Ovaj rad bavi se prostornim koncepima primene temperaturnih razlika vazduha kao i samim strujanjem vazduha u cilju iskorišćavanja prirodne ventilacije radi temperiranja objekata, ili pak razlikama u pritisku, koje su opet, uslovljene varijacijama temperatura.
efekat dimnjaka, izvor: harmonyhousesantamonica.com
U četiri poglavlja objašnjeni su fenomeni nastajanja vazdušnog kretanja, prikazani su i analizirani primeri izgrađenih „energetski efikasnih“ objekata i arhitektonsko-prostorni elementi koji im najviše pogoduju.
Ovaj tekst je treća od pet celina seminarskog rada studenta arhitekture Vladimira Simovića na temu Klimatizacije objekata. Na ovoj stranici dato je drugo poglavlje – Efekat dimnjaka (linkovi ka ostalim delovima u žutom polju).
|
Original teksta:
Sadržaj originalnog rada:
|
2. EFEKAT DIMNJAKA
Kada je jasniji princip raspodele pritisaka (Priroda strujanja vazduha - vidi na linku na žutom polju), kako prirodni, na objektu, ili onaj pod uticajem vetra, možemo da nastavimo sa izučavanjem efekata koji proizvode ova strujanja vazduha, koja u suštini nastaju zbog različite raspodele pritisaka.
Za dalje izučavanje, vratićemo se na pomenuti efekat dimnjaka, i njegov uticaj na jednozapreminski prostor i višespratne objekte. Videćemo kasnije kako se ovaj efekat manifestuje prilikom posmatranja objekata koji u sebi imaju atrijum.
2.1 Efekat dimnjaka na jednozapreminski prostor
Jednozapreminski prostor, ili „soba“, često čini jedinicu većeg gradivnog tela, stoga da bi videli kako se raspodela pritisaka formira na složenijim bijektima, koji imaju i po nekoliko desetina ovakvih prostora, moramo prvo zaći u jednozapreminski prostor.
Unutar grejane prostorije dolazi do formiranja oblasti povišenog pritiska – natpritiska u gornjoj zoni, sa tendencijom napuštanja prostorije u pravcu oblasti nižeg pritiska spoljašnjeg prostora, dok se u donjoj oblasti formira zona sniženog pritiska – potpritiska, sa tendencijom ulaska spoljašnjeg vazduha višeg pritiska.
Nasuprot tome, u periodu letnjeg dana kada je temperatura unutrašnjeg vazduha često niža od spoljašnje, dolazi do trenutno suprotnog procesa raspodele pritiska i cirkuilsanja vazduha. Nivo na kome ne postoji razlika pritisaka unutrašnjeg i spoljašnjeg prostora, tj. nema tendencije strujanja vazduha kroz spoljašnje zidove, naziva se nivo neutralnog pritiska – u daljem tekstu NNP. (12) (videti sliku 1, preuzetu iz časopisa „Klimatizacija, grejanje, hlađenje“, broj 2., maj 2001., str. 30.).
Razlika pritisaka uslovljena efektom dimnjaka na visini h je:
- Ps = ( ρ0 – ρi ) g ( h – hNNP) = ρ i g ( h – hNNP ) ( Ti – T0) / T0
Gde su:
- Ps – razlika pritisaka uslovljenih efektom dimnjaka, jedinica Pa
- Ρ – gustina vazduha, jedinica kg/m³ (za unutrašnje uslove oko 1,2)
- g – gravitaciona konstanta, 9,81 m/s²
- h – posmatrana visina u metrima
- hNNP – visina nivoa neutralnog pritiska u metrima
- T – prosečna apsolutna temperatura, izražena u stepenima K.
Korisna procena veličine efekta dimnjaka na zgradu jeste da razlika pritisaka, podstaknuta njegovim efektom iznosi 0,04Pa/(mK1). Ova procena zanemaruje bilo kakav otpor vazdušnom strujanju unutar strukture.
Prema tome, u prizemnoj kući, sa visinom tavanice od 2,5 metara, sa NNP-om na polovini visine zgrade i temperaturnom razlikom od 25K, pritisak dimnjaka će biti 1,3Pa na tavanici i na podu.
U visokim zgradama, primera radi dvadeset etaža po četiri metra, bez otpora unutrašnjem strujanju vazduha, pritisak dimnjaka pod istim ovim uslovima će biti 40 Pa. (13) U hladnijim klimatskim uslovima ove vrednosti su znatno veće zbog povećane gustine vazduha.
Raspodela pritisaka, tj. položaj NNP-a pod pretpostavkom da nema uticaja vetra, da su otpori otvora strujanja vazduha identični i da nema otpora strujanju vazduha po vertikali, zavisi od perforacije fasade, tj. veličine i rasporeda otvora po vertikali. (14)
NNP se nalazi na sredini visine prostorije u slučaju da:
- Ne postoje otvori na spoljašnjim zidovima
- Otvori se nalaze na samoj sredini visine
- Otvori su identični i simetrično raspoređeni po visini u odnosu na sredinu prostorije.
NNP se nalazi na gornjoj polovini visine prostorije u slučaju da:
- Otvori se nalaze u gornjoj polovini visine
- Otvori u gornjoj polovini su veće površine od otvora u donjoj polovini
- Postoji dimnjački kanal.
