CC BY
63
УДК 629.113.6: 628.83 Доц. С.С. Жуковський, канд. техн. наук -
НУ "Львiвська полiтехнiка"
ЕФЕКТИВН1СТЬ ГРАЫТАЩЙНОÏ ВЕНТИЛЯЦП ПРИМЩЕНЬ
Проаналiзовано вплив вертикального градieнта температури внутршнього по-вiтря i змши температури зовнiшнього повiтря у приграничному шарi будiвлi, а та-кож деяких конструкцiйних чинникiв, на ефектившсть грав^адшнох вентиляцп.
Ключов1 слова: грав^адшна вентиляцiя, надлишковий тиск, конвекцiйнi стру-менi, приграничний шар, витрата повггряного потоку, температура, густина.
Assist. prof. S.S. Zhukovskyi - NU "L'vivs'ka Politekhnika" Efficiency of natural ventilation of rooms
Influence of vertical gradient of indoor air temperature and outdoor air temperature change in building boundary layer and also constructive factors on natural ventilation efficiency.
Keywords: natural ventilation, excessive pressure, convective flows, boundary layer, air flow rate, temperature, density.
Проблема. Вентилящя грав1тацшна - це природна вентилящя, яка спричинена р1зними за величиною густинами внутршнього i зовшшнього по-впря [1].
Р1зницю грав1тацшних напор1в (надлишкових тисюв), яка спричиняе рух (циркулящю) пов1тря, а отже i провпрювання примщення, рекомен-дуеться визначати за формулою [3-5]
Apt = h ■ (р3 - рв ) • q, (1)
де: h - прямовисна вщстань м1ж центрами отвор1в для притоку i витоку повгг-ря, м; р3 - густина зовшшнього повпря, кг/м3 (для розрахункових умов приймають при температур! зовшшнього повггря t3 = +5 °С); рв - густина внут-ршнього повпря, кг/м3 (для розрахункових умов приймають при температур! внутршнього повпря tE, яка забезпечуеться системою об1гр1вання (СО)).
Однак формула (1) не повшстю вщображае ф1зичну природу грав1та-цiйноï вентиляцiï, а виконаний за ïï допомогою анал1з ефективност вентиля-цшних систем може бути причиною помилкових висновюв.
Завдання дослiдження. Проаналiзувати вплив вертикального гра-дiента температури внутршнього повпря i змши температури зовшшнього повпря у приграничному шарi буд!вл!, а також деяких конструкцшних чин-ниюв, на ефективнiсть гравiтацiйноï вентиляцiï.
АналiЗ чинникiв впливу на ефектившсть гравгтацшно1 вентиляцп. Частинки внутршнього повпря, як! отримують р!зш порци теплово1' енергiï (бшьшу - в центральнiй зон! джерела тепла i меншу - в його перимет-ральнш зон!) рухаються у вертикальному напрямку, утворюючи конвек-цшний повпряний потж з вщповщним розподiленням швидкостей i температур, якому властивий найбшьший ежекцiйний (розрщжувальний) ефект у його нижнш частиш i загасання швидкостей з виникненням плюсового над-тиску у верхнш. Внаслiдок цього у пришдлоговому простор! (ППП) (зони об-слуговування ЗО) примщення виникае деякий невеликий вщ'емний надтиск (невелике розрщження), а у пристельовому простор! (ПСП) верхньо1' зони (ВЗ), внаслщок загальмовування конвекцшного потоку, виникае деякий плю-
совий надтиск. Очевидно, що мiж повггряними об'емами з плюсовим i вщ'емним надтисками знаходиться промiжний простiр нульового надтиску (стратифжацшна верства) з середньозваженою густиною внутрiшнього повгг-ря рв.сер ^ ймовiрно, концентращею забрудника Св.сер (конвекцiйнi потоки всмоктують повiтря з припiдлогового простору подiбно до ежекцшного газового пальника, див. рис. 1). Очевидно, що визначити надтиски, як виникають за дД! конвекцшних струменiв, е важко, оскiльки теоретичш засади i експери-ментальнi дослщження цього явища вивченi недостатньо.
Схеми вертикально градiентних змiн температури, густини та грав^а-цiйного надтиску внутршнього повiтря i перепаду (потенцiалу) аеростатич-них напорiв на зовнiшнiй сит примiщення, за рiвномiрно розмiщених на його пiдлозi джерел конвекцiйних тепловидшень приблизно однаково! теп-лопродуктивносп, зображеш на рис. 1.
