ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗДАНИЯ

Избыточное статическое давление перед зданием и разрежение за ним, возникающие при обтекании здания потоком воздуха, пропорцио­нальны динамическому давлению ветра. Это явление применительно к сопротивлению среды при падении и качании было впервые подмечено И. Ньютоном.

При расчете ветровой нагрузки на здание, а также при определе­нии давлений в отдельных точках его наружной поверхности приме^ няется аэродинамический коэффициент &аэр.

Аэродинамический коэффициент показывает отношение избыточ­ного статического давления в одной из точек наружной поверхности здания к динамическому давлению ветра. В соответствии с этим статическое давление в любой точке наружной поверхности здания равно:

Рст = £аэр—2 • (XV. 1)

Аэродинамические коэффициенты обычно определяют эксперимен­тально в аэродинамических трубах на моделях зданий. Известны спосо­бы аналитического расчета аэродинамических коэффициентов для зда­ний простейших форм. Значение и знак аэродинамического коэффициен­та зависят от места расположения точки на поверхности здания, от фор­мы здания и направления ветра. На значение этого коэффициента ока­зывают влияние близко расположенные здания и сооружения, а также рельеф местности. Энергетический смысл аэродинамического коэффи­циента заключается в том, что его значение показывает в долях едини­цы, какая часть удельной кинетической энергии потока переходит в удельную потенциальную энергию. Значение аэродинамического коэф­фициента можно выразить через скорости потока в отдельных точках вблизи здания. Для этого используем уравнение Вернул ли.

Предположим, что поток воздуха набегает на пластину, располо­женную перпендикулярно его направлению (см. рис. XV. 1). Выделим в потоке элементарную струйку. Если пренебречь потерей энергии меж­
ду сечениями /—/ и II—II и сжимаемостью воздуха, можно записать уравнение сохранения энергии в таком виде:

РУ? . Р"?т

Рі + 2 ' (XV-2)

Где pi и рп — статическое давление соответственно в сечениях /—I и II—II; vi и vu — скорость движения воздуха в указанных сечениях.

Если статическое давление в сечении /—I, расположенном на боль­шом расстоянии от пластины, принять за нуль, то избыточное статиче­ское давление в сечении II—II можно определить следующим образом:

Й

--); (xv.3,

Отсюда значение аэродинамического коэффициента

= . (XV.4)

Если сц<сі (наветренная сторона пластины), то &аэр. н>0. Если vn>Vi (заветренная сторона пластины), то ^аэр. э^О - В действительно­сти движение воздуха у заветренной стороны пластины и здания не под­чиняется уравнению (XV.2). Значения &аэр. з определяются процессом эжекции.

В точке торможения А теоретическое значение аэродинамического

Коэффициента &аэрА=1.

Для наиболее широко распространенной формы здания (паралле­лепипед) аэродинамический коэффициент имеет следующие значения: на фасаде с наветренной стороны &аэр. н=0,4 ... 0,8, на фасаде с завет­ренной стороны &аэр. з = —0,3...—0,6.

На значение аэродинамического коэффициента некоторое влияние оказывает открытие окон в здании и организация сквозного проветри­вания (аэрация под действием ветра). Однако в практических расчетах этим влиянием пренебрегают. Последние исследования показали, что значение аэродинамического коэффициента зависит от распределения скоростей в набегающем потоке. Эпюра скоростей ветра по рысоте зда­ния имеет криволинейный характер из-за наличия пограничного слоя у поверхности земли. В связи с этим появляется неопределенность — к какой скорости относить аэродинамический коэффициент. В данном случае можно пользоваться следующими рекомендациями:

1) если соотношение высоты здания Я и протяженности фасада L меньше 1 (низкое протяженное здание), обтекание воздухом происходит в основном над зданием, и давление ветра можно определять по аэро­динамическим коэффициентам и динамическому давлению, вычислен­ным по средней скорости ветра иСр (по высоте здания). Этот случай встречается в основном при расчете давления ветра на ограждения промышленных и многосекционных жилых и общественных зданий;

2) для высоких зданий при #/L>l обтекание происходит в гори­зонтальных плоскостях (боковое обтекание), и статическое давление можно определять по локальным аэродинамическому коэффициенту и динамическому давлению, вычисленным по скорости Vi на уровне рас­сматриваемой ТОЧКИ -

1*г) 1пс