Диссертация (Повышение эффективности работы системы естественной вентиляции при формировании теплового движения воздуха), страница 7

небольшиекорректировки втиповой проект2. обеспечениетребуемоговоздухообмена втечение всего года3. применениеавтоматическогорегулированиясистемы1. снижение ветровогои акустическоговоздействия2. возможностьразмещениясолнцезащиты вполости двойногофасада3. снижениеассиметричногорадиационногопрогрева здания итепловых потерьСистемы с двойнымивентилируемымифасадамиГибридные системы вентиляции463. увеличениерасходаприточноговоздуха длязданий,расположенных в районахс низкойподвижностьювоздуха уфасадовзданий4. снижениевлияниянаружногошумаСистемы срадиационнымподогревомвент.

каналовСистемы спечнымподогревомСистемы вентиляции степловым побуждением1. обеспечение 2. 1. воздушноестабильнойотопление ввентиляциихолодныйпомещений впериод годатеплый период 3. 2. возможногодаприменение3. защита2. возможностьрециркуляциивытяжногоработыввытяжногоканала отвоздухаатмосферных безветреннуюпогодуосадков4. простота 1. 3. саморегуизготовления лированиесистемыи монтажаВытяжныесистемы1. небольшие корректировки втиповой проект2.

низкая стоимостьПриточныесистемыСистемы вентиляции светровым побуждениемНедостаткиПриточновытяжнаягибриднаясистемавентиляции1. требуетсятехническаяэксплуатация иремонт2. потреблениеэнергии1. зависимость расходавоздуха от скорости инаправления ветра2. снижение эффективностипри образовании наледи(особенно при применениивращающихсядефлекторов)2. применениестационарныхприточныхустройствнеэффективноприотклонениинаправленияветра отрасчетногоболее чем на30˚1. возможностьобразования конденсатав холодный периодгода2. высокая стоимостьочистки полостивентилируемого фасада3.

возможнораспространение шумамежду смежнымикомнатами4. в теплый период годавозможно значительноеповышение температурв полостивентилируемого фасадаВытяжныесистемыПриточныесистемыСистемы вентиляции светровым побуждениемСистемы с двойнымивентилируемымифасадамиГибридные системы вентиляции471. возможностьобразованияконденсата вхолодный периодгода2.

зависимостьрасхода воздухаот интенсивностисолнечнойрадиации3. снижениеэффективности воблачную погоду4. высокаястоимостьочистки полостивентиляционногоканала,изготовленного излучепрозрачныхматериаловСистемы срадиационнымподогревом вент.каналов1. применениесистемывозможнотолько вхолодныйпериод года2.

неравномерномерныйпрогревпомещенийпо высотездания3. необходимостьобустройстваувлажнениявоздухаСистемы спечнымподогревомСистемы вентиляции степловым побуждением48Целью исследования является повышение эффективности работысистем вентиляции многоэтажного жилого здания за счет применениятеплового побуждения движения воздуха в теплый и переходный периодыгода.Длядостиженияпоставленнойцелиисследования,былисформулированы следующие научные задачи:1.Провестивентиляцииоценкумногоэтажныхработоспособностижилыхзданий,системиестественнойвыявитьпричины,препятствующие их работе;2.Проанализировать существующие технологии, направленные наобеспечение стабильной работы систем естественной вентиляции в течениегода;3.Разработать математическую модель процессов теплообмена ввентиляционном канале при движении свободноконвективных потоков,формирующихся в системе вентиляции с тепловым побуждением движениявоздуха;4.Разработать конструктивное решение системы вентиляции степловым побуждением движения воздуха для типового жилищногостроительства;5.Составить алгоритм расчета систем вентиляции с тепловымпобуждением движения воздуха, с учетом разработанной модели для анализакачественнойструктурысвободноконвективныхпотоковнаосновепрограммного комплекса Ansys Fluent;6.Провестиэкспериментальноеисследованиепроцессовконвективного теплообмена в вытяжных каналах системы вентиляции степловым побуждением движения воздуха.49ГЛАВА 2.

ВНУТРЕННЯЯ ЗАДАЧА СВОБОДНОЙ КОНВЕКЦИИДЛЯ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ С ТЕПЛОВЫМПОБУЖДЕНИЕМ.2.1 Общая постановка задачи и предмета исследований.В настоящее время, в многоэтажных монолитных жилых домах восновном проектируются системы вентиляции с вертикальным сборнымканалом, выполненные из стальных воздуховодов круглого и прямоугольногосечения. Загрязненный воздух из помещения через вытяжное отверстиепоступает в ответвление вентиляционного канала квартиры, называемого«спутником», и далее в междуэтажном перекрытии над следующим этажомперепускается в магистральный сборный канал – «ствол» [66].

Длинавертикальногоучасткавоздуховодавоздушногозатвора(спутника)составляет не менее двух метров. При этом последний и предпоследний этаж,имеет собственную, отдельную систему (Рисунок 25, а). Подобная схемаявляется компактной, аэродинамически устойчивой и отвечает требованиямпротивопожарной безопасности [66], а, следовательно, в большей степениподходит для многоэтажных зданий, чем системы с индивидуальнымиканалами (Рисунок 25, б).Рисунок 25 – а) система естественной вентиляции с вертикальнымсборным каналом; б) система естественной вентиляции с индивидуальнымиканалами50В связи с проведенной оценкой эффективности работы системестественной вентиляции в Главе 1, для обеспечения качества внутреннегомикроклимата в помещении в течение всего года, предлагается применятьдополнительныйподогреввентиляционныхканалов,позволяющийувеличивать требуемый тепловой напор. Для определения основныхвзаимосвязей, принципов и особенностей работы рассматриваемой системы,а так же систематизации и последующего анализа полученных результатов,было принято решение разделить проводимое исследование на несколькоэтапов:Математическое моделирование свободной конвекции в системе1.вентиляции последнего этажа с целью определения наиболее эффективногоспособа нагрева, а так же оптимальной конструкции канала;Исследование устойчивости конвективного течения в системе2.вентиляции с тепловым побуждением движения воздуха со сборнымвертикальным каналом;Экспериментальное подтверждение полученных результатов.3.2.2Исследование свободной конвекции в системе вентиляции степловым побуждением последнего этажа жилого здания.В современных многоэтажных жилых домах квартиры последнего ипредпоследнего этажа оборудуются индивидуальными вентиляционнымиканаламивоизбежаниеперетеканиязагрязненноговоздухаизмагистрального сборного короба в помещения верхних этажей.