змша надлишкових перепад граета-_в нутрии н к тист \ щйних напор'ш
Зона зменшено< густини ~
1 '
-с; 0)
. Рз -а
*
г \
Зона незмшно! середньо)' густини потр я (стратифш-цШна верстка)
Зона збшыиено! густини
, прохоподне повщя
Рис. 1. Схеми вертикaльно-грaдieнтних змш температури внутршнього повтря, його густини, надлишкового тиску, а також перепаду гравШацшних напорiв зовншнього i внутршнього повШря примщення зрiвномiрно розмщеними джерелами конвекцшних тепловидшень приблизно однаково! теплопродуктивностк 00 -р1вш нульового надтиску; площ1 отвор1в 112 однаков1
Якщо в нижнш пришдлоговш i у верхнш пристельовш частинах зов-тшньо! огорожi, наприклад стiни, передбачити отвори з нерегульованими чи регульованими розмiрами, то виникне рух повггря. Через нижнш отвiр прохо-лодне зовшшне повiтря з приблизно нульовим надтиском заикатиме в розрь джений НПП (НЗ) примщення, в основному живитиме конвекцшш тепловi струменi та з ними тдагрггим перетiкатиме у ПСП (ВЗ) примщення, звщки через пристельовий (чи стельовий) отвiр виикатиме назовнi, завдяки внут-рiшньому плюсовому надтиску (рв > 0).
Оскшьки нижче рiвня 0-0 (рис. 1) рз > рнз i ра > рнз то в нижнш частит сини виникае змiнний по висои перепад вiд,емного аеростатичного напору, величину якого в цен^ отвору 2 наближено можна визначити за формулою
Ар( 2 = - ¿2 ■ (Рз - Рнз сер) ■ Я , (2)
де: к2 - вертикальна вiдстань вiд рiвня 0-0 до центра отвору для притоку зов-нiшнього повiтря, м; р3, рнз сер - вщповщно середня густина зовнiшнього (у прилеглш до стiни зонi) i середня густина внутршнього повiтря НЗ, кг/м3; ц -прискорення земного тяжшня, м/с2.
Внаслiдок ди конвекцiйних струмешв, вище рiвня 0-0 на зовшшнш стiнi виникае змiнний по висот перепад плюсового гравiтацiйного напору
АргЬ хоча р ез Низ < Рз.
Величину Арг1 в цьому рiвнi, а отже i в цен^ отвору 1, наближено можна визначити за формулою
АрП = + К ■ (Рз - Рвзсер) ■ Ц . (3)
Вiдповiдно перепади надлишкових гравiтацiйних тискiв, шд дiею яких вiдбуваються затiкання зовшшнього повiтря через нижньостiновий отвiр i ви-тiкання внутрiшнього повiтря через верхньостшовий отвiр, вiдповiдно наближено будуть дорiвнювати:
Др2 = 0 - Р2 = Н2 ■ (Рз - Риз сер.) ' Ц ; (4)
Ар = Р1 - 0 = К ■ (Рз - Рез сер.) ■ Ц .
Перепад гравггацшних тискiв Арь пiд дiею якого вщбуваеться переть кання повiтря через примщення, буде наближено дорiвнювати
Ар{ = Ар2 - Ар1 = цк ■ (Рз - Ре.сер) , (5)
де: к = к1 + к2, а ре.сер = (риз. сер + рез, сер)/2, причому к не може перевищувати висоти примщення.
З рис. 1 видно, що пришдлоговий прос^р примiщення заповнений прохолодним внутрштм повiтрям. Цього прохолодного простору може не бути, якщо верхiвки джерел тепловидiлень розмiщенi на рiвнi пiдлоги або де-що вивищуються над нею.
Аналiз формул (2)... (5) засвiдчуе, що рiзниця надлишкових термiчних тискiв зовнiшнього i внутрiшнього повiтря е лiнiйно залежною вiд висоти примiщення И ^ очевидно, прямовисно! лши мiж центрами отворiв, призначе-ними для притоку зовшшнього i витоку внутрiшнього повiтря з примiщення.
Стае зрозумiлим, що гравггацшна вентиляцiя дiе за принципом тер-моспонукального поршнево! помпи, корпусом якого е примщення, а спону-качем - джерела конвекцшних тепловидшень.
Можна також зробити висновок, що найефектившшою гравiтацiйною вентиляцiею е безтрубопровщна вентиляцiя (аерацiя) примiщення за схемою, що зображена на рис. 2.
