Выбор воздухораспределительных устройств для организации эффективного воздухообмена в помещении

R. A. Basso

Последние годы характеризуются постоянно растущим вниманием к вопросам энергосбережения, защиты окружающей среды и качества воздуха в помещениях.

Однако, если верно то, что высокоэффективные системы с низким энергопотреблением и незначительными выбросами в атмосферу способствуют оздоровлению окружающей среды, то не всегда можно считать доказанным, что при этом они повышают качество воздуха. Иными словами, в идеале нужно было бы сосредоточить усилия на продвижении таких технологических решений, которые обеспечивали бы хорошее качество воздушной среды при возможности экономии на общих и эксплуатационных расходах.

За рубежом такие задачи решает стандарт ASHRAE 62-1989 «Обеспечение качества внутреннего воздуха средствами вентиляции» с поправками 1999 года, где говорится о двух методах обеспечения приемлемого качества воздуха в помещении: первый – нормативный метод оценки – предусматривает оценку концентрации во внутреннем воздухе помещения подлежащих контролю загрязняющих веществ, второй метод основан на данных о количестве людей в помещении и эффективности систем вентиляции и направлен на определение качественных и количественных параметров вентиляции, требующейся для определенных помещений.

Рис. 1. Изотермический воздух, подаваемый в помещение
Рис. 1. Изотермический воздух, подаваемый в помещение

Несомненный интерес в плане нормативной документации представляют 2-я часть германского стандарта DIN 1946 «Вентиляция и кондиционирование воздуха: технические требования по обеспечению санитарных норм», нормативный акт ENV 1752 «Вентиляция зданий и сооружений: критерии проектирования систем для внутренней среды», опубликованный как технический отчет и впоследствии доработанный Европейским комитетом стандартизации (CEN). Эти и иные документы, уже опубликованные или находящиеся в стадии проработки в других странах, например в Скандинавских странах и Великобритании, при всех, порой весьма существенных, различиях роднит общая оценка требуемых минимальных объемов подаваемого наружного воздуха для обеспечения приемлемого качества внутреннего воздуха в помещении. При этом все упомянутые стандарты дают также определение понятию эффективности воздухообмена.

Организация эффективного воздухообмена

При проектировании систем вентиляции для административных зданий, предприятий обслуживания, музейных, медицинских и других подобных учреждений (т. е. там, где особенно важным является обеспечение определенных климатических условий и комфорта) принимаются во внимание рекомендации по объемам подачи в помещение наружного воздуха и удаления отработанного воздуха в зависимости от числа посетителей или общей площади помещений. Однако при использовании этих данных очень часто не учитывается вопрос, как и каким образом этот воздух подается в помещение, т. е. нет никакого различия между эффективной и менее эффективной системами воздухораспределения.

Подаваемый наружный воздух должен перемешиваться в помещении с отработанным воздухом и таким образом должен снижать содержание загрязняющих веществ в воздухе до допустимого уровня. Если же установленная в здании воздухораспределительная система не в состоянии равномерно распределить наружный воздух в занимаемом пространстве, то неизбежно образуются зоны, где содержание загрязняющих веществ будет превышать предельно допустимую концентрацию.

При расчетах систем воздухораспределения важным было максимально упростить достаточно непростое явление – функцию множества переменных, чтобы его можно было легко квантифицировать в целях определения минимально допустимых объемов вентиляции в зависимости от типа применяемых диффузоров. Это стало возможно, когда за основу взяли предположение, что в системе воздухораспределения, где отсутствует тепловая неравномерность в занимаемом пространстве, конкретное значение температуры воздуха может послужить неплохим трассирующим показателем, в том числе и по отношению к источникам загрязнений, находящимся в воздухе помещения.

Вихревой диффузор
Рис. 2. Вихревой диффузор

Таблица 1
Перемешивающие системы вентиляции
с диффузорами потолочного и настенного типа
Тип диффузора
Условная ev Охлаждение Dt< °C
Условная ev Отопление Dt>0 °C
Диффузор струйный: винтовой или вихревой
1,00
1,00
Диффузор конический
0,90
0,75
Диффузор линейный щелевой
0,75
0,60
Регулируемые воздушные клапаны с одинарными или двойными ребрами
0,70
0,60

Такое предположение, нашедшее подтверждение, кстати, и в нормативных документах ASHRAE, действительно для равномерно распределенных источников загрязнений. В этом случае равномерность температуры «идет в ногу» с хорошим перемешиванием воздуха и эффективной вентиляцией.

Что касается допущения, приведенного выше, считать верным обратное, однако, невозможно: ведь может случиться так, что система, обладающая свойствами эффективной вентиляции, не будет удовлетворять требованиям по подвижности внутреннего воздуха. На основании изложенного условная эффективность организации воздухообмена в помещении понимается как отношение между объемом воздушной массы, теоретически необходимой для обеспечения требуемого уровня качества воздуха (при условии его идеального перемешивания), и объемом, обусловленным конкретными установленными системами подачи воздуха: перемешивающего или вытесняющего типа.

