Влияние системы распределения и выпуска воздуха на температуру приточного воздуха.

Введение

Эффективное использование приточного воздуха зависит от размещения и вида приточных устройств. Системы воздухораспределения обеспечивают в помещениях микроклимат с заданными допустимыми или оптимальными параметрами (чистота воздуха, его температура, относительная влажность и подвижность). Прогнозирование конечного результата производится на основании расчёта развития струй приточного воздуха. Наиболее полные и достоверные данные были получены профессором М. И. Гримитлиным [1, 2], включены в справочники и каталоги фирм-производителей и являются актуальными и в настоящее время.

Предмет и методы настоящего исследования

Рекомендации по разработке раздела «Распределение приточного воздуха» основаны на анализе закономерностей приточных струй и их взаимодействия, требований нормативной

технической литературы, а также опыте проектирования систем вентиляции помещений различного назначения.

Результаты

статье представлены рекомендации по выбору и обоснованию исходных данных при проектировании систем отопления и вентиляции, обобщённые авторами в работе [3].

Перечень исходных данных для расчёта

Знание закономерностей приточных струй позволяет рассчитать оптимальное распределение приточного воздуха, при котором обеспечиваются допустимые параметры воздушной среды и эффективное использование приточного воздуха. В качестве исходных используются данные, полученные при расчёте воздухообмена в помещении, и требования строительных норм [4]:

схема организации воздухообмена, для которой определена величина воздухообмена Lin (сверху вверх, сверху вниз, снизу вверх или снизу вниз);

размеры помещения в плане и высота, м;
расход приточного воздуха L0 = Lin, м3/с;
температура приточного воздуха t0 = tin, °C;
нормируемая температура воздуха twz в рабочей зоне, °C;
нормируемая скорость воздуха Vwz в рабочей зоне, м/с.

Также могут потребоваться дополнительно:

концентрация S0 = Sin вредного вещества в приточном воздухе, мг/м3;

предельно допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества в воздухе рабочей зоны Swz, мг/м3;

расход Lкон воздуха, удаляемого из помещения в конце развития струи системами местных отсосов или общеобменной вытяжной вентиляции, м3/с.

1080770717550


Выбор схемы подачи приточного воздуха и типа воздухораспределителя

зависимости от назначения помещения, его высоты, габаритов оборудования и избыточных тепловыделений выбирается одна из рекомендуемых по [1, 2] схем подачи приточного воздуха и тип воздухораспределителя (табл. 1). Характеристики воздухораспределителей принимаются также по [1, 2] или каталогам фирм-производителей [5].

Подача приточного воздуха непосредственно в рабочую зону применяется, как правило, в цехах с тепловыделяющим оборудованием при избыточных тепловыделениях более 23 Вт/м3. Циркуляция воздуха в таких цехах определяется конвективными струями, образующимися над источниками теплоты.

Подача приточного воздуха непосредственно в рабочую зону предполагает, что скорость и температура воздуха на выходе из воздухораспределителя не превышают допустимых значений для рабочей зоны.

При длине помещения в направлении выпуска воздуха более расстояния до четвёртого критического сечения возникает опасность образования непроветриваемой зоны, которая, впрочем, устраняется при удалении воздуха из рабочей зоны с противоположной воздухораспределителям стороны.

Наиболее распространённой является подача приточного воздуха в верхнюю зону помещения горизонтальными настилающимися на потолок и ненастилающимися струями,

также наклонными или вертикальными струями. Применяется для помещений производственных и общественных зданий.

Подача приточного воздуха горизонтальными настилающимися на потолок струями является единственно возможной для помещений небольшой высоты (до 4 м), но может быть применена и в более высоких помещениях. В этом случае рабочая зона омывается воздухом, поступающим сверху, или обратным потоком. Размещение вытяжных проёмов зависит от положения второго критического сечения струи [1].

Подача приточного воздуха горизонтальными ненастилающимися струями допустима в помещениях высотой более 6 м при длине помещения в направлении выпуска воздуха больше x3 и размещении вытяжных проёмов в пределах рабочей зоны. При подаче приточного воздуха наклонными струями воздухораспределители размещают на высоте 4-6 м от пола.

Удаление воздуха следует осуществлять из объёма помещения, не занятого приточными струями, чтобы не происходило удаления части приточного воздуха ещё до поступления его в рабочую зону. Зоны помещения, в которых целесообразно размещать вытяжные проёмы, выбирают из условия наиболее полного использования приточного воздуха для разбавления теплоты, водяных паров и вредных веществ в рабочей зоне. С этой целью размещать вытяжные проёмы рекомендуется по возможности в зонах, в которых наблюдаются наиболее высокие температуры и концентрации вредных веществ [3].

Размещение вытяжных проёмов в верхней зоне является обязательным в следующих случаях: при значительных избытках явной теплоты и при выделениях вредных или горючих газов или паров.

При этом в помещениях высотой до 6 м расход удаляемого из верхней зоны воздуха должен быть не менее однократного воздухообмена, а в помещениях высотой более 6 м — не менее 6 м3/ч на 1 м2 площади пола [4].

