водопостачання та водовыдведення / Інженерне обладнання будинків. Кравченко В. С., Садлій Л. А., Давидчук В. І
..pdf
припливне повітря у всьому об’ємі приміщення і шкідливі виділення розчиняються у припливному повітрі та рівномірно розподіляються у всьому приміщенні.
Проектування вентиляції цього типу повинно передбачати достатньо низьку швидкість повітряного струменя в робочій зоні.
Вільні ізотермічні струмені повітря. Повітряний струмінь,
утворе-ний повітрям кімнатної температури, яке надходить до приміщення через отвір і не має перешкод, називають вільним ізотермічним струменем ( мал.6.2 ). Струмінь має кілька зон, але з практичної точки зору найважливішою є основна ділянка, на якій створюється турбулентний потік. Осьова швидкість на цій ділянці обернено пропорційна віддалі від отвору. Кут розширення, на значення якого впливають форма і кількість отворів та геометрія приміщення, за літературними даними становить 20...24о. Його збільшують, використовуючи спеціальні конструкції розподільників повітря , але на порівняно невеликій віддалі від отвору потік однаково перетворюється на струмінь з вказаним кутом розширення.
Мал. 6.2. Схема компактного струменя
Різні типи розподільників повітря формують і струмені різних типів - конічний, площинний, кільцевий, віяловий. Однак на форму струменя впливає не тільки форма розподільника, а й розташування отвору. Якщо отвір розташований поблизу поверхні огородження, то струмінь настилається на цю поверхню і називається настилаючим чи напівобмеженим (мал 6.3). Механізм його виникнення (ефект Коанди) достатньо простий - повітря, яке знаходиться між стелею та припливним струменем, підхоплюється потоком, створюючи розрідження, яке відхиляє струмінь.
Струмінь буде настилатися лише тоді, коли віддаль від припливного отвору до стелі не перевищуватиме 0.3 м. Горизонтальний кут розширення збільшується до 30о, вертикальний залишається в звичайному діапазоні. Швидкість повітря в такому потоці зростає. Ефект Коанди використовують для подачі холодного повітря в приміщення вздовж стелі, звідки припливне повітря опускається в робочу зону.
309
Мал. 6.3. Схема струменя, який настилається
Одним з важливих показників є далекобійність струменя. Для настінних розподільників повітря в каталогах вказується значення х0.2 - віддаль до точки, де осьова швидкість струменю падає до 0.2 м/с. Системи вентиляції проектуються таким чином, щоб в робочій зоні уникнути високої швидкості повітряних потоків. Оскільки в більшості випадків припливні потоки не досягають робочої зони, то для неї важливою є швидкість зворотних повітряних потоків ( руху повітря від протилежної до місця розташування припливного отвору стіни) . Швидкість зворотного потоку становить близько 70% від кінцевої швидкості струменю. Якщо швидкість струменю біля протилежної стіни становить 0.2 м/с, то швидкість зворотного потоку дорівнюватиме 0.14 м/с. Така швидкість приймається максимальною при забезпеченні комфортних умов в приміщенні. Тому для розподільника, розташованого на стіні поблизу стелі, рекомендують величину х0.2 , рівну глибині приміщення.
Для розподільника, розташованого на стелі, в довідниках наводиться горизонтальна довжина струменя. Для приміщень висотою не більше 3.5 м використовують горизонтальний розподіл повітря. Потрібну далекобійність струменя визначають за аналогією зі стіновим розподільником. Слід також враховувати, що при використанні такого розподільника струмінь буде настилаючим, а повітря в приміщенні рухатиметься до центра плафону, тому на поверхні стелі довкола розподільника накопичуватиметься пил.
Структура повітряного потоку залежить не лише від форми розподільника повітря та його розташування відносно стін та стелі. Важливе значення має і форма приміщення. Якщо поперечний переріз струменю досягає 40% поперечного перерізу приміщення, ежекція внутрішнього повітря припиняється і струмінь не проникає на всю глибину приміщення. Він розвертається і у вигляді зворотного потоку рухається туди, де повітря підсмоктується припливним струменем. Збільшення початкової швидкості струменю не дозволяє збільшити його довжину. В тій частині приміщення, до якої струмінь не дістає,
310
утворюються один або два циркуляційних потоки, залежно від глибини кімнати. Вважається [10], що струмінь проникає до кінця кімнати, якщо глибина кімнати перевищує висоту не більше, ніж в три рази.
Неізотермічні струмені повітря. Неізотермічним називають струмінь, температура повітря якого відрізняється від кімнатної. Для неізотермічних умов характер процесу ускладнюється через те, що температурний вплив на струмінь відхиляє його вниз. Відхилення струменя від початкового напрямку залежить від різниці температур припливного та внутрішнього повітря. Холодний настилаючий струмінь ефектом Коанди притискається до стелі, а температурний вплив на певній віддалі від припливного отвору відриває його від поверхні. Існують [10] емпіричні формули для визначення віддалі між отвором та точкою відриву.
Ефект Коанди дуже вигідно використовувати при подачі в приміщення холодного повітря. Настилаючий струмінь краще змішується з внутрішнім повітрям і зростання температури досягається раніше, ніж повітря надійде до робочої зони. При цьому слід забезпечити високу початкову швидкість, інакше струмінь настилатися не буде. Якщо ж струмінь відірветься від стелі занадто рано, холодне повітря надійде в робочу зону. Тому під час проектування користуються наступним критерієм: віддаль до точки відриву повинна становити 60% від глибини кімнати, що забезпечує максимальну швидкість в робочій зоні на такому ж рівні, як і при ізотермічних процесах. Якщо відрив настане раніше, то висока швидкість струменя та різниця температур призведуть до утворення протягів.
6.6.2. Вентиляція методом витіснення
Традиційний спосіб вентиляції виробничих приміщень - вентиляція потоком, який витісняє. Його використовують і для комфортної вентиляції. При правильних розрахунках цей спосіб забезпечує високу ефективність вентиляції.
Розподільники повітря при такому способі встановлюються на незначній висоті над підлогою і повітря подається безпосередньо в робочу зону. Конвективні потоки від людей та інших джерел тепла під-німаються вгору і нагріте повітря видаляється через витяжні отвори, розташовані на стелі. Правильно запроектована система забезпечує дуже високу якість повітря. Однак широкому застосуванню перешкоджає таке:
розподільники повітря мають великі розміри та займають багато місця;
розподільники часто закриваються;
через високу швидкість повітря виникає проблема протягів;
311
надто великі значення температурного градієнта.
Крім того, наявність кількох джерел тепла, розташованих на різній висоті, рух людей та предметів в приміщенні сприяють рухові повітря з верхньої зони в нижню, що перетворює метод у вентиляцію розбавленням. Однак потрібно відмітити, що вентиляція витісненням використовується в так званих системах вентиляції підлоговими каналами ( UFAD системи ) та при використанні певних типів кондиціонерів – прецизійних чи шафових.
6.7. Вентиляційне обладнання та аксесуари
До систем вентиляції входять групи різного обладнання - вентилятори, вентиляторні агрегати, вентиляційні установки, глушники шуму, фільтри, калорифери, регулятори та розподільники потоків тощо.
6.7.1. Вентилятори
Вентилятор – це механічний пристрій, призначений для транспортування повітря в системах механічної вентиляції. За конструкцією та принципом дії вентилятори поділяють на осьові (аксіальні), радіальні (відцентрові) та діаметральні (тангенційні). За повним тиском, який вони створюють, вентилятори бувають низького (до 1кПа), середнього (до 3 кПа) та високого (до 12 кПа) тиску, за напрямком обертання робочого колеса - правого та лівого обертання. Залежно від того, для транспортування якого середовища вони призначені, вентилятори поділяють на звичайні, корозійностійкі, термостійкі, вибухобезпечні та пилові. За способом з’єднання робочого колеса з електродвигуном вентилятори можуть бути з безпосереднім з’єднанням, зі з’єднанням через еластичну муфту, з клиноремінною передачею та з регульованою безступеневою передачею. За місцем встановлення вентилятори поділяють на звичайні, встановлені на спеціальній опорі, канальні, встановлені безпосередньо в повітропроводі та дахові, встановлені на даху.
Основними характеристиками вентиляторів є такі параметри: витрата повітря, м3/год; повний тиск, Па; частота обертання, об/хв.; споживана потужність, кВт; коефіцієнт корисної дії; рівень звукового тиску, дБ.
Осьовий вентилятор (мал.6.4) – це розташоване в циліндричному корпусі колесо із консольних лопатей, закріплених під кутом до площини обертання. Робоче колесо найчастіше закріплюється на валу електродвигуна. При обертанні колеса повітря захоплюється лопатями і транспортується в осьовому напрямку. Порівняно з іншими
312
типами, осьові вентилятори мають більший ККД і застосовуються в основному для подачі значної кількості повітря при малих опорах мережі.
Мал. 6.4. Загальний вигляд та схема осьового вентилятора
Радіальний вентилятор (мал.6.5) – це розташоване в спіральному корпусі робоче колесо, при обертанні якого повітря потрапляє в простір між лопатями, рухається в радіальному напрямку і стискається.