Введя в обиход данное понятие, довольно, впрочем, простое и понятное, нам остается только прояснить методику его корреляции с различными системами воздухораспределения.

Один из возможных параметров – это показатель воздухораспределения ADPI (Air Diffusion Performance Index), представляющий собой процентное содержание точек, где показатель фактической температуры воздушного потока, будучи связанным с температурными отклонениями и скоростью перемещения воздуха по отношению к среднему значению и контрольному показателю, остается в установленных пределах.

Рис. 3. Вихревой диффузор Рис. 4. Линейный двухщелевой диффузор
Рис. 3. Вихревой диффузор Рис. 4. Линейный двухщелевой диффузор

Рис. 5. Распределительный диффузор в помещении административного типа
Рис. 5. Распределительный диффузор в помещении административного типа

Тем не менее, от этого параметра пришлось отказаться в силу того, что он тяготеет к завышению значений в режиме отопления. Немаловажно и то, что европейские производители воздухораспределительных устройств, широко пользующиеся иными параметрами в определении рабочих характеристик производимого оборудования (дальность, затухание приточной струи, подвижность, температура и т. п.), вряд ли согласятся когда-либо на переработку имеющейся нормативной документации под показатель воздухораспределения ADPI (хотя бы потому, что этот показатель неприемлем для систем перемешивающей вентиляции).

По этим соображениям и с учетом приведенного выше предположения, что эффективный тепловой контроль есть признак эффективного смешивания, условная эффективность организации воздухообмена была определена как соотношение разностей температур:

DTx / DTz = (Ta- Tx)/(Ta - Tz) , (1)

где
DTz – разность между средней температурой в условном занимаемом объеме Та и температурой воздуха в точке подачи Tz;
DTx – разность между средней температурой в условном занимаемом объеме и температурой воздуха, измеренной в точках пересечения объема охвата диффузора с объемом условного занимаемого помещения, Тx. Данная разность температур должна оцениваться на наименее благополучном в тепловом отношении участке, как правило, он совпадает с границей зоны охвата диффузора и начала условного занимаемого объема.

Чем меньше будет это соотношение – или, иначе говоря, чем ближе Тх будет к Та, – тем лучше будет смешивание поступающего воздуха с воздухом помещения.

Рассмотрим, к примеру, систему в нормальном летнем режиме, когда температура подаваемого воздуха составляет 16 °C, а температура в помещении поддерживается на уровне 26 °C. В этом случае мы имеем DTz=10 °C. Иными словами, если на расстоянии 3 м от распределительного устройства соотношение DTх/DTz равно 0,03, то, соответственно, на том же расстоянии температура подаваемого воздуха отличается от температуры в помещении на значение, равное 0,03• DTz=0,3 °C, т. е. на расстоянии 3 м от диффузора поступающий воздух имеет температуру 25,7 °C.

Зависимость температурного коэффициента и эффективности воздухообмена отображена в сводных таблицах для разных приточных систем в режимах как охлаждения, так и нагрева.

Используя данные, приведенные в табл. 1, 2, 3, можно рассчитать значение расхода приточного воздуха по следующей формуле:

Qo = Qo,III • 0,85 • (1/(ev • С)), (2)

где
Qo – значение расхода наружного воздуха, определяется типом установленной системы – воздушной или смешанного типа «воздух/вода» – и используемых диффузоров;
Qo,III – значение расхода наружного воздуха;
ev – условная эффективность воздухообмена, указанная в табл. 1 и 2;
С – единый корректирующий коэффициент для полностью воздушных систем (для систем смешанного типа «воздух/вода» соответствующие значения приведены в табл. 3).

Коэффициент 0,85 вводится с той целью, чтобы при расчете можно было учесть предполагаемое среднее значение эффективности для значений расхода воздуха и, соответственно, соотнести их с единым контрольным показателем для систем, обеспечивающих полное перемешивание воздуха.