Основнойпроблемой вентиляции последних этажей является ослабленная или обратнаятяга, возникающая вследствие недостаточности располагаемого напора,зависящего от высоты вентиляционного канала. Для улучшения качестваработы систем вентиляции, проектировщики зачастую устанавливают осевыевентиляторы периодического действия на спутник. Однако данное решение,на самом деле, ухудшает воздухообмен в квартирах, так как в период51бездействия вентиляторы затрудняют удаление воздуха из помещения за счетсоздания чрезмерного аэродинамического сопротивления, что было показанов п 1.1.3 Главы 1.2.2.1 Физическая постановка задачи моделирования.Рассматривается конвективное движение воздуха в канале системывентиляции, изготовленном из тонколистовой стали.

Движение воздухапроисходитвограниченнойнезамкнутойобластиΩ1сусловнойтемпературой на подогреваемых стенках (граница Г1) равной tк (Рисунок 26).Нижняя часть канала является входным сечением Г2, через котороевнутренний воздух из помещения (Ω2) с температурой tв и давлением Pвпоступает в рассматриваемую область. Верхняя часть канала представляетсобой выходное сечение Г3, через которое вытяжной воздух с температурой tупоступает в атмосферу (Ω3).Рисунок 26 - Расчетная схема математической моделиФормированиерассматриваемойпристенныхвнутреннейсвободноконвективныхобластиΩ1происходиттеченийпривналичиипространственной неоднородности плотности, вызванной неоднородностьютемпературы [67].

Возникающие течения становятся неустойчивыми привозрастании интенсивности свободной конвекции, которая зависит отразноститемпературмеждувоздухоминагретымистенками52вентиляционного канала.Появляющаяся последовательность кризисовнеустойчивости приводит к турбулентности [2], при этом благоприятныеусловия для вентиляции имеются только в случае ламинарного режиматечения, когда горизонтальные составляющие скорости воздушного потокапренебрежимо малы [1].

Таким образом, одной из задач проводимогоисследования является определение требуемого диапазона измененияразности температур, при котором система естественной вентиляции будетобеспечивать стабильный воздухообмен в помещении. Месторасположение ивеличина площади нагрева в значительной степени определяет характердвижения воздушных потоков. В связи с тем, что эффективность работысистем естественной вентиляции зависит от равномерности распределенияскоростей в канале, предлагается провести сравнительный анализ несколькихспособов теплового побуждения, представленных в Таблице 4.Таблица 4 -Расчетные схемы систем вентиляции с тепловымпобуждением движения воздуха№НаименованиеСхемаГеометрическиехарактеристикиh1Нагрев нижнейЧисло Рэлея, Ra2мl0,5 мaxb150x150 ммчасти каналаRal  0  0,34  109Rad  0  1,44 10753h2мl0,5 мНагрев нижней2части каналасовместно сRad  0  1,44 107отводомСистема сRal  0  2,51  109axb150x150 ммh2мl0,5 мRal  0  0,34  1093 горизонтальнымRad  0  1,44 107нагревомaxb150x150 ммh2мl0,5 мСистема сгоризонтальнымRal  0  2,51  1094 нагревомRad  0  1,44 107совместно сотводомaxb150x150 мм54Система сh2мl0,5 мaxb150x150 ммh2мl0,5 мaxb150x150 ммh2м5 вертикальнымнагревомRal  0  22,0  109Rad  0  1,44 107Система свертикальным6 нагревомсовместно сRal  0  41,5  109Rad  0  1,44 107отводомСистема снагревом всех7 стенокl0,5 мaxb150x150 ммвентиляционногоканалаRal  0  72,1  109Rad  0  1,44 10755Система сh2мl0мвертикальнымRal  0  41,5  109Rad  0  1,44 1078 нагревомсовместно сaxbотводом150x150 ммМатематическая постановка задачи моделирования и2.2.2основные предположения.В общем виде свободная конвекция вязкого несжимаемого газа вограниченнойобластиΩ1описываетсяуравнениямиконвекциивприближении Обербека - Буссинеска [2]:1 v t  (v)  v     p    v  g    T   T, где  v   T    Ttdiv v  0(2.1)v - скорость движения воздушного потока, м/с;p-конвективнаядобавкакгидростатическомудавлению,соответствующему средним температуре и плотности, Па; - средняя плотность, кг/м3;T - температура, отсчитываемая от некоторого среднего значения, К;g - ускорение силы тяжести, м/с2;и-коэффициентыкинематическойвязкоститемпературопроводности (м2/с), предполагаемые постоянными;(м2/с)и56 - объемный коэффициент теплового расширения, 1/К; - единичный вектор, направленный по вертикали вверх.Первое математическое выражение получено из уравнения НавьеСтокса.Второеуравнениеявляетсядифференциальнымуравнениемконвективной теплоотдачи Фурье-Кирхгофа.