Щелевые диффузоры в СКВ

Щелевые диффузоры присутствуют в производственных программах практически всех производителей, как зарубежных, так и отечественных. Это объясняется тем, что по сравнению с традиционными решетками и диффузорами, они имеют ряд достоинств:

• в них предусмотрена возможность изменения направления выхода струи приточного воздуха;
• они требуют ограниченного пространства за подвесным потолком, благодаря компактным размерам монтажных коробов;
• адаптируются к различным типам потолков и светильников;
• заводская сборка позволяет сделать монтаж диффузоров удобным и не требует значительных затрат времени.

Основная причина, предопределившая популярность щелевых диффузоров у архитекторов и заказчиков, — это возможность сделать вентиляционные отверстия малозаметными в интерьере помещения. Так, установленный в потолке или стене однощелевой диффузор практически незаметен, т.к. выглядит как длинная черная полоса шириной 15–20 мм, окаймленная с двух сторон 5–10 мм алюминиевым профилем. Отмечая достоинства щелевых диффузоров, необходимо указать и их недостатки.

Вернее, недостаток (он практически один) — это их низкая пропускная способность. Из-за конструктивных особенностей щелевые диффузоры отличаются повышенной загроможденностью проходного сечения. Так, характерное значение коэффициента живого сечения щелевых диффузоров лежит в диапазоне 0,15–0,25, в то время как у жалюзийных решеток — 0,5–0,7. Это означает, что при одних и тех же габаритных размерах щелевые диффузоры, по сравнению с традиционными диффузорами, будут иметь в несколько раз меньшее живое сечение.

Поэтому на практике зачастую встречаются ситуации, когда потолочная решетка с раздачей воздуха в две стороны будет более уместна, чем щелевой диффузор, т.к. она будет выглядеть более компактной, а значит, и более эстетичной. Нельзя не отметить и еще одну особенность щелевого диффузора, непосредственно связанную с отмеченным выше фактом — более высокую стоимость, по сравнению с традиционными воздухораздающими устройствами.

В основном именно эти два фактора — низкая пропускная способность и высокая стоимость — сдерживают применение щелевых диффузоров. В тоже время, желание заказчиков освободить потолки и стены от громоздких воздухораздающих устройств заставляет архитекторов все чаще и чаще отдавать предпочтение именно щелевым диффузорам и особенно в элитных офисных и жилых помещениях. Что же такое щелевой диффузор и чем они отличаются друг от друга?

На первый взгляд, щелевой диффузор мало чем отличается от обычной вентиляционной жалюзийной решетки. Однако, это далеко не так. Во-первых, щелевые диффузоры, в отличие от жалюзийных решеток, являются потолочными диффузорами. Как правило, они устанавливаются на потолке и, как большинство потолочных диффузоров, формируют настилающую на потолок струю. Во-вторых, это именно щелевой диффузор и выглядит он как щель — узкая, длинная и малозаметная.

И, в-третьих, в отличие от традиционных потолочных диффузоров, щелевые диффузоры является регулируемыми диффузорами, т.е. с их помощью можно изменять направление выхода струи приточного воздуха. Конструктивно щелевой диффузор представляет собой алюминиевый цельнотянутый профиль с установленными в нем направляющими элементами. Они являются основной деталью щелевого диффузора. От их формы и размеров зависит структура исходящей струи.

Именно конструктивным исполнением направляющего элемента отличаются щелевые диффузоры различных производителей. Ниже представлены результаты сопоставления основных характеристик щелевых диффузоров различных производителей. Принцип формирования выборки — либо известная в России марка — «Арктос», Halton, Trox, IMP Klima, Aldes, либо марка с отличительные особенностями — LTG и Hesco.

В щелевых диффузорах, например, компаний Aldes и «Арктос» в качестве направляющих элементов используют две продольные пластины; в Halton — специальный продольный профиль; в Trox, IMP Klima и LTG — пластиковые цилиндры конечной длины, причем их конструкция и размеры различаются между собой. Компания Hesco в качестве направляющих элементов использует микросопла диаметром 10 мм.

Как уже было упомянуто выше, характеристики и структура потока воздуха, истекающего из щелевого диффузора, в значительной степени определяются конструкцией направляющих элементов. За что же он отвечает? Во-первых, за форму струи — компактная или плоская, во-вторых, за траекторию струи (настилание на потолок, под углом или непосредственно в рабочую зону). Использование в качестве направляющих элементов двух продольных пластин (Aldes и «Арктос») накладывает значительные ограничения на возможность реализовать различные схемы воздухораспределения.

