Особенности раздачи тёплого воздуха в помещениях с системами воздушного отопления.

13.10.08 | Публикации

Наиболее эффективным методом обогрева помещений производственного назначения с недостатками теплоты, когда теплопотери превышают теплопоступления, является использование отопительных агрегатов для нагрева приточног вентиляционного воздуха.

Следует отметить, что организация воздухообмена в помещениях, оборудованных системами вентиляции, совмещёнными с воздушным отоплением, сопряжена с рядом трудностей по обеспечению расчётной схемы подачи тёплого 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 расчётных внутренних условий зависит в основном от двух факторов – расчётной мощности системы (тепло- и воздухопроизводительности) и надёжности её работы.

Для правильной организации воздухообмена в помещениях и эффективного обогрева рабочей зоны, весьма существенное значение приобретает учёт влияния «архимедовых» сил как на траекторию приточного тёплого 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 объёма производственного назначения. Состоят они 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 (решётки, плафоны, специальные закручиватели и др.). При проектировании систем вентиляции, совмещённых 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 её 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 растёт, силы вытеснения начинают оказывать существенное влияние на характер развития приточных струй.

Под воздействием гравитационных сил изменяется дальнобойность струи, её траектория, а внутри самой струи происходит перестройка скоростных и температурных полей – нарушается их подобие в поперечных сечениях.

Наиболее распространённым способом подачи тёплого воздуха в такие помещения является подача в верхнюю зону по четырём 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).

Рассмотрим особенности расчёта каждой из упомянутых четырех схем и способы их реализации на примере оборудования компании «Арктос».

Схема Б

Для обеспечения наиболее равномерного распределения скоростей и температур при раздаче тёплого воздуха по схеме Б ось струи должна пересекать верхний уровень обслуживаемой зоны на расстоянии х_в с координатами по длине – х_в, по высоте – z_B:

х_в=0,63 х Н^хол,

z_B=0,3 x H^хол,

а₁=0,58 х Н^хол,

где Н – геометрическая характеристика:

т, п – скоростной и температурный коэффициенты;

F₀ – расчётное сечение воздухораспределителя;

V₀ – скорость воздуха в расчётном сечении;

Δt₀ – избыточная температура приточного воздуха;

Δz_В = h₀ – z_B – h_0.3 =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 тёплого воздуха Δt₀^max рассчитывается по формуле:

где β – угол, под которым струя воздуха входит в рабочую зону, β = 0,67 х α;

α – угол наклона жалюзи решеток, град.

Полученное значение сопоставляется с заданным по условиям тепловоздушного баланса для холодного периода года рассматриваемого объекта.

Если рассчитанная величина Δt₀^max соответствует требуемому значению для компенсации недостатков тепла в холодный период года, то проверяются параметры V_X^max, Δt_X^max в обслуживаемой зоне с учётом коэффициента неизотермичности K_н^хол по следующим формулам:

Где

Полученные V_Х^max, Δt_Х^mах должны быть не более нормируемых согласно заданию.

Если Δt_Х^mах, полученное расчётом, меньше Δt₀, заданного по балансу, то возможно несколько вариантов решения этой проблемы:

1 вариант. Недостающее тепло внести в рабочую зону, например, электрическими тепловентиляторами типа ТЭВ («Арктос») мощностью от 2 кВт до 15 кВт. Более мощное отопительное оборудование от 10 кВт до 50 кВт – на основе водяных тепловентиляторов типа ТВВ. 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 ° (для тёплого периода) до α^max = 50 ° (для холодного периода), что соответствует оптимальному развитию струи с максимальной дальнобойностью. Для этого положения жалюзи рассчитывается значение Δt₀^mах и вновь сопоставляется с требуемым в холодный период года для воздушного отопления.

3 вариант. При проектировании системы воздушного отопления необходимо предусмотреть возможность отключения части воздухораздающих решёток с тем, чтобы на оставшиеся воздухораспределители увеличился расход и соответствующая скорость на истечении. Для новых условий следует пересчитать Δt₀^mах и если полученное значение больше заданного, то определяется угол наклона жалюзи а и соответствующие значения т, п, Н, К_H по [6]. Затем традиционно вычисляются параметры воздуха при входе струи в обслуживаемую зону V_X^max, Δt_Х^mах для холодного периода года, и полученные значения сопоставляются с нормируемыми. Если новые значения удовлетворяют заданным, то расчёт считается законченным.

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 возрастаете уменьшением воздухообмена и с увеличением перепада температур между подаваемым и удаляемым воздухом. Средняя температура в рабочей зоне может оказаться ниже принятой по расчёту, равной ей, а также несколько превышать её. Поэтому при сосредоточенной подаче воздуха горизонтальными струями определяется максимальная (допустимая) избыточная температура подаваемого тёплого 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

h₀ – высота помещения, м;

b – ширина зоны обслуживания.

Полученные значения V_o6p^max, Δt_обр^mах сопоставляются с нормируемыми.

В качестве рекомендуемых воздухораздающих устройств можно использовать для этого следующие изделия компании «Арктос»:

• настенные решётки с подвижными жалюзи АМН, АДН и неподвижными – АЛН;
• диффузоры пластиковые универсальные круглые ДПУ-К.ДПУ-С;
• панельные воздухораспределители стурбулизирующими ячейками 1ВПТ, 1ВКТ, 2ВКТ и закручивателями 1ВПЗ.

Подробные рекомендации по расчёту и подбору указанных воздухораспределителей даны в материалах. [6].