Воздухораспределительные устройства

Воздухораспределительные устройства потолочного типа для систем перемешивающей вентиляции

Воздухораспределительные устройства данного вида относятся к наиболее распространенным в системах вентиляции как воздушного типа, так и смешанного типа «воздух/вода». Легко заметить, что самыми распространенными диффузорами, имеющими, независимо от фирмы-производителя, весьма похожие рабочие параметры, являются:

  • Диффузоры струйные винтовые или вихревые: имеют ряд радиально расположенных отверстий либо определенное число винтовых ребер, выполняются в форме квадратной или круглой накладки различных размеров.
  • Диффузоры конические: своего рода «исторический» элемент, имеет конусные ребра, число ребер может быть различным, сами конусы фиксированные или регулируемые (плавная винтовая или пружинная регулировка), посредством регулировки можно изменять летний режим работы на зимний и обратно.
  • Диффузоры линейные щелевые: гамма моделей – от 1 до 6 выпускных полос (в зависимости от значения расхода воздуха, на которое рассчитана конкретная вентиляционная система), данные модели с эстетической точки зрения занимают, безусловно, одно из первых мест, такие диффузоры можно размещать в помещении практически в любом количестве, например, одной непрерывной полосой.
  • Регулируемые воздушные клапаны с одинарными или двойными ребрами: наиболее часто применяемый вид диффузора, главным образом, в силу повсеместной распространенности, дешевизны, простоты установки и широчайшей гаммы типоразмеров.

В табл. 1 перечислены указанные четыре типа воздушных диффузоров и приведены значения эффективности воздухораспределения как в летнем, так и в зимнем функциональных режимах, рассчитанные на основе температурного дифференциала, который по формуле температурного коэффициента равен DTz.

Приведенные значения действительны для наименее благополучной в тепловом отношении зоны помещения при условии, если воздухораспределительные устройства эксплуатируются в пределах номинальных значений расхода воздуха, заявленных производителем.

Для помещений, не имеющих внутренних перегородок, анализ следует проводить отдельно по каждой условной зоне обслуживания диффузора.

Системы вентиляции с воздухораспределителями напольного типа

К этому виду относятся системы перемешивающей и вытесняющей вентиляции.

Подача воздуха снизу дает более высокое значение эффективности воздухораспределения, чем настенные или потолочные системы. Воздух, подаваемый сверху, в пространстве между зоной подачи и дыхательными путями пользователей перемешивается с большим числом рассеянных в воздухе загрязняющих частиц (в системах вентиляции с воздухораспределителями в полу концентрация загрязняющих веществ при равных значениях расхода воздуха на 20 % ниже).

Отдельного разговора заслуживают системы вентиляции вытесняющего типа: данные, приведенные в табл. 2, ясно показывают, насколько отличаются значения эффективности системы вытесняющей вентиляции, функционирующей в режиме охлаждения либо только в режиме вентиляции в изотермических условиях.

Корректно рассчитанная система, чтобы работать при DТ=-3…-7 °C (в зависимости от типа использования) в изотермических условиях либо в режиме отопления и при этом обслуживать помещение той же площади, потребует увеличения скорости воздуха на выходе, что приведет к трансформации системы из вытесняющей в перемешивающую. К тому же, помимо снижения эффективности, это повлечет за собой сокращение зоны обслуживания.

Таблица 2
Эффективность организации воздухообмена для вытесняющей
и перемешивающей систем вентиляции с диффузорами напольного типа
Способ доставки
Условная ev
Охлаждение
Контрольная
Т<0 °C
Условная ev
Отопление
Контрольная
Т>0 °C
Диффузор винтовой
напольный
1,2
-7
1,1
7
Диффузор подкресельный
и аналогичные
1,3
-7
1,3
7
Диффузор
распределительный
1,3
-5
0,8
0

Таблица 3 Корректировочные коэффициенты для систем вентиляции смешанного типа «воздух/вода»
Описание системы Коэффи-
циент С
СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯТОРНО-КОНВЕКТОРНЫЕ С ПЕРВИЧНЫМ ВОЗДУХОМ
Отдельные диффузоры вентиляторных
конвекторов и первичного воздуха
Поток первичного воздуха не согласован с потоком рециркуляционного воздуха вентиляторного конвектора. Например, когда вентиляторный конвектор вертикального типа смонтирован на наружной стене, а диффузор первичного воздуха – на внутренней стене помещения.
0,90
Поток первичного воздуха согласован с потоком рециркуляционного воздуха вентиляторного конвектора. Например, когда вентиляторный конвектор вертикального типа смонтирован на внутренней стене и диффузор первичного воздуха – на той же стене помещения.
1,05
Первичный воздух подается через диффузор, имеющий центральное расположение в потолке, независимо от расположения вентиляторного конвектора.
0,95
Диффузор для подачи первичного воздуха
и воздуха вентиляторного конвектора
Поток первичного воздуха не проходит через теплообменник вентиляторного конвектора.
1,00
Поток первичного воздуха проходит через теплообменник постоянно работающего вентиляторного конвектора, и возможна регулировка водяного контура.
1,00*
Поток первичного воздуха проходит через теплообменник вентиляторного конвектора, функционирующего в прерывистом режиме, управление вентилятора в режиме «вкл./выкл.».
**
СИСТЕМА НА ОСНОВЕ ИЗЛУЧАЮЩИХ ПАНЕЛЕЙ С ПЕРВИЧНЫМ ВОЗДУХОМ
Система излучающих панелей напольного,
потолочного или настенного типа
Любой тип диффузора, любое расположение, охлаждение и отопление
1,00
** Оценка DТx/DТz должна производиться на минимальной скорости
вентиляторного конвектора.
** Такое решение не может гарантировать сохранение значения эффективности вентиляции на постоянном уровне.
 

