AUTOMATED CALCULATIONS OF AIR EXCHANGE SYSTEMS IN OLD BUILDINGS
Authors: Кузнецова Ю.А. , Медяков А.А. , Поздеев А.Г. 
Published: July 2024

В работе исследуются вопросы, связанные с «опрокидыванием» вентиляции в зданиях старой постройки при работе водонагревателей. В результате анализа литературных источников установлено преимущественное использование ручных алгоритмов расчета систем воздухообмена в помещениях гражданских зданий. Специфика процессов в системах воздухообмена гражданских зданий старой постройки учитывается относительно нечасто. Установлено, что применение современных оконных и дверных блоков с герметичным уплотнением притворов в домах старой постройки при закрытых створках приводит к уменьшению расхода воздуха через вытяжные каналы и переходу системы воздухообмена в режим неустойчивого равновесия. Выявлено, что «опрокидыванию» при работе газовых водонагревателей подвержены прежде всего вентиляционные каналы. Это связано с тем, что в газоходах за счет высокой температуры сгорания газа возникают вертикальные градиенты давления и высокие скорости истечения отработавших газов из помещения. В принятой модели процесса воздухообмена в помещении предполагается, что нормальное состояние системы вытяжных каналов при работе водонагревателя, когда устойчиво функционируют газоход и вентиляционный канал, меняется на неустойчивое. В последнем случае последовательно сменяются фазы процесса воздухообмена: исходное состояние вытяжных каналов при выключенном водонагревателе; «опрокидывание» вентиляции; выравнивание внутреннего и наружного давлений; возвращение к состоянию противотяги через вентиляционный канал. Колебание уровня внутреннего давления воздуха в помещении связано с периодическим переходом работы водонагревателя от режима полного сгорания газа к его неполному сгоранию. В качестве эталонного использован автоматизированный расчет стационарной работы газохода водонагревателя [6]. В автоматизированном режиме реализована модель воздухообмена в помещении, включающая расчет газохода, определение теплофизических свойств дымовых газов на основе сплайн-интерполяции табличных данных, параметров газохода и вентиляции. Вычислены аэродинамические потери в газоходе и канале вентиляции. Методом сплайн-интерполяции определено влияние величины тяги в каналах на процесс «опрокидывания» вентиляции. Построены зависимости колебаний давления в канале вентиляции при изменении ветрового напора и средней скорости движения в газоходе. Определена связь между тягой в канале и коэффициентом эжекции. Приведена автоматизированная зависимость времени истечения газа из объема помещения от текущего перепада давления.

The paper examines the reversal air movement in ventilation systems of old buildings during the operation of water heaters. The analysis of literary sources showed that predominantly manual algorithms are used for calculating air exchange systems in buildings. Usually the specifics of operation of air exchange systems in old civil buildings are not taken into account. It has been revealed that in old houses with hermetic rabbets the air flow through exhaust channels decreases and an air exchange system goes into an unstable mode when doors and windows are closed. It has been revealed that, during the operation of gas water heaters, primarily ventilation channels are susceptible to the reversal of air movement. Due to high temperature of gas combustion in gas flues, vertical pressure gradients occurs and exhaust gases flow out of a room at a high velocity. In the adopted model of air exchange process in the room, it has been assumed that the normal state of the exhaust duct system during the operation of the water heater, when the gas duct and the ventilation duct function stably, changes to unstable. In the latter case, the phases of the air exchange process are successively replaced: the initial state of the exhaust ducts when the water heater is turned off;" tipping " of ventilation; equalization of internal and external pressures; return to the state of counter-traction through the ventilation duct. The fluctuation of the internal air pressure level in the room is associated with the periodic transition of the water heater operation from the mode of complete combustion of gas to its incomplete combustion. As a reference, an automated calculation of the stationary operation of the gas flue of the water heater was used. In the automated mode, a model of indoor air exchange is implemented, including the calculation of the flue gas, determination of the thermophysical properties of flue gases based on spline interpolation of tabular data, parameters of the flue gas and ventilation. The aerodynamic losses in the flue and ventilation channel are calculated. The influence of the thrust value in the channels on the process of "tipping" ventilation is determined by the method of spline interpolation. The dependences of pressure fluctuations in the ventilation channel with a change in wind pressure and the average speed of movement in the flue are constructed. The relationship between the thrust in the channel and the ejection coefficient is determined. The automated dependence of the gas outflow time from the room volume on the current pressure drop is given.