Воздухораспределение в помещениях, классификация систем

Основные положения по организации общеобменной вентиляции.

Подача воздуха без образования сквозняков и застойных зон, обеспечение требуемых значений параметров и чистоты (качества) воздуха в помещении являются одними из важных задач, которые требуется решить при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Для достижения высокой эффективности системы вентиляции или кондиционирования воздуха необходимо правильно подбирать воздухораспределители(приточные  и вытяжные), подходящие для данного конкретного проекта.

Различают два способа основных способа(схемы организации воздухообмена)вентиляции зданий:

• вентиляция вытеснением
• вентиляция перемешиванием

Схемы организации воздухообмена в помещении определяются параметрами системы кондиционирования, аэрогидродинамическими характеристиками приточных и вытяжных устройств, их расположением в обслуживаемом помещении, которое часто обусловлено архитектурными решениями.
Вентиляция вытеснением преимущественно используется для вентилирования больших промышленных помещений, поскольку она может эффективно удалять излишки тепловыделений, если правильно рассчитана.

Воздух подаётся на нижний уровень помещения  и течёт в рабочую зону с малой скоростью. Этот воздух должен быть несколько холоднее, чем воздух помещения, чтобы работал принцип вытеснения. Этот метод обеспечивает прекрасное качество воздуха, но он менее пригоден для использования в офисах и других небольших помещениях, поскольку терминал направленной подачи воздуха занимает довольно много места, и часто непросто избежать сквозняков в рабочей зоне.  Воздух, который несколько холоднее, чем воздух в помещении, подаётся в рабочую зону(или обслуживаемую зону).   

Вентиляция перемешиванием является предпочтительным способом раздачи воздуха в ситуациях, когда необходима, так называемая, комфортная вентиляция.

Основой  этого  метода является то, что подаваемый воздух поступает в рабочую зону уже смешанным с воздухом помещения. Расчёт системы вентиляции должен быть сделан таким образом, чтобы воздух, циркулирующий в рабочей зоне, был достаточно комфортным. Другими словами, скорость воздуха не должна быть слишком большой, и температура внутри помещения должна быть более или менее однородной.  При расчётах вентиляции перемешиванием самым важным моментом является обеспечение того, чтобы скорость воздуха в рабочей зоне не была слишком высокой, иначе возникает ощущение сквозняка. Воздух подаётся одним или несколькими воздушными струями вне рабочей зоны.

Системы воздухораспределения – выбор и решаемые задачи

Воздухораспределение является одной из самых сложных задач, которая, по существу, определяет конечный, потребительский эффект работы вентиляции и кондиционирования воздуха. Как подать воздух в помещение, чтобы избежать сквозняков и застойных зон, обеспечить равномерное распределение температуры воздуха в рабочей (обслуживаемой) зоне, не допустить перетопов, избыточного охлаждения и вентилирования помещения, загрязнения «чистых» зон вредными выделениями «грязных»? Все эти вопросы рассматриваются при выборе схемы организации воздухообмена и типа воздухораспределителей, непосредственно подающих воздух в помещение.

Воздухораспределители(далее –ВР) и или воздухораспределительные устройства(далее – ВРУ) включительно приточные и вытяжные, являются важнейшими элементами систем кондиционирования воздуха и вентиляции. Однако выбор систем воздухораспределения является достаточно сложной задачей и требует знания всех разработок в этой области.

Задача воздухораспределителей состоит в обеспечении равномерного распределения воздуха в помещении с целью:

• ассимиляции тепловой нагрузки, как положительной, так и отрицательной;
• ассимиляции взвешенной в воздухе мельчайшей пыли и удаление ее вытяжной системой;
• поддержания в помещении заданной минимальной неравномерности температуры и скорости движения воздуха (градиента температуры и скорости в пределах установленного диапазона по вертикали и горизонтали).

При проектировании систем воздухораспределения следует учитывать фактические особенности помещения, которые могут влиять на распространение (циркуляцию) воздуха:

• наличие препятствий на пути движения воздушных струй;
• наличие локальных интенсивных тепловых источников;
• изменения температуры и/или расхода воздуха (например, в системах с переменным расходом) в приточных струях, влияющие на их дальнобойность.

При выборе типа и размера воздухораспределителей (ВР) не следует забывать о том, что любой из них является источником шума в обслуживаемом помещении. Уровень шума ВР, выражаемый в Дб (А), составляет обычно от 25 до 35 единиц. В любом случае после монтажа оборудования следует самым тщательным образом измерить фактические параметры создаваемого ВР шума. Кроме того, необходимо также определить параметры потери нагрузки – в зависимости от значений объемного расхода воздуха они варьируются в диапазоне от 5 до 35 Па. Воздухораспределители можно классифицировать по схемам организации воздухообмена, которые в свою очередь делятся на две основные группы: перемешивающие и вытесняющие.

Перемешивающие системы вентиляции (MV)

Перемешивающую вентиляцию называют еще «распределением воздуха посредством турбулентного потока». Это наиболее популярная система распределения воздуха. Она организуется при помощи ВРУ, подающих воздух в помещение воздушными струями, имеющими высокую скорость и турбулентность, вызывающими интенсивную циркуляцию воздуха.

Воздушная струя, входящая в помещение, вовлекает в поток и перемешивает большие объёмы окружающего воздуха. В результате  объём воздушной струи увеличивается, тогда как её скорость снижается тем больше, чем дальше он проникнет в помещение. Подмешивание окружающего воздуха в воздушный поток называется эжекцией.  Движение воздуха, вызванные воздушной струей, вскоре тщательно перемешивают весь воздух в помещении. Загрязняющие примеси, находящиеся в воздухе, не только распыляются, но и равномерно распределяются. Температура в различных частях помещения также выравнивается.

В результате происходит перемешивание свежего воздуха приточной струи с воздухом помещения. Если происходит полное перемешивание, на определенном расстоянии от места притока параметры воздуха (температура, относительная влажность, скорость движения), а также содержание загрязняющих веществ будут одинаковыми в любой точке обслуживаемого помещения. Объемный расход приточного воздуха, как правило, невелик по сравнению с общей перемещаемой массой воздуха в помещении. Начальная скорость приточной струи может изменяться в зависимости от конкретных условий в очень широком диапазоне – от 2 до 20 м/с. Разность температур между приточным воздухом и воздухом в помещении также может быть достаточно высокой как в режиме отопления, так и в режиме охлаждения помещения. Температура воздуха будет практически одинаковой там, где обеспечивается достаточно интенсивное перемешивание воздуха, и, напротив, в застойных зонах могут иметь место значительные температурные перепады. Следует отметить, что на наличие и размеры застойных зон, помимо приточных струй, оказывают влияние естественные конвективные потоки, формируемые в конкретном помещении. Формирование конвективных потоков и их характеристик определяется множеством факторов, таких, в частности, как наличие локальных источников тепла, их мощность, размеры и расположение в помещении, теплоизоляция ограждений помещения и т. п. Отметим, что критичными представляются случаи, когда застойные зоны образуются в рабочей (обслуживаемой) зоне помещения; менее критичны ситуации, когда застойные зоны расположены за пределами рабочей зоны, например, в верхней зоне помещения. Наличие в помещении застойных зон, независимо от вида используемого ВР, более неприятно при отопительном режиме работы вентиляции, в силу естественной тенденции нагретого воздуха перемещаться вверх за пределы рабочей зоны.

Размеры застойных зон можно уменьшить путем соответствующего увеличения объемного расхода и скорости приточного воздуха. Эта, на первый взгляд, банальная операция не должна нарушать комфорт пользователей, находящихся на рабочем участке. В этом смысле довольно проблематичным представляется использование перемешивающих систем с напольным распределением воздуха, когда из-за высокой скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне могут возникать условия ощутимого дискомфорта. Если же условия комфорта не являются обязательными (например, на участках, где не предусмотрено постоянное присутствие людей), то явление температурного расслоения воздуха по высоте может позволить снизить холодильную нагрузку.