Таблица 4
Значения ev подачи воздуха перемешиванием сверху для
воздухораспределителей, не указанных в таблице 1.
Данные действительны для режимов охлаждения и отопления
DТx/DТz
ev (DТ=±10 °C)
<=0,03
1,00
0,06
0,90
0,09
0,85
0,12
0,80
0,15
0,75
0,18
0,70
0,21
0,68
0,24
0,64

Системы смешанного типа «воздух/вода»

Значения эффективности, приведенные в таблицах, действительны для систем любого типа. Тем не менее, чтобы корректно рассчитать параметры расхода приточного воздуха для конкретного помещения, необходимо дифференцировать системы смешанного типа «воздух/вода» и полностью воздушные системы. В системах смешанного типа особое внимание следует обратить на взаимодействие потоков первичного воздуха и потоков воздуха, генерируемых другим имеющимся в помещении оборудованием.

Подача воздуха посредством систем, не указанных в таблице 1

В табл. 1 указаны далеко не все имеющиеся на сегодняшний день типы систем подачи воздуха. Чтобы восполнить пробел, а также избавиться от необходимости пересчитывать таблицы каждый раз, когда на рынке появляется новая модель, нами подготовлена еще одна таблица, с помощью которой любой проектировщик сможет рассчитать эффективность воздухообмена по соотношению DТx/DТz (табл. 4).

Значения соотношения должны быть заявлены производителем воздухораспределительных устройств в сопровождающей изделие технической документации либо сообщаться по просьбе заинтересованных лиц на основании стандартных заводских испытаний.

Практический пример

Возможности использования таблиц и формул, приведенных выше, можно проиллюстрировать на практическом примере.

Предположим, у нас имеется полностью воздушная система с круглыми диффузорами потолочного типа, не описанными в табл. 1. На основании размеров помещения и объемов приточного воздуха путем теплотехнических расчетов установлено, что каждый диффузор должен обеспечить приток 600 м3/ч при дальности 2,5 м.

Посредством обычной селективной диаграммы делаем выбор в пользу модели, имеющей номинальный диаметр 250 мм. Такой диффузор, имеющий полезное сечение Аk=0,034 м2, обеспечивает дальность, обусловленную требующимся объемом подачи воздуха, при уровне функционального шума NR<30 и потере нагрузки около 15 Па.

Чтобы узнать эффективность этого диффузора в конкретных рабочих условиях, воспользуемся другим графиком с температурной зависимостью. На основании имеющихся у нас данных делаем вывод, что это соотношение при заданных параметрах дальности и габаритах диффузора равно 0,075. Если DТz (или DТо, как в диаграмме) 10 °C, это значит, что на границе дальности температура рециркуляционного воздуха будет отличаться от средней температуры воздуха в помещении всего на 0,75 °C.

Из табл. 4 мы узнаем, что эффективность такой системы подачи воздуха составляет 0,85.

Теперь, когда нам известны характеристики системы, мы можем выяснить, насколько достаточным окажется первоначально установленное значение расхода наружного воздуха, можно ли его уменьшить или его следует повысить.

С помощью приведенной выше формулы делаем расчет:

Q0 = Q0,III • 0,85•(1/(ev • C)) = Q0,III • 0,85•(1/(0,85 • 1)).

В этом конкретном случае первоначально установленное значение расхода наружного воздуха можно не трогать.

Если для того же помещения выбрать винтообразный диффузор (ev – см. табл. 1) с типоразмером, который обеспечивает те же параметры дальности и скорости движения воздуха в занимаемом пространстве, расход наружного воздуха будет иным:

Q0 = Q0,III• 0,85•(1/(ev • C)) =Q0,III • 0,85•(1/(1 • 1)) =Q0,III • 0,85.

Другими словами, использование в системе винтового диффузора позволяет по сравнению с начальным уровнем сократить расход приточного воздуха.

В обоих примерах речь идет о полностью воздушной системе, и значение коэффициента «С» здесь одинаково.

Цель введения в обиход параметра воздухораспределения, который не в последнюю очередь определяет рабочие характеристики воздухораспределителя, – побудить пользователей с особым вниманием подходить к вопросу выбора систем воздухораспределения, что обеспечивает соблюдение требований по комфорту и качеству потребляемого воздуха и одновременно оптимизирует работу системы вентиляции в целом, приводя при этом к значительной экономии энергоресурсов.

