Уважаемые читатели, мы начинаем публикацию отдельных глав из книги “Системы вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию для предприятий пищевой промышленности” Группы Компаний “ТермоКул”. В этом выпуске опубликована глава 7.1.
Основные характеристики
Подача приточного воздуха в канальных и бесканальных системах воздухораспределения осуществляется в виде струй.
Струи приточного воздуха состоят из двух участков: начального и основного. В подавляющем большинстве случаев рабочим является основной участок приточных струй.
Начальный участок приточных струй характеризуется тем, что осевая скорость струи равна приточной.
Длина (м) начального участка приточных струй определяется по формулам:
для компактных и веерных струй
хнач= m/f0; (7.1)
для плоских струй
хнач= m2b0; (7.1а)
где m – аэродинамический коэффициент воздухораспределителя (конструктивная характеристика); f0 – площадь живого сечения для выхода приточной струи, м2; b0 – ширина (высота) отверстия для выхода приточной струи из воздухораспределителя, м.
Для перфорированных воздухораспределительных устройств (перфорированные воздуховоды, панели и др.) за ширину b0 принимают ширину перфорированного участка (например, ширина перфорированного воздуховода).
Основной участок приточных струй характеризуется тем, что осевая скорость постепенно уменьшается по мере увеличения расстояния х от воздухораспределителя до рассматриваемого сечения.
Компактные и плоские приточные струи характеризуются тем, что векторы скорости при истечении воздуха из воздухораспределителя параллельны между собой, а веерные и конические – тем, что векторы скорости при истечении воздуха из приточных отверстий образуют между собой некоторый угол.
Компактные струи образуются при истечении воздуха из отверстий круглой формы или формы, близкой к квадратной (при истечении из цилиндрических и конических патрубков и сопел, душирующих патрубков различной конструкции, приточных регулирующих решеток, щелевых решеток при отношении длины к ширине менее 5.
Плоские струи образуются при истечении из отверстий вытянутой прямоугольной и щелевидной формы (при истечении из плоских сопел, решеток с параллельными направляющими лопатками, щелевидных насадок с параллельными направляющими лопатками, перфорированных воздухораспределителей и др). Плоские струи преобразуются в компактные на расстоянии (м) x =6l0, где l0 – длина щели воздухораспределителя, м.
Веерные и конические струи образуются при истечении воздуха из воздухораспределителей, выполненных в виде дисковых и других потолочных плафонов.
Веерные струи образуются в случае принудительного увеличения угла раскрытия струи. Полные веерные струи имеют угол раскрытия 360°; неполные – менее 360°. Неполные веерные струи образуются при истечении воздуха из устройств, выполненных в виде приколонных воздухораспределителей, веерных решеток и др.
Воздух подается в помещения, как правило, приточными струями, имеющими температуру tП, отличающуюся от температуры воздуха помещений. В теплый период года температура tП приточного воздуха в основном ниже температуры tВ воздуха помещений; в холодный период года tП может быть выше или ниже tВ в зависимости от значения теплопритоков, поступающих в помещения. Следовательно, приточные струи в основном неизотермические. Развитие таких струй происходит под влиянием инерционных и гравитационных сил, возникающих вследствие разности плотности воздуха в струе и помещении и выражаемых критерием Архимеда Аr. Траектория струи и параметры воздуха в ней зависят от соотношения названных сил. Влияние этих сил учитывается коэффициентом неизотермичности Кн, который вводят в формулы при расчете скорости приточного воздуха.
Приточные струи считают свободными, если их движение не нарушается влиянием ограничивающих плоскостей и других струй. Струи считают стесненными, если они испытывают тормозящее действие обратного потока.
В действующих системах имеют место только стесненные струи, так как они ограничены в движении строительными конструкциями, оборудованием, трубопроводами и т. д. Теорию свободных струй принимают иногда при расчете систем воздухораспределения с целью облегчения расчетов с последующей корректировкой полученных результатов поправочными коэффициентами или в связи с отсутствием соответствующих математических зависимостей для расчета конкретной системы.
