CC BY
20Доклады X Академических чтений РААСН «Актуальные вопросы строительной физики»
(М
л
Научно-технический и производственный журнал
УДК 697.92
DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-6-30-33
Е.Г. МАЛЯВИНА1, канд. техн. наук (emal@list.ru), К.М. АГАХАНОВА1, магистр; Н.П. УМНЯКОВА2, канд. техн. наук (n.umniakova@mail.ru)
1 Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26) 2 Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, г. Москва, Локомотивный пр., 21)
Влияние размеров приточного отверстия на работу системы естественной вентиляции многоэтажного жилого дома
Оснащение зданий плотными окнами потребовало от проектировщиков учета аэродинамического сопротивления приточных устройств. Значительно усложнившаяся по сравнению с периодом двадцатилетней давности планировка квартир привела к увеличению числа сборных каналов систем естественной вытяжной вентиляции в каждой квартире жилого дома. В аэродинамическом расчете каждой вытяжной системы следует рассматривать вентиляционный тракт, начинающийся от наружного воздуха в приточном устройстве жилой комнаты и заканчивающийся над вытяжной шахтой системы. Результаты были получены на основе расчетов воздушного режима здания в целом. В настоящей статье расчет воздушного режима здания выполнялся итерационным методом. В качестве объекта исследования рассматривается секция жилого дома с 18 жилыми этажами, оборудованными системами естественной вентиляции. В статье рассматривается приток воздуха в двух вариантах: через поворотно-откидную створку окна с открытой площадью 0,231 м2 и через приточные клапаны в каждой комнате квартиры с живым сечением одного клапана 0,0036 м2. Показано, что при недостаточной площади приточных устройств невозможно обеспечить расчетный расход вентиляционного воздуха в расчетных вентиляционных условиях даже с помощью воздуховодов нереально больших размеров.
Ключевые слова: приточное устройство, откидная створка окна, приточный клапан, воздушный режим здания, расчет, расчетный режим для вентиляции, аэродинамическое сопротивление, система естественной вентиляции.
Для цитирования: Малявина Е.Г., Агаханова К.М., Умнякова Н.П. Влияние размеров приточного отверстия на работу системы естественной вентиляции многоэтажного жилого дома // Жилищное строительство. 2019. № 6. С. 30-33. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-6-30-33
E.G. MALYAVINA1, Candidate of Sciences (Engineering), Professor (emal@list.ru), K.M. AGAKHANOVA1, Master; N.P. UMNIAKOVA2, Candidate of Sciences (Engineering), (n.umniakova@mail.ru)
1 National Research Moscow State University of Civil Engineering (26, Yaroslavskoe Highway, Moscow, 129337, Russian Federation)
2 Research Institute of Building Physics of RAACS (21, Lokomotivniy Driveway, Moscow, 127238, Russian Federation)
Influence of Inlet Opening Size on the Operation of Natural Ventilation System of a Multistory Residential Building
Equipping buildings with dense windows required designers to take into account the aerodynamic resistance of the inlet devices. Much more complicated comparing with the period of twenty years ago, the layout of apartments has led to an increase in the number of prefabricated channels of natural exhaust ventilation systems in each apartment of the residential house. In the aerodynamic calculation of each exhaust system should be considered the ventilation path, starting from the outside air in the inlet unit of the living room and ending above the exhaust shaft of the system. The results were obtained on the basis of calculations of the air regime of the building as a whole. In this article, the calculation of the air regime of the building was carried out by the iterative method. The object of the study is a section of a residential building with 18 residential floors equipped with natural ventilation systems. The article considers the air flow in two versions: through the swing-out window with an open area of 0.231 m2 and through the supply valves in each room of the apartment with a living section of one valve of 0.0036 m2. It is shown that in case of insufficient area of supply devices it is impossible to provide the calculated flow rate of ventilation air under the calculated ventilation conditions even with the help of air ducts of unrealistically large sizes.
Keywords: supply device, tilting window sash, supply valve, air mode of building, calculation, calculation mode for ventilation, aerodynamic resistance, natural ventilation system.