Зависимость здесь простая – эффективная система потребляет меньше наружного воздуха, отсюда реальная экономия средств на закупку, эксплуатацию и обслуживание оборудования систем воздухораспределения (вентиляторов, теплообменников, увлажнителей, отопительных котлов, холодильных агрегатов и пр.).

График 1. Вентиляционные параметры диффузора
 
График 1. Вентиляционные параметры диффузора
 
График 2. Дальнобойность приточной струи. Расчетное количество воздуха, перемещаемого на расстояние Х при объеме подачи воздуха qv
График 2. Дальнобойность приточной струи. Расчетное количество воздуха, перемещаемого на расстояние Х при объеме подачи воздуха qv
 
Температурная зависимость. Расчетная разность температур на расстоянии Х приточного воздуха и воздуха помещения
График 3. Температурная зависимость. Расчетная разность температур на расстоянии Х приточного воздуха и воздуха помещения

 

Перевод с итальянского С. Н. Булекова.
Статья из журнала AВОК №2/2003


Воздухораспределяющие устройства. Как выбрать

 Большинство специалистов при проектировании системы вентиляции не уделяют должного внимания вопросам распределения воздуха. Общепринятая практика выбора размера воздухораздающего устройства — по фиксированному значению скорости воздуха в живом сечении.

Причем само значение скорости выбирается, как правило, интуитивно, на основании опыта проектировщика. В этой статье проиллюстрированы последствия такой практики и приведены альтернативные, технически более грамотные методы, основанные не на косвенных показателях, а непосредственно по параметрам, регламентированным СНиП.

Проанализируем раздачу воздуха в помещении следующих параметров:

ширина — 5,84 м; длина — 4,58 м; высота — 3,1 м с возможностью понижения до 2,7 м. Высота коридора — 2,7 м.

Назначение помещения — офис, количество людей — 6 чел., ориентация здания — юг. Исходя из этих данных можно рассчитать тепловой баланс помещения. Результаты представлены в табл. 1.

alt

 

В данном случае точность выполнения теплового баланса помещения не высока. Но для анализа эффективности воздухораспределения нам необходимо знать конкретное значение величины расхода воздуха и его температуру. Зная суммарные тепловыделения и количество людей в офисе, можно вычислить необходимые расходы: расход воздуха, обеспечивающий температурный режим помещения, и расход воздуха на вентиляцию.

Также определяем и соответствующие величины их температурного переохлаждения относительно температуры воздуха в помещении (табл. 2). Под переохлаждением воздуха будем понимать разность между температурой приточного воздуха в струе и расчетной температурой воздуха в помещении.

 alt

 

Деление воздуха на охлаждающий и вентиляционный условно. Это сделано с намерением подчеркнуть, что основные проблемы возникают при раздаче больших расходов сильно переохлажденного воздуха. Раздача же вентиляционного воздуха, как правило, не вызывает значительных трудностей.

Критериям комфорта помещения с точки зрения постоянно находящихся в нем сотрудников соответствуют следующие параметры: подвижность воздуха VL на входе в рабочую зону (высота рабочей зоны для сидящих людей — 1,3 м) не должна превышать 0,25 м/с, уровень мощности источников шума Lwa — не более 40 дБ(A), переохлаждение приточного воздуха относительно температуры воздуха в помещении на входе в рабочую зону t — выше -1,5 К. Эти параметры соответствуют и требованиям СНиП.

В настоящее время в отечественной практике проектирования систем кондиционирования и вентиляции в качестве воздухораздающего оборудования в основном используются вентиляционные решетки и четырехсторонние диффузоры.

Их производят в том числе и отечественные компании, поэтому при анализе эффективности воздухораздачи впервую очередь мы уделим внимание именно этому типу оборудования. Заметим, что в зарубежной практике наибольшей популярностью пользуются вихревые воздухораспределители.

Итак, ограничим выбор типов воздухораздающих устройств следующим оборудованием:

1. Вентиляционные решетки — в стене между коридором и офисом (высота потолка — 3,1 м);

2. Струйные четырехсторонние диффузоры — на потолке (высота потолка — 2,7 м);

3. Вихревые диффузоры — на потолке (высота потолка — 2,7 м).

1. Вентиляционные решетки


Как уже было отмечено, общепринятая практика подбора размеров воздухораспределителей — это выбор по значению скорости воздуха в живом сечении решетки. Зададим значение скорости в живом сечении 2 м/с.Тогда требуемое живое сечение решетки для охлаждающего воздуха будет равно:
Fэф.о = 880/3600/2 = 0,122 м2, а вентиляционного Fэф.в = 0,05 м2.