Распределения и формы воздушных струй

Воздушная струя состоит из нескольких зон с различными режимами потоков и скоростями перемешивания воздуха. Зона, представляющая наибольший практический интерес, – это основной участок. Скорость в центре(скорость вокруг центральной оси) является обратно пропорциональной расстоянию от диффузора или клапана(ВРУ) , т.е. чем дальше от диффузора, тем меньше скорость воздуха. Воздушная струя полностью развивается на основном участке, и превалирующие здесь условия будут оказывать решающее воздействие на режим потоков в помещении в целом. От  формы диффузора(ВРУ) или проходного отверстия воздухораспределителя зависит форма воздушной струи.

Круглые или прямоугольные проходные отверстия создают компактную воздушную струю конической формы.

Для того чтобы воздушная струя была абсолютно плоской, проходное отверстие должно быть более чем в 20 раз шире своей высоты   или таким же широким, как помещение. Воздушные веерные струи получаются при прохождении через совершенно круглые проходные отверстия, где воздух может распространяться в любых направлениях, как в приточных диффузорах.

Неизотермическая воздушная струя

Картина распределения становится более сложной, когда подаваемый воздух теплее или холоднее, чем внутри помещения. Тепловая энергия, возникающая в результате разницы в плотности воздуха при различных температурах, заставляет более холодный воздушный поток двигаться вниз(струя тонет), а более тёплый воздух устремляется вверх( струя всплывает). Это означает, что две различные силы оказывают воздействие на холодную струю, находящуюся у потолка: эффект настилания, который старается прижать ей к потолку, и тепловая энергия, которая стремится опустить её к полу. На определённом расстоянии от выхода диффузора или клапана тепловая энергия будет преобладать, и воздушная струя в конечном итоге отклонится от потолка.  Отклонение струи и точка отрыва могут быть  рассчитаны с помощью формул, основанных на температурных дифференциалах, на типе выходного отверстия диффузора или клапана, а также на скорости воздушного потока и т.д.

Правильная скорость воздуха в рабочей зоне

Для большинства воздухораспределительных устройств(далее-ВРУ) в каталоге приведены характеристика, называемая длина струи. Под длиной струи понимается расстояние от приточного отверстия диффузора или клапана(ВРУ)  до сечения воздушной струи, в котором скорость ядра потока снижается до определённого значения, обычно до 0,2 м/сек. Длина струи обозначается l 0,2 и измеряется в метрах. Первое, что принимается во внимание при расчётах систем воздухораспределения, – это то, как избежать слишком высоких скоростей воздушного потока в рабочей зоне. Но как правило, в рабочую зону попадает отраженный или обратный ток приточной струи. 

Скорость обратного воздушного потока составляет примерно 70% от скорости, основной воздушной струи у стены. Это означает, что диффузор или клапан, установленный на задней стенке, подающий струю воздуха с конечной скоростью 0,2 м/сек, вызовет скорость воздуха обратном потоке 0,14 м/сек. Что соответствует комфортной вентиляции в рабочей зоне, скорость воздуха в которой не должна превышать 0,15 м/сек. Длина струи для описанного выше диффузора или клапана(ВРУ) такая же, как длина помещения, и в данном примере является прекрасным выбором. Приемлемая длина струи для установленного на стене диффузора лежит между 70 и 100% длины помещения.

Обтекание препятствий

Воздушная струя при наличии препятствий на потолке в виде перекрытий, светильников и др., если они расположены слишком близко от диффузора, может отклониться и опуститься в рабочую зону.

А потом необходимо знать, какое расстояние должно быть (А на графике) между устройством, подающим воздух, и препятствиями для свободного продвижения струи воздуха.

Расстояние до препятствия(эмпирическое) – график показывает минимальное расстояние до препятствия как функцию высоты препятствия (h на рис.)  и температуры воздушной струи в самой низкой точке.

Подача холодного воздуха

Если подаваемый вдоль потолка воздух холоднее воздуха в помещении, важно, чтобы скорость воздушной струи была достаточно высока, чтобы обеспечить её прилегание к потолку.

Если её скорость будет слишком мала, существует риск того, что тепловая энергия может направить воздушную струю вниз к полу слишком рано. На определенном расстоянии от ВРУ, подающего воздух, воздушная струя  в любом случае отделиться от потолка и отклонится вниз. Это отклонение случится быстрее для воздушной струи, которая имеет температуру ниже комнатной, а потому в этом случае длина струи будет короче. Воздушная струя должна пройти, по крайней мере, 60% глубины помещения, прежде чем отделиться от потолка. Максимальная скорость воздуха в рабочей зоне будет, почти такой же, как и при подаче изотермического воздуха( температуры подающего воздуха  и помещения примерно одинаковые)  .  Когда температура подаваемого воздуха ниже комнатной, воздух в помещении будет до некоторой степени охлаждаться. Приемлемый уровень охлаждения (известный как максимальный эффект охлаждения) зависит от требований к скорости воздуха в рабочей зоне, от расстояния до ВРУ(диффузора), на котором воздушная струя отделяется от потолка, и также от типа диффузора и его местоположение. В общем, большая степень охлаждения достигается при использовании потолочного, а не настенного диффузора. Это происходит потому, что потолочный диффузор распространяет воздух во всех направлениях, а потому ему требуется меньше времени для смешивания с окружающим воздухом и для выравнивания температуры.

Поправки для длины струи(эмпирические), график можно использовать для получения примерного значения для длины неизотермической струи.

Основные типы воздухораспределительных устройств(ВРУ) перемешивающей вентиляции

Воздухораспределители, образующие осесимметричные(компактные) струи.

Осесимметричные струи образуются при выпуске воздуха через сопла, отверстия в торце цилиндрической (или квадратно) трубы, а также при истечении через круглые или квадратные отверстия, затенённые решетками, перфорированными листами, сетками. ВР, образующие осесимметричные струи, обеспечивают, как правило, наибольшую по сравнению с другими выпускными устройствами дальнобойность струи.

Воздухораспределители, образующие веерные струи и неполные веерные струи.

Веерные струи могут быть образованы при выпуске воздуха через цилиндрическую трубу диаметром подводящего патрубка D0 путём установки поперёк потока на расстоянии от торца трубы  менее 0,2D0 диска диаметром D>1,3D0. ВР,

образующие веерные струи, обеспечивают наименьшую по  сравнению с другими выпускными устройствами дальнобойность струи.

Воздухораспределители, образующие конические(смыкающиеся и несмыкающиеся) струи.

ВР, устанавливаемые в потолке помещения, имеют цилиндрический патрубок диаметром D0 и высотою ∼ 0.05 ÷ 0,1D0, которым заканчивается  конусная часть ВР. При расположении поперечного диска диаметром D0 вне цилиндрического патрубка на расстоянии от него 0,05D0 образуется веерная струя,  настилающаяся на поверхность потолка. Перемещая диск внутри цилиндрического патрубка на глубину ∼ 0.05 ÷ 0,1D0 позволяет образовать коническую струю.  Вместо диска могут быть установлены соответствующие многодиффузорные вставки.

Присоединение заборников и распределителей воздуха

При неправильном подсоединении воздухозаборников(вытяжки) и воздухораспределителей (притока) к основному воздуховоду систем вентиляции и кондиционирования могут возникнуть дополнительные шумы, достигающие 15÷17дБ. Их источники:

• неотцентрированное размещение воздухозаборников и воздухораспределителей к основному воздуховоду,
• слишком высокая скорость воздуха (при удвоении скорости воздуха, шум растёт на 16 дБ),
• отсутствие направляющих заслонок,
• неправильное размещение заслонок (нельзя размещать вплотную к воздухозаборникам, шум зависит от степени открытия заслонки).

На схеме:

• а)если присутствует изоляционная решетка, то шум не возрастает,
• б) изоляционная решетка отсутствует, повышение шума до 12дБ,
• в) воздухораспределитель размещён соосно, шум не возрастает,
• г) сильное смещение оси воздухораспределителя, повышение шума до 12÷16 дБ.

Увеличение числа заборников и распределителей воздуха

Если в помещение должен поступать (или удаляться из него) большой объём воздуха, лучше установить несколько воздухозаборников и воздухораспределителей вместо одного. При этом воздух будет распределяться равномернее, а скорость воздуха через заборники можно понизить. Уровень шума уменьшится при сохранении объёма воздуха.

