Материал: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительства. Рудаков О.Б., Перцев В.Т

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

УДК 697.95: 726.5

А.Г. Кочев, А.С. Сергиенко

АЭРАЦИЯ ПРАВОСЛАВНЫХ ХРАМОВ

В статье изложены данные по нахождению аэродинамических характеристик православных храмов с целью последующего их применения для расчета систем их естественной вентиляции (аэрации).

Ключевые слова: аэродинамические коэффициенты, аэрация, православные храмы.

A.G. Kochev, A.S. Sergienko

AERATION OF ORTHODOX CHURCHES

The article presents data on the determination of the aerodynamic characteristics of the Orthodox churches in order to further their application for the calculation of natural ventilation systems (aeration).

Keywords: aerodynamic coefficients, aeration, Orthodox churches.

Введение. Основной задачей для создания и поддержания требуемых метеорологических условий в помещениях уникальных по своей конструкции православных храмов является ассимиляция избыточной теплоты, водяных паров и углекислого газа, выделяемых от людей, зажжѐнных свечей и лампад. В холодный период года при температуре в молебенном зале 14÷16 оС каждый человек выделяет до 40 г/ч, а в тѐплый период при температуре 23÷25 оС - до 50 г/ч водяного пара, а количество водяного пара, выделяемого при сжигании свечей, составляет 1,3 кг/кг парафина. Процесс сжигания свечей сопровождается и выделением сажи при неполном сгорании парафина. Для более точного расчета выделяемых вредностей необходимо обследование каждого конкретного храма [1].

Для ассимиляции теплоты, влаги (водяного пара) и углекислого газа, выделяющихся в храме во время службы, необходимо конструировать вытяжные фрамуги или системы вентиляции, иначе все эти компоненты начинают переноситься в храме рециркуляционными конвективными потоками. Сажа обладает свойством поляризации, поэтому при движении воздуха образуется статический потенциал на вертикальных ограждающих конструкциях над отопительными приборами, в храме видны следы осевшей сажи (копоти). При отсутствии вытяжной вентиляции это приводит к потемнению стен и свода купола.

В настоящее время известны случаи установки в храмах пластиковых окон и современных уплотнѐнных деревянных оконных переплѐтов с однокамерными и двухкамерными стеклопакетами. Эти конструкции оконных переплѐтов исключают поступление наружного воздуха через неплотности оконных проѐмов и создают условия для образования сосредоточенных (компактных) воздушных потоков, врывающихся в храм при открывании наружных дверей. Поэтому в храмах не следует устанавливать современные пластиковые и герметичные деревянные оконные переплеты со стеклопакетами. В храмах, в которых уже установлены данные элементы остекления, следует конструировать в оконных переплетах специальные устройства (аэрационные фрамуги, щелевые зазоры с заслонками) для обеспечения регулируемого воздухообмена в храме для холодного, переходного и тѐплого периодов года.

Теоретическая часть. Естественная вентиляция обладает свойством саморегулирования из-за изменения разности удельных весов приточного и удаляемого из помещения храма воздуха, по периодам года и во время службы.

________________________________________________________________________________

© Кочев А.Г., 2015

112

Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015

Конструирование систем естественной вентиляции следует осуществлять с учѐтом исключения образования компактных приточных струй, поступающих в зону дыхания человека и наиболее эффективного удаления загрязнѐнного воздуха из объѐма помещения, с помощью элементов конструкций вытяжных систем, не портящих интерьер и фасады здания храма.

Для расчета систем естественной вентиляции (аэрации) требуется знание аэродинамических коэффициентов храмов, которые в подавляющем большинстве случаев имеют уникальную архитектуру. Это приводит к необходимости нахождения данных коэффициентов экспериментально путем продувки моделей зданий в аэродинамической трубе.

Точное соблюдение условий моделирования практически осуществить достаточно трудно, поэтому применяются методы приближенного моделирования, основанные на особых свойствах движения вязкой жидкости: стабильности и автомодельности.

При этом важнейшим условием является соблюдение подобия лабораторных исследований и натурных явлений в отношении определяющих процесс критериев.

Говоря о модели и натуре, прежде всего, подразумевают их геометрическое подобие, то есть пропорциональность всех линейных размеров модели и натуры и равенство их соответственных углов (масштаб модели).

Кроме геометрического подобия при проведении экспериментов необходимо учитывать следующие критерии (числа): число Рейнольдса Re, число Бэрстоу Ba, число Коши Ca, число Эйлера Eu, число Фруда Fr, число Струхаля Sh, степень турбулентности потока .

Экспериментальная часть. Обсуждение результатов. Аэродинамическая труба позволяет получать в рабочей части, где располагается исследуемая модель объекта, искусственный равномерный поток воздуха, с равномерным и прямолинейным полем скоростей. Помимо этого необходимо обеспечить малый градиент статического давления вдоль оси потока и малую начальную турбулентность потока в рабочей части трубы, что может привести к искажению результатов опытов.

Исследование моделей зданий проводилось нами на установке, показанной на рис. 1.

2400

Поток воздуха

Рис. 1. Установка для исследования аэродинамических характеристик моделей зданий:

1 - исследуемая модель объекта; 2 - рабочая область аэродинамической трубы; 3 - аэродинамическая труба с осевым вентилятором; 4 - подставка под модель здания; 5 - направляющие ребра (размеры даны в миллиметрах)

113

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Для исследования выполняется модель здания в масштабе 1:50 или 1:100, после чего в модели в вероятных местах установки аэрационных фрамуг устанавливаются трубки для фиксации давления на внешней поверхности модели при различных направлениях воздушного потока. Вторые концы трубок соединяются с микроманометром гибкими шлангами.

Нами были проведены эксперименты по определению аэродинамических характеристик следующих моделей православных храмов: собор св. Александра Невского (1867-1881 гг.), г. Нижний Новгород; Троицкая церковь (1784 г.), г. Балахна, Нижегородская область; Крестовоздвиженский собор (1902-1917 гг.), Пермский край.

Расположение точек замеров статического давления в модели собора св. Александра Невского приведено на рис. 2.

Восток

Рис. 2. Расположение точек замеров статического давления на наружной поверхности модели собора св. Александра Невского (1 - верхний ярус; 2 - центральный барабан; 3 - верхний ярус; 4 - верхний ярус; 5 - центральный барабан; 6 - верхний ярус; 7 - центральный барабан; 8 - верхний ярус; 9 - верхний ярус; 10 - центральный барабан; 11 - верхний ярус; 12 - центральный барабан)

Динамическое давление потока воздуха Рд, Па, определялось по формуле

где ρв - плотность воздуха, кг/м3, vв - скорость потока воздуха, м/с.

Статическое давление в i-ой точке замера Рс i, Па, с учетом коэффициента микроманометра k определяется по соотношению

Измерения для каждой точки проводились для восьми направлений воздушного потока: С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, З, СЗ.

114