в виде графа и использует "замыкающие" соотношения для тройников и крестовин4 работающих на слияние и на деление потоков. Модель позволяет проанализировать потоко-распределение в зданиях с различными планировочными- решениями этажей, лестнично-лифтового узла, конструкций систем вентиляции, обнаружить случаи нарушения работу вытяжной системы вентиляции, учесть негерметичность стыков вентблоков, перекрытий и перегородок. - ,

4. Эквивалентные преобразования крестовины в тройник существенно уменьшают размерность решаемой задачи. Эквивалентная замена воздухопроницаемого элемента, работающего в области "отрицательных" потерь, элементом с положительным сопротивлением и послед довательно подключенным к нему источником давления расширяет область применения модели МУЛИ и позволяет проанализировать работу систем естественной вентиляции, имеющей незначительные потери на входах в боковые ответвления магистрального капала.

5. Разработанный для ноделн КУЛИ численный метод решения использует свойства и структурные особенности матрицы. Метод обеспечивает ..устойчивую и быструю сходимость итерационного- процесса независимо от размерности решаемой задачи и диапазона изменения сопротивлений воздухопроницакню элементов здания.

. 6. Упрощенные модели мсонбт, И1НГ и ИУЕН с достаточной для инженерных расчетов точностью могут быть использованы для анализа воздушного режима здания в зимний период (модель МСОНБТ) , для определения количества г.нфнльтрующегося поздуха (модель МИН:'), Для проектирования новых и оценки работы существующих систем естественной вытяжной вентиляции (модель МУЕгО-' ;

7. Инфильтрация наружного воздуха в .здан/з- определяется в первую очередь воздухопроницаемостью окон. Изменение 10Чот 0,78 кг"/(ч .кгПа1'3 ) до 1.0 кг/(ч- нгПах1* ) приводит к увеличению в 2 раза количества ннфильтрующзгося воздуха. Скорость и иаправлени.-ветра оказчвают более сильное влияние на изменение количества ии-фильтрующегося воздуха, чем температура наружного воздуха. Изменение температуры иарукного воздуха от -15е С до -30" С приводит к та-ону ко увеличению инфильтрации как и увеличение 'скорости ветра от 3 .и/с до 3,6 и/с. Количестве:удаляемого системой вентиляции из помещений квартк/ воздуха находится в прямой зависимости от количества Шфшьтрующ&гося воздуха.

8. Герметизация стыков вентблоков и увеличение площади магистрального канала способствуют нормализации ьоздухгобнена в квартирах. Умчньгэние площади стыка п 3 раза приводит приблизительно к такому ке уменьшению количества проходящего через него воздуха. Увеличение площади магистрального канала на 20 % меняет

качественную картину потокораспределения, ликвидируя поступленио отработанного воздуха из системы вентиляции.

9.: Близость в расчетных условиях распределений расходов удаляемого воздуха по высоте вертикали для вентблоков, имеющих разные геометрические и аэродинамические характеристики , сохраняется ив период эксплуатации. Обобщающими характеристиками распределения расходов удаляемого воздуха являются средний относительный расход ¿¿г и коэффициент равномерности Крае-

10. Оценка значимости влияния на Бд^ н Крав , Кааг параметров вентблоков и системы вентиляции в целой показала, что наиболее^ значимыми являются N - количество боковых ответвлений магистрального канала, Т'угд^. - коэффициент нестных сопротивлений последнего участка магистрального канала к комплекс к = ( +1)/(Гс/% )*. Детальный численный эксперимент выявил область значений параметров НЛи К ^обеспечивающих нормальное функциони-ровашш систоии естественной вентиляции.

11. Статистический анализ показал адекватность процессу Фильтрация воздуха через неплотности оконного запол1:еиия степенной и полиномиальной зависимостей и их равноценность. Однотипность степенной модели с "замыкающими" соотношениями для других воздухопроницаемых элементов здания позволяет отдать ей предпочтение йри построении иатенатичесюис моделей БРЭ.