По каталогу продукции компании TROX (выбрана в качестве примера) ближайшими размерами, соответствующими этим сечениям, будут решетки размером 1025х225 и 425х225 соответственно. Уточнение значения скорости в живом сечении этих решеток дает величину, равную 1,7 м/с.
Итак, исходя из общепринятой практики, для раздачи 880 м3/ч воздуха, переохлажденного до t = -10 К, была бы использована решетка размером 1025х225, а для вентиляционного воздуха — 425х225.

 

Для определения уровня шума, генерируемого решетками, а также для расчета подвижности воздуха и температуры приточного воздуха на входе в рабочую зону также воспользуемся данными каталога TROX. В соответствии с диаграммами, при скорости в живом сечении равной 1,7 м/с и переохлаждении воздуха t = -10 К следует ожидать отрыва струи воздуха от потолка. При этом центральное ядро струи, переохлажденное до t= -3,9 К, со скоростью 0,7 м/с будет входить в рабочую зону на расстоянии 4,1 м от места установки решетки.

Генерируемый решеткой уровень шума не будет превышает 15 дБ(A) в случае подвода воздуха патрубком по сечению, равному сечению решетки и длиной не менее 1 м. При наличии монтажной коробки уровень шума увеличится и может достигнуть величины 30 и даже 40 дБ(A) в зависимости от размеров, конструктивного исполнения и качества изготовления коробки.

Если возникнет необходимость в балансировке сети (обеспечение требуемого расхода воздуха за счет увеличения перепада давления на решетке), следует ожидать повышения уровня шума. Например, в случае 50%-ого закрытия регулятора расхода уровень шума повыситься до 25 и 40-45 дБ (A) соответственно.

С вентиляционным воздухом значительно лучше. Он поступает в рабочую зону без отрыва струи. Переохлаждение воздуха на входе в рабочую зону равно - 0,48K, а соответствующее значение подвижности воздуха — 0,44 м/с. Уровень шума не превышает допустимый.

Анализируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы:

  •  выбор сечения решетки, раздающей вентиляционный воздух, на основании существующей практики можно признать удовлетворительным;
  • выбранная на основании существующей практики решетка, не удовлетворяет предъявляемым требованиям в случае необходимости раздачи больших расходов сильно переохлажденного воздуха.

*  Еще одна широко распространенная в последнее время практика — занижение значений эффективной скорости воздуха в живом сечении решетки для уменьшения подвижности воздуха в рабочей зоне. Реализуется этот метод за счет увеличения размеров решетки. Однако увеличение размеров решетки особенно для сильно переохлажденного воздуха ведет не к улучшению ситуации, а, наоборот, ухудшает ее. Почему?

При увеличении размеров решетки будет наблюдаться более ранний отрыв струи и, как следствие, уменьшение длины пути струи воздуха до входа в рабочую зону. Т.е. подвижность воздуха на входе в рабочую зону может не только не снизиться, но и увеличиться. Кроме того, следует ожидать значительно большего переохлаждения воздуха в струе на входе в рабочую зону.

 

Один из возможных путей повышения эффективности раздачи сильно переохлажденного воздуха при использовании решеток — это увеличение их количества.

Воспользуемся отличным от общепринятого алгоритмом подбора решеток:

1. Определим размер решетки на основании допустимого уровня шума;
2. Для выбранного размера определим возможности отрыва струи и, при необходимости, скорректируем размер решетки;
3. Определим параметры воздуха в струе на входе в рабочую зону и, при необходимости, скорректируем размеры решетки.

Ниже представлены последствия замены одной решетки размером 1025х225 на две. Расход воздуха на одну решетку Lo = 440 м3/час. По каталогу требованиям по уровню шума удовлетворяет решетка размером 425х225. Соответствующее значение уровня шума Lwa < 15 дБ(A). Несколько большее значение шума будет в случае установки решетки размером:


Lwa = 325x225 = 18 дБ(A).

Рассмотрим аэродинамические характеристики этих решеток.

При установке решетки 425х225 будут наблюдаться следующие характеристики: отрыв струи от потолка; струя приточного воздуха с переохлаждением t= -2,44 K и скоростью 0,56 м/с попадает в рабочую зону на расстоянии 4,1 м от места установки.
Для решетки 325х225: без отрыва струи, воздух с параметрами Ät = -2,06 K и 0,63 м/с попадает в рабочую зону по противоположной от места установки решетки стене.

 

Какую же из этих двух решеток выбрать?

Если допустимо повышение уровня шума в помещении, то выбор решетки 325х225 предпочтительнее. Почему? В этом случае, мы наблюдаем безотрывное течение. Если использовать решетку с вертикальными ламелями, можно снизить подвижность воздуха на входе в рабочую зону до 0,25–0,35 м/с путем увеличения угла раствора струи.

 

В соответствии с каталогом, увеличение угла раствора струи с 20 до 35° уменьшает подвижность воздуха на 30%, а при увеличении до 60° — в два раза.Однако следует учитывать, что при этом возрастает уровень шума и появляется необходимость в увеличении расстояния между решетками.