For citation: Malyavina E.G., Agakhanova KM., Umniakova N.P. Influence of inlet opening size on the operation of natural ventilation system of a multistory residential building. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2019. No. 6, pp. 30-33. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-6-30-33
Научно-технический и производственный журнал
Reports of the X Academic reading RAACS «Actual issues of building physics»
19 18 17 16 15 14 13 12 11
% 10
CD
m 9 8 7 6 5 4 3 2
ч \
/
V Г
л 1
\ N
у 7 1,2
ч ■
1 6
65
Рис. 1. План типового этажа секции 19-этажного жилого дома
Ранее аэродинамический расчет системы естественной вытяжной вентиляции выполнялся в предположении, что приточные устройства не обладают аэродинамическим сопротивлением, так как площадь щелей в окнах была достаточной для пропуска больших расходов воздуха [1]. В настоящее время, когда окна в жилых домах устанавливают плотно, ситуация изменилась. Приходится считаться как с неконтролируемой инфильтрацией наружного воздуха в помещения, так и с имеющими место аэродинамическими сопротивлениями приточных отверстий для пропуска требуемых вентиляционных расходов наружного воздуха [2-4]. Следует иметь в виду значительно усложнившуюся по сравнению с периодом двадцатилетней давности планировку квартир. Входные двери квартир, как правило, выходят в общие поэтажные холлы-коридоры, которые дверями отделяются от лифтовых холлов, объединенных со всеми этажами многоэтажного здания общим объемом лифтовой шахты. Лестничные клетки отделены от лифтовых холлов переходами через улицу.
Вентиляционные системы в современных многоэтажных жилых домах выполняются с вертикальным сборным каналом и поэтажными ответвлениями. В каждой квартире имеется несколько стволов вертикальных сборных каналов - не менее трех, так как вытяжки из туалетов и ванных комнат делаются самостоятельными. Кухня обосабливалась в самостоятельную систему давно. Единый объем квартиры требует наладки всех систем вентиляции таким образом, чтобы каждая система удаляла из квартиры расчетный расход воздуха при одинаковом давлении внутреннего воздуха у каждой вытяжной решетки.
10 15 25 20 30 35 40 45 50 55 60 Расход воздуха, м3/ч Рис. 2. Расходы воздуха, удаляемого системами естественной вентиляции из квартир: 1, 2 — из помещений санузлов при открытой поворотно-откидной створке окна; 3 — из помещения кухонь при открытой поворотно-откидной створке окна; 4, 5 — из помещений санузлов при открытых приточных клапанах; 6 — из помещения кухонь при открытых приточных клапанах
Жалобы на некорректную работу систем естественной вентиляции на верхних этажах, особенно в начале и конце отопительного периода, частое явление. Поэтому задачей настоящей статьи является проверка возможностей системы естественной вентиляции обеспечивать свежим воздухом жилые помещения в расчетный для вентиляции период.
Метод расчета. Расчетными наружными условиями для вентиляции принято считать температуру +5оС и безветрие. Считается, что при температуре выше +5оС можно открывать окна и, увеличивая площадь приточного отверстия, добиваться нужного воздухообмена квартиры. Проектировщик выбирает конфигурацию и размеры воздуховодов системы для указанных условий таким образом, чтобы на всех этажах обеспечивался нужный расход вытяжного воздуха в каждой системе, обслуживающей различные помещения квартиры. При этом проектировщику приходится учитывать аэродинамическое сопротивление приточного отверстия.
В аэродинамическом расчете каждой вытяжной системы следует рассматривать вентиляционный тракт, начинающийся от наружного воздуха в приточном устройстве жилой комнаты и заканчивающийся над вытяжной шахтой системы.
Результаты были получены на основе расчетов воздушного режима здания в целом. Такой подход используют многие авторы [5-8]. В настоящей статье расчет воздушного режима здания выполнялся итерационным методом. Система воздушных балансов всех помещений здания и узлов вытяжных систем вентиля-
62019
31
Доклады X Академических чтений РААСН «Актуальные вопросы строительной физики»
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
19 18 17 16 15 14 13 12 N 11
ГО
10
9 8 7 6 5 4 3 2
\
У 2,3
V 4,5,6
0
5
10
30
35
40
19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2
\ L
4 У у"
\ s \ 6
\ \ Л
4,5 К
I /
\ / Г L
Л 3 \
1 1
1 J
1 -
1 1
15 20 25 Давление, Па
Рис. 3. Внутреннее давление квартир: 1, 2,3 — при открытой поворотно-откидной створке окна; 4, 5, 6 — при открытых клапанах
ции решалась последовательной увязкой балансов в отдельных группах помещений, начиная с лифтового холла, стояка квартир и заканчивая коридором.
