Наиболее эффективным методом отопления производственных помещений является нагрев приточного вентиляционного воздуха. Однако, организация воздухообмена при совместном использовании систем вентиляции и обогрева, сопряжена с рядом трудностей.
Так,
струя нагретого воздуха, подаваемого сверху вниз, может не достигать
рабочей зоны, поднимаясь к потолку. Как следствие —
неудовлетворительные условия в обслуживаемой части помещения и
значительный перерасход тепла. Отопление помещения путем нагрева
приточного воздуха может осуществляться как при помощи местных
устройств, так и централизованно. В первом случае обычно используются
тепловентиляторы, состоящие из водяного теплообменника или
электрических нагревательных элементов, осевого или радиального
вентилятора и воздухораздающего устройства.
Центральные же системы состоят из калориферной установки, сетевого оборудования и, при необходимости, доводчиков.
И
в местных, и в центральных системах воздушного отопления в качестве
концевых устройств обязательно используются воздухораспределители:
решетки, плафоны, специальные закручиватели.
При
проектировании систем вентиляции, совмещенных с воздушным отоплением,
необходимо правильно выбрать воздухораспределитель, высоту его
установки, размеры обслуживаемой рабочей зоны, угол наклона приточного
потока, его предельную дальнобойность.
При
правильной организации воздухораспределения скорость в приточной струе
по мере приближения ее к рабочей зоне должна падать до весьма малых
величин. В этих условиях, учитывая, что в неизотермических струях
соотношение между гравитационными и инерционными силами вниз по потоку
растет, силы вытеснения начинают оказывать существенное влияние. Под
воздействием гравитационных сил изменяется дальнобойность струи, ее
траектория, происходит перестройка скоростных и температурных полей.
Рисунок 1. Схемы подачи воздуха
Наиболее распространены следующие способы подачи
теплого воздуха: наклонно под углом 35° к горизонту (рис. 1, схема Б),
горизонтальными струями (сосредоточенная), при которой обслуживаемая
зона омывается обратным потоком (рис. 1, схема В), вертикально вниз
(рис. 1, схема Г), в рабочую зону (рис. 1, схема Е).
Рассмотрим особенности расчета каждой из упомянутых схем и способы их реализации с помощью оборудования компании «Арктос».
Схема Б
Для
обеспечения наиболее равномерного распределения скоростей и температур
при раздаче теплого воздуха по схеме Б ось струи должна пересекать
верхний уровень обслуживаемой зоны на расстоянии xв с координатами по длине — xв, по высоте — zв.
xв = 0,63 • H
zв = 0,63 • H
a1 = 1,58 • H
где:
- H — геометрическая характеристика;
- m, n — скоростной и температурный коэффициенты;
- F0 — расчетное сечение воздухораспределителя;
- V0 — скорость воздуха в расчетном сечении;
- Δt0 — избыточная температура приточного воздуха;
- Δzв = ho - zв-h0.3= 1 м — высота опуска вершины оси струи над уровнем рабочей зоны;
- а1 — длина модуля помещения, обслуживаемого одним воздухораспределителем.
При
подаче воздуха сверху вниз наклонными струями максимально допустимая
избыточная температура подаваемого теплого воздуха Δt0max
рассчитывается по формуле:
где β — угол, под которым струя воздуха входит в рабочую зону, β = 0,67 • α;
α — угол наклона жалюзи решеток, град.
Если рассчитанная величина Δt0max
соответствует требуемому значению, то проверяются параметры Vxmax,
Δtxmax в обслуживаемой зоне с учетом коэффициента неизотермичности — Kн
по следующим формулам:
Полученные Vxmax, Δtxmax, должны быть не более нормируемых согласно заданию.
Если полученное значение Δt0max меньше заданного, то возможно несколько вариантов решения этой проблемы:
1 вариант. Внести недостающее тепло в рабочую зону, например, при помощи электрических тепловентиляторов.
2 вариант.
Применить для раздачи теплого воздуха регулируемые решетки, увеличить
угол наклона жалюзи в направлении к рабочей зоне с αmin = 00 (для
теплого периода) до αmax = 500 (для холодного периода). Cнова
рассчитать Δt0max и вновь сопоставить с требуемым.
3 вариант.
При проектировании системы воздушного отопления необходимо
предусмотреть возможность отключения части воздухораздающих решеток.
Для новых условий следует пересчитать Δt0max, и если
полученное значение больше заданного, то, в соответствии с указаниями
[6], определяется угол наклона жалюзи α и соответствующие значения m,
n, H, Kн. Затем снова вычисляются параметры воздуха. Если новые
значения удовлетворяют заданным, то расчет считается законченным.
Схема В
При
подаче воздуха горизонтальными струями рабочая зона обогревается
обратным потоком. Различие между максимальной и минимальной
температурой воздуха в зоне пребывания человека при этом может быть
весьма значительным. Максимальная (допустимая) избыточная температура
подаваемого теплого воздуха определяется по формуле:
Максимальная скорость и избыточная температура в обслуживаемой зоне, омываемой обратным потоком, определяются соотношениями:
Минимально допустимая высота установки воздухораспределителя над уровнем пола составляет:
- hn — высота помещения, м;
- b — ширина зоны обслуживания.
Полученные значения Vобрmax, Δобрmax, сопоставляются с нормируемыми.