При анализе аэродинамических параметров воздуха мы предполагали, что решетки «работают» независимо друг от друга, т.е что не происходит смыкания струй до входа в рабочую зону. Однако это не всегда справедливо. В соответствии с каталогом, при расстоянии между решетками менее 0,15 . L, где L— длина пути струи воздуха от места установки решетки, установленными на высоте не ниже 0,3 м от потолка, следует ожидать смыкания струй.

Т.е. вычисленные нами параметры воздуха будут актуальны только если расстояние между решетками не менее: 0,15 . (4,58 + (2,7 - 1,3)) = 0,9 м.

Необходимое условие отсутствия смыкания струй — расстояние между решетками не менее 0,15 . L (длину пути струи) при расстоянии от потолка не более 0,3 м!

При существующих габаритах помещения дальнейшее увеличения числа решеток нецелесообразно.

Почему? Рассмотрим пример.

Возьмем три решетки, расход воздуха на каждую будет равен:
Lo = 293 м3/час.
Требованиям по уровню шума (Lwa < 15 дБ(A)) удовлетворяют решетки размером 225х225. При условии отсутствия смыкания струй решетки обеспечивали бы следующие параметры: отсутствие отрыва струи. Воздух с переохлаждением t= -1,68 K и скоростью 0,51 м/с попадает в рабочую зону по противоположной от места установки решетки стене.
В данном помещении при использовании трех решеток расстояние между ними не превысит 0,45 м. Так как это меньше 0,9 м, следует ожидать смыкания струй на расстоянии меньше длины помещения, т.е. параметры воздуха на входе в рабочую зону будут значительно отличаться от определенных выше. Опираясь на данные каталога, при расстоянии между решетками менее 0,1 . L, их рабочие характеристики на длине L будут близки к производительности одной линейной решетки с эквивалентной длиной,оцениваемой по формуле:
N . B + (N - 1) . B1,
где N — количество решеток, B — длина решетки, B1 — расстояние между решетками. В нашем случае длина линейной решетки будет равна 1,6 м.
Номограммы для определения параметров воздуха в линейных решетках отличаются от традиционных. Расчет параметров воздуха ведется исходя из величины удельного расхода воздуха. В данном случае он равен:
880/1,565 = 562 м3/(час/п.м).
Этому расходу воздуха и габаритам решетки соответствует эффективная скорость, оцениваемая в 1 м/с. Известно, что при скорости ниже 1,5 м/с резко снижается коэффициент эжекции. Т.е. подвижность воздуха в струе и ее температура будут незначительно зависеть от расстояния от решетки. Еще раз отметим, что при больших переохлаждениях воздуха, струя отрывается от потолка. Причем, чем больше переохлаждение и ниже скорость на выходе, тем ближе к решетке. Это значит, что при скорости меньше минимально допустимой и при значительном переохлаждении воздух попадает в рабочую зону в непосредственной близости от решетки со скоростью и температурой близкими к соответствующим параметрам на выходе из решетки.
Таким образом при использовании трех решеток из-за характерных особенностей, присущих данному помещению (самая главная — отсутствие достаточного пространства), эффективность воздухораздачи значительно снижается даже по сравнению с предыдущим вариантом использования одной решетки.
Итак, для данного конкретного случая оптимальным решением будет использование двух решеток размером 325х225 для раздачи охлаждающего воздуха и одной размером 425х225 — для вентиляционного. Что касается вытяжки, то требуемому уровню акустики удовлетворяют решетки с размерами 1025х225 для охлаждающего и 425х225 — для вентиляционного потоков.

 

2. Струйный потолочный диффузор с раздачей воздуха в 4 стороны

Диффузоры этого типа, так же как и решетки, пользуются большой популярностью у отечественных проектировщиков.

Для определения первого приближения величины требуемого сечения, примем

скорость воздуха в эффективном сечении диффузора равной vэф = 2 м/с. В этом случае для охлаждающего воздуха сечение равно: Fэф.о = 880/3600/2 = 0,122 м2, а для вентиляционного Fэф.в = 0,05 м2.

Ближайшими размерами, соответствующими этим сечениям, будут диффузоры размером 600 и 500 с эффективными скоростями равными 2,2 и 1,5 м/с.

 

Для определения параметров воздуха на входе в рабочую зону необходимо знать расстояние между диффузорами А, расстояние до стены Х и высоту от диффузора до рабочей зоны Н1.Симметричной расстановке диффузоров соответствуют следующие размеры:
А = 2,29 м;Х = 1,145 м;
Н1 = 2,7 - 1.3 = 1,4 м.