Описание объекта исследования. В качестве объекта исследования рассматривается секция жилого 19-этажного дома. На первом этаже дома расположены помещения инфраструктуры района. Жилыми этажами являются 18 этажей со 2-го по 19-й. Над последним жилым этажом находится технический неотапливаемый чердак. На каждом жилом этаже (рис. 1) размещено по три квартиры: двухкомнатная с односторонней ориентацией окон (квартира 1), двухкомнатная с двусторонней ориентацией (квартира 2) и трехкомнатная с окнами на два противоположных фасада (квартира 3).
В жилых помещениях предусматривается естественная система приточно-вытяжной вентиляции. Все вытяжные шахты индивидуально выходят в атмосферу выше крыши на 1 м.
В данной работе рассматривается приток воздуха в двух вариантах: через поворотно-откидную створку окна с открытой площадью 0,231 м2 и через приточные клапаны в каждой комнате квартиры с живым сечением одного клапана 0,0036 м2. Расчетные расходы вытяжного воздуха по проекту приняты: из кухни - 60 м3/ч; из санузлов - 25 м3/ч. Считалось, что откидная створка окна открывалась в одной комнате, а приточные клапаны были открыты во всех комнатах.
Результаты расчета. Прежде всего, обращается внимание на необходимость принятия различных размеров сечений воздуховодов в вытяжных системах вентиляции в здании с притоком воздуха через
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Расход воздуха, м3/ч Рис. 4. Расходы воздуха, удаляемого системами естественной вентиляции в расчетных наружных условиях для отопления, из квартиры 1 с притоком через клапаны: 1, 2 — из помещений санузла; 3 — из помещения кухонь с притоком через поворотно-откидную створку окна: 4, 5 — из помещений санузла; 6 — из помещения кухонь
откидные створки окон и через приточные клапаны. Поэтажные ответвления для кухонь обоих зданий выполнены размером 150x150 мм; для санузлов -100x150 мм в здании с поворотно-откидной створкой на всех этажах, а в здании с приточными клапанами со 2-го по 11-й этаж - 150x150 мм с 12-го по 19-й этажи. Все решетки нижних этажей снабжены вкладышами с различным аэродинамическим сопротивлением для поддержания примерно одинаковых расходов воздуха по всем этажам. Сечения сборных каналов увеличиваются снизу вверх. В здании с притоком через поворотно-откидную створку окна в системе для кухонь сечения воздуховодов увеличиваются от 200x250 до 350x400 мм и для санузлов - от 200x200 до 200x350 мм. В здании с установкой в квартирах приточных клапанов сечения каналов для кухонь возрастают от 400x500 до 800x800 мм, для санузлов - от 200x250 до 600x550 мм. Несмотря на значительное расширение сборного канала по мере увеличения расхода воздуха в системе, выдержать расчетные возду-хообмены квартир в расчетном вентиляционном режиме на этажах выше 11-го не удалось (рис. 2).
Такое положение дел объясняется тем, что при большой площади приточного отверстия в здании с притоком через откидную створку окна в помещениях квартир формируется внутреннее давление, практически равное наружному: аэродинамическое сопротивление приточного устройства мало. А в здании с притоком через клапаны часть распо-
Научно-технический и производственный журнал
Reports of the X Academic reading RAACS «Actual issues of building physics»
лагаемого давления вентиляции теряется на преодоление сопротивления клапана, что увеличивает разность между наружным и внутренним давлением воздуха в помещениях (рис. 3). Интересно, что независимо от односторонней или двусторонней ориентации, давление воздуха в расчетных вентиляционных условиях во всех квартирах одинаковое, так как расчетные наружные условия предполагают безветрие.
Ниже (рис. 4) представлены результаты расчета воздушного режима здания с открытыми приточными клапанами в расчетных условиях для отопления: при
Список литературы
1. Титов В.П. Методика аналитического расчета неорганизованного воздухообмена в зданиях. Экономия энергии в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: Сборник трудов. М.: МИСИ, 1985. С. 130-141.