Схема Г

При вертикальной подаче воздуха (схема Г) распределение температур в рабочей зоне принято считать наиболее благоприятным. Важным фактором при этом является расчёт струи с целью обеспечения требуемой дальнобойности струи. При определении дальнобойности неизотермических струй в расчётную зависимость для определения параметров на оси струи вводится коэффициент неизотермичности (К_Н), учитывающий состояние инерционных и гравитационных сил. За расчётную температуру в рабочей зоне принимается температура на изотермической оси. Рекомендуется определять максимальную избыточную температуру приточного воздуха, при которой всплывание тёплого воздуха не существенно, по формуле:

Полученное значение сопоставляется с требуемым Δt₀^хол изтепловоздушного баланса для холодного периода.

Если Δt₀^хол < Δt₀^max, то определяется геометрическая характеристика Н^хол по номограмме или формуле:

Рассчитывается значение .

Если ,

то рассчитывается коэффициент неизотермичности по формуле:

и определяются параметры воздуха в струе в холодный период года:

полученные значения сопоставляются с нормируемыми.

Если значение ,

то по графику на рис. 2 определяется относительная дальнобойность нагретой струи, вычисляется х и сравнивается с величиной h₀ – h_0.3, принятой в расчете.

Если х≥ h₀ – h_0.3, то по графику на рис.3 определяется коэффициент неизотермичности К_н^хол, рассчитваются параметры воздуха в струе в холодный период года и сопоставляются с нормируемыми.

Если x< h₀ – h_0.3, то следует уменьшить Δt₀^хол 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 тёплого воздуха сверху вниз по схеме Г рационально использовать следующие воздухораспределители компании «Арктос»:

• приточные щелевые решётки АРС, АЛС длиной от 500 до 2000 мм;
• потолочные диффузоры пластиковые круглые ДПУ-М, ДПУ-К, ДПУ-С (Ø100, Ø 125, Ø 160, Ø 200, Ø 250);
• 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].

При наличии технической возможности, как вариант, рекомендуется отключить часть воздухораспределителей, подающих воздух в помещение, увеличив тем самым расход и скорость выхода воздуха через ВР, и пересчитать значение Δt₀^max. Если полученное значение Δt₀^max ≥ Δt₀^хол, то рассчитываются новые значения Н_X и К_Н^Х при новых значениях V₀ и Δt₀^хол по описанной выше схеме, и параметры воздуха в приточной струе: V_Х^max, Δt₀^max и сопоставляются с нормируемыми.

Схема Е

Вначале выполняется расчет воздухорапределения для теплого периода года при максимальном воздухообмене или постоянном круглогодично (расчет на ассимиляцию вредностей или компенсацию местных отсосов).

По полученным параметрам V₀, F₀, h₀ и принятым характеристикам воздухораспределителя тип для теплого периода определяется максимально допустимая избыточная Δt₀^max температура в режиме воздушного отопления по формуле:

Полученное значение сопоставляется с требуемым Δt₀^хол из тепловоздушного баланса для холодного периода. Если Δt₀^max ≤ Δt₀^хол, то расчет считается законченным.

Если Δt₀^max > Δt₀^хол то возможны четыре варианта решения.

1. вариант. Например, при установке панельных воздухораспределителей ВПМ фирмы «Арктос» за счёт 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 Δt₀^max в 2,5 раза. Если новое значение удовлетворяет заданному, то расчет считается законченным.

2. вариант. Применение панельных воздухораспределителей фирмы «Арктос» 1ВПТ, 1ВКТ, 2ВКТ с турбулизирующими ячейками позволяет увеличить значение Δt₀^max в 1,7 раза при изменении схемы установки ячеек:

• для тёплого периода применять по схеме закрученного потока (т = 0,4; п = 0,3);
• для холодного периода (воздушное отопление) изменить установку на схему комбинированного потока (m = 0,8; n = 0,7).

Если новое значение удовлетворяет заданному, то расчет считается законченным.

3. вариант. Принимается для режима воздушного отопления Δt₀^max = Δt₀^хол, 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, увеличив тем самым расход и скорость выхода воздуха через воздухораспределитель, и пересчитать значение Δt₀^max. Если полученное значение Δt₀^max ≥ Δt₀^хол, то рассчитываются параметры воздуха в приточной струе на расстоянии 1 м от воздухораспределителя: V_X^max при новом значении V₀ и Δt₀^max при Δt₀^хол и сопоставляются с нормируемыми. Если новое значение удовлетворяет заданному, то расчет считается законченным.

Литература

1. Гримитлин М.И. Распределение воздуха в помещениях. – СПб.: АБОК Северо-Запад, 2004.
2. Решётки вентиляционные регулируемые типа РВ. Типовая документация на конструкции, изделия и узлы зданий и сооружений (серия 5.904 - 50). – М., 1988.
3. Рекомендации по расчёту воздухообмена в помещениях, оборудованных системами вентиляции, совмещёнными с воздушным отоплением при использовании воздухораспределителей ВГК. – М.: ЦНИИ Промзданий, 1980.
4. Рекомендации по выбору отопительно-рециркуляционных агрегатов АЗ-840. – М.: Госстрой СССР, 1981.
5. Кузьмина Л.В., Гуськов А.С., Середнёва КС. Расчёт воздушного отопления компактными вентиляционными струями.
6. Воздухораспределители компании «Арктос», указания по расчёту и практическому применению. Из. третье. – СПб., 2005.

По материалам ж-ла «СОК»