7.1. Характеристика воздухораспределительных устройств
| № п/п |
Наименование | Схема | Коэффициенты | Коэффициент местного сопротивления ξ | |
| m | n | ||||
| 1 | Коническое сопло |  |
6,6 … 7,7 | 4,5…5,8 | 1,05 … 17 |
| 2 | Цилиндрическое сопло |  |
6,0 | 4,5 | 1,05 … 1,1 |
| 3 | Решетка регулирующая типа РР: 100×200; 100×400; 200×200; 200×400; 200×600 |
 |
4,5 | 3,2 | 2,2 |
| 4 | То же со створками, установленными под углом 90° | 1,8 | 1,2 | 3,3 | |
| 5 | Щелевой насадок с параллельными направляющими |  |
2,5 | 3,2 | 1,5 |
| 6 | Перфорированный воздуховод прямоугольного сечения |  |
2,1 | 1,7 | 1,6 … 2,4 |
| 7 | Перфорированный воздуховод круглого сечения |  |
0,5 | 1 | 1,6 … 2,4 |
| 8 | Плафон регулируемый многодиффузорный круглого сечения типа ПРМ: d0=250; 215; 400; 500 мм |
 |
0,7 … 3,2 | 0,6…2,8 | 1,3 … 1.4 |
| 9 | То же прямоугольного сечения типа ПРМп: 250×250; 400×400; 500×500 |
 |
1,2 … 2,5 | 1.2 … 3 | 1,3 … 1,7 |
Выбор способов подачи приточного воздуха зависит от высоты и назначения помещений, высоты и вариантов размещения оборудования, а также от требований, предъявляемых к равномерности распределения параметров воздуха.
Высота помещений предприятий для производства мясных, молочных, рыбных и других видов пищевых продуктов в основном не превышает 4,8 м. В новых постройках одноэтажных предприятий высота помещений может составлять 6 м. Поэтому рациональными способами подачи приточного воздуха могут быть способы, обеспечивающие вертикальную подачу через перфорированные панели, каналы, сопловые насадки и потолочные плафоны, а также способы горизонтальной подачи выше рабочей зоны. При выборе способов подачи воздуха одновременно определяют способ удаления отепленных и увлажненных потоков воздуха из помещений. Удаление таких потоков воздуха может осуществляться из верхней или нижней зоны, а также из рабочей зоны помещений. Способ удаления воздуха из помещений и варианты размещения вытяжных устройств и распределительных каналов выбирают с учетом технологических, комфортных, санитарно-гигиенических условий и требований техники безопасности обслуживающего персонала, находящегося на постоянных рабочих местах.
Выбирая способы подачи и удаления воздуха, одновременно предварительно выбирают приточные и вытяжные воздухораспределительные устройства, их число и варианты размещения относительно друг друга. Совместным выбором способов подачи и удаления воздуха практически обусловлен выбор способа воздухораспределения в данном помещении.
Применяемые способы воздухораспределения характеризуются в зависимости от направления движения подаваемого в помещения воздуха: “сверху вниз”, если подача происходит в верхней зоне, а удаление – в рабочей; “сверху вверх”, если подача и удаление воздуха происходят в верхней зоне помещений, как правило, такой способ обеспечивает движение подаваемых потоков выше уровня рабочей зоны, а в рабочей зоне заданная скорость движения воздуха создается обратным потоком; “сбоку вверх” и т. д. При выборе способа воздухораспределения учитывают направление теплопритоков и зоны помещений, характеризуемые максимальным поступлением теплоты или влаги.
Расчет систем воздухораспределения состоит из трех основных разделов: 1) определение параметров и расхода воздуха; 2) определение сечений воздуховодов и воздухораспределительных каналов; 3) определение потерь напора воздуха и подбор вентиляторов.
 |
| Рис. 7.1. Схема цилиндрического сопла с поджатием |
Исходными данными для расчета системы воздухораспределения служат: размеры помещения; места размещения окон и дверей; расположение и размеры технологического оборудования; схемы движения технологических потоков; размеры рабочих зон с размещением продуктов; расположение рабочих мест; требования к параметрам воздуха в рабочей зоне в теплый и холодный периоды года; общие тепло- и влагопритоки; допустимые отклонения температуры и скорости воздуха в рабочей зоне; возможные виды воздухораспределительных устройств и места их размещения, согласованные с технологическими условиями.
Выбор воздухораспределительных устройств можно выполнить на основании данных, приведенных в табл. 7.1, в которой показаны серийно выпускаемые распределительные устройства отечественного производства.