2. Бодров М.В., Болдин В.П., Кузин В.Ю., Кучеренко М.Н. Определение фактической производительности систем естественной вентиляции с вертикальным сборным коллектором многоквартирных жилых домов // Приволжский научный журнал. 2015. № 1 (33). С. 54-59.
3. Шилкин Н.В., Шонина Н.В., Миллер Ю.В., Галу-ша А.Н. Гибридная вентиляция в многоэтажных жилых домах: варианты решения // АВОК. 2018. № 5. С. 12-18.
4. Кривошеин А.Д. Обеспечение регулируемого притока воздуха в жилых зданиях: проблемы и решения // АВОК. 2018. № 5. С. 32-38.
5. Самарин О.Д. О методах расчета воздушного режима зданий // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2011. № 3 (111). С. 78-79.
6. Тертичник Е.И., Агаханова К.М. О методике расчета фильтрационных потоков воздуха в квартирах секции многоэтажного жилого здания // Научное обозрение. 2017.№ 11. С. 19-24.
7. Малявина Е.Г., Бирюков С.В. Расчет воздушного режима многоэтажных зданий с различной температурой воздуха в помещениях // АВОК. 2008. № 2. С. 40-44.
8. Малявина Е.Г., Агаханова К.М. Натурное испытание гравитационных вытяжных систем вентиляции. Сборник материалов семинара молодых ученых «Молодежные инновации». 2018. С. 311-313.
9. Cook M. J. CFD modelling of buoyancy-driven natural ventilation // CIBSE Natural Ventilation and Building Modelling groups seminar University College London. 2014. 35 p.
10. Acred A. Natural ventilation in multi-storey buildings: a preliminary design approach. PhD Thesis // Imperial College London. 2014. 228 p.
62019 ^^^^^^^^^^^^^
температуре наружного воздуха -25оС и скорости ветра 2 м/с. Расходы воздуха на нижних этажах превышают нормируемые значения, на верхних - немного больше нормируемых. Выводы.
1. При аэродинамическом расчете систем вентиляции следует обязательно учитывать аэродинамическое сопротивление приточного устройства.
2. При правильном выборе конфигурации системы естественной вентиляции можно поддерживать нормативный воздухообмен квартир в расчетных для вентиляции условиях.
References
1. Titov V.P. Method of analytical calculation of unorganized air exchange in buildings. Proceedings: energy Savings in heating, ventilation and air conditioning. Moscow: MISI, 1985, pp. 130-141. (In Russian).
2. Bodrov M.V., Boldin V.P., Kuzin V.Yu., Kucheren-ko M.N. Determination of the actual performance of natural ventilation systems with a vertical prefabricated collector of apartment buildings. Privolzh-skii nauchnyi zhurnal. 2015. No. 1 (33), pp. 54-59. (In Russian).
3. Shilkin N.V., Shonina N.A., Miller Y.V., Galusha A.N. Hybrid ventilation in multistory residential buildings: solutions. AVOK-Press. 2018. No. 5, pp. 12-18. (In Russian).
4. Krivoshein A.D. Provision of regulated air flow in residential buildings: problems and solutions. AVOK-Press. 2018. No. 5, pp. 32-38. (In Russian).
5. Samarin O.D. On methods of calculation of the air regime of buildings. Santekhnika, otoplenie, konditsion-irovanie. 2011. No. 3 (111), pp. 78-79. (In Russian).
6. Tertichnik E.I., Agakhanov K.M. On the method of calculation of the filtration flow of air in the apartments section of high-rise residential buildings. Nauchnoe obozrenie. 2017. No. 11, pp. 19-24. (In Russian).
7. Malyavina E.G., Biryukov S.V. Calculation of the air regime of multistory buildings with different indoor temperatures. AVOK-Press. 2008. No. 2, pp. 40-44. (In Russian).
8. Malyavina E.G., Agakhanov K.M. Full scale test of gravitational exhaust ventilation systems. Proceedings of the seminar of young scientists "Youth and innovation". 2018, pp. 311-313. (In Russian).
9. Cook M.J. CFD modelling of buoyancy-driven natural ventilation. CIBSE Natural Ventilation and Building Modelling groups seminar University College London. 2014. 35 p.
10. Acred A. Natural ventilation in multi-storey buildings: a preliminary design approach. PhD Thesis. Imperial College London. 2014. 228 p.
- 33
