Research on the aerodynamic characteristics of zero-energy house modular type

Abstract

Вирішення завдань аеродинаміки будівель є важливим інструментом для визначення впливів вітрових потоків на будівлю з урахуванням рельєфу місцевості. При зміні напрямків обтікання будинку змінюється характер вітрового потоку, який спричинений різною геометрією форм будинку та рельєфу, тому виникає необхідність проведення спеціальних досліджень в аеродинамічній трубі. Аеродинамічні дослідження дають можливість визначити вплив рельєфу на розподіл та значення аеродинамічних коефіцієнтів на поверхні моделі будинку, а також вплив конструкції моделі на розподіл тисків на поверхні настелення. Оскільки питання відбору тепла вітровим потоком по поверхні енергоефективних і пасивних будинків є недостатньо вивчене, було проведено ряд експериментальних досліджень щодо обтікання будівлі повітряним потоком під різними кутами . Експериментальні дослідження проводили на моделі будівлі, виконаній у масштабі 1:16, в аеродинамічній трубі в лабораторії Національного університету “Львівська політехніка”. Проаналізувавши отримані результати, можна стверджувати, що на навітряній області плоскої поверхні виникає зона додатних значень аеродинамічного коефіцієнта з хвилеподібним збільшенням при наближенні до навітряного фасаду моделі будинку. Для напрямку набігаючого потоку 0° в області навітряного фасаду моделі значення k поступово зростають у міру віддалення від поверхні настелювання і дещо зменшуються при наближенні до даху моделі. Було побудовано епюри розподілу аеродинамічних коефіцієнтів, які дають можливість вибору раціональної орієнтації будинку під час його проектування. Крім того, отримано, що на підвітряному фасаді моделі значення аеродинамічних коефіцієнтів від'ємні і знаходяться в діапазоні -0,16…-0,45 для кута набігаючого потоку α = 0°. Ці значення менші за величини, які регламентуються нормами для підвітряного фасаду будинку. А на навітряній області даху, аеродинамічні коефіцієнти набувають широкого діапазону значень від 0,63 до 1,21, що свідчить про різку зміну вітрових тисків на поверхні даху.

There is a great deal of research involved in designing zero-energy buildings and engineering systems for them, however, there is little research to determine the amount of heat absorbed by wind flow from the surface of energy efficient and passive houses. The purpose of this scientific work was to evaluate the effect of wind pressure on the surface of a zero-energy building depending on the direction of flow around the air stream. To that end, it was created hollow building model in scale 1:16. Aerodynamic research were carried out in subsonic wind tunnel at Lviv Polytechnic National University. Because of carrying out a number of experiments, aerodynamic coefficients on the surface of the house, ventilation openings at different angles of airflow, namely, α=0°; 90; 180; 270, to the house were determined. Plots of distribution of aerodynamic coefficients are obtained which allow to choose rational orientation of the house during its design.