Dokonywanie ocen procesu wymiany powietrza wymaga dobrej znajomości badanych budynków. Niezależnie od stosowanej metody badawczej niezbędna jest znajomość charakterystyk tych ich cech, które determinują wartość i zmienność procesu. Oprócz informacji geometrycznych istotne są więc dane o charakterystykach przenikania powietrza przez przegrody oraz charakterystykach przepływowych dla kanałów wentylacji naturalnej i szybów pionowych.
Procesy przenikania powietrza przez przegrody lub ich elementy są dość dobrze poznane, a zebranie informacji o wartościach wielkości je opisujących nie stwarza istotnych trudności [5, 7, 11, 26, 41, 63, 104-110], Dotyczy to również elementów przepuszczalnych dla powie
trza w przegrodach wewnętrznych [63, 79, 110],
Uzyskanie danych charakteryzujących ruch powietrza w przestrzeniach pionowych wymaga przeprowadzenia pomiarów i uściślenia na podstawie otrzymanych wyników pomiarów indywidualnych ich cech i własności [3, 6, 11, 35, 46, 59, 66, 88, 106], Pewne informacje w tym zakresie uzyskać można również na podstawie analizy połączeń oporów przepływu powietrza w obrębie zastępujących te przestrzenie sieci połączeń [41, 110], wymagających jednak nadal konfrontacji z danymi pomiarowymi.
Wśród czynników określających siły napędowe badanego procesu najlepiej poznany i stosunkowo prosty do określenia jest wypór termiczny. Jednak i w tym przypadku istnieją wątpliwości co do zakresu wpływu zmian temperatur powietrza w obrębie poszczególnych przestrzeni, a szczególnie przestrzeni pionowych.
Mechanizm oddziaływania wiatru na budynki nie jest w pełni poznany [75, 78, 82, 91, 101]. Powszechną praktyką jest zastępowanie rzeczywistych fluktuacji ciśnień statycznych na przegrodach zewnętrznych uśrednionymi wielkościami współczynników konwersji ciśnienia dynamicznego wiatru. Pomijane są w ten sposób losowe wpływy zmian kierunków wiatru i ich deformacja wywoływana określoną zabudową terenu. Z uwagi na duże trudności pomiarowe wielkości tych współczynników określa się drogą badań modeli budynków [2, 5, 21, 73, 104-110] i są one z reguły uśredniane dla poszczególnych przegród zewnętrznych. Brak jest dotychczas ocen wpływu zmienności tych współczynników na powierzchniach poszczegól
nych przegród, co wydaje się jedną z przyczyn upraszczania wprowadzanych opisów.
Całościowe rozwiązanie powyższej problematyki wykracza poza cele niniejszego opracowania. Jednak ze względu na jego zakres za wskazane uznać można dokonanie analiz z uwzględnieniem dostępnych obecnie sposobów określania zmienności współczynników konwersji wiatru na powierzchniach przegród zewnętrznych, wywołanych zmianą kierunku wiatru i zabudową terenu [94, 101],
Procesy naturalnej wymiany powietrza są trudne do oceny na drodze pomiarowej.
Praktycznie najdokładniejsze są metody znakowania gazami wskaźnikowymi, wykorzystujące zautomatyzowane stanowiska pomiarowe [3, 11, 32, 67, 80, 83, 108], Główną ich zaletąjest możliwość ciągłej rejestracji badanych bezpośrednio zmian stężeń wskaźnika lub jego ilości w zależności od stosowanych odmian tej metody [11, 108], Do jej wad zalicza się m in. brak dopracowania metodyki pomiarów w zakresie dostarczania znacznika i poboru próbek powietrza do analizy, a także trudności w jednoznacznym określeniu, jaką drogą odbywa się mierzona wymiana powietrza. Zwracają na to uwagę D 'Ottavio i wsp. [30], R.R. Walker [97]
oraz autor [67, 68, 108, 110], proponując uzupełnienie badań rejestracją stanu czynników decydujących o procesie, a w tym również i warunków ciśnieniowych kształtujących się w badanych przestrzeniach.
Druga grupa metod pomiarowych zakłada zebranie informacji o procesie w sposób pośredni. Jest to duża ilość prostych metod identyfikacyjnych oraz klasyczne testy ciśnieniowe obejmujące poszczególne elementy, przegrody lub przestrzenie [3, 7, 11, 41, 61, 70, 82, 93, 108, 110], Polegają one na sztucznym wytworzeniu w obrębie badanych elementów lub przestrzeni określonych różnic ciśnień i ustaleniu na ich podstawie charakterystyk przepływowych. Uzyskane w ten sposób dane mają duże znaczenie dla badań ekspertyzowych i często wchodzą w zakres diagnostyki budynków [6, 110], Mogą one być i są
wykorzystywane również jako dane wejściowe do realizacji modeli matematycznych. W zakresie badań ciśnieniowych odnotować należy również pierwsze próby ich zastosowania do rzeczywistej symulacji przepływów powietrza [93, 110],
Do badania przepływów powietrza w budynkach złożonych z dużej ilości przestrzeni wewnętrznych szczególnie przydatne są metody obliczeniowe oparte na modelowaniu matematycznym. Istnieje jednak szereg przyczyn znacznie ograniczających ich wykorzystanie [74, 76, 110, 111, 114], Do najważniejszych z nich należy zaliczyć agregację przestrzeni wewnętrznych dokonywaną z reguły w oderwaniu od fizycznej interpretacji zjawisk decydujących o przepływach i wymianie powietrza. Brak umotywowanych koncepcji podziału budynków wynika głównie z braku dostatecznych informacji o wewnętrznych przepływach powietrza i ich wpływie na jego wymianę w poszczególnych pomieszczeniach. Opracowanie efektywnych metod symulacyjnych w tym zakresie można uznać za zadanie wymagające szybkiego rozwiązania. Zwiększenie szczegółowości modelu wielostrefowego, a tym samym i wiarygodności prognozowania przepływów powietrza jest niezbędne również z uwagi na silną dążność do integracji metod symulacyjnych w kierunku ich wykorzystania do ocen procesów kształtujących się w pomieszczeniach [4, 39, 43, 53, 54, 89, 112, 115, 120],
W niniejszym opracowaniu podjęto próbę opanowania trudności w identyfikacji przepływów i wymiany powietrza w wielostrefowych budynkach mieszkalnych z kanałową wentylacją naturalną. W tym celu wykorzystano wyniki wieloletnich badań autora w budynkach istniejących, uzupełniając je szczegółowymi pomiarami wewnętrznych przepływów powietrza. Następnie przeanalizowano modele posiadające status wielostrefowych z uwagi na możliwość uzyskiwania za ich pomocą szczegółowych informacji o przepływach i wymianie powietrza. Wobec małej przydatności istniejących modeli sprecyzowano wymagania, jakie należy spełnić, aby informacje takie móc uzyskiwać. Oznaczało to realizację nowego modelu, przy której szczególny nacisk położono na nie rozwiązane do chwili obecnej zagadnienia.
Zaliczono do nich przede wszystkim sformułowanie zasad podziału budynków na jednostkowe elementy strukturalne oraz tworzenie systemów zastępujących budynki dla potrzeb symulacji omawianych procesów. Uwagę zwrócono na sposoby definiowania opisów poszczególnych elementów strukturalnych i ich połączeń. Niezbędne było również wykorzystanie innej niż dotychczas metody obliczeniowej oraz opracowanie sposobów realizacji badań symulacyjnych.