Особенности раздачи теплого воздуха в помещениях с системами воздушного отопления.

Следует отметить, что организация воздухообмена в помещениях, оборудованных системами вентиляции, совмещенными с воздушным отоплением, сопряжена с рядом трудностей по обеспечению расчетной схемы подачи теплого приточного воздуха. Под влиянием гравитационных сил может существенно изменяться схема развития струи. Так, струя нагретого воздуха, подаваемого сверху вниз, может всплывать в верхнюю зону помещения, не достигая рабочей. В этом случае наблюдается перегрев верхней зоны и недогрев обслуживаемой. Как следствие, наряду с неудовлетворительными условиями в обслуживаемой зоне имеет место значительный перерасход тепла на обогрев помещения. Обеспеченность расчетных внутренних условий зависит в основном от двух факторов — расчетной мощности системы (тепло- и воздухопроизводительности) и надежности ее работы. Для правильной организации воздухообмена в помещениях и эффективного обогрева рабочей зоны весьма существенное значение приобретает учет влияния «архимедовых» сил, как на траекторию приточного теплого потока, так и на общую циркуляцию воздуха в помещении. К числу местных или децентрализованных систем относятся также воздушно-отопительные агрегаты (тепловентиляторы). Как правило, они состоят из теплообменника (водяного или электрических нагревательных элементов), вентилятора (осевого или радиального) и воздухораздающего устройства. Принцип децентрализованной вентиляции с отоплением (охлаждением) находит широкий спрос, как в зарубежных странах, так и на российском рынке. В отличие от децентрализованных (местных) систем центральные системы воздушного отопления обслуживают, как правило, помещения большого объема производственного назначения. Они состоят из калориферной установки, сетевого оборудования и доводчиков (при наличии необходимости обеспечения различных параметров воздуха в нескольких помещениях). В местных и центральных системах воздушного отопления обязательно в качестве концевых устройств используются воздухораспределители различных конструктивных исполнений (решетки, плафоны, специальные закручиватели и др.). При проектировании систем вентиляции, совмещенных с воздушным отоплением, необходимо правильно выбрать типоразмер воздухораспределителя, размеры обслуживаемой ими рабочей зоны, высоту установки воздухораспределителя и угол наклона приточного потока, его предельную дальнобойность, исходя из начальных условий истечения приточного воздуха и обеспечения в рабочей зоне нормируемых параметров. Весьма существенное значение приобретает вопрос правильного определения максимальной разности температур между воздухом помещения в обслуживаемой зоне и на притоке. При правильной организации воздухораспределения скорость в приточной струе по мере приближения ее к рабочей зоне должна, как правило, падать до весьма малых величин, соизмеримых с нормируемыми. В этих условиях, учитывая, что в неизотермических струях соотношение между гравитационными и инерционными силами вниз по потоку растет, силы вытеснения начинают оказывать существенное влияние на характер развития приточных струй. Под воздействием гравитационных сил изменяется дальнобойность струи, ее траектория, а внутри самой струи происходит перестройка скоростных и температурных полей — нарушается их подобие в поперечных сечениях. Наиболее распространенным способом подачи теплого воздуха в такие помещения является подача в верхнюю зону по четырем схемам подачи: 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). Решение проблем раздачи теплого воздуха активно занимается завод «Арктос». С помощью его разработок в области воздухораспределения и теплового оборудования можно реализовать все четыре схемы. 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 x_в с координатами по длине — x_в, по высоте — z_в: X_в = 0,63H; z_в = 0,63H; а₁ = 1,58H, где H — геометрическая характеристика: m, n — скоростной и температурный коэффициенты; F₀ — расчетное сечение воздухораспределителя; V₀ — скорость воздуха в расчетном сечении; ∆t₀ — избыточная температура приточного воздуха; ∆z_в — высота опуска вершины оси струи над уровнем рабочей зоны: ∆z_в= h₀ – z_в – h_о.з = 1 м, где а₁ — длина модуля помещения, обслуживаемого одним воздухораспределителем. где β— угол, под которым струя воздуха входит в рабочую зону, β=0,67 α; α— угол наклона жалюзи решеток, град. Полученное значение сопоставляется с заданным по условиям тепловоздушного баланса для холодного периода года рассматриваемого объекта. где K_н определяется как: 1 вариант. Недостающее тепло внести в рабочую зону, например, электрическими тепловентиляторами серии ТЭВ или «Крепыш» мощностью от 2 до 15 кВт. Более мощное отопительное оборудование от 10 до 50 кВт завод предлагает на основе водяных тепловентиляторов серии «Гольфстрим». Такое оборудование рекомендуется для обогрева цехов и мастерских, вестибюлей, складов, закрытых спортивных арен, супермаркетов и т.