Допустимые параметры струи на входе в обслуживаемую зону

Максимальные значения скорости и избыточной температуры воздуха наблюдаются только на оси приточной струи

. Поэтому действующие нормы [4] допускают отклонение значений скорости и температуры воздуха на оси струи от нормируемых величин для рабочей зоны.

Значения допустимой скорости воздуха на оси струи на входе в рабочую зону Vх.доп и избыточной температуры воздуха tx.доп принимают в зависимости от значений этих параметров в рабочей зоне (Vwz, twz) и от наличия постоянных рабочих мест в зоне прямого воздействия струи или обратного потока. Зоной прямого воздействия струи принято считать участок площади поперечного сечения её на входе в рабочую зону, в пределах которого скорости воздуха изменяются от Vx до 0,5Vx. Радиус зоны прямого воздействия Rwz = xtg(α0.5V) определяется следующими соотношениями

1080770717550


Примечание. Границы зоны прямого воздействия струи можно определить лишь после окончания расчёта воздухораспределения. Поэтому на начальных этапах расчёта воздухораспределения полагаем, что люди могут находиться в зоне прямого воздействия струи приточного воздуха или в зоне обратного потока.

Допустимая скорость воздуха по оси струи на входе в рабочую зону Vх.доп может быть выше нормируемой скорости для рабочей зоны Vwz и определяется:
166370172085


где k — коэффициент перехода от нормируемой скорости движения воздуха к максимальной скорости воздуха в струе, который принимаем по табл. 2 [4].

При подаче в помещение нагретого воздуха (t0 > twz) температура воздуха на оси струи на входе в рабочую зону будет выше температуры окружающего воздуха, а при подаче холодного воздуха (t0 < twz) — ниже.

Отклонение температуры воздуха на оси струи от температуры воздуха в рабочей зонеtx

tx - twz, определяемое по формулам табл. 3 с учётом эффектов настилания, неизотермичности, взаимодействия струй, стеснённости их развития, а также в обратном потоке, не должно превышать допустимого:
166370182880


Значенияtx.доп приведены в табл. 3.

Как следует из данных табл. 3, при подаче нагретого воздуха допустимо большее отклонение температуры воздуха на оси приточной струи при входе в рабочую зону по сравнению с нормируемой температурой в рабочей зоне, чем при подаче охлаждённого воздуха.

1080770719455


Выбор типоразмера и количества воздухораспределителей

Выбор типоразмера и количества воздухораспределителей выполняется в следующей последовательности. Необходимо выбрать одну из схем воздухораспределения и тип воздухораспределителя (табл. 1). По данным [1, 2] находим значения температурного

коэффициента m0, скоростного коэффициента n0, коэффициента местного сопротивления ζ

вид создаваемой воздухораспределителем струи. Для настилающихся струй производим переопределение скоростного и температурного коэффициентов:
166370183515


где Кнас — коэффициент настилания.

Для струй, настилающихся на одну поверхность, Кнас = 1,41; для струй, настилающихся на две поверхности, Кнас = 1,7; для ненастилающихся струй Кнас = 1.

Выбор типоразмера воздухораспределителя производится по величине допустимой начальной скорости воздуха V0.доп. Для воздухораспределителей, подающих приточный воздух непосредственно в рабочую зону, величина V0.доп не должна превышать скорости воздуха, допустимой для рабочей зоны Vwz. Для помещений общественных зданий V0.доп принимается по акустическим условиям не более 3 м/с. В помещениях производственных зданий допустимы более высокие скорости воздуха до 10 м/с.

Задаваясь значением V0.доп, можно найти суммарную площадь всех воздухораспределителей:
166370183515


где Lin — расход приточного воздуха, м3/с. После этого выбираем тип и типоразмер воздухораспределителя по справочным данным или каталогам фирм-производителей и находим площадь подводящего патрубка воздухораспределителя F0. Тогда количество воздухораспределителей N найдём с округлением до целого числа как:
166370184150


Взаимодействие струй при N > 1 представляется возможным учесть, если они развиваются

одинаковых условиях, являются параллельными или соосными встречными, так как остальные случаи не изучены. Поэтому при выборе типоразмера воздухораспределителя следует руководствоваться рекомендациями:

количество воздухораспределителей должно быть минимальным;

в пределах помещения следует использовать воздухораспределители одного типоразмера;

размеры площадки пола А1 или Б1 (рис. 1), обслуживаемой одним воздухораспределителем, принимать не более 6 м (соотношение большей стороны такой площадки к меньшей А1/Б1 = 1,0-1,4);

можно не опасаться увеличения количества воздухораспределителей сверх определённого по (9), так как при этом начальная скорость V0 уменьшается.

При затруднениях с выполнением этих рекомендаций следует выбрать другое количество воздухораспределителей этого типоразмера, другой типоразмер или изменить схему подачи приточного воздуха и тип воздухораспределителя