Понятно, что располагая двумя продольными пластинами, можно формировать только плоскую струю. А единственная возможность для достижения приемлемой подвижности и температуры воздуха в рабочей зоне при раздаче переохлажденного воздуха плоской струей, это — подавать воздух настилающей на потолок струей. Значительно больше возможностей появляется при использовании в качестве направляющих элементов микросопел (Hesco).

С их помощью можно формировать плоскую и компактную струи, а также различные их комбинации. Благодаря малым диаметрам, а значит и малой длине, начального участка, микросоплами можно подавать сильно переохлажденный воздух непосредственно в рабочую зону. Примером использования микросопел является раздача воздуха в салонах самолетов и автобусов. Теперь далее, что касается направляющих, выполненных в виде цилиндра (Trox, IMP Klima, LTG).

Использование цилиндрических направляющих ограниченной длины, в отличие от продольных пластин, делает возможным организовать чередование направления выхода воздуха по длине диффузора. А это — необходимое условия формирования не плоской струи, а компактных струй. Для чередования направлений выхода струй достаточно развернуть соседние направляющие цилиндры по схеме «выход–вправо», «выход–влево», «выход–вправо» и т.д.

В этом случае и только при определенных соотношениях высоты щели направляющего элемента к его длине, можно предотвратить смыкание соседних струй, а значит можно достичь результатов аналогичных использованию микросопел. Итак, хотя внешне щелевые диффузоры различных производителей схожи, с точки зрения раздачи воздуха — это разные устройства. И схемы раздачи воздуха, которые можно реализовать с помощью этих устройств, тоже разные.

По этому принципу список упомянутых выше производителей щелевых диффузоров был условно разделен на три группы: 1) «Арктос», Aldes, Halton; 2) IMP Klima, Trox, LTG; 3) Hesco. Сравнение параметров щелевых диффузоров (табл. 1) выполнялось при фиксированной величине уровня мощности шума. Соответствующее значение ограничено величиной 30 дБ(A). Комментарии. Для щелевых диффузоров IMP Klima, Trox, LTG в колонке L0,2 приведен диапазон величин.

Это связано с тем, что подвижность струи зависит от ориентации направляющих элементов относительно друг друга. Максимальная величина L0,2 соответствует плоской односторонней настилающей на потолок струе (все элементы повернуты в одну сторону и угол выхода струи — менее 30°). Минимальная величина соответствует псевдовеерной струе (соседние элементы направлены в разные стороны и угол выхода струи близок к 45°).

Из табл. 1 видно, что при одном и том же уровне шума удельные расходы воздуха в однощелевых диффузорах различных производителей, за исключением Hesco, незначительно разнятся между собой. Обращает на себя внимание тот факт, что пропускные способности щелевых диффузоров Trox и IMP Klima разнятся между собой, хотя конструктивно они — практически аналоги. Единственное их отличие — это длина направляющих элементов у Trox — 150 мм, у IMP — 100 мм.

Объяснить различие можно только отличием в величинах эффективной высоты щели, заявляемыми производителями: Trox — 6,2 мм, а IMP Klima — 9,2 мм. Однако высота щели в полностью открытом направляющем элементе диффузора Trox равна 10 мм, но в этом положении направляющего элемента струя направлена вертикально вниз, т.е. непосредственно в рабочую зону. Это положение направляющего элемента Trox считает нерабочим и категорически не рекомендует его применять, т.к. велика вероятность появления сквозняка.

Для повышения комфорта необходимо изменить угол выхода струи, а значит и угол поворота направляющего элемента. При этом выходное отверстие частично перекрывается. И в зависимости от угла атаки эффективная высота щели будет лежать в диапазоне от 6,2 до 4,9 мм. Если с пропускной способностью щелевых диффузоров все более-менее понятно, то это далеко не так по отношению к эффективности раздачи воздуха.

Для анализа влияния конструкции направляющего элемента на ее эффективность целесообразно воспользоваться параметром L0,2. Этот параметр представляет собой расстояние от источника выхода воздуха до точки, в которой подвижность воздуха в центре струи не превышает 0,2 м/с. Именно этот параметр чаще всего используется в практике проектирования. Из табл. 1 следует, что при очень близких значениях удельных расходов воздуха разные производители заявляют значительно различающиеся между собой величины L0,2.