NNP u donjoj polovini visine prostorije u slučaju da:
- Otvori postoje u donjoj polovini visine
- Otvori u donjoj polovini su veće površine od otvora u gornjoj polovini.
Nivo neutralnog pritiska može zauzimati položaj čak i iznad celokupne prostorije u slučaju postojanja veštačkog sistema za odstranjivanje vazduha putem dimnjačkog kanala, a takođe može zauzimati položaj ispod prostorije u slučaju mehaničkog dopremanja vazduha u prostoriju.
2.2 Efekat dimnjaka na višespratne objekte
Međutim, kada se radi o višespratnim objektima, situacija je drugačija, pošto se višespratni objekat obično sastoji od više jednozapreminskih prostora.
Tačno definisanje raspodele pritiska, tj. položaja NNP – a se komplikuje podelom unutrašnjeg prostora horizontalnim nehermetičkim pregradama (stvaranje otpora unutrašnjem strujanju vazduha po vertikali) kao i vertikalnim, formiranjem vazdušnih zapremina sa dominantom vertikalnom dimenzijom, tj. stepenišnih prostora, zatvorenih atrijuma, šahtova za liftove i druge instalacije, dimnjačkih kanala. Ovakva situacija dovodi do stvaranja dominantnog pravca strujanja vazduha po vertikali sa uticajem na raspodelu pritisaka po etažama.
Zbir razlika pritisaka sa obe strane spoljašnjeg zida na podnožju i vrhu zgrade, kao što je računato u prethodnoj jednačini, jednak je potpunom teoretskom uzgonu zgrade. Zbir stvarnih razlika pritisaka podnožja i vrha podeljenih potpunim teoretskim uzgonom jednak je koeficijentu termičkog uzgona. (15) Vrednost koeficijenta termičkog uzgona od otpora vazdušnom strujanju spoljašnjoh zidova, u odnosu na otpor strujanju vazduha između podova.
U zgradama koje nemaju unutrašnje pregrade, tj. ne postoji otpor vertikalnom strujanju vazduha (efektu dimnjaka), koeficijent termičkog uzgona jeste 1. (videti sliku 2a, preuzetu iz časopisa „Klimatizacija, grejanje, hlađenje“, broj 2., maj 2001., str. 55.)
U zgradama sa horizontalnim hermetičkim pregradama po etažama efekat dimnjaka deluje parcijalno, međusobno identično i nezavisno za svaku etažu sa minimalnim koeficijentom termičkog uzgona. Razlika pritisaka po etažama je predstavljena diskontinuitetom linije pada pritiska. (videti sliku 2b, preuzetu iz časopisa „Klimatizacija, grejanje, hlađenje“, broj 2., maj 2001., str. 55.)
U zgradi sa horiznotalnim nehermetičkim pregradama po etažama i vertikalnim šahtovima, pad pritiska po etažama je identičan prostoru bez unutrašnjih pregrada, dok njihova međusobna razlika predstavljena diskontinuitetom uslovljava strujanje vazduha kroz etaže i vertikalne šahtove. (videti sliku 2c, preuzetu iz časopisa „Klimatizacija, grejanje, hlađenje“, broj 2., maj 2001., str. 55.)
U slučaju postojanja šahta, otvori na etažama manje učestvuju u cirkulaciji vazduha između etaža, a ako se visina zgrade poveća, njihov uticaj je sve manji. Merenja razlike pritisaka u tri visoke poslovne zgrade od strane Tamure Vilsona (1967) pokazala su da je koeficijent termičkog cuga veličine od 0,8 do 0,9 sa isključenim sistemom za ventilaciju (16).
Kao rezultat, nameće se činjenica da jednozapremski prostori imaju najveće razlike pritisaka između spoljašnjeg i unutrašnjeg vazduha na određenom nivou, što omogućava potpun, jednovremen, jednostavan i brz proces ventilacije, tj. dopremanje veće količine svežeg vazduha, kao i odstranjivanje zagađenog (sportski objekti, sajamske i fabričke hale i dr.)
Deobom unutrašnjeg prostora pregradama i stvaranjem višezapreminskog prostora, komplikuje se šema ventilacije. Čitav proces tada počinje da zavisi od niza faktora (raspored pregrada i hermetičnosti) koji direktno utiču na njegovo funkcionisanje i efikasnost, naročito u slučaju primene veštačkih sistema ventilacije.
Sada, kada su nam poznati osnovni principi raspodele pritisaka u objektima, možemo da se uočimo u kolikoj meri efekat dimnjaka utiče na raspodelu pritisaka, što dalje navodi ka izučavanju onih objekata koji svojom prostornom formom najbolje mogu da iskoriste potencijale ovakvih, pasivnih načina uštede energije.
U daljem radu ćemo videti kako atrijumski objekti, budući da svojim pretežno vertikalnim i zatvorenim unutrašnjim prostorom, atrijumom, mogu pružiti određene potencijale u cilju iskorišćavanja raspodele pritisaka ka uslovljavanju prirodne ventilacije, koja nam, opet, pruža mogućnosti toplotnih dobitaka, kojima se ovaj rad bavi.
