Методическое пособие 530

Системы центрального воздушного отопления предназначены для обогрева помещений большого объема или нескольких помещений. В таких системах воздух нагревается до требуемой температуры в калорифере теплового центра (приточной камере); нагретый воздух по воздуховодам подаётся в отапливаемые помещения при помощи воздухораспределителей. В центральных системах воздушного отопления могут использоваться концевые доводчики. Системы без доводчиков используют в помещениях с одинаковыми параметрами приточного воздуха для всех помещений.

При воздушном отоплении, так же, как и при вентиляции, в отапливаемое помещение подается приточный воздух. Температура приточного воздуха при воздушном отоплении всегда выше температуры воздуха внутри помещения, а при вентиляции приточный воздух нагревается до температуры помещения или более низкой. Именно в том, до какой температуры нагрет приточный воздух, и заключается отличие систем воздушного отопления от систем вентиляции. По конструктивному выполнению системы вентиляции и воздушного отопления идентичны, однако в системах воздушного отопления, совмещенных с вентиляцией, калориферы имеют большую тепловую мощность, так как они должны нагреть воздух на больший перепад температур между температурами до и после калорифера. Очевидно, что часть теплоты, содержащейся в приточном воздухе, расходуется на отопление помещений; эта теплота передаётся от приточного воздуха воздуху помещений путем смешивания с ним. Следовательно, приточный воздух становится частью смеси с воздухом помещения [3].

60

Для подачи нагретого воздуха в помещения и организации воздухообмена в настоящее время используют в основном следующие схемы подачи воздуха (рис. 8.1).

-Способ подачи воздуха в верхнюю зону помещения горизонтальными свободными (не настилающимися на перекрытие) струями (рис. 8.1.1). Такие струи образуют в помещении обратные циркуляционные потоки, омывающие рабочую зону помещения. Такой способ организации воздухообмена получил название «сосредоточенной подачи воздуха»; при этом используют воздухораспределители, которые образуют компактные и неполные веерные струи.

-Подача воздуха в помещение осуществляется настилающимися на перекрытие струями (рис. 8.1.2). Приточные нагретые струи настилаются на потолок, достигают противоположной стены помещения, разворачиваются и, опускаясь вдоль стены, поступают вертикально в рабочую зону. Такая схема позволяет добиться лучшего смешивания подаваемого воздуха с воздухом помещения.

-Подача приточного воздуха, выпускаемого из воздухораспределителей, установленных в верхней зоне помещения; при этом струи выпускаются из воздухораспределителей в направлении рабочей зоны под углом к горизонту (рис. 8.1.3).

61

Рис. 8.1. Основные схемы подачи приточного воздуха в помещение:

1 - воздухораспределительные устройства (BP); Н - высота помещения; L - длина помещения, обслуживаемого одной струей; hp3 - высота рабочей (обслуживаемой) зоны

62

помещения; V0· t0=t0-tB - скорость, м/с, и перепад температур между температурой приточного воздуха, поступающего из воздухораспределителя, и воздуха помещения, °С; β - угол наклона оси струи к горизонту, град.

Подача воздуха может осуществляться горизонтальными компактными плоскими или неполными веерными струями, (рис. 8.1.4). Отличие схемы (рис. 8.1.2) состоит в том, что струя опускается в направлении рабочей зоны в результате встречи с вертикальным ограждением или взаимодействия со встречной струей; в рабочую зону струя входит вертикально.

На рис. 8.1.5 представлена схема подачи воздушной струи из верхней зоны помещения вертикальными компактными неполными веерными, плоскими или коническими струями, поступающими в рабочую зону. Такую схему целесообразно применять в помещениях с сосредоточенными источниками тепловыделений, в которых из-за наличия мощных конвективных потоков над горячим оборудованием может происходить перегрев верхней зоны помещения. А с помощью вертикальных струй приточного воздуха можно перемещать избыточную теплоту из верхней зоны в рабочую, тем самым осуществляя её обогрев.

Воздух может подаваться в помещение настилающимися на перекрытие веерными струями, которые разворачиваются на 90 градусов и опускаются вертикально вниз в рабочую зону (рис. 8.1.6). Вертикальная подача теплого воздуха (схема 4, 5 и 6) чаще применяется в производственных помещениях небольшой высоты (до 6 м).

Способ подачи воздуха воздухораспределителями, установленными непосредственно в рабочей или обслуживаемой зоне (рис. 8.1.7). На выходе из воздухораспределителя (в зависимости от его типа) могут образовываться веерные, неполные веерные, компактные, плоские или закрученные струи. Иногда выпуск воздуха в рабочую зону осуществляется со скоростью и температурой, близкой к нормируемым значениям, без активного вовлечения в циркуляцию воздуха из верхней зоны, т. е. используется

63

метод «затопления». Способ подачи воздуха в рабочую зону (рис. 8.1.7) имеет узкую область применения в системах воздушного отопления. Так, если использовать подачу приточного нагретого воздуха закрученными струями, обладающими повышенной эжектирующей способностью окружающего воздуха в струю, то дальность струи уменьшается по сравнению с прямоточными струями. Поэтому раздача приточного воздуха такими струями применяется, как правило, для обогрева нагретым воздухом малообъёмных помещений, т. е. помещений малой высоты и небольших размеров в плане. Основным требованием к системе отопления в этом случае является обеспечение нормируемых параметров воздуха в рабочей зоне при незначительном удалении от воздухораспределителя. Отметим, что «всплывание» тёплого воздуха при малой высоте помещения не опасно.