В табл. 7.1 приведены схемы воздухораспределительных устройств и их основные характеристики: аэродинамический коэффициент m, температурный коэффициент n и коэффициент местного сопротивления ξ. Коэффициенты m и n характеризуют темп затухания скорости и температуры воздуха в приточной струе. Такие показатели необходимы для расчета скорости и температуры воздуха в рабочей зоне помещений.
Минимальные значения аэродинамического коэффициента (m = 0,5) относятся к перфорированным воздуховодам круглого сечения, наибольшие значения – к цилиндрическим и коническим соплам. Цилиндрические и конические сопла имеют в основном диаметр выходного отверстия d0=40…70 мм при длине lC = (1,5…2) d0.
Цилиндрические сопла имеют коэффициент местного сопротивления, близкий к 1 (ξ = 1,05… 1,1); аэродинамический коэффициент m = 6. Считается, что коэффициент m у цилиндрических сопел выше, чем у других распределительных устройств, обеспечивающих подачу компактными струями и применяемых на пищевых предприятиях. При таком значении аэродинамического коэффициента цилиндрические сопла способны обеспечить повышенную дальнобойность приточных струй. Поэтому цилиндрические сопла при последовательном их размещении по длине приточных каналов и установке в один ряд применяют в системах воздухораспределения, характеризуемых повышенной кратностью воздухообмена и необходимостью подавать воздух на значительные расстояния (до 10 м) при повышенной скорости движения воздуха в рабочей зоне.
В связи с этим системы распределения воздуха через цилиндрические сопла широко применяют при технологическом кондиционировании в аппаратах для тепловой обработки мясных и рыбных продуктов.
При необходимости обеспечить в технологических системах кондиционирования повышенную скорость воздуха при повышенном значении высоты рабочей зоны помещений (hP. З > 2 м) предусматривают распределение воздуха через конические сопла.
Аэродинамический коэффициент конических сопел m изменяется в широком диапазоне, причем значения его зависят от угла конусности сопла. Конические сопла характеризуются наибольшими (максимально возможными) значениями аэродинамического коэффициента. По мере увеличения угла конусности увеличивается и значение m. При этом максимальное значение m = 7,7…7,8. Одновременно с увеличением m значительно изменяется и коэффициент местного сопротивления.
Ниже приведены значения ξ, конического сопла при изменении отношения выходного диаметра d0 сопла к входному D0.
| ξ | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 |
| d0/D0 | 129 | 41 | 17 | 8,2 | 4,4 | 2,6 | 1,6 | 1,05 |
Разработаны рекомендации по конструкции конического сопла, схема которого приведена на рис. 7.1. Практически здесь показана схема цилиндрического сопла с поджатием. Общая длина сопла lC=1,5D0, длина цилиндрической части lЦ=0,5D0, длина конической части lК равна диаметру D0 на входной стороне сопла. Если на основании данных, приведенных выше, принять d0/D0=0,5, то есть D0=2d0, и принять диаметр выходного отверстия сопла d0=50 мм, то D0=100 мм, lК=100 мм, lЦ=d0=50 мм, общая длина сопла lC=150 мм, коэффициент местного сопротивления ξ=17. Безусловно, такой коэффициент местного сопротивления повышенный. Поэтому желательно применять конические сопла с большим отношением d0/D0.
Коэффициент местного сопротивления конического сопла
ξконс =((1/ε)-1)2 (7.2)
где ε – коэффициент, учитывающий отношение f0/F0;
f0 – площадь выходного отверстия сопла, м2; F0 – площадь входного отверстия сопла, м2.
Помимо устройств, приведенных в табл. 7.1, широко применяют приточные решетки различных конструкций, плафоны и диффузоры потолочного исполнения, способные работать как приточные и вытяжные устройства.
Все воздухораспределительные устройства, кроме устройств, приведенных под номерами 6 и 7, осуществляют сосредоточенную подачу воздуха компактными, неполными или полными веерными струями. При установке их в одном распределительном канале с соответствующим шагом размещения они могут осуществлять рассредоточенную подачу воздуха с целью обеспечения равномерных условий распределения его параметров в рабочей зоне помещений. Воздухораспределительные устройства, приведенные в табл. 7.1 под номерами 6 и 7, обеспечивают рассредоточенную подачу воздуха в помещениях плоскими струями (перфорированные воздуховоды прямоугольного сечения) и неполными веерными струями (перфорированные воздуховоды круглого сечения).
