|
Автор Л.Я. Баландина, к.т.н., руководите ль НИЛАА «Арктос» 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 x в с координатами по длине — x в , по высоте — z в : где H — геометрическая характеристика: 
m, n — скоростной и температурный коэффициенты; F 0 — расчётное сечение воздухораспределителя; V 0 — скорость воздуха в расчётном сечении; Ä t 0 — избыточная температура приточного воздуха; Ä z в = h 0 — z в - h о.з = 1 м — высота опуска вершины оси струи над уровнем рабочей зоны; a 1 — длина модуля помещения, обслуживаемого одним воздухораспределителем. При подаче воздуха сверху вниз наклонными струями максимально допустимая избыточная температура подаваемого тёплого воздуха Ä t 0 max рассчитывается по формуле: 
где â — угол, под которым струя воздуха входит в рабочую зону, â = 0,67 x á ; á — угол наклона жалюзи решеток, град. Полученное значение сопоставляется с заданным по условиям тепловоздушного баланса для холодного периода года рассматриваемого объекта. Если рассчитанная величина Ä t 0 max соответствует требуемому значению для компенсации недостатков тепла в холодный период года, то проверяются параметры V x max , Ä t x max в обслуживаемой зоне с учётом коэффициента неизотермичности — K н хол по следующим формулам: 
где 
Полученные V x max , Ä t x max должны быть не более нормируемых согласно заданию. Если Ä t 0 max , полученное расчётом, меньше Ä t 0 , 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 тёплого воздуха регулируемы решётки АМН или АДН, увеличить угол наклона жалюзи в направлении к рабочей зоне с á min = 0 ° (для тёплого периода) до á max = 50 ° (для холодного периода), что соответствует оптимальному развитию струи с максимальной дальнобойностью. Для этого положения жалюзи рассчитывается значение Ä t 0 max 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 Ä t 0 max и если полученное значение больше заданного, то определяется угол наклона жалюзи á и соответствующие значения m, n, H, K н по [6]. Затем традиционно вычисляются параметры воздуха при входе струи в обслуживаемую зону V x max , Ä t x max 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 возрастает с 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 h n — высота помещения, м; b — ширина зоны обслуживания. Полученные значения V обр max , Ä t обр max 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 с турбулизирующими 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 ( K 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 Ä t 0 хол из тепловоздушного баланса для холодного периода. Если Ä t 0 хол < Ä t 0 max , то определяется геометрическая характеристика H 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 x и сравнивается с величиной h 0 - h о.з , принятой в расчете. Если x ≥ h 0 - h о.з , то по графику на рис. 3 определяется коэффициент неизотермичности K н хол , рассчитваются параметры воздуха в струе в холодный период года и сопоставляются с нормируемыми. Если x < h 0 - h о.з , то следует уменьшить Ä t 0 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 ( ∅ 100, ∅ 125, ∅ 160, ∅ 200, ∅ 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 Ä t 0 max . Если полученное значение Ä t 0 max ≥ Ä t 0 хол , то рассчитываются новые значения H x и K н x при новых значениях V 0 и Ä t 0 хол по описанной выше схеме, и параметрывоздуха в приточной струе: V x max , Ä t 0 max и сопоставляются с нормируемыми. Схема E Вначале выполняется расчет воздухораспределения для теплого периода года при максимальном воздухообмене или постоянном круглогодично (расчет на ассимиляцию вредностей или компенсацию местных отсосов). По полученным параметрам V 0 , F 0 , h 0 и принятым характеристикам воздухораспределителя m и n для теплого периода определяется максимально допустимая избыточная Ä t 0 max температура в режиме воздушного отопления по формуле: 
Полученное значение сопоставляется с требуемым Ä t 0 хол из тепловоздушного баланса для холодного периода. Если Ä t 0 max ≤ Ä t 0 хол , то расчет считается законченным. Если Ä t 0 max > Ä t 0 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 Ä t 0 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 Ä t 0 max в 1,7 раза при изменении схемы установки ячеек: для тёплого периода применять по схеме закрученного потока ( m = 0,4; n = 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 Ä t 0 max = Ä t 0 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 Ä t 0 max . Если полученное значение Ä t 0 max ≥ Ä t 0 хол , то рассчитываются параметры воздуха в приточной струе на расстоянии 1 м от воздухораспределителя: V x max при новом значении V 0 и Ä t 0 max при Ä t 0 хол и сопоставляются с нормируемыми. Если новое значение удовлетворяет заданному, то расчет считается законченным. ■ 
Литература 1. Гримитлин М.И. Распределение воздуха в помещениях. — СПб.: АВОК 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 Н.С. Расчёт воздушного отопления компактными вентиляционными струями. 6. Воздухораспределители компании «Арктос», указания по расчёту и практическому применению. Из. третье. — СПб., 2005. |