Разброс составляет от 0,7 м у «Арктоса» до 10 м у Trox. Попробуем разобраться с ситуацией, взяв в качестве примера щелевой диффузор «Арктоса». Как следует из [1], при удельном расходе воздуха равном 95 м3/ч через 1 п.м. однощелевого диффузора на расстояния от него равном 0,7 м скорость воздуха в центре струи не превышает 0,2 м/с. Это значит, что на этом расстоянии струя практически затухла. Попробуем разобраться, возможно ли такое?

Для расчета плоских струй, а именно такой будет струя, сформированная щелевым диффузором «Арктос», рекомендуется использовать следующую формулу [1]:

Величина коэффициента m может варьировать в диапазоне 0,8–2,6. Для определения значения m можно воспользоваться данными, приведенными в каталоге Aldes. Почему Aldes? А потому, что конструкция щелевых диффузоров Aldes и «Арктика» практически подобна. Единственное отличие в ширине щели, у Aldes — 20 мм, а у «Арктики» — 21 мм. В каталоге Aldes представлены все необходимые данные для расчета.

Воспользуемся табл. 1. При расходе 105 м3/ч и эффективном размере щели b = 0,007 м скорость Vo = 4,17 м/с, Vx = 0,25 м/с, х = 4,8 м. При этих параметрах значение m будет равно 1,569. Зная величину m, можно определить соответствующее значение L0,2 для щелевого диффузора «Арктика». В каталоге «Арктики» отсутствует информация о величине эффективного размера щели, приведена лишь величина видимого размера щели — 21 мм.

Последний на 1 мм больше соответствующего размера у Aldes. Поэтому в отсутствии информации, логично предположить, что и эффективный размер щели в диффузоре «Арктики» будет на 1 мм большем, чем у диффузора Aldes. То есть, будем считать, что b = 0,008 м. Тогда при расходе 95 м3/ч соответствующее значение Vo будет равно 3,299 м/с. При значении m = 1,569 и Vx = 0,25 м/с величина L0,2 будет равна 5,36 м.

Итак, необходимым условием создания комфорта с помощью щелевых диффузоров с продольными пластинами в качестве направляющих элементов при раздаче кондиционированного воздуха является формирование настилающей струи. Причем длина пути по воздуху должна быть не менее 4–5 м. Подавать воздух этими щелевыми диффузорами в направлении рабочей зоны рекомендуется только в режиме воздушного отопления.

Бывают ли исключения из правил? Да, это щелевые диффузоры Hesco с микросоплами, и диффузоры LTG, Trox, IMP Klima с цилиндрическими направляющими элементами. Щелевые диффузоры LTG оснащаются самыми короткими направляющими элементами. Их длина L = 54 мм, а высота полностью открытой щели H = 10 мм. Отношение L/H близко к 6. Струя воздуха, сформированная таким устройством, является компактной, но только при организации чередования углов выхода соседних элементов, т.е. в отсутствии смыкания струй.

Соответствующий эквивалентный диаметр равен Do = 17 мм. Количество элементов на один метр — 16 шт. Расход воздуха на один элемент равен 95/16 = 6 м3/ч. Эффективная скорость Vo = 3,08 м/с, Fo = π(Do 2 )/4. Из соотношения [1] Vx/Vo = 6,6√Fo/x следует, что скорость воздуха в ядре струи достигает значения 0,2 м/с на длине 1,5 м. То есть, щелевыми диффузорами компании LTG можно подавать воздух непосредственно в направление рабочей зоны.

Рекомендованный угол поворота направляющего элемента — 45°. Необходимо также отметить, что выходы соседних направляющих элементов должны быть развернуты друг относительно друга на 90°. В этом случае можно предотвратить смыкание соседних струй. В диффузорах Hesco используются микросопла, поэтому все сказанное выше для LTG справедливо и для них. Однако их пропускная способность ниже.

Результаты реализации четырех различных вариантов раздачи воздуха с помощью щелевого диффузора LDB 20/8 представлены на рис. 2. В качестве исходных данных взят фрагмент помещения (модуль) шириной 2,5 м, длиной 1 м и высотой 3 м. Удельная нагрузка на 1 м2 пола — 100 Вт/м2. При переохлаждении приточного воздуха относительно воздуха в помещении dto = –8 °К для снятия тепловых избытков необходим расход — 100 м3/ч. Температура воздуха в помещении принята равной 24 °C. Нормируемое значение скорости струи на входе в рабочую зону — 0,2 м/с. Рассмотренные варианты сведены в табл. 2.

