Тяга (в архитектуре)

Тяга трубы — вентиляционный эффект в зданиях и печах который возникает за счёт разницы температур воздуха снаружи и внутри трубы (здания). Эффект возрастает с повышением разницы температур и высоты здания. Иногда этот эффект называют естественной вентиляцией.

Плотность тёплого воздуха меньше, чем плотность холодного воздуха, следовательно давление столба газа (ρgh) у тёплого воздуха меньше. Этот факт приводит к появлению разности давлений внутри и снаружи трубы (здания). Если здание не является герметичным, то за счёт разницы давлений у подножия здания, возникает поток воздуха, направленный внутрь. При этом тёплый воздух вытесняется вверх и выходит через отверстия вверху здания, а холодный воздух проникает внутрь через отверстия внизу здания. Возникает естественная вентиляция воздуха.

Сквозняки в зданиях

Так как никакое здание не может быть абсолютно изолированно (по крайней мере всегда есть входная дверь), то эффект тяги приводит к движению воздуха. Во время отопительного сезона тёплый воздух поднимается вверх и выходит из здания через окна, вентиляционные отверстия или щели, а холодный воздух проникает внутрь через двери, окна или щели. Если летом в здании работают кондиционеры, то происходит обратный эффект — холодный воздух выходит наружу, а тёплый проникает внутрь.

В современных высотных зданиях с замкнутыми внешними контурами эффект тяги может достигать больших масштабов. Поэтому при конструировании таких зданий уделяют внимание борьбе с этим эффектом. Частично это достигается за счёт принудительной вентиляции, частично за счёт встраивания внутренних перегородок. В случае пожара эффект тяги играет большую роль в распространении дыма.

Тяга в печах

Эффект тяги в печах похож на эффект тяги в зданиях, за исключением одного факта — в печах образуются горячие газы продуктов горения, которые имеют большую разницу температур с внешним воздухом. Кроме того трубы печей почти не создают препятствий на пути газов, что приводит к большой тяге, настолько большой, что в старых зданиях, которые обогревались печами, иногда засасывалось столько холодного воздуха снаружи, что общий тепловой эффект был отрицательным — здание охлаждалось сильнее, чем мог обогреть камин.

Источник тяги

Тяга создаётся за счёт разницы давлений ( ΔP ) и может быть подсчитана следующим образом. Уравнение даст точное значение для случая воздуха как в трубе так и снаружи трубы высотой h. Если в трубе находится не воздух, а продукты горения, то формула даст только приближённую оценку.

$\Delta P =\; C\, a\; h\; \bigg(\frac {1}{T_o} - \frac {1}{T_i}\bigg)$

В единицах СИ:

где:
ΔP	= разница давлений, в Па
C	= 0.0342
a	= атмосферное давление, в Па
h	= высота трубы, в м
To	= абсолютная внешняя температура, в К
Ti	= абсолютная внутренняя температура, в К

Поток воздуха, вызванный тягой

Поток воздуха за счёт тяги может быть подсчитан следующим образом. Формула действует с теми же ограничениями. A обозначает площадь сечения трубы.

$Q = C\; A\; \sqrt {2\;g\;h\;\frac{T_i - T_o}{T_i}}$

В единицах СИ:

где:
Q	= поток воздуха, в м³/с
A	= площадь сечения трубы, м²
C	= коэффициент, вводимый из-за трения (обычно берутся значения от 0.65 до 0.70)
g	= ускорение свободного падения, 9.807 м/с²
h	= высота трубы, в м
Ti	= средняя внутренняя температура, в К
To	= абсолютная внешняя температура, в К

См. также

• Обратная тяга