Рисунок 2. Дальнобойность вертикальных нагретых струй
Рисунок 3. Номограмма для определения коэффициента неизотермичности KHхол при Hхол / F0 < 14.7
В
качестве воздухораздающих устройств можно использовать следующие
изделия компании «Арктос»: настенные решетки с подвижными и
неподвижными жалюзи, универсальные круглые пластиковые диффузоры,
панельные воздухораспределители с турбулизирующими ячейками и
закручивателями. Подробные рекомендации по расчету и подбору
воздухораспределителей даны в материалах компании «Арктос» [6].
Схема Г
При
вертикальной подаче воздуха распределение температур в рабочей зоне
принято считать наиболее благоприятным. Здесь важно рассчитать
параметры струи так, чтобы обеспечить требуемую дальнобойность. Для
этого вводится коэффициент неизотермичности (Kн), учитывающий состояние
инерционных и гравитационных сил. За расчетную температуру в рабочей
зоне принимается температура на изотермической оси. Максимальную
избыточную температуру приточного воздуха, при которой всплывание
теплого воздуха не существенно, рекомендуется определять по формуле:
Полученное значение сопоставляется с требуемым Δt0хол из тепловоздушного баланса для холодного периода.
Если Δt0хол ≤ Δt0max, то определяется геометрическая характеристика Hхол по номограмме или формуле:
Рассчитывается значение Hхол/F0. Если Hхол / F0 ≥ 14.7, то рассчитывается коэффициент неизотермичности по формуле:
и определяются параметры воздуха в струе в холодный период года:
полученные значения сопоставляются с нормируемыми.
Если значение Hхол / F0 < 14.7, то по графику на рисунке 2 определяется относительная дальнобойность нагретой струи Hхол / F0, вычисляется x и сравнивается с величиной h0 — hо.з, принятой в расчете.
Если x ≥ h0 — hо.з, то по графику на рисунке 3 определяется коэффициент неизотермичности KHхол, рассчитываются параметры воздуха в струе в холодный период года и сопоставляются с нормируемыми.
Если x < h0 — hо.з, то следует уменьшить Δt0хол
и повторить расчет, а недостающее тепло вносить в помещение другим
способом, например, электрическими или водяными тепловентиляторами, как
это было описано в схеме Б.
Для
раздачи теплого воздуха сверху вниз по схеме Г рационально использовать
следующие устройства компании «Арктос»: приточные щелевые решетки АРС и
АЛС, потолочные пластиковые круглые диффузоры и панельные
воздухораспределители [6].
При
наличии технической возможности, как вариант, рекомендуется отключить
часть воздухораспределителей, и пересчитать значение Δt0max. Если полученное значение Δt0max ≥ Δt0хол, то рассчитываются новые значения Hx и KxH при новых значениях V0 и Δt0хол по описанной выше схеме, и параметры воздуха в приточной струе:
Vxmax, Δtxmax, которые сопоставляются с нормируемыми.
Схема Е
Вначале
выполняется расчет воздухораспределения для теплого периода года при
максимальном воздухообмене. По полученным параметрам V0, F0, h0 и принятым характеристикам воздухораспределителя m и n для теплого периода определяется максимально допустимая избыточная Δt0max температура в режиме воздушного отопления по формуле:
Полученное значение сопоставляется с требуемым Δt0хол из тепловоздушного баланса для холодного периода. Если Δt0max ≤ Δt0xол, то расчет считается законченным. Δt0xол, то возможны четыре варианта решения.
1 вариант.
При установке панельных воздухораспределителей ВПМ фирмы «Арктос» за
счет изменения положения подвижной веерной вставки с b=6 (8)мм в теплый
период на b=12 (16)мм для холодного периода находятся новые значения
коэффициентов m=1,3 и n=1,1 по таблице аэродинамических характеристик
для схемы Е [6]. Указанное изменение положения подвижной вставки
позволит увеличить значение Δt0max в 2,5 раза. Если новое значение удовлетворяет заданному, то расчет считается законченным.
2 вариант. Применение панельных воздухораспределителей фирмы «Арктос» с турбулизирующими ячейками позволяет увеличить значение Δt0max в 1,7 раза при изменении схемы установки ячеек.
Если новое значение удовлетворяет заданному, то расчет считается законченным.
3 вариант. Принимается для режима воздушного отопления Δt0max = Δt0xол,
а недостающее тепло компенсируется с помощью тепловентиляторов. Если
новое значение удовлетворяет заданному, то расчет считается законченным.
4 вариант.
При наличии технической возможности рекомендуется отключить часть
воздухораспределителей, подающих воздух в помещение, и пересчитать
значение Δt0max. Если полученное значение Δt0max ≥ Δt0xол, то рассчитываются параметры воздуха в приточной струе на расстоянии 1 м от воздухораспределителя: Vxmax при новом значении V0 и Δt0max при Δt0xол и сопоставляются с нормируемыми. Если новое значение удовлетворяет заданному, то расчет считается законченным.
Литература
Гримитлин М. И. Распределение воздуха в помещениях. — АВОК Северо-Запад — СПб, 2004.
Решетки
вентиляционные регулируемые типа РВ. Типовая документация на
конструкции, изделия и узлы зданий и сооружений (серия 5.904–50). — М,
1988.
Рекомендации по расчету воздухообмена в
помещениях, оборудованных системами вентиляции, совмещенными с
воздушным отоплением при использовании воздухораспределителей ВГК. —
ЦНИИ Промзданий — М, 1980.
Рекомендации по выбору отопительно-рециркуляционных агрегатов АЗ-840. — Госстрой СССР — М, 1981.
Кузьмина Л. В., Гуськов А. С., Середнева Н. С. Расчет воздушного отопления компактными вентиляционными струями.
Воздухораспределители компании «Арктос», указания по расчету и практическому применению. Издание третье — СПб, 2005.