Классификация  воздухораспределительных устройств(приток): ВРУ и/или ВР

Классификация ВРУ, представленная в Таблице 1, не претендует на то, чтобы быть исчерпывающей.

Приточные решетки:

Решетки устанавливаются чаще всего в стенах в помещениях, не оборудованных подвесными потолками, либо в случаях, когда приточный воздуховод проложен в коридоре под потолком. У таких ВРУ имеются один или два независимо регулируемых ряда лопаток либо неподвижные горизонтальные планки.

Решетки могут монтироваться непосредственно на выпускные патрубки открытых круглых воздуховодов. В этих случаях рекомендуется оборудовать насадку регулируемой и/или направляющей заслонкой, позволяющей направить приточный воздух в воздуховоде под углом 90° к ВРУ.

Решетки имеют невысокую стоимость и не представляют особой сложности в монтаже. Однако имеется ряд ограничений по их применению в помещениях с высокой тепловой нагрузкой и в обеспечении равномерного распределения воздуха по всему помещению. Кроме того, в помещениях определенного класса решетки неуместны по соображениям эстетики.

Монтаж ВРУ проводится с учетом архитектурных особенностей здания, таких как наличие перегородок, балок, колонн, иных конструктивных элементов. ВРУ следует по возможности располагать в верхней зоне помещения, если на потолке нет элементов, затрудняющих течение воздуха. Если имеется риск, что на пути воздушного потока будут препятствия в виде балок или иных подобных конструкций, предпочтительней уменьшить уровень расположения ВР, а не направлять приточную струю под углом вниз за счет горизонтальных жалюзи, чтобы избежать чрезмерно высокой скорости поступления воздуха потока в рабочую зону помещения. Обычно решетки изготовлены из крашеного стального листа либо анодированного прессованного алюминия. Лицевой ряд лопаток располагается горизонтально, тогда второй задний ряд лопаток – вертикальные, и наоборот, если лицевые лопатки вертикальные, второй ряд – горизонтальный. Лопатки могут иметь профиль крыла, расстояние между ними от 16 до 25 мм. Дополнительно решетки оснащаются, как правило, регулировочной заслонкой с оппозитными планками параллельно короткой стороне, закрепленными на корпусе. Наиболее ходовые типоразмеры – от 200 х 75 мм до 1 000 х 400 мм, номинальный объемный расход от 100 до 4 000 м³/ч.

Крепление решеток выполняется двумя способами: винтами через отверстия непосредственно в корпусе либо на клипсы-невидимки, под которые, как правило, требуется оборудовать в стене соответствующие гнезда.

Потолочные ВРУ (плафоны):

Потолочные ВРУ с радиальным воздушным потоком, формирующие веерные струи, могут быть круглые, квадратные или прямоугольные или линейные. По сравнению с решетками они имеют меньшую дальнобойность и большую интенсивность затухания скорости, что обеспечивает более быстрое выравнивание температуры приточного воздуха и воздуха в помещении. Их отличительные особенности – достаточно большой расход воздуха и возможность обеспечить в рабочей зоне невысокую скорость воздуха (0,13–0,18 м/с), существенный температурный перепад в режиме охлаждения. Если ВР монтируются заподлицо с потолком, возникает эффект настилания (эффект Коанда) приточной струи на потолок.

Многодиффузорные плафоны состо

Многодиффузорные плафоны

ят, как правило, из ряда концентрических диффузоров (три или более, смотри рис. выше). Если диффузоры неподвижны, формируется горизонтальная веерная струя. Если диффузоры регулируемые и могут перемещаться вертикально, направление истечения приточной струи может изменяться от горизонтального (как правило, когда подается охлажденный воздух) до вертикального (когда подается нагретый воздух).

Имеются модели плафонов с регулируемой по высоте плоской либо перфорированной панелью, установленной поперек потока. В этом случае плафон не имеет концентрических диффузоров.

Плафоны могут устанавливаться непосредственно на открыто проложенные воздуховоды. В этом случае эффект настилания не возникает. Плафоны изготовлены из листовой стали или алюминия, окраска порошковая электростатическая. Наиболее популярные типоразмеры моделей с регулируемыми диффузорами; диаметр присоединительного патрубка варьируется от 160 до 630 мм; расходом воздуха от 150 до 4 000 м³/ч.

Дальнобойность приточных настильных струй – в пределах от 2,8 до 3,2 м.

У плафонов, установленных на расстоянии от потолка, дальнобойность приточных струй сокращается на 10 % на каждые 0,6 м расстояния между плафоном и потолком; максимальное сокращение дальнобойности может достигать 33 %. Для помещений высотой более 3,2 м дальнобойность приточных струй уменьшается приблизительно на 5 % каждые 0,5 м увеличения высоты, максимум до 25 %.

В случаях, когда требуется установка двух плафонов, подающих воздух в направлении навстречу друг другу, следует предусмотреть, чтобы дальнобойность приточных струй не превышала половину расстояния между ними. Дополнительное оборудование потолочных плафонов – направляющий аппарат, обеспечивающий направление воздуха в плафон, регулировочная дроссельная заслонка, обеспечивающая возможность регулировать расход воздуха, управляемая с внешней стороны плафона.

Монтаж потолочных плафонов обычно выполняется путем крепления наружными винтами подводящего воздуховода к плафону. Если используются гибкие воздуховоды (то есть не имеющие необходимой жесткости), плафон может крепиться к потолку винтами или с помощью клипс к панелям подвесного потолка. Некоторые новейшие модели плафонов выполняются в виде отдельных ячеек подвесного потолка, навешиваемых к его опорной конструкции.

Эффект Коанда

Термин «эффект Коанда» используется весьма часто. Явление получило название по имени румынского инженера-изобретателя Анри Коандаà (Henri Coanda), жившего и работавшего в начале XIX века в Париже, одного из пионеров воздухоплавания. Эффектом Коандаà называют стремление потока воздуха, вытекающего из ВРУ, налипать на подстилающую поверхность, например на потолок. Причиной является зона пониженного давления, образующегося между воздушной струей и потолком, в силу которого воздух притягивается к его поверхности.

Эффект возникает, если верхний край ВРУ, установленного на стене, расположен на расстоянии менее 300 мм от потолка, или если угол выпуска приточной струи из потолочного плафона не превышает 40°º к линии горизонта при нормальной температуре и скорости истечения воздуха. В остальных случаях струя ведет себя совершенно иначе: стремительно поднимается вверх, если температура приточного воздуха выше температуры воздуха в помещении, или же стремительно падает, если температура приточного воздуха ниже температуры воздуха в помещении. Эффект “Коанда” повышает дальность приточных струй примерно на 20 % и предотвращает попадание в рабочую зону помещения холодного воздуха. Для эффекта Коанда необходимо, чтобы фактическая скорость воздушной струи на выходе из диффузора была выше 2 м/с.

Квадратные или прямоугольные многодиффузорные плафоны

Характеристики ВРУ данного типа аналогичны характеристикам ВРУ с концентрическими конусами. Они бывают секторные кольцевые, с перфорированной крышкой, со съемной лицевой панелью. Распределение воздуха может осуществляться в различных направлениях – от 1 до 4 – благодаря специальной конфигурации диффузоров. Модель со съемной панелью переключается из режима охлаждения с горизонтальной подачей воздуха в режим отопления с вертикальной подачей.

Квадратный многодиффузорный плафон. Диффузоры делают из листовой стали, окрашенной порошковым способом, или анодированного алюминия. Типоразмеры квадратных секторных кольцевых моделей варьируются от минимального 150 х 150 мм до максимального 600 х 600 мм с объемным расходом воздуха от 100 до 3 600 м³/ч. Прямоугольные модели имеют размеры от 225 х 150 мм до максимального 600 х 450 мм с объемным расходом воздуха от 150 до 2 800 м³/ч.

Функциональные параметры и способ установки аналогичны приведенным для кольцевых моделей. Высота установки варьируется от 2,4 до 3 м. У диффузоров, установленных с линейным перепадом, дальность выброса сокращается на 40 %, а воздушный поток подается под определенным углом к линии горизонта.

Щелевые ВРУ

Щелевые потолочные ВРУ обеспечивают хорошее распределение воздуха, особенно вблизи стен, остекленных по периметру, и в силу особенностей дизайна и небольших габаритов легко вписываются в подвесные потолки, не изменяя общий вид помещения. Их отличительная особенность – возможность обеспечивать хорошее распределение воздуха в системах с переменным расходом воздуха.

Щелевые ВРУ могут иметь одну или несколько приточных щелей, каждая из которых может оснащаться регуляторами направления приточной струи, позволяющими ориентировать ее перпендикулярно вниз либо параллельно потолку. Имеются модели с одной или двумя щелями с несколькими направляющими струи, с независимой регулировкой (длина каждой составляет 150 мм), обеспечивающими переменное распределение воздуха в обе стороны. Функционирование в режиме «направление струи вниз» используется при периметральной установки вблизи оконного остекления, что позволяет минимизировать воздействие солнечного излучения летом и «отрицательную радиацию» в зимний период. Приточные струи, параллельные потолку, настилаются на него, если отклонение от горизонтали не превышает 45°. При больших углах приточные струи опускаются в помещение. Использование в системах распределения воздуха ВР с двумя и более щелями позволяет обслуживать помещения большой площади.

ВРУ изготавливаются из анодированного прессованного алюминия. Стандартные типоразмеры варьируются от 56 до 260 мм по ширине, максимальная длина одного диффузора составляет 3 000 мм.

Объемный расход воздуха – от 50 до 650 м³/ч на погонный метр.

Дополнительное оборудование – регулировочная дроссельная заслонка и коробка из оцинкованного стального листа с боковым креплением (в том числе с внутренней изоляцией). Имеются также фальш-диффузоры с закрытой задней частью и линейными элементами для забора воздуха.

Высота установки ВРУ составляет от 2,6 до 4 м.

ВРУ, формирующие быстро затухающие струи

Суть явления в том, что выходящие из ВРУ приточные струи воздуха вдоль по направлению движения интенсивно перемешиваются с воздухом помещения. Чем больше объем увлекаемого воздуха, тем эффективней перемешивание и равномернее распределение температуры воздуха, тем выше уровень комфорта в помещении. Бесспорным преимуществом данных ВРУ можно считать и то, что с их помощью можно подавать холодный приточный воздух, что в свою очередь позволяет сократить размеры воздуховодов.

«Коэффициентом индукции» ВРУ называют отношение расхода воздуха в струе к расходу приточного воздуха на единицу длины от ВРУ. Чем выше «коэффициент индукции», тем выше скорость смешивания двух воздушных потоков и равномернее распределение температуры.

Обычные ВРУ имеют ограниченные значения «коэффициента индукции», и, если при проектировании системы кондиционирования были допущены ошибки, либо если ВРУ установлены неправильно, холодный воздух плохо перемешиваясь в помещении поступает в рабочую зону, что, естественно, не в лучшую сторону влияет на уровень комфорта.

Для недопущения такого явления разработаны так называемые высокоиндукционные ВРУ, в основу работы которых положен принцип дробления приточной струи на множество отдельных струй, каждая из которых вовлекает при движении определенную часть воздуха помещения. Отсюда следует, что при равных расходах приточного воздуха высокоиндукционные ВРУ в состоянии увлечь существенно большую воздушную массу и создать таким образом более высокий эффект перемешивания по сравнению с обычными ВР.

Щелевые потолочные ВРУ

Щелевые потолочные ВРУ, формирующие быстро затухающие струи, состоят из алюминиевого воздухораспределительного короба и перфорированного подающего воздушного патрубка из прессованного алюминия. Подача воздуха в помещение осуществляется в виде множества малых воздушных струй толщиной не более 3 мм в переменных направлениях под углом 45º друг к другу. При этом имеется также небольшая вертикальная струя, ее задача – стабилизировать общие параметры потока и сделать так, чтобы определенный объем приточного воздуха доходил до центра помещения.

Щелевой ВРУ, формирующий быстро затухающие струи. Высокий уровень подмешивания (соотношение 1 к 25) и, как следствие, быстрое выравнивание температуры воздуха позволяют существенно снизить зависимость параметров воздуха в помещении от температуры приточного воздуха и высоты помещения. Данный вид ВРУ обеспечивает высокий комфорт в помещении, поскольку приточный воздух мало турбулентен; при этом температурный перепад между воздухом помещения и приточным составляет до 14 °С. Например, для поддержания в помещении температуры воздуха 26 °С можно использовать приточный воздух, имеющий температуру 12–13 °С, и отказаться от необходимого в таких случаях в летний период второго подогрева.

В силу малой ширины ВРУ (от 15 до 45 мм) их можно устанавливать в подвесных потолках из квадратных плит или гипсокартона практически невидимыми. Объемный расход воздуха – от 20 до 250 м³/ч на погонный метр.ВРУ отлично подходят для систем с переменным расходом (глубина регулирования до 20 %), поскольку сокращение расхода воздуха не приводит к повышению скорости перемещения воздуха в помещении. При малом расходе угол расширения приточной воздушной струи не меняется, поэтому коэффициент индукции остается неизменным. Приточная струя с квазипостоянным расходом воздуха поступает в рабочую зону под углом 90°, что обеспечивает распределение приточного воздуха непосредственно в обслуживаемой зоне. При этом приточный воздух никак не контактирует с потолком, что предотвращает создание эффекта Коандаà и загрязнение поверхности потолков.

Таким образом, к преимуществам ВРУ, формирующие быстро затухающие струи, следует отнести превосходное распределение воздуха (и, следовательно, высокий комфорт пользователей), возможность использовать значительный температурный перепад (что сокращает объемный расход и позволяет подавать воздух при температуре 13 °С), а также простоту, с которой они вписываются в окружающий интерьер.

Индивидуальное кондиционирование

Локальное воздухораспределение оказывается востребованным, когда расположение людей, находящихся в помещении, является фиксированным и постоянным во времени. Это, в частности, офисные помещения, конференц-залы, театрально-концертные залы, где местонахождение каждого посетителя определено изначально, и, как следствие, в пределах установленной зоны вентиляцию можно сосредоточить на отдельных участках. Это позволяет сократить затраты на ненужный в этом случае климат-контроль всего обслуживаемого объема. Распределение воздуха можно организовать посредством оборудования, полностью встроенного в мебель или окружающие предметы обстановки, как, например, подкресельные ВР в зрительных залах или линейные ВР или решетки, встроенные в ступеньки лестниц спортивных комплексов.

На рисунке показана вентиляционная система, где напольные ВР сочетаются с ВР, расположенными непосредственно в зоне рабочего места.

В более совершенных системах кондиционирования воздуха регулирование параметров воздуха доверено самому пользователю. В таких случаях речь идет об индивидуальной вентиляции. Пользователь регулирует объемный расход воздуха, направление и в некоторых случаях температуру приточного воздуха, создавая таким образом оптимальный для себя микроклимат. Типичным примером таких систем служат вентиляционные сети офисных помещений, где в силу различия, и зачастую весьма существенного, индивидуальных предпочтений, создать комфортные условия для всех без индивидуальной регулировки практически невозможно. На рисунке показана вентиляционная система, где напольные ВРУ сочетаются с ВРУ, расположенными непосредственно в зоне рабочего места.

Щелевые ВРУ, встраиваемые в стены

Щелевые ВРУ, встраиваемые непосредственно в стены, являются весьма привлекательной альтернативой для организации кондиционирования офисов. Сегодня, чтобы при равной высоте здания увеличить число рабочих этажей, многие офисы проектируются без подвесных потолков. Применение подобных ВРУ представляет собой достаточно простое решение. ВРУ может быть приточным или вытяжным, имеющим одну или две щели, и оснащаться выпускными соплами, расположенными в сомкнутый ряд. Элементы ВРУ изготавливаются из пластмассы и могут вращаться, изменяя угол выпуска воздуха.

Принцип работы комбинированного приточно-вытяжного щелевого ВР, встраиваемого в стену.

Имеются также ВРУ, оборудованные встроенным шумоглушителем. Такие ВРУ имеют акустическую коробку, которую можно монтировать непосредственно в стену на этапе ее строительства. Коробка имеет муфту, к которой подключается гибкий воздуховод. Со стороны помещения в стене вырезается проем для рамки ВРУ. По окончании строительства и отделочных работ части ВРУ соединяются. Использование съемных элементов облегчает уход за конструкцией и отвечает гигиеническим требованиям. Алюминиевые ВРУ имеют вставки, которые дробят приточную струю на множество мелких потоков. Положение вставок регулируется в зависимости от фактической формы помещения.

ВРУ позволяют получить поток приточного воздуха без сквозняков в помещениях высотой до 7 м с кратностью воздухообмена 6 ч^-1. Температурный перепад может составлять до 8 °С. К преимуществам данного решения можно отнести экономию подпотолочного пространства, установку ВРУ в стены и их оборудование шумоглушителями. Встраиваемые в стены линейные ВР особенно эффективны в сочетании с излучающими потолочными системами. Здесь приточный воздух настилается на панель и увеличивает конвективный теплообмен.

Квадратные и круглые потолочные ВРУ, формирующие быстро затухающую струи

Данные модификации оснащаются рядом специальных элементов, которые обеспечивают быстрое затухание приточных струй при различных геометрических формах ВРУ. Типоразмеры варьируются от 300 х 300 мм до 800 х 800 мм. Объемный расход воздуха – до 2 000 м³/ч.

ВР с регулируемыми насадками

ВР с регулируемыми насадками имеют ряд небольших насадок с независимой регулировкой. Такие ВР, устанавливаемые в стенах, прямоугольной формы со стальной выпуклой крышкой, в которой установлены насадки из ABS. Их диаметр – 35 мм. Потолочные круглые ВР для открытого монтажа с насадками из ABS диаметром 57 мм. Обе модификации ВР устанавливаются на изолированный воздуховод, оборудованный приемником давления и регулирующим шибером.

ВР с перфорированной крышкой

Перфорированные ВР, предназначенные для установки в подвесные потолки, имеют настолько малый вес, что не требуют никаких дополнительных подвесных систем. Направление приточной струи – радиально-горизонтальное. В силу этого образующаяся приточная струя препятствует запыленному воздуху помещения соприкасаться с поверхностью ВР, и поэтому он не загрязняется.

Стенной ВР с перфорированной крышкой.
Существуют ВР, формирующие быстро затухающую струю для установки в верхней части стены. Регулируемые насадки могут поворачиваться на 360° и обеспечивают распределение стабильного высоко-турбулентного воздушного потока в любом направлении. Данный тип ВР разработан специально для использования в сочетании с канальными вентиляционными конвекторами в подвесных потолках и имеет чрезвычайно низкий коэффициент потери нагрузки. Типичный пример их использования – гостиничные номера, где даже при асимметричном относительно комнаты расположении ВР воздух может направляться в самые отдаленные уголки помещения.

Воздухораспределители, формирующие закрученную струю

Воздухораспределители, формирующие закрученную струю, называются спиральными, или «твист», они применяются для установки на потолке в помещениях, отличающихся высокой тепловой нагрузкой. Они не вызывают холодных сквозняков или падающих воздушных потоков. Такие ВР хорошо подходят для систем с переменным расходом и обеспечивают оптимальную работу даже при глубине регулирования до 25 % от номинала.

Воздухораспределители действуют по иному принципу, нежели традиционные. Воздух здесь распределяется в форме сильно закрученной струи. Такой режим обеспечивает интенсивное вихревое движение воздуха в помещении и быстрое выравнивание температуры уже на малом расстоянии от ВР. Спиральные ВР оснащены рядом лопаток, предназначенных для создания радиальных воздушных струй, которые «собираются» выходе из ВР и приобретают горизонтальное направление. В центре струи создается зона разрежения, подсасывающая воздух из нижней части помещения. Высокая индукция способствует эффективному перемешиванию приточного воздуха с воздухом помещения. Если ВР установлены заподлицо с потолком, в результате эффекта Коанда струи настилаются на него. Лопатки в ВР могут быть неподвижные или иметь независимую регулировку. В последнем случае можно регулировать и изменять конфигурацию воздушной струи в любом направлении.

Размеры кольцевых моделей с неподвижными лопатками – от 125 до 400 мм с расходом воздуха от 100 до 850 м³/ч. ВР с регулируемыми лопатками имеют размеры от 300 до 825 мм с расходом воздуха от 100 до 1 400 м³/ч.

Воздухораспределитель, формирующий закрученную струю, с терморегулируемыми лопатками. Воздухораспределитель  представляет собой квадратную панель с рядом щелей, имеющих радиальную геометрию, оснащенных лопатками с независимой регулировкой и еще одним рядом радиальных лопаток, расположенных в центре ВР. Переключение распределения воздуха от горизонтального к вертикальному осуществляется специальным исполнительным механизмом, который в зависимости от температуры приточного воздуха изменяет систему выпуска воздуха, переключая его с центральных лопаток на периферийные. Винтовые ВР в большинстве случаев устанавливаются горизонтально в потолке помещения, хотя достаточно часто встречаются модификации, устанавливаемые в стены и подающие воздух горизонтальной струей.

Если ВР подвешивают на определенном расстоянии от потолка, возможна любая конфигурация воздушной струи. Если ВР монтируются заподлицо с потолком, угол лопаток не может превышать 45°, иначе создается эффект Коанда, то есть струя будет настилаться на потолок из-за слабой индукции в своей нижней части. Монтаж ВР бывает трех типов: заподлицо с потолком, когда ставится задача использовать эффект Коанда; над открытым подвесным потолком; с непосредственным присоединением к воздуховоду в верхней зоне помещения. Последний вариант чаще всего применяется в торговых и производственных помещениях.

ВР изготавливают из листовой окрашенной стали, алюминия или пластмассы с соединительным патрубком для крепления к гибкому воздуховоду или боковой соединительной муфтой из оцинкованной стали, оснащенной регулирующим шибером.

Выпускаются также стенные линейные ВР прямоугольной формы, которые оснащаются закручивающими модулями – от 2 до 4 круглых ВР размерами от 425 х 125 мм до 825 х 160 мм с расходом воздуха от 250 до 750 м³/ч.

Воздухораспределители с изменяемой геометрией

Обычные ВР зачастую не могут обеспечить надлежащее распределение воздуха в помещениях с очень высокими потолками, где требуется поддерживать большой воздухообмен, при том что температура приточного воздуха должна меняться в диапазоне от отопления до охлаждения. По этой причине в зимний период в помещении могут образовываться застойные участки, повышается риск возникновения потоков холодного воздуха вдоль наружных стен либо температурной стратификации по высоте. Летом могут проявляться сквозняки на уровне пола. В обоих случаях достаточная вентиляция помещения оказывается затрудненной.

Решение проблемы – в использовании высоко-индукционных ВР, позволяющих регулировать направление воздушной струи в диапазоне от полностью горизонтального в режиме охлаждения до полностью вертикального в режиме отопления. Такие ВР, называемые ВР с изменяемой геометрией, бывают с фиксированными и регулируемыми лопатками.

Воздухораспределитель с изменяемой геометрией с лопатками с регулируемым наклоном. Воздухораспределители, оснащенные лопатками, имеющими регулируемый наклон, выпускают номинальным диаметром от 160 до 250 мм (алюминиевые) и от 250 до 630 мм (стальные).

Небольшие типоразмеры ВР оснащаются системой смещения центрального блока для изменения коэффициента подмешивания. Диапазон расхода воздуха – от 100 до 4 000 м³/ч. Системы управления регулируемыми лопатками бывают ручные, термостатические, пневматические и электрические.

В моделях, где лопатки установлены под фиксированным углом, изменение направления воздушной струи осуществляется иными средствами. Например, при помощи смещения подвижного коаксиального цилиндра внутри корпуса ВР. Такой цилиндр смещается на определенный интервал по высоте в самом ВР, а приточная струя на выходе корректируется диафрагмой, неподвижно закрепленной на лицевой части ВР. Данная технология позволяет изменять направление приточной струи от горизонтального до вертикального. ВР изготавливаются номинальным диаметром до 710 мм с расходом воздуха до 10 800 м³/ч. Рекомендуемая высота установки – от 3,5 до 25 м от уровня пола.

Воздухораспределитель с системой термостатического управления.

Еще одна недавно разработанная модель ВР позволяет изменять угол выпуска закрученных струй любого направления, как горизонтального, так и вертикального, без изменения положения лопаток при помощи дополнительной воздушной струи регулируемой мощности, которая огибая радиально-горизонтальные потоки, корректирует их направление. Такое решение обеспечивает максимальную интенсивность закрученной струи, в том числе в режиме отопления с вертикальным воздушным потоком. В зависимости от типоразмера ВР имеют расход воздуха в диапазоне от 300 до 3 500 м³/ч при высоте установки от 3 до 12 м и температурным перепадом между приточным воздухом и воздухом помещения 12 °С в режиме охлаждения и 15 °С в режиме отопления. Регулирование осуществляется при помощи термостатического исполняющего механизма на основе цилиндра, заполненного воском. Воск, будучи достаточно чувствительным к температурным колебаниям, за счет своего расширения/сжатия линейно перемещает специальный поршень, определяющий положение кольца регулировки потока и дискового отражателя. В зависимости от температуры приточного воздуха струя может изменять направление от горизонтального до вертикального. Рабочий диапазон поршня – от 16 до 28 °С с линейным перемещением от 19 мм минимум до 22 мм максимум. При температуре приточного воздуха выше 28 °С воздушный поток подается вертикально. В диапазоне от 16 до 28 °С направление потока корректируется по фактической температуре.

Сопловые воздухораспределители

Сопловые ВР осуществляют наклонную подачу воздуха регулируемыми дальнобойными струями. ВР представляют собой идеальное решение, если требуется организовать кондиционирование помещений большой площади, поскольку они обеспечивают оптимальное распределение значительных расходов воздуха. ВР находят широкое применение в производственных цехах (когда, в частности, условия накладывают определенные ограничения на протяженность воздуховодов), а также на гражданских объектах, таких как вестибюли и галереи торговых центров, аэропорты, выставочные павильоны, спортивные комплексы. Сопла выполняются из анодированного или окрашенного алюминия и выпускаются в трех модификациях: полусферическая камера с коротким соплом и регулируемым направлением струи; шаровая камера с отверстием для подачи воздуха, шаровая камера с коническим соплом. Камера монтируется на неподвижную кольцевую раму, которая закрепляется на воздуховоде, и обеспечивает регулирование направления подачи воздуха. Корпус такого диффузора вращается в любом направлении под углом до 30 или 40° к оси ВР. Как правило, у сопловых ВР дальнобойность струи от 6 до 20 м. Дальность можно увеличить, однако при этом существенно вырастет аэродинамический шум.

Многоконусный сопловой ВР. Предлагаются модели диаметром от 80 до 500 мм с расходом воздуха от 20 до 3 500 м³/ч (скорость притока от 4 до 12 м/с в зависимости от модели).

Каждая модель рассчитана на определенный объемный расход воздуха. При минимальном уровне расхода уровень шума составляет 20 NR с сопротивлением 15 Па. При максимальном уровне расхода эти значения увеличиваются соответственно до 40 NR и 70 Па. Шум и сопротивление возрастают при увеличении угла наклона. Максимальный температурный перепад между воздухом помещения и приточным воздухом составляет 10 °С в режиме охлаждения и 6 °С в режиме отопления.

Сопловые ВР предполагают очень высокую скорость воздуха в непосредственной близости от них. Во избежание дискомфорта такие ВР следует располагать на высоте от 2,3 до 3,5 м в зависимости от высоты потолков. Максимальная высота – от 3 до 8 м при минимальном расстоянии между отдельными соплами от 120 до 450 мм.

Некоторые производители предлагают специальные сопла, оснащенные на входе закручивателем с наклонными радиальными лопатками, которые при значительном расходе воздуха придают воздушной струе на выходе вихревое движение, позволяющее увеличить угол расширения струи и таким образом уменьшить ее дальнобойность.

В ассортименте имеются модели ВР с 2, 3 и даже 4-мя соплами в одном корпусе, а также модели блоков с микросоплами от 3 в один ряд до 30 в три ряда один над другим по 10 сопел в каждом.

Вытесняющие системы(DV) вентиляции в непроизводственных зданиях

Системы вытесняющей вентиляции(Displacement Ventilation, DV, и их модификации – Cooled Beam, UFAD и т. п.)  продолжают интересовать специалистов отрасли у нас в стране и за рубежом. Этот интерес определяется двумя причинами: одна из них – определенная «нетрадиционность» методов их расчета; вторая состоит в том, что область применения DV, методы их проектирования и регулирования до настоящего времени четко не определены.

Принцип работы системы вытесняющей вентиляции, в основу которого положен приток воздуха в обслуживаемую зону и удаление воздуха и горячих газов на уровне потолка, известен и применяется уже сотни лет на промышленных объектах, главным образом на объектах тяжелой промышленности.

Одним из первых научных исследований в области изучения данного принципа вентиляции считается работа Батурина 1940 года. С начала 80-х годов прошлого столетия системы вытесняющей вентиляции стали широко и довольно успешно применяться в скандинавских странах в административных помещениях и конференц-залах.

В последние 20 лет системы вытесняющей вентиляции стали использоваться еще шире, причем не только в промышленности. К несчастью, многие разработчики не придавали должного значения ограничениям, которые имеются у данных систем. В результате они зачастую применялись с проектными ошибками, а иногда и в таких случаях, когда их использование просто-напросто противопоказано. И наоборот, когда система корректно рассчитана, спроектирована и смонтирована, она имеет целый ряд бесспорных преимуществ по сравнению с системой перемешивающей вентиляции, особенно в помещениях с высокими потолками.

Основные принципы вытесняющей вентиляции

В системах вытесняющей вентиляции (DV) приточный воздух подается с уровня пола непосредственно в обслуживаемую зону помещения, при этом его температура должна быть ниже температуры воздуха в помещении (DТ=1–8 °C). Если приточный воздух холоднее воздуха помещения более чем на 3 °C, то его следует смешивать с воздухом помещения, чтобы избежать неприятных ощущений для людей от холодных воздушных потоков на уровне пола. Удаление нагретого загрязненного воздуха, вытесняемого в верхнюю зону в конвективных потоках над тепловыми источниками, происходит на уровне потолка помещения.

Воздушные потоки в помещении с вытесняющей вентиляцией (q_s, q_e, q_oz – температура приточного воздуха, температура удаляемого воздуха и температура воздуха в обслуживаемой зоне соответственно).

Для обеспечения устойчивой вытесняющей вентиляции объемы подаваемого воздуха (q_s) должны равняться сумме объемов воздуха в конвективных потоках над тепловыми источниками на уровне границы раздела, уровня стратификации, нижней зоны помещения, заполненной свежим и чистым воздухом, и верхней зоны, заполненной загрязненным воздухом (рис. 1): q_s=q_e=q_p.1+q_p.2+q_p.3 

Вытесняющая вентиляция и качество воздуха

Основное преимущество вытесняющей вентиляции – существенное повышение качества воздуха. При неизменных объемах вентиляционного воздуха и эмиссии загрязняющих веществ и равных прочих условиях качество воздуха в обслуживаемой зоне будет лучше, если в помещении используется вытесняющая вентиляция, а не традиционная перемешивающая (MV). Преимущества определяются высотой стратификации загрязненного воздуха.

Конвективный поток от человека способствует повышению качества вдыхаемого воздуха. Эксперименты, проведенные Сандбергом (Sandberg) и Этериджем (Etheridge), показали, что конвективный поток, формирующийся человеком, может вызвать приток чистого свежего воздуха до высоты вдыхания воздуха.

Вытесняющая вентиляция в помещениях с избытками тепла

На рисунке представлена типичная схема распределения температуры в помещениях с вытесняющей и перемешивающей системами вентиляции. Особенность вытесняющей вентиляции состоит в том, что температура повышается от пола к потолку. Особо следует подчеркнуть, что температура воздуха на уровне пола выше температуры его поверхности, что обусловлено перемешиванием приточного воздуха с воздухом помещения и радиационным теплообменом между потолком и полом.

Вертикальный градиент температуры воздуха в помещении не должен превышать 1,5–2 °C, что фактически ограничивает разность температур между зоной обслуживания, нижней зоной и верхней зоной вытяжки. При определенной температуре воздуха в обслуживаемой зоне температура приточного воздуха (при вытесняющей вентиляции) не может быть низкой, как это происходит в системах перемешивающей вентиляции. В помещениях с потолками высотой около 2,4 м разность температур составляет примерно 2 °C. В помещениях с более высокими потолками это значение может повышаться.

Поскольку вытесняющая вентиляция обуславливает более низкую температуру воздуха в обслуживаемой зоне при определенной фиксированной температуре приточного воздуха, имеется возможность на протяжении практически всего года пользоваться естественным охлаждением, или, иначе говоря, охлаждением наружным воздухом. Кроме того, температура воздуха в обслуживаемой зоне может быть ниже, чем при перемешивающей вентиляции.

Поскольку в системе вытесняющей вентиляции холодный приточный воздух подается непосредственно в обслуживаемую зону, необходимо использовать воздухораспределители, которые обеспечивали бы необходимое перемешивание приточного воздуха с воздухом помещения. Ошибка с выбором приточной системы неизбежно влечет за собой проблемы холодных воздушных потоков, создающих дискомфорт для людей.

Зачастую оказывается, что объемы воздуха, необходимые для обеспечения теплового комфорта, значительно больше, чем требуется для получения максимальных преимуществ по качеству воздуха в системах вытесняющей вентиляции (от 10 до 20 л/с на человека). В этом случае экономически целесообразным решением, по сравнению с прямоточными системами, может стать рециркуляция.

Охлаждаемые потолки и система кондиционирования воздуха

Охлаждаемые потолки в сочетании с системой вытесняющей вентиляции могут оказаться даже более полезными, чем задумывали проектировщики. При этом стратификация воздуха в помещении не нарушается. Показано, что в помещении, где охлаждаемые потолки сочетаются с вытесняющей вентиляцией, до 50 % общей тепловой нагрузки может сниматься с потолка. Увеличение нагрузки, снимаемой с потолка, вызывает интенсификацию нисходящих воздушных потоков и нежелательное расширение зоны перемешивания воздуха, что практически сводит к нулю эффект вытесняющей вентиляции. Вопрос, какую вентиляционную систему предпочесть для помещений высотой от 2,5 до 3 м, где основной вредностью являются тепловыделения, представляется достаточно спорным. Несомненно, однако, что для помещений с высокими потолками предпочтительной является система вытесняющей вентиляции.

Вытесняющая вентиляция и отопление помещений

Когда речь идет о вытесняющей вентиляции, считается за правило, что вентиляционный воздух не может использоваться в целях отопления. Обычно тепло обеспечивается радиаторами, располагающимися под окнами либо на наружной стене. В качестве альтернативы может рассматриваться применение теплого пола: в этом случае температура пола достаточно низкая, чтобы приточный воздух растекался по нему, не сильно нагреваясь.

Подача воздуха

Как уже отмечалось, одна из основных проблем вытесняющей вентиляции – наличие характерных потоков холодного воздуха вблизи воздухораспределителей. Главная причина – неправильный их подбор. В этой связи представляется целесообразным подчеркнуть следующие обстоятельства:

• Проблемы потоков холодного воздуха чаще всего возникают у воздухораспределителей, представляющих собой перфорированные пластины и разного рода решетки.
• Воздухораспределители различного назначения имеют разные аэродинамические характеристики.
• «Хороший» воздухораспределитель, предназначенный для подачи приточного воздуха с DТ=4–10 °C , обеспечивает хорошее перемешивание приточного воздуха с воздухом помещения и имеет ограниченную зону температурного дискомфорта.
• «Хороший» воздухораспределитель, предназначенный для подачи приточного воздуха с DТ=0,5–2 °C, обеспечивает незначительное перемешивание приточного воздуха с воздухом помещения.

Таким образом, для обеспечения корректной работы вентиляционной системы с оптимальными рабочими и эксплуатационными характеристиками следует использовать воздухораспределители, предназначенные именно для данного вида помещений и имеющие подробную техническую документацию изготовителя.

Подача в помещение холодного воздуха

Когда воздух, подаваемый в помещение, холоднее воздуха помещения, он скользит по полу стратифицированным потоком, имеющим примерно одинаковую толщину, как правило, около 20 см.

Максимальная скорость движения наблюдается на высоте примерно 2 см от пола.

Перед воздухораспределителем образуется зона, для которой характерны высокая скорость и низкая температура.

В такой зоне люди могут испытывать определенный дискомфорт на уровне щиколоток, обусловленный движением холодных потоков.

Зона, где могут возникать холодные воздушные потоки, разные типы воздухораспределителей. Оптимальный побор воздухораспределителей должен свести к минимуму площадь такой зоны.

Важно подчеркнуть, что низкоскоростной воздухораспределитель – это не просто перфорированная пластина. Он имеет определенные параметры подачи воздуха. И лучше, если он будет изготовлен фирмой с надежной репутацией.

Подача изотермического или нагретого воздуха

Движение воздуха перед воздухораспределителем – подача изотермического и нагретого воздуха.

При подаче изотермического приточного воздуха его движение происходит по горизонтали вглубь помещения. А при подаче нагретого воздуха он поднимается вверх к потолку. Таким образом, очевидно, что система вытесняющей вентиляции эффективна только тогда, когда приточный воздух холоднее воздуха в помещении.

Воздухораспределители для вытесняющей вентиляции

Схемы подачи воздуха. При вытесняющей вентиляции воздух поступает в рабочую зону помещения, как правило, через напольные ВР и поднимается вверх, ассимилируя по пути тепло с наиболее нагретых поверхностей (люди, лампы освещения, вычислительная техника, предметы мебели) и увлекая за собой взвешенные в воздухе загрязняющие частицы. Нагретый загрязненный воздух удаляется из помещения через потолочные вытяжные устройства в верхней зоне помещения. В помещении, таким образом, на определенной высоте создается «пограничный» воздушный раздел: снизу чистый воздух с возможностью регулировки его температуры, сверху – скопление более теплого загрязненного воздуха.

В офисных помещениях, где образ деятельности сотрудников чаще всего сидячий, «воздухораздел» проходит на высоте около 1,5 м от пола, тогда как в производственных цехах и торговых залах, где люди в основном работают стоя, граница проходит на высоте 1,8 м.

Распределение воздуха вытеснением особенно подходит для объектов с очень высокими потолками, поскольку позволяет поддерживать заданные микроклиматические условия лишь в пределах установленной «рабочей» зоны, где находятся люди, а не во всем объеме помещения, что, естественно, положительно отражается в сокращении объемного расхода воздуха. Температура приточного воздуха должна всегда быть ниже температуры воздуха помещения, поскольку нужно, чтобы сначала он опустился вниз и двигался сплошным потоком вдоль пола до тех пор, пока потоки, возникающие над источниками тепла в помещении, не увлекут его вверх. И наоборот, если в помещение подается нагретый воздух, происходит обычное перемешивание. Иными словами, по схеме вытесняющей вентиляции помещение можно вентилировать и охлаждать, но никак не отапливать. По этой причине для обеспечения эффективного отопления вытесняющую вентиляцию рекомендуется использовать в сочетании с водяным отоплением с местными отопительными приборами – радиаторами, излучающими потолками или нагретыми полами. Выбор ВР вытесняющей вентиляции в зависимости от типа помещений представлен в таблице:

Температура приточного воздуха на выходе из ВР очень близка к температуре воздуха помещения: в офисных помещениях приток имеет температуру 20–23 °С, а рабочая разность температур температурный перепад не превышает 2–5 °С. В помещениях с более активной деятельностью, таких как крупные торговые центры или развлекательные комплексы, температура притока может снижаться до 16–18 °С. В межсезонный период такие ВР хорошо подходят для работы в режиме естественного охлаждения полностью наружным воздухом. Чтобы не создавать турбулентность, воздух подается в помещение с линейной скоростью менее 0,20–0,25 м/с. Выходя их ВР воздух вначале «падает» вниз к полу; радиус действия ВР достигает 15 м. Вытесняющие системы характеризуются крайне низкими значениями рабочей разности температур (разность температуры воздуха в помещении и приточного воздуха) и меньшей относительно перемешивающей вентиляции требуемой холодильной мощностью.

Для типичных условий микроклимата следует рассчитывать ориентировочную площадь участка вокруг ВР, где имеется риск возникновения холодных сквозняков, – «ближней зоны».

Сегодня существует огромное множество моделей ВР для вытесняющей вентиляции. Можно лишь пожелать, чтобы выбор делался осознанно с учетом всех значимых функциональных параметров.

В зависимости от расчетного расположения и формы дислокационные ВР делятся на следующие группы:

• панельные настенные, выступающие, встраиваемые;
• полуцилиндрические настенные;
• угловые;
• цилиндрические напольные независимые.

Напольные воздухораспределители

Напольный воздухораспределитель с пылесборником. Распределение воздуха из фальшпола традиционно весьма популярно в Великобритании и Германии. Постепенно расширяется применение такой технологии в Соединенных Штатах, в частности в высотном строительстве. Воздух поступает в помещения через напольные плафоны (кольцевые ВР) и удаляется у потолка или через стены.

 К преимуществам такого решения можно отнести оптимизацию использования пространства фальшпола для прокладки воздуховодов, поскольку в большинстве случаев такие полы предусматриваются проектом для размещения электрических сетей и коммуникаций. Устройство фальшпола позволяет почти полностью отказаться от подвесных потолков и получить значительный выигрыш в полезной высоте этажа либо при той же высоте этажа уменьшить межэтажные вставки. То есть в высотном строительстве при одинаковой общей высоте здания число этажей в этой случае будет больше.

При организации воздухообмена по схеме «снизу-вверх» приточный воздух поступает непосредственно в рабочую зону помещения и не проходит через слой нагретого воздуха, обычно образующийся под потолком. Кроме того, поскольку напольное покрытие сменное, расположение напольных ВР можно при необходимости менять по мере перестановки мебели или перемещения рабочих мест.

Вместе с тем напольное распределение воздуха имеет и ряд ограничений. Во-первых, это ограничение температуры притока, которая не должна быть ниже 18 °С, в том числе даже если используются ВР, формирующие закрученные быстро затухающие струи. Как правило, такие системы применяются в сочетании с вентиляторными доводчиками либо охлаждающими балками активного или пассивного типа. Другим недостатком является риск скапливания в воздуховодах и в ВР пыли, а также то обстоятельство, что расположение ВР достаточно жестко привязано к размещению рабочих мест.

Напольные ВР, как правило, формируют закрученные струи. Благодаря высокой турбулентности приточная струя чрезвычайно активно перемешивает воздух помещения, ее скорость быстро падает. Генерирование большого числа малых наклонных струй, имеющих вращательное движение, происходит благодаря интенсивному турбулентному обмену между приточной струей и воздухом помещения. Напольные ВР с ручной регулировкой наклона струй под углом 30° к вертикальной оси позволяют распределять приточный воздух с учетом фактического размещения людей в помещении.

Напольные ВР выпускаются диаметром от 150 до 200 мм с расходом воздуха в диапазоне от 30 до 250 м³/ч.

Используемые материалы – алюминий, латунь или пластмасса.

ВР с закручиваниями диаметром 150 мм можно устраивать в напольные панели различных размеров. В панель 750 х 750 мм можно установить 4 ВР, в панели меньших размеров рекомендуется ставить не более двух ВР, особенно если они располагаются вблизи зон с присутствием людей. Обычно под каждым ВР устанавливаются пылесборники, которые выполняют две основные задачи: первая – это сбор мусора, который в противном случае попадал бы в подпольное пространство, вторая – увеличение аэродинамического сопротивления ВР, в результате чего улучшается распределение холодного воздуха в помещении.

Температура приточного воздуха не должна быть ниже 18–19 °С, тогда как температурный перепад между притоком и воздухом помещения может составлять самое большее 12 °С. Что касается температуры воздуха помещения, организация воздухообмена по схеме «снизу-вверх» допускает принимать ее чуть выше обычной, поскольку при движении воздуха снизу вверх, когда вытяжка организована на уровне потолка, нагретый воздух удаляется быстрее и эффективнее.

Особый вид напольных ВР составляют линейные решетки, используемые, в частности, в крупных музейных учреждениях.

У всех ВР лицевая стенка – пластина, через которую на малой скорости подается однородная воздушная масса, распространяющаяся по помещению. Приточный воздуховод подводится снизу из-под пола или сверху (подключение к воздушному «стояку»), а у настенных ВР – сбоку.

Как бы там ни было, ВР для вытесняющей вентиляции не идеальны и  не лишены недостатков, в том числе потому, что их размещение отнимает у помещения определенную полезную площадь, не говоря о том, что определенные возражения может вызвать и просто их дизайн. Несколько отличаются от остальных напольные ВР, поскольку они не имеют плоскости, вдоль которой приточный воздух опускается, прежде чем распространиться по полу. Напольный ВР – круглой или квадратной формы. Подача воздуха – с некоторой вертикальной компонентой скорости. Приточный воздух «взвихривает» воздух помещения вокруг себя, в результате над ВР создается цилиндр, виртуально сравнимый с независимым напольным цилиндрическим ВР.

Классификация  воздухозаборных вытяжных устройств для обеих схем организации воздухообмена помещений

Места удаления воздуха из помещения определяются таким образом, чтобы предотвратить непосредственное попадание приточных струй в вытяжные отверстия, «короткое замыкание», и обеспечить вентиляцию помещения. Не секрет, что зачастую недостаточная вентиляция помещения обусловлена тем фактом, что приточный воздух удаляется из помещения прежде, чем успевает его проветрить. По этой причине там, где возможно, рекомендуется располагать вытяжные устройства на достаточном расстоянии от приточных.

Если в помещении приточные устройства установлены в потолке или стенах, наилучшее место для размещения вытяжных решеток – в цокольной части стен.

Располагать решетки следует с одинаковым шагом. Таким образом обеспечивается равномерная вентиляция и предотвращается образование сквозняков и застойных зон. В случае, если вытяжка осуществляется вблизи рабочего места, скорость воздушного потока не должна превышать 1,5 м/с.

Вытяжная решетка с горизонтальными жалюзи. Наиболее распространенные вытяжные решетки, устанавливаемые в стенах, – квадратные или прямоугольные – изготавливаются из стали или анодированного алюминия и представляют собой простую сетку квадратной формы или горизонтальные жалюзи, имеющие наклон 45° (см.рисунок). Шаг между жалюзи 30, 50 или 100 мм. Размеры решеток варьируются от 200 х 100 мм до 1 500 х 700 мм. Решетки могут оснащаться сетками против грызунов и регулирующими заслонками, воздушными фильтрами для забора рециркуляционного воздуха.

Если в помещении установлены напольные воздухораспределители, вытяжные решетки лучше всего расположить в потолке. Для вытяжных воздухораспределителей, установленных в потолке, можно использовать  воздухораспределители,  которые внешне похожи на приточные, но не имеют регулировочных устройств. Соответственно, вытяжные воздухораспределители могут быть линейными, круглыми, квадратными или прямоугольными. Расстояние между ними и приточными ВР должно быть больше, чем дальнобойность приточной струи. Если для притока используются ВР, формирующие закрученные струи, то правило дальнобойности приточной струи не действует. У таких ВР дальнобойность струи имеет иное, нежели у традиционных ВР, значение в силу иной траектории движения воздушного потока. Как правило, рекомендуемое минимальное расстояние между притоком и вытяжкой от 1,2 до 1,5 м.

Для организации вытяжки через двери обычно используются переточные решетки, отличающиеся особым профилем лопаток, которые не пропускают свет. Решетки могут оснащаться специальными рамами, в том числе имеющими декоративное оформление, сообразно толщине двери. Стандартные типоразмеры варьируются в диапазоне от 300 х 100 мм до 600 х 300 мм. Вся конструкция выполняется из прессованного анодированного алюминия или штампованной окрашенной стали. Вытяжка воздуха из туалетных помещений осуществляется через вентиляционные клапаны.