Особенности раздачи теплого воздуха в помещениях с системами воздушного отопления

2 855

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

Следует отметить, что организация воздухообмена в помещениях, оборудованных системами вентиляции, совмещенными с воздушным отоплением, сопряжена с рядом трудностей по обеспечению расчетной схемы подачи теплого 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 расчетных внутренних условий зависит в основном от двух факторов:
1. расчетной мощности системы (тепло- и воздухопроизводительности);
2. надежности ее работы.

Для правильной организации воздухообмена в помещениях и эффективного обогрева рабочей зоны весьма существенное значение приобретает учет влияния «архимедовых» сил, как на траекторию приточного теплого 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 отечественном рынке.
В отличие от децентрализованных (местных) систем центральные системы воздушного отопления обслуживают, как правило, помещения большого объема 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 (решетки, плафоны, специальные закручиватели и др.).
При проектировании систем вентиляции, совмещенных 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 ее 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 растет, силы вытеснения начинают оказывать существенное влияние на характер развития приточных струй.
Под воздействием гравитационных сил изменяется дальнобойность струи, ее траектория, а внутри самой струи происходит перестройка скоростных и температурных полей — нарушается их подобие в поперечных сечениях.

Рис.1. Схемы подачи воздуха

Наиболее распространенным способом подачи теплого воздуха в такие помещения является подача в верхнюю зону по четырем 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).

Решением проблем раздачи теплого воздуха активно занимается завод «Арктос». И с помощью его разработок в области воздухораспределения и теплового оборудования можно реализовать все четыре схемы. 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 x Hхол,
zв = 0,3 x Hхол,
a1 = 0,58 x Hхол,
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;
dzв = h0–zв–hо.з.= 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 b — угол, под которым струя воздуха входит в рабочую зону, ? = 0,67 x ?;
a — угол наклона жалюзи решеток, град.
Полученное значение сопоставляется с заданным по условиям тепловоздушного баланса для холодного периода года рассматриваемого объекта.
Если рассчитанная величина dt0max соответствует требуемому значению для компенсации недостатков тепла в холодный период года, то проверяются параметры Vxmax, dtxmax в обслуживаемой зоне с учетом коэффициента неизотермичности — Kнхолл по следующим формулам:

Полученные Vxmax, dtxmax должны быть не более нормируемых согласно заданию.

Если dt0max, полученное расчетом, меньше ?t0, заданного по балансу, то возможно несколько вариантов решения этой проблемы:
1-й вариант. Недостающее тепло внести в рабочую зону, например, электрическими тепловентиляторами типа ТЭВ, производимых на заводе «Арктос», мощностью от 2 до 15 кВт.
Более мощное отопительное оборудование от 10 до 50 кВт фирма «Арктос» предлагает на основе водяных тепловентиляторов типа ТВВ. Такое оборудование рекомендуется для обогрева цехов и мастерских, вестибюлей, складов, закрытых спортивных арен, супермаркетов и т.д.
2-й вариант. Например, применить для раздачи теплого воздуха регулируемые решетки АМН или АДН фирмы «Арктос», увеличить угол наклона жалюзи в направлении к рабочей зоне с amin=0° (для теплого периода) до amax=50° (для холодного периода), что соответствует оптимальному развитию струи с максимальной дальнобойностью.
Для этого положения жалюзи рассчитывается значение ?txmax и вновь сопоставляется с требуемым в холодный период года для воздушного отопления.
3-й вариант. При проектировании системы воздушного отопления необходимо предусмотреть возможность отключения части воздухораздающих решеток с тем, чтобы на оставшиеся воздухораспределители увеличился расход и соответствующая скорость на истечении.
Для новых условий следует пересчитать ?t0max и если полученное значение больше заданного, то определяется угол наклона жалюзи ? и соответствующие значения m, n, H, Kн по [6]. Затем традиционно вычисляются параметры воздуха при входе струи в обслуживаемую зону Vxmax, dtxmax для холодного периода года, и полученные значения сопоставляются с нормируемыми. Если новые значения удовлетворяют заданным, то расчет 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 расчету, равной ей, а также несколько превышать ее. Поэтому при сосредоточенной подаче воздуха горизонтальными струями определяется максимальная (допустимая) избыточная температура подаваемого теплого 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 hn — высота помещения, м;
b — ширина зоны обслуживания.
Полученные значения Vобрmax, ?tобрmax сопоставляются с нормируемыми.

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

настенные решетки 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.

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

Полученное значение сопоставляется с требуемым ?t0хол из тепловоздушного баланса для холодного периода.
Если dt0хол < dt0max, то определяется геометрическая характеристика Hхол 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 h0–hо.з, принятой в расчете.
Если x >= h0–hо.з, то по графику на рис. 3 определяется коэффициент неизотермичности Kнхол, 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 воздухораспределители компании «Арктос»:

приточные щелевые решетки 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.

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 ?t0max. Если полученное значение ?t0max ? ?t0хол, то рассчитываются новые значения Hx и Kхн при новых значениях V0 и ?t0хол по описанной выше схеме, и параметры воздуха в приточной струе: Vxmax, ?txmax и сопоставляются с нормируемыми.

Схема Е
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 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 dt0max =< dt0хол, то расчет считается законченным. Если dt0max > dt0хол, то возможны четыре варианта решения.
1-й вариант. Например, 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 dt0max в 2,5 раза. Если новое значение удовлетворяет заданному, то расчет считается законченным.
2-й вариант. Применение панельных воздухораспределителей фирмы «Арктос» 1ВПТ, 1ВКТ, 2ВКТ с турбулизирующими ячейками позволяет увеличить значение dt0max в 1,7 раза при изменении схемы установки ячеек:

для теплого 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-й вариант. Принимается для режима воздушного отопления ?t0max=?t0хол, а недостающее тепло компенсируется с помощью тепловентиляторов. Если новое значение удовлетворяет заданному, то расчет считается законченным.
4-й 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 ?t0max. Если полученное значение dt0max >= dtхол, то рассчитываются параметры воздуха в приточной струе на расстоянии 1 м от воздухораспределителя: Vxmax при новом значении V0 и dtmax при dtхол и сопоставляются с нормируемыми. Если новое значение удовлетворяет заданному, то расчет считается законченным.

Рис. 2. Дальнобойность вертикальных нагретых струй

Рис. 3. Номограмма для определения коэффициента неизотермичности Kнхол при H

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

По материалам группы компаний
«Арктика»

Найдите все свои архитектурные решения через TRUBA.ua: Нажмите здесь чтобы зарегистрироваться. Вы производитель и хотите наладить контакт с клиентами? Кликните сюда.

Автор

ОВВК (ОТОПЛЕНИЕ. ВОДОСНАБЖЕНИЕ. ВЕНТИЛЯЦИЯ кондиционеры.) Журнал

+380 44 501 XX XX +380 44 501 8736

+380 44 501 XX XX +380 44 541 1347

Издатель

ОВВК (ОТОПЛЕНИЕ. ВОДОСНАБЖЕНИЕ. ВЕНТИЛЯЦИЯ кондиционеры.) Журнал