Модель «теплого» чердака зданий серии 464-УI

Стендовые экспериментальные исследования аэродинамического режима «теплого» чердака выполнены на модели чердачного помещения одной секции типового панельного жилого дома серии 464-УI. Модель изготовлена в масштабе 1:20. Масштаб был выбран максимально возможным из условий обеспечения приближенного моделирования. Общий вид модели представлен на рисунке 10.6, а принципиальная схема - на рис. 10.7.
Модель состоит из двух основных частей: камеры статического давления 6 и модели секции «теплого» чердака 9. В камере статического давления располагается воздуховод равномерной раздачи 5 и четыре вентиляционных стояка 7.

В объеме «теплого» чердака 9 расположены оголовки вентиляционных блоков 8 и сборная вентиляционная шахта 10. Движение воздуха обеспечивается вентиляторами 2 и 3, а регулирование -воздушными заслонками 2 и 4. Модель оснащена датчиками для измерения полного и статического давления в сборных каналах стояков, каналах-спутниках и в различных участках объема «теплого» чердака. Измерения производятся с использованием дифференциальных микроманометров, соединяющихся с датчиками импульсными трубками. Покрытие модели «теплого» чердака из прозрачного стекла, что позволяет фиксировать характер и направление воздушных потоков в объеме «теплого» чердака, как при помощи задымления, так и размещением в объеме модели закрепленных с одного конца, свободно свисающих нитей.
Эксперимент проводится в следующей последовательности. Воздух вентилятором подается в воздуховод равномерной раздачи и распределяется по объему камеры статического давления. Из камеры воздух поступает в приемные отверстия сборных каналов вентиляционных стояков, откуда, через оголовки блоков, выходит в объем чердака. Из объема «теплого» чердака воздух удаляется вентилятором через сборную вентиляционную шахту. Регулирование расхода воздуха и давления в объеме модели чердака осуществляется воздушными заслонками, а так же поочередным или же одновременным включением вентиляторов.
В исследуемой модели представлены две группы вентиляционных стояков, различающиеся условиями входа воздуха в сборные магистральные каналы: одна группа - вентстояки I и IV, вторая - вентстояки II и III (рис. 10.8). Вентстояки I и IV расположены на удалении один от другого, и всасывающий факел одного стояка не влияет на всасывающий факел другого стояка. Вентстояки II и III расположены вплотную один к другому, и всасывающий факел одного стояка может оказывать влияние на всасывающий факел соседнего стояка. Для предотвращения влияния одного факела на другой входные отверстия 11-го и III -го вентиляционных стояков разделены вертикальными пластинами. Для создания идентичности всасывающих факелов всех вентиляционных стояков модели, аналогичные пластины были установлены и на вентиляционные стояки I и IV.
На модели «теплого» чердака выполнены эксперименты по изучению аэродинамических режимов для различных условий эксплуатации, когда:
- объем удаляемого сборной вытяжной шахтой воздуха равен воздухопоступлению его в «теплый» чердак (расчетный режим для системы вытяжной вентиляции);
- объем удаляемого сборной вытяжной шахтой воздуха превышает воздухопоступление его в «теплый» чердак (производительность шахты значительно увеличена под ветровым воздействием, или же воздухопоступление в объем чердака значительно ниже расчетного);
- объем удаляемого сборной вытяжной шахтой воздуха меньше воздухопоступления в объем «теплого» чердака (производительность шахты значительно снижена под ветровым воздействием, или же воздухопоступление в чердак значительно выше расчетного).
Наличие в модели проемов, имитирующих наружные дверные проёмы, позволяет изучать влияние подсосов воздуха через них в объем «теплого» чердака (рис. 10.8).
В объеме «теплого» чердака при проведении исследований моделировались различные режимы подачи воздуха:
— одновременная подача воздуха вентиляторами 1 и 3;
— разрежение - доминирование вытяжки вентилятором 3;
— подпор воздуха - доминирование подачи вентилятором 1.
В процессе эксперимента выполнялись следующие измерения:
— полного и статического давления в сборных магистральных каналах вентиляционных стояков I, II, III и IV (рис. 10.8 позиции 2 и 3);
— статического давления в устьях сборных магистральных каналах вентиляционных стояков I, II, III и IV (рис. 10.8, позиция 6);
— статического давления в устьях каналов-спутников вентиляционных стояков I, II, III и IV (рис. 10.8, позиции 4, 5, 7, 8);
— статического давления в объеме «теплого» чердака рядом с оголовками вентиляционных блоков (рис. 10.8, позиция 1);
— статического давления в крайних угловых частях «теплого» чердака (рис. 10.8, позиции 10, 11, 12, 13);
— статического давления в объеме «теплого» чердака у места входа воздуха в сборную вентиляционную шахту (рис. 10.7, позиция 9).