Мал. 6.5. Схема та загальний вигляд відцентрового вентилятора
Під дією відцентрової сили повітря відкидається в спіральний корпус і спрямовується в нагнітальний отвір. Лопатки робочого колеса виготовляють загнутими вперед чи назад. В системах вентиляції та кондиціювання застосовують такі радіальні вентилятори:
313
одностороннього чи двостороннього всмоктування, на одному валу з двигуном чи ні, із загнутими вперед чи назад лопатями (мал. 6.6)
314
аб
Мал.6.6. Вентилятор із загнутими назад (а) та вперед (б) лопатями
Діаметральний вентилятор (мал.6.7) складається з робочого колеса барабанного типу з загнутими вперед лопатями та корпусу, який має патрубок на вході та дифузор на виході. Повітряний потік через робоче колесо проходить двічі. Такі вентилятори створюють плоски рівномірний потік повітря великої ширини і досить широко використовуються в установках кондиціювання та вентиляції.
Мал.6.7. Діаметральний вентилятор
Вентилятори підбирають за індивідуальними характеристиками, наведеними в каталогах фірм – виробників, таким чином, щоб при за-
314
даних значеннях витрати та тиску ККД вентилятора був максимальним.
6.7.2. Вентиляторні агрегати
Вентиляторний агрегат – це установка, в якій вентилятор змонтований з електродвигуном. Більшість вентиляторів надходить в агрегатованому вигляді. До вентиляторних агрегатів відносяться канальні та дахові вентилятори.
Канальні вентилятори призначені для встановлення безпосередньо у вентиляційну мережу круглого чи прямокутного перерізу (мал. 6.8).
Мал. 6.8. Загальний вигляд канального вентилятора для круглих каналів
Вентилятори цього типу встановлюються на одному валу з двигуном в єдиному корпусі, всмоктувальний та напірний патрубки розташовані на одній лінії. Такі вентилятори мають витрату повітря 150...14000 м3/год при повному тискові 50...800 Па, потужність електродвигуна 0.3...2.7 кВт та масу від 2 до 135 кг.
Для витяжних систем вентиляції призначені дахові вентиляторні агрегати ( мал. 6.9 ), які встановлюються на покрівлі і складаються з вентилятора, електродвигуна, пристроїв регулювання, виконаних в одному корпусі. Продуктивність таких агрегатів становить 180...11000 м3/год, повний тиск 25...700 Па, потужність - 0,03 ...2,8 кВт Вони зручно монтуються на даху, що дозволяє економити корисну площу будівлі.
315
Мал.6.9. Влаштування дахового вентилятора
6.7.3. Вентиляційні установки
Вентиляційні установки поділяють на припливні, витяжні, припливно– витяжні та повітряно - теплові завіси.
Припливні установки призначені для подачі в приміщення свіжого повітря і здійснюють його фільтрування, нагрівання та подачу в систему повітропроводів. Припливна вентиляційна установка ( мал. 6.10 ) складається з корпусу, в якому змонтовані фільтр, калорифер, вентилятор, система автоматики та звукоізоляція. Система автоматичного регулювання дозволяє плавно регулювати теплову потужність калорифера. При застосуванні такої установки додатково використовуються пристрої для забору повітря, клапани, глушники шуму, регулюючі пристрої та розподільники повітря. Вибір здійснюється за продуктивністю та потрібним тиском.
Мал. 6.10. Припливна вентиляційна установка
Для видалення повітря з приміщень можуть використовуватись: витяжні вентилятори, розташовані безпосередньо в стіні, дахові вентилятори, канальні вентилятори та витяжні вентиляційні установки. До складу установки входить вентилятор двостороннього всмоктування, який з’єднується з електродвигуном ремінною передачею. Передба-
316
чається встановлення пристроїв для забезпечення герметичності та зменшення вібрації.
Припливно – витяжні установки з утилізацією тепла (мал.6.11) широко використовуються в офісних приміщеннях, кіноконцертних залах тощо. На ринок України такі установки надходять від багатьох фірм і є достатній вибір. До складу такої установки входять вентиляторні агрегати припливного та витяжного повітря, фільтри для очищення повітря, калорифери для нагрівання припливного повітря та пристрій для утилізації тепла витяжного повітря. Залежно від типу утилізатора до 90% тепла може утилізуватись. Установки дуже легко монтуються та прості в експлуатації.
Для утилізації тепла в системах кондиціювання чи вентиляції використовуються такі способи:
Twivent - з двома теплообмінниками батарейного типу та проміжним теплоносієм;
Directvent - з пластинчатим рекуперативним теплообмінником;
Heatvent - із застосуванням теплових труб;
Rotorvent - з обертовим ротором - регенератором.
Мал. 6.11. Конструкція припливновитяжної установки
Ефективність утилізації тепла при використанні роторів становить 80...90%, установок з тепловими трубами 55...75%, з пластинчатими перехресноструменевими рекуператорами - 40...60% та з теплообмінниками батарейного типу - 40...45%.
Twivent. В якості проміжного теплоносія використовується водний розчин етиленгліколю, оскільки він замерзає при температурах нижче 0 0С та не викликає корозії. Використання такої схеми дозволяє утилізувати теплоту в установці з віддаленими один від одного потоками
317