д. 2 вариант. Например, применить для раздачи теплого воздуха регулируемые решетки АМН или АДН, увеличить угол наклона жалюзи в направлении к рабочей зоне с α_min =0°C (для теплого периода) до α_max = 50°C (для холодного периода), что соответствует оптимальному развитию струи с максимальной дальнобойностью. Более подробные рекомендации по применению воздухораспределителей компании «Арктос» можно получить в «Указаниях по ВР», издание третье, Санкт-Пететербург, 2005 г. [6]. 3 вариант. При проектировании системы воздушного отопления необходимо предусмотреть возможность отключения части воздухораздающих решеток с тем, чтобы на оставшиеся воздухораспределители увеличился расход и соответствующая скорость на истечении. Схема В При подаче воздуха горизонтальными струями рабочая зона обогревается обратным потоком, обслуживающим значительную площадь помещения. Течение потока вдоль помещения в этом случае иногда приводит к ощутимому различию между максимальной и минимальной температурой воздуха в зоне пребывания человека. Разность между этими температурами возрастает с уменьшением воздухообмена и с увеличением перепада температур между подаваемым и удаляемым воздухом. Средняя температура в рабочей зоне может оказаться ниже принятой по расчету, равной ей, а также несколько превышать ее. Поэтому при сосредоточенной подаче воздуха горизонтальными струями определяется максимальная (допустимая) избыточная температура подаваемого теплого воздуха по формуле: Максимальная скорость и избыточная температура в обслуживаемой зоне, омываемой обратным потоком, определяются по следующим соотношениям: Минимально допустимая высота установки воздухораспределителя над уровнем пола составляет: где: h_n — высота помещения, м; b — ширина зоны обслуживания. В качестве рекомендуемых воздухораздающих устройств можно использовать для этого: настенные решетки с подвижными жалюзи АМН, АДН и неподвижными — АЛН; диффузоры пластиковые универсальные круглые ДПУ-К, ДПУ-С; панельные воздухораспределители с турбулизирующими ячейками 1ВПТ, 1ВКТ, 2ВКТ и закручивателями 1ВПЗ. Подробные рекомендации по расчету и подбору указанных воздухораспределителей даны в материалах компании «Арктика» [6]. Схема Г При вертикальной подаче воздуха (схема Г) распределение температур в рабочей зоне принято считать наиболее благоприятным. Важным фактором при этом является расчет струи с целью обеспечения требуемой дальнобойности струи. При определении дальнобойности неизотермических струй в расчетную зависимость для определения параметров на оси струи вводится коэффициент неизотермичности (K_н), учитывающий состояние инерционных и гравитационных сил. За расчетную температуру в рабочей зоне принимается температура на изотермической оси. Рекомендуется определять максимальную избыточную температуру приточного воздуха, при которой всплывание теплого воздуха несущественно, по формуле: и определяются параметры воздуха в струе в холодный период года: полученные значения сопоставляются с нормируемыми. Для раздачи теплого воздуха сверху вниз по схеме Г рационально использовать следующие воздухораспределители: ❏ приточные щелевые решетки АРС, АЛС длиной от 500 до 2000 мм; ❏ потолочные диффузоры пластиковые круглые ДПУ-М, ДПУ-К, ДПУ-С (Ø100, Ø125, Ø160, Ø200, Ø250); ❏ панельные воздухораспределители ВПМ, ВПТ, ВКТ или ВПЗ. Подробная информация о конструктивных параметрах упомянутых воздухораспределителей, их аэродинамических, акустических характеристиках, а также методах подбора указана в [6]. Схема Е В начале выполняется расчет воздухораспределения для теплого периода года, при максимальном воздухообмене, или постоянном круглогодично (расчет на ассимиляцию вредностей или компенсацию местных отсосов). 1 вариант. Например, при установке панельных воздухораспределителей ВПМ 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]. 2 вариант. 3 вариант. Если новое значение удовлетворяет заданному, то расчет считается законченным. 4 вариант Если новое значение удовлетворяет заданному, то расчет считается законченным.

Литература 1. Гримитлин М.И. Распределение воздуха в помещениях. АВОК Северо-Запад. СПб., 2004. 2. Решетки вентиляционные регулируемые типа РВ. Типовая документация на конструкции, изделия и узлы зданий и сооружений (серия 5. 904-50). М., 1988. 3. Рекомендации по расчету воздухообмена в помещениях, оборудованных системами вентиляции, совмещенными с воздушным отоплением при использовании воздухораспределителей ВГК. ЦНИИ Промзданий. М., 1980. 4. Рекомендации по выбору отопительнорециркуляционных агрегатов АЗ-840. Госстрой СССР. М., 1981. 5. Кузьмина Л.В., Гуськов А.С., Середнева Н.С. Расчет воздушного отопления компактными вентиляционными струями. 6. Воздухораспределители компании «Арктос», указания по расчету и практическому применению. Издание третье. СПб., 2005.