Измерения на модели проводились при фиксированных величинах давлений воздуха в вытяжной шахте. Пределы его изменения в шахте определялись возможностями регулирования потока воздуха заслонками. В режиме разряжения величина давления составляла до Рш = -20 Па. При нагнетании воздуха - Pш = 1,8 Па, а при совместной работе вентиляторов на нагнетание и вытяжку — Pш = -10 Па.
Результаты проведенных исследований формирования полей давлений в объеме «тёплого» чердака при различных скоростях выхода воздушного потока из устий сборных каналов вентиляционных стояков при режимах разрежения (доминирование вытяжки воздуха

На графиках точка 3 соответствует величинам статического давления, измеренным в устьях сборных магистральных каналов стояков, а точки 1, 2, 4, 5 - вытяжным каналам-спутникам.
Измерения проводились при скоростях воздуха в вытяжной шахте, изменяющихся в пределах от 0,22 до 0,81 м/с в режиме разрежения (вентилятор 3) и 0,57.. .1,27 м/с в режиме нагнетания (вентилятор 1).
При анализе графических зависимостей следует учитывать, что более низкое давление в канале-спутнике по отношению к магистральному каналу означает эжекцию воздуха из него, а более высокое - задувание воздуха из помещения «теплого» чердака в устье канала-спутника (или подпор).
Представленные результаты показывают, что эжекция воздуха из каналов-спутников наблюдается только для стояка №1 в режимах всасывания и нагнетания. Для вентиляционных стояков №11, №111 и №IV зафиксирован подпор каналов-спутников как в режиме всасывания, так и нагнетания.
Результаты исследований перепадов статических давлений между каналами-спутниками для каждого из стояков модели секции чердака при различных режимах продувки на стенде представлены в табл. 10.1

Сопоставление измеренных величин перепадов статического давления показывает их разброс в зависимости от размещения стояков по отношению к вытяжной шахте. Максимальные перепады измерены на стояке II, минимальные - на стояке III. Анализ полученных данных указывает на влияние формирования полей давлений потоков воздуха, перемещающихся над стояками к вытяжной шахте.
Проведенные экспериментальные исследования на модели чердака позволяют сделать следующие выводы:
— «теплый» чердак, исследуемой конструкции, не является камерой статического давления, как это предполагается при разработке проектов вентиляции зданий;
— вытекающий из сборного магистрального канала стояка воздух существенно влияет на формирование поля давлений и на давление в каналах-спутниках;
— влияние струи воздуха, вытекающего из сборного канала, может проявляться как в виде эжекции воздуха, так и в виде подпора потока из каналов-спутников;
— аэродинамические процессы, протекающие в объеме «теплого» чердака сложны и переменчивы и зависят как от величины располагаемого давления, так и от его знакопеременности, «разряжение» или «подпор»; на эксплуатируемых объектах это будет определяться наличием или отсутствием ветра - задуванием наружного воздуха в помещение чердака; герметичностью окон в квартирах здания;
— для «теплого» чердака, характерно возникновение пульсаций давлений с перераспределением расходов воздуха через вентиляционные стояки.
На основании результатов экспериментальных измерений и анализа видеосъемки движений задымленных воздушных потоков в модели «теплого» чердака, а также результатов натурных обследований на эксплуатируемых зданиях следует отметить следующие недостатки «теплого» чердака жилых домов серии 464 УI:
— сборная вентиляционная шахта расположена таким образом, что с одной стороны чердачного помещения к ней протекает 75 % объема воздуха, с другой стороны 25 %, что усиливает вихреобразование в чердачном помещении и увеличивает потери давления системы естественной вытяжной вентиляции здания;
— воздух, выходящий из вентиляционных стояков II и III, расположенных вплотную к сборной шахте, практически полностью исключается из теплового баланса чердака, что приводит к резкому снижению температуры внутреннего воздуха в торцевой наружной части чердачных помещений крайних секций здания;
— стояк II, расположенный около сборной шахты за перегородкой, находится под непосредственным (лобовым) воздействием потока воздуха, движущегося от стояка I к сборной шахте;
— стояк III, расположенный вплотную к сборной шахте, находится под воздействием сильных вихрей при слиянии потоков воздуха от всех стояков у входа в сборную шахту;
— каналы - спутники вентиляционных стояков зачастую находится в области подпора от повышения давления в результате торможения о потолок чердака воздушного потока выходящего из магистрального канала стояка, или же под воздействием вихрей от эжектирования этим потоком воздуха из чердачного помещения.