Очевидно, що у закритому примщенш з трубопровщною гравпацш-ною вентилящею (рис. 3) вентиляцiйнi трубопроводи для притоку зовшшнього i витоку внутрiшнього повiтря будуть спричиняти ошр перетiканню повгг-ря, а отже ефектившсть гравггацшно! вентиляци знизиться.
У багатоповерхових будинках з приблизно однаковими конвекцшни-ми тепловидшеннями (багатосiмейнi житловi будинки), поряд поверхнi !х зовтшшх огорож виникае вертикально скерований конвекцшний потiк нав-колишнього (зовнiшнього) повггря зi зростальною по висотi температурою i швидкiстю (рис. 4).
Рис. 2. Схема найбшьш ефективно'1 гравШацшно'1 (термоспонукальноТ) 6e3mpy6onpoeidHoï вентиляци (аераци) примщення з джерелом (джерелами) конвекцшних тепловидшень
Рис. 3. Схема трубопровiдноï гравШацшноХ
вентиляци (площi отворiв для притоку повШря у примщення Aj i витоку повШря з нього А2 однаковГ)
///////// Рис. 4. Схема гравШацшно'1 вентиляци триповерхового будинку з приблизно однаковими джерелами конвекцшних тепловидшень i вентиляцйними отворами у зовшшнш огорожи
tз1 < t.з2 < 1з3> us1< us2 < us3; tнз.сер.1 tнз.сер.2 tнз.сер.3; tвз.сер.1 tвз.сер.2 tвз.сер.3
З урахуванням того, що температура зовшшнього повпря у конвекцш-ному потощ (приграничному термошвидкiсному шарi) зростае з висотою, мо-жемо зробити висновок, що величина Apt мате з висотою. Отже, ефектившсть природно1 гравггацшно1 вентиляцiï, за однакових конструкцшних розв'язань, буде найвищою у примщенш (помешканнi) першого поверху i найнижчою у примiщеннi (помешканнi) найвищого поверху. Причому це аж шяк не пов'язано з висотою трубопроводiв (канашв) систем витiкальноï i притiкальноï вентиляци.
О^м цього, вертикально скерований конвекцшний повiтряний потiк спричиняе ежекцiйний ефект, який сприяе витоку внутрiшнього повггря i най-бiльше проявляеться на рiвнi найвищого поверху будинку (явище ексфiльтрацiï).
Середню за витратою швидкiсть повпряних потокiв, що перетжають кр1зь вентиляцшш отвори, можна наближено визначити за вщомими формулами:
и = 72Лр7р~ и>2 = у[2Ар2Гр3, м/с. (6)
Масов1 витрати пов1тряних потоюв, як перетжають кр1зь отвори 1 1 2 з вщомими площами А1 1 А2, дор1внюватимуть:
QG вит.1 = МА1 ■ и ■ Рвсер ; ^ пр.2 = МА2 ' и2 ' Рз , г/с (7)
де ^2 - коефщ1енти витрати, вщповщно першого 1 другого вентиляцшних отвор1в.
Приймаючи, що QG вит1 = QG пр.2 1 що отвори для притоку 1 витоку повгг-ря мають однакове оснащення 1 е под1бними за формою (и1 ^2), шсля вщпо-вщних перетворень отримаемо залежшсть для наближеного визначення висо-ти розмщення площини нульового надтиску, залежно вщ сшввщношення площд отвор1в для притоку прилеглого зовшшнього 1 витоку внутршнього повпря, у вигляд1:
Ь- = (Л2/Д)2 ■-Рз-. (8)
^2 рв.сер
Знаючи величину необхщного повпрообмшу примщення QG =QG пр = QG вит 1 враховуючи рекомендацш [6], що площа отвор1в для притоку повпря повинна бути на 20-30 % бшьшою вщ площд отвор1в для витоку повггря, можна визначити плошд цих отвор1в за формулами:
^ / Рз
Апр А мф ■ (0,2.. .0,3Ар,)/ Рз ' (9)
Авит = А1= I , м .
