Система отопления

Особенности раздачи теплого  воздуха в помещениях с системами воздушного отопления

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 x_в с координатами по длине — x_в, по высоте — z_в. 

x_в = 0,63 • H

z_в = 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;
• Δt₀ — избыточная температура приточного воздуха;
• Δz_в = h_o - z_в-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  Δt0max 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 Δt_0max соответствует требуемому значению, то проверяются параметры Vxmax, Δtxmax в обслуживаемой зоне с учетом коэффициента неизотермичности — Kн по следующим формулам: 

Полученные V_xmax, Δt_xmax, должны быть не более нормируемых согласно заданию.

Если полученное значение Δt_0max 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 Δt_0max и вновь сопоставить с требуемым.

3 вариант. При проектировании системы воздушного отопления необходимо предусмотреть возможность отключения части воздухораздающих решеток. Для новых условий следует пересчитать Δt_0max, 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 V_обрmax, Δ_обрmax, сопоставляются с нормируемыми. 

Рисунок 2. Дальнобойность вертикальных нагретых струй 

Рисунок 3. Номограмма для определения коэффициента неизотермичности KH_хол при H_хол / 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 Δt_0хол из тепловоздушного баланса для холодного периода.

Если Δt_0хол ≤ Δt_0max, то определяется геометрическая характеристика Hхол по номограмме или формуле: 

Рассчитывается  значение H_хол/F₀. Если H_хол / 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 H_хол / F₀ < 14.7, то по графику на рисунке 2 определяется относительная дальнобойность нагретой струи H_хол / 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 KH_хол, рассчитываются параметры воздуха в струе в холодный период года и сопоставляются с нормируемыми. 

Если x < h0 — hо.з, то следует уменьшить Δt_0хол 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 Δt_0max. Если полученное значение Δt_0max ≥ Δt_0хол, то рассчитываются новые значения Hx и KxH при новых значениях V₀ и Δt_0хол по описанной выше схеме, и параметры воздуха в приточной струе: 

V_xmax, Δt_xmax, 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 Δt_0max температура в режиме воздушного отопления по формуле: 

 

Полученное значение сопоставляется с требуемым Δt_0хол из тепловоздушного баланса для холодного периода. Если Δt_0max ≤ Δt_0xол, то расчет считается законченным. Δt_0xол, 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 Δt_0max 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 Δt_0max 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 Δt_0max = Δt_0xол, 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 Δt_0max. Если полученное значение Δt_0max ≥ Δt_0xол, то рассчитываются параметры воздуха в приточной струе на расстоянии 1 м от воздухораспределителя: V_xmax при новом значении V₀ и Δt_0max при Δt_0xол 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.