Следует отметить, что основным требованием к системам центрального воздушного отопления является обеспечение нормируемых параметров микроклимата в рабочей зоне.

Подаваемый в отапливаемое помещение нагретый воздух стремится подняться вверх, а отапливать необходимо рабочую зону (высотой 2 м от уровня пола), в этом заключается основная сложность при проектировании систем воздушного отопления. Для того чтобы струя нагретого воздуха достигла рабочей зоны, необходимо, чтобы инерционные силы в струе были бы больше гравитационных.

Следовательно, для воздушного отопления следует применять такие способы раздачи, в которых струи нагретого воздуха имеют большие скорости и повышенную дальнобойность. Такие струи должны меньше эжектировать окружающий воздух, т. к. подмешивание окружающего воздуха в струю приводит к снижению скорости её движения и, следовательно, уменьшению её дальнобойности, а также к снижению температуры воздуха. Поэтому при организации воздушного отопления предпочтение следует отдавать

64

сосредоточенной подаче воздуха (схемы 1 и 2, рис. 8.1.1, 8.1.2) и раздаче воздуха под углом (схема 3, рис. 8.1.3).

Воздух для отопления должен подаваться в помещение с такой температурой, чтобы при смешении его с воздухом помещения и теплообменом с поверхностями ограждений в рабочей или обслуживающей зоне поддерживалась бы нормируемая температура внутреннего воздуха. Расход приточного воздуха Gот, кг/ч, который необходимо подать в отапливаемое помещение, определяется по формуле

где ρпр - плотность воздуха при температуре tпр, кг/м3; ρв - плотность воздуха при температуре tв, кг/м3.

При объеме помещения от , м3, кратность воздухообмена Кр, 1/ч, определяется по формуле

65

Нормативным документом СП 60.13330.2016 [2] установлен верхний предел температуры приточного воздуха - не более 70 °С, чтобы он не терял своих свойств как среда, вдыхаемая людьми. Однако конкретное значение tпр при воздушном отоплении зависит от способа подачи. Так, температура воздуха, подаваемого в рабочую или обслуживающую зону на расстоянии более 2 м от рабочих мест, не должна превышать 45 °С. Если человек подвергается длительному непосредственному влиянию струи нагретого воздуха, температуру этого воздуха рекомендуется понижать до 25 °С.

По формуле (8.1) вычисляют количество приточного воздуха, подаваемого в отапливаемое помещение только с целью его отопления, систему устраивают с полной рециркуляцией.

Если система воздушного отопления совмещена с вентиляцией, количество передаваемого в помещение воздуха определяется следующим образом:

-если расход воздуха Gот, требуемый для отопления, больше или равен расходу воздуха Gвен, потребному для вентиляции, т. е. Gот≥ Gвен, то в расчет принимают температуру и расход отопительного воздуха;

-если расход вентиляционного воздуха больше расхода воздуха, потребного для отопления, т. е. Gвен>Gот, то за расчетный воздухообмен принимается Gвен, система

отопления принимается прямоточной, а температуру приточного воздуха, подаваемого в помещение, определяют по формуле

где tв иQ - то же, что в формуле (8.1).

66

8.3. Описание лабораторной установки по исследованию работы центрального воздушного отопления

Лабораторная установка (рис. 8.2) представляет собой систему воздушного отопления, состоящую из электрического калорифера 1, воздуховода 2, служащего для подачи нагретого воздуха, воздухораспределителей 3 и 4, предназначенных для выпуска воздуха в помещение. Расход приточного воздуха регулируется шиберами 5 и 6. Для перемещения нагретого воздуха служит радиальный вентилятор 7.

Рис. 8.2. Схема лабораторной установки

Установка работает следующим образом. При включении вентилятора 7 воздух из помещения проходит через электрический калорифер 1, нагревается до температуры tnp и по воздуховодам 2 подводится к воздухораспределителям 3 и 4. Воздухораспределитель 3 - это воздухораспределитель типа ВЭПш; при выходе из него воздуха образуется закрученная струя.

Воздухораспределитель 4 - это воздухораспределитель типа ВП; при выходе из него воздуха образуется прямоточная (компактная) струя.

8.4. Порядок проведения работы

Включают установку в работу за 10-15 минут до начала измерений. Измеряют температуру воздуха на выходе из каждого воздухораспределителя и на оси струи через каждые

67

500 мм, начиная от воздухораспределителя, в точках а, б, в, г, д, е (рис. 8.3).

На основании данных табл. 8.1 и 8.2 строят графическую зависимость изменения температуры и скорости движения воздуха по оси струи в зависимости от расстояния от воздухораспределителя и типа воздухораспределителя (рис. 8.4).

I, мм

О 500 1000 1500 2000 2500 3000

Рис. 8.4. Анализ полученных результатов

На основании полученных данных (рис. 8.4) необходимо установить закономерность распределения температуры и скорости движения воздуха в помещении по оси струи.

69