 

Расстояние между приточным и вытяжным диффузорами равно 2,9 м. По каталогу определим параметры воздуха на входе в рабочую зону у стены для охлаждающего воздуха:
v = 0,39 м/с,t= -3,7 K.

Характеристики воздуха между охлаждающим и приточным диффузорами можно только оценить, т.к. параметры смешивающихся потоков значительно отличаются. В качестве приближения можно определить параметры смешения от двух охлаждающих диффузоров v = 0,27 м/с, t= -3,7 K.

Т.е. вблизи стены параметры воздуха несколько хуже, чем между диффузорами. Как и в предыдущем примере, на основании данных каталога мы можем определить изменение переохлаждения воздуха вдоль струи. Это позволяет проектировщику оценить влияние расстояния между приточным и вытяжным диффузорами на величину холода, уносимого в вытяжку.

При расстоянии между приточным и вытяжном диффузорами, равном L = 2,9 м, для диффузора размером 600, отношение переохлажденного воздуха на длине L к воздуху на выходе из диффузора будет равно tl/tz = 0,3. В четырехстороннем диффузоре примерно 25 % воздуха двигается в направлении вытяжки. Поэтому потери холода в вытяжке можно оценить следующей величиной: 0,25 . 0,3 =  0,075.

Т.е. при использовании четырехсторонних диффузоров при L до 3 м теряется до 10% холода. При расстоянии 5 м эта величина уменьшится до 3% (0,25 . 0,13 = 0,03).

Знание акустических характеристик оборудования позволяет без нарушения норм уменьшить габариты диффузоров.

При уровне шума до 40 дБ(A) для охлаждающего воздуха можно использовать диффузор размером 500 (Lwa ≤35 дБ(A), vэф = 3,62 м/c), а для вентиляционного — 400 (Lwa ≤25 дБ (A), vэф = 2,7 м/c).

Соответствующие параметры воздуха на входе в рабочую зону (у стены) для 500 диффузора будут иметь значения: v = 0,48 м/с, t= -2,6 K.Между диффузорами: v = 0,35 м/с,t= -2,6 м/с.
В качестве вытяжных диффузоров можно использовать аналогичные диффузоры: 500 и 400 либо решетки.

3. Вихревой диффузор

К сожалению данные типы диффузоров практически не используются в современной отечественной практике в отличие от западных проектов. В соответствии с допустимым уровнем шума в помещении выбираем тип и размер вихревого диффузора, например, RFD-R-K/315/. Для раздачи охлаждающего воздуха необходимо два диффузора и один — на вентиляционный воздух.

Для определения параметров воздуха на входе в рабочую зону необходимо знать расстояние между диффузорами А, расстояние до стены Х и высоту от диффузора до рабочей зоны Н1. Симметричному расположению соответствуют следующие размеры:

А = 1,9 м,Х = 0,97 м,
Н1 = 2,7 - 1,3 = 1,4 м.

Расстояние между приточным и вытяжным диффузорами — 2,29 м.

 

По каталогу определяем параметры воздуха на входе в рабочую зону у стены для охлаждающего воздуха: v = 0,36 м/с, t= -0,6 K. Параметры воздуха между охлаждающими диффузорами: v = 0,29 м/с , t= -0,6 K.

 

Оценим потерю холода при использовании вихревых диффузоров. При расстоянии между приточным и вытяжным диффузорами, равном L = 2,29 м, для диффузора размером 315 отношение переохлажденного воздуха на длине L к воздуху на выходе из диффузора будет равно tl/tz = 0,06. Поэтому долю холода, теряемую в вытяжке, можно оценить следующей величиной: 0,25 . 0,06 = 0,015, т.е.менее 2%.

Таким образом, использование вихревых диффузоров позволяет с одной стороны существенно улучшить комфорт в помещении, а с другой значительно уменьшить потери холода и свежего воздуха.

Однако при одном и том же уровне шума они могут раздавать меньшие расходы воздуха, обеспечивая более высокий уровень комфорта, за что, разумеется, приходится расплачиваться более высокой ценой.

В Табл. 3 сведены основные результаты анализа. В Табл. 4 — результаты сопоставления цен только приточных устройств, т.к. для вытяжки могут быть использованы одни и те же вытяжные решетки.

 alt

alt

 

Данная работа не претендует на фундаментальность и выводы, приведенные в ней, имеют ограничения. Они применимы к конкретному помещению, к конкретной схеме воздухораздачи и к конкретному оборудованию.

Цель этой статьи — продемонстрировать последствия принятия необоснованных решений и показать, что есть иной путь и иные варианты. Ответственность за правильный выбор лежит на проектировщике. Мы лишь призываем делать его осознанно

Автор Александр Бородин

 

JoomlaWatch 1.2.12 - Joomla Monitor and Live Stats by Matej Koval
YOOtheme design - Powered by Joomla