Выводы

1. Первый вариант. Скорость воздуха в рабочей зоне полностью соответствует норме. Самый дорогой, т.к. необходимо два щелевых диффузора.
2. Второй вариант. Скорость воздуха в рабочей зоне значительно превосходит норму. Для повышения комфорта необходимо увеличить число щелей в диффузоре, а значит увеличить стоимость.
3. Третий вариант. Скорость воздуха в рабочей зоне незначительно превышает норму. Из-за высокой скорости струи не рекомендуется использовать на расстоянии менее 1 м от стен или окон. Подобное распределение будет иметь щелевой диффузор VSD 35-1 Trox при альтернативной угловой схеме распределения.
4. Четвертый вариант. Скорость воздуха в рабочей зоне полностью соответствует норме. Не рекомендуется использовать на расстоянии менее 0,5 м от стен или окон.

Существует еще один очень важный параметр комфорта, которому проектировщики не уделяют должного внимания. Это температура струи на входе в рабочую зону. По данным ведущих европейских производителей, при длительном пребывании людей на одном месте при температуре воздуха в помещении 24 °C, величина переохлаждения струи на входе в рабочую зону при ее скорости 0,2 м/с не должна превышать 1 °K.

Это значение хорошо согласуется с номограммой рис. 1.1 в [1]. То есть, от того, насколько переохлажден приточный воздух на входе в рабочую зону, в значительной степени будет зависеть, чувствуют ли себя люди комфортно или нет. Особенно это важно, когда воздух подается непосредственно в рабочую зону. Для определения величины переохлаждения воздуха на входе в рабочую зону dtx можно воспользоваться известным соотношением для компактных струй [1]

где С1 = 0,65, tg(αl) = 0,1. Подставив в это соотношение, соответствующее значение характерного диаметра LTG диффузора получим, что x = 0,084dto/dtx. Откуда следует, что переохлажденный на выходе из щелевого диффузора воздух dto = –10 K уменьшит свое переохлаждение до 0,5°К (dtx = –0,5°K) на расстоянии 1,5 м. На рисунках представлены эпюры скоростей и значения температур струи для случая экстремально холодного 10 °C приточного воздуха для различных расходов.

Температура воздуха в помещении 24 °C. В случае применения щелевых диффузоров, формирующих настилающие струи, аналогичная эффективность перемешивания будет достигаться на длинах 5–10 м. Есть и еще один немаловажный аргумент в пользу щелевых диффузоров, формирующих компактные струи. Благодаря малой длине смешения и подаче воздуха непосредственно в рабочую зону их характеристики не ухудшаются при изменении величины расхода в широком диапазоне, вплоть до отношения Vmin/Vmax = 1/4.

Теперь обратим внимание на дизайн диффузоров. Как правило, для одного базового профиля предлагается несколько различных вариантов исполнения. Чем их больше, тем удобнее и проще адаптировать диффузор к различным конструкциям исполнения потолков. То есть, наличие у производителя большого количества вариантов исполнения профилей щелевых диффузоров, а также возможность нанесения различных покрытий является неоспоримым конкурентным преимуществом.

Соответствующая информация для различных производителей представлена в табл. 3. И, конечно, немаловажный вопрос, это вопрос стоимости. Самые низкие цены предлагает российский производитель щелевых диффузоров — «Арктика». Но цены европейских производителей на щелевые диффузоры не намного выше. Причем следует помнить, что из-за своих особенностей, о которых шла речь выше, щелевые диффузоры, в принципе, не могут быть дешевым оборудованием.

Скорее всего, при выборе поставщика, не стоимость щелевого диффузора будет играть первостепенную роль. Скорее, это должны быть те характеристики щелевых диффузоров, которые влияют на достижение комфорта и возможность реализации дизайнерских решений — фактура и цвет покрытия, разнообразие профилей и т.д. Область применения щелевых диффузоров, как правило, ограничена офисными и жилыми помещениями. Это значит, что высота потолков не превышает 3,5 м, кратность циркуляции — 5:1 в час.

В то же время есть объекты, где малозаметные в интерьере щелевые диффузоры были бы незаменимы. Например, киноконцертные и конференц-залы, театры, цирки и другие помещения с высотой потолков близкой к 5 м и высокими кратностями воздухообмена. В этих помещениях, как правило, приточный воздух в больших количествах должен подаваться с потолка, причем воздухораздающие устройства не должны нарушать дизайн потолка, т.е. по определению должны быть малозаметны.

Именно для таких помещений компания LTG разработала щелевые диффузоры LDB 50 с направляющими элементами диаметром 50 мм. При уровне мощности шума 35 дБ(А) расход воздуха на одну, две и три щели составляет, соответственно — 300/400/500 м3/ч на 1 п.м. диффузора, а видимый размер — 100/200/300 мм.