12. Воздухопроиицаеиость не имеющих видимых дефектов окон с различными типами переплетов и уплотняюпдах прокладок отличается от соответствуя:^«! нормируемых значений брлео чей в 4 раза. Выявленная значимость мероприятий по устранению строительных дефектов позволяет установить порядок их ликвидации и повысить герметичность окон.

13. Сопоставление данных натурных обследований с результате-ми. чкеяешшгоиодоянрования по подели МУАК, пояученныни при использовании фактических гши усредненных фактических характеристик везх воздухопрошщазкшс элементов здания, позволяет сделать вывод о адекватности математической подели физическому процессу. Среднаквадратичоские отклонения резуяьтатов численного моделирования от данных натурных обследований ложат а диапазоне 7-20 %.

14. Разработанная инааиерная методика иокет использоваться как для определения параметров вентблоков , так и для оценки работы существующих систем естественной вентиляции.

15. Правильный выбор параметров системы вентиляции сокращает перерасход теплоты на подогрев икфияьтрувяцегося воздуха на 4.77КД*/(ч «и*).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ .

1. Варапаев В.Н., Китайцева Е.Х., Павлинова И.Б., Эйзерман И.Е. Использование ЭВМ для исслндования воздухообмена инлих эдакий. В сб.тр. " Вопросы теплоснабжения, отоплении и вентиляции " ЦНИИЭП инженерного оборудования, И.,1901, с.76-06.

2. Кнтайцепа'Е.Х., Павлинова И.Б. Статистическая обработка результатов натурных испытаний окон на воздухопроницаемость. В сб.тр. " Вопросы отопления, вентиляции и освещения жилых и общественных зданий" ЦНИИЭП инженерного оборудования, И.,1981, с.44-55.

3. Китайцова Е.Х. Алгоритмы решения задачи о воздушной режиме многоэтапных зданий. В сб.тр. " Проблемы математики и прикладной геометрии в строительстве" МИСИ, Mi 1982, с.5-9.

4. Виглин B.C., Гершомзон Ю.А., Кнтайцепа Е.Х., Пивлинова И.Б., Фельдман И.И. Оценка работы объединенного вентблока конструкции Братского филиала Иркутскгракданнроекта. В сб.тр. "Вопросы экономики теплоэнергетических ресурсов в системах вентиляции и теплоснабжения ЦНИИЭП инженерного оборудования, М.,1904, с. 20-29

5. Гузикова В.II., Китайцова Е.Х., Павлинова К.Б., Шабашвили И.В. Оценка работы систем вытикной вентиляции с естественнымн искусственным побуждением в 22-этажных жилых зданиях. В сб.тр. " Вопросы экономической- эффективности систем инженерного обох^удова-ния " ЦНИИЭП инженерного оборудования, М.,1906, с.6Q-6Q.

6. Китайцова Е.Х., Павлинова И.Б., Шабаившш И.Ы. Сравнительный анализ зависимостей для определения воздухопроницаемости окон и влияющих на нее факторов (по данный натурных испытаний). В сб.тр. " Повышение эффективности систем отопления и вентиляции гражданских зданий" ЦНИИЭП инженерного оборудования, М.,19Вб, с.•57-68.

7. Варапаев В.Н., Китайцова Е.Х., Кускова Т.В., Шабашили И.о. Числе«ное моделирование внутренней аэродинамики и теплоооб-нена в здании. В сб. т^. "Математическое моделирование о науке и тохнико" тезисы докладов Всесоюзной школы-семинара, Ьернь, 1»0б

Подписано к печати 13.09.95 г. Формат 60хВ4 1/16 Печ. офсети. il -is»* Объем 1 п.л. Т. ЮС. Заказ ах

Московский государственный строительный университет . . Типография МГСУ, 129337, Носова, Ярославское п., 26