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;
∆t0 — избыточная температура приточного воздуха;
∆zв = 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 ∆t0max 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 ∆t0max соответствует требуемому значению, то проверяются параметры Vxmax, ∆txmax в обслуживаемой зоне с учетом коэффициента неизотермичности — Kн по следующим формулам:
Полученные Vxmax, ∆txmax , должны быть не более нормируемых согласно заданию.
Если полученное значение ∆t0max 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 ∆t0max и вновь сопоставить с требуемым.
3 вариант. При проектировании системы воздушного отопления необходимо предусмотреть возможность отключения части воздухораздающих решеток. Для новых условий следует пересчитать ∆t0max, 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, ∆обрmax, 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 ∆t0хол из тепловоздушного баланса для холодного периода.
Если ∆t0хол≤ ∆t0max , 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 ∆t0хол 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∆t0max . Если полученное значение ∆t0max≥∆t0хол, то рассчитываются новые значения Hx и KxH при новых значениях V0 и ∆t0хол по описанной выше схеме, и параметры воздуха в приточной струе:
Vxmax, ∆txmax, 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 ∆t0max температура в режиме воздушного отопления по формуле:
Полученное значение сопоставляется с требуемым ∆t0хол из тепловоздушного баланса для холодного периода. Если ∆t0max≤∆t0xол, то расчет считается законченным.∆t0xол , 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 ∆t0max 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 ∆t0max 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 ∆t0max=∆t0xол, 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 ∆t0max . Если полученное значение ∆t0max≥∆t0xол, то рассчитываются параметры воздуха в приточной струе на расстоянии 1 м от воздухораспределителя: Vxmax при новом значении V0 и ∆t0max при ∆t0xол 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.
Л. Я. Баландина, к. т.н.,
Руководитель НИЛАА
«Арктос»