Мл/2 ■ (0ДД7Др,)/Рв сер
Цими формулами можна користуватись для наближеного визначення площ вентиляцшних отвор1в (з врахуванням !х форм 1 оснащення) системи безтрубопровщно! витшально-притжально! гравпацшно! вентиляцп (аерацн). Тут не враховано опор1в потоку повпря кр1зь трубопроводи систем гравпа-цшно! вентиляцп, як слугують переважно для витоку повпря у понаддахо-вий прост1р будинку 1 виготовляються з р1зних матер1ал1в, залежно вщ конструкцп будинку. 1нколи використовують також вентиляцшш трубопроводи для притоку повпря. Висновки
1. Вщома з лпературних джерел залежшсть, яку використовують для визначення перепаду гравггацшних (терм1чних) напор1в на поверхт вертикально! зовтшньо! огорож1 примщення не повтстю вщображае ф1зичну природу гравпацшно! вентиляцп, а виконаний за 11 допомогою анал1з ефективност гравггацшних вентиляцшних систем може бути причиною помилкових висновюв.
2. Незначний вщ'емний (розрщження) в НЗ \ незначний додатнш у ВЗ примщення гравггацшт надтиски спричинет, насамперед, д1ею конвекцш-
них струметв, що виникають бшя джерел тепловидшеиь. Методики виз-начення !х величини практично вщсутт.
3. Гравггацшиа вентилящя д1е за принципом термоспонукально! поршнево! помпи, корпусом якого е огорож1 примщення, а спонукачем - джерела конвекцшних тепловидшеиь.
4. Аиал1з ефективност систем граштащйно! вентиляцп дощльно наближе-но виконувати за перепадом гравпацшних иапор1в прилеглих до огорож зовтшнього I внутршнього повггря за !х усереднених температур, при-чому розрахункова прямовисна вщстань м1ж отворами для притоку по-в1тря у примщення { витоку иов1тря з нього не може перевищувати висо-ти примщення.
5. Найкращою гравпацшною вентилящею примщення е безтрубопровщна вентилящя (аеращя). Трубопроводи систем граштащйно! вентиляцп спричиняють додатковий отр перетшанню повггря через примщення.
Л1тература
1. Жуковський С.С., Люльчак З.С. Вентилящя 1 кондицшвання// Ринок шсталяцш: Термшолопя. Види систем вентиляцп 1 кондицшвання. - 2004, № 2; - С. 52, № 3; - С. 60.
2. Жуковський С.С., Люльчак З.С. Вентилящя 1 кондицшвання// Ринок шсталяцш: Термшолопя. Види систем вентиляцп 1 кондицшвання. - 2004, № 4; - С. 86, № 5; - С. 62, № 7-8; - С. 94,№ 9; - С. 78.
3. Богословський В.М., Новожилов В.М., Симаков Б.А., Титов В.П. Отопление и вентилящя. Ч.2. Вентилящя/ Под ред. В.Н. Богословского. - М.: Стройиздат, 1976. - 439 с.
4. Внутренние санитарно-технические устройства: Справочник проектировщика/ Под ред. М.Г. Староверова. - М.: Стройиздат, 1978. - 509 с.
5. Беккер А. Системы вентиляции. Пер. с нем. Л.Н. Казанцевой/ Под ред. Г.В. Резникова. - М.: Техносфера. Евроклимат, 2005. - 232 с.
6. Волков О.Д. Проектирование вентиляции промышленного здания. - Харьков: Высшая шк., 1989. - 240 с. _
УДК 697.94.(075) Доц. В.Й. Лабай, канд. техн. наук -
НУ "Львiвська полiтехнiка"
ВПЛИВ ПОВ1ТРЯНИХ ПОТОК1В У ВИПАРНИКУ I КОНДЕНСАТОР1 НА ЗРОСТАННЯ ЕКСЕРГП У ВИПАРНИКУ
SPLIT-КОНДИЩОНЕРШ
Встановлено залежнють зростання ексергл у випарнику split-кондищонера фiр-ми "Sanyo" холодопродуктившстю 2020 Вт вщ продуктивное^ за пов^рям на випарнику i конденсаторi за стандартних умов функщонування. Запропоновано оптималь-ш витрати пов^я на випарнику та конденсаторi цього кондищонера.
Ключов1 слова: ексерпя, баланс, кондищонер, ефектившсть.
Assist. prof. V. Labay-NU "L'vivs'kaPolitekhnika"
The influence of air flows for the evaporator and the condenser
on losses of exergy in the condenser of "split" air conditioners
In this article it was defined the dependence of increase of exergy in the evaporator of "split" air conditioner of firm "Sanyo" with the cooling capacity 2020 W from conditioner air flows for the evaporator and the condenser under standard conditions. It was allocated the optimal conditioner air flow for the evaporator and the condenser.
Keywords: exergy, balance, air conditioner, efficiency.
