4.3 Пиковые значения ветровой нагрузки

4.3.1 Ветровые нагрузки являются одним из основных видов воздействий на ограждающие конструкции зданий, во многом определяющих их конструктивные решения. Интенсивность этого воздействия и его распределение по внешним и внутренним поверхностям ограждения в первую очередь определяются структурой ветровых потоков, формирующихся в месте строительства, геометрической формой и размерами зданий, а также динамическими свойствами рассматриваемых конструктивных элементов.

Воздействие ветрового давления

Для прочностного расчета ограждающих конструкций принимаются пиковые значения ветрового давления, а для расчета инфильтрации воздуха более подходят средние значения. Усредненные по времени значения давления на поверхность стен пропорциональны скорости ветра, согласно уравнению Бернулли:

pv=raUH2/2g, (2)

где

pv – давление на поверхность стены, фунт/фут2; UH – средняя скорость ветра с наветренной стороны на высоте H, фут/с; ra – плотность наружного воздуха, фунт/фут3; g – ускорение силы тяжести, фут/с2.

Разность давления на поверхности стены и локального наружного атмосферного давления на том же уровне в неупорядоченном ветровом потоке определяется как

ps = Cp • pv, (3)

где

ps – разность давлений, фунт/фут2; Cp – локальный коэффициент ветрового давления (зависит от местности).

С реди трех факторов, определяющих инфильтрационный перепад давлений, ветровой напор наиболее значим. При равенстве температур внутреннего и наружного воздуха, если направление ветра перпендикулярно одной из стен, через наветренную стену происходит инфильтрация воздуха, а через три других и крышу – эксфильтрация. Если ветер направлен под углом – давление обращено на две стены, а эксфильтрация происходит через две других стены и крышу.

Инфильтрационный воздух не кондиционирован по температуре и влажности и может содержать загрязняющие вещества. Это вызывает дискомфорт и также может стать причиной воздушного дисбаланса, особенно в таких помещениях, как больничные изоляторы, «чистые» комнаты, зоны хранения химреактивов, которые спроектированы в расчете на контроль давления воздуха для защиты от распространения вредностей.

В разделах 16 и 26 справочника ASHRAE Fundamentals 2001 года дается количественная оценка ветрового давления на здания и его влияния на системы механической вентиляции.

Воздействие гравитационного давления

Замечали ли вы, что в зимнее время входные двери в здания иногда открываются с трудом, а при открывании воздух с шумом врывается в щель? Это происходит под действием гравитационного давления. Эффект тяги, или «дымовой трубы», возникает из-за разности плотности столба воздуха внутри здания и снаружи. Эта разница плотности является причиной перепада давлений по сечению ограждающих конструкций.

Изменение абсолютного давления по высоте снаружи здания происходит быстрее, чем внутри, что также создает разность давлений. Лестничные клетки, шахты лифтов и атриумы соединяют нижний уровень здания с верхним, так что тяга распространяется по всем этажам. Рис. 2 иллюстрирует воздействие гравитационного давления.

Чем выше здание, тем больше гравитационное давление. Во время отопительного периода имеет место эксфильтрация воздуха из верхней части здания, компенсируемая инфильтрацией в нижнюю часть. В период охлаждения здания все происходит наоборот.

В зимнее время холодный инфильтрационный воздух может стать причиной дискомфорта на нижних этажах и перегрузки системы отопления.

В 40-этажном здании с высотой этажа 4 м при температурах воздуха снаружи и внутри здания -7 и 21 °C соответственно и одинаковой суммарной площади отверстий внизу и наверху гравитационное давление составляет 100 Па. При проектировании вытяжки из гаража в указанном здании следует учитывать гравитационное давление. Величина гравитационного давления может превышать статическое давление вытяжного вентилятора. Если это произойдет, гараж станет источником загрязнения воздуха всего здания. Хорошей пассивной защитой в данном случае будет уплотнение дверных проемов входа и вестибюля, отделение гаража от вышерасположенных лестничных клеток, лифтовых шахт и других проемов, которые могли бы поставить гараж под воздействие гравитационного давления. Разделение здания на «отсеки» по высоте поэтажно или группами по несколько этажей и изоляция от лифтовых шахт сведет воздействие гравитационного давления до уровня одноэтажного или малоэтажного здания.

Приточные и вытяжные вентиляторы в многоэтажных жилых зданиях часто подбираются без учета воздействия гравитационного давления. Вытяжные системы с вертикальными шахтами, например для ванных комнат в гостиницах, как известно, часто не работают как следует; бывает, что воздух из ванных нижних этажей всасывается в ванные верхних этажей здания. Если разграничение здания на зоны и их изоляция не предусмотрена проектом, возможно, преодолеть воздействие гравитационного давления удастся только путем устройства отдельных вытяжных систем для каждого этажа. Возможно использование регуляторов с датчиками давления и электродвигателями с переменной скоростью вращения, приспосабливающими производительность вентилятора к изменению давления по объему здания. Приточные системы с вертикальными воздуховодами должны работать в условиях переменного давления в помещениях в течение всего года. По-видимому, здесь нет простых решений, которые изначально могли бы надежно обеспечивать воздушный баланс при любых условиях.

Приходилось ли вам замечать, как у некоторых кирпичных зданий парапет становится белесым, как будто выцветшим? Это происходит из-за эксфильтрации воздуха на стыке крыши со стенами. При этом содержащаяся в воздухе влага конденсируется на поверхности или в порах кирпичей, растворяя содержащиеся в кирпичной кладке соли. Затем вода высыхает, а соли остаются на поверхности. Весной дожди вновь растворяют и смывают соли и белизна на кирпичах исчезает.

Помимо изменения цвета стен, эксфильтрация влажного воздуха может вызвать повреждение конструкций из-за гниения, коррозии, растрескивания кирпичной или каменной кладки, а также бактериальное заражение. Перепад давлений между этажами здания может дезорганизовать воздушный режим помещений, рассчитанных на поддержание заданного давления без средств герметизации.

Билет № 14

1.Критериальные уравнения для определения коэффициента теплоотдачи при свободной, смешанной и вынужденной конвекции воздуха в помещении.

2.Метаболические процессы, протекающие в организме человека в зависимости от вида работ по степени тяжести. В чем состоит принцип терморегуляции организма человека.

Ответы: