Схемы циркуляции воздуха в помещении

Скорость воздуха - один из наиболее важных параметров, влияющих на самочувствие человека, и который зачастую является причиной ощущений дискомфорта.

Вытяжные устройства (ВУ) редко вызывают проблемы, поскольку скорость воздуха на расстоянии, равном диаметру горловины либо эквивалентном диаметру, если горловина имеет прямоугольную форму, составляет лишь 10% от скорости в сечении ВУ. Следовательно, ВУ незначительно влияют на схему циркуляции воздуха в помещении. Напротив, движение воздуха, поступающего из воздухораспределительного устройства (ВР), тип ВР и его местоположение имеют решающее значение для создания комфортных условий в помещении. Ниже приводятся примеры различных схем движения воздуха в помещении.

На рис. 1 показана схема вентиляции перемешиванием (Mixing Ventilation - MV).

Струя воздуха из ВР движется за пределами обслуживаемой или рабочей зоны (РЗ) помещения, т. е. выше РЗ или вдоль одной из стен.

Обслуживаемая зона, таким образом, омывается вторичными турбулентными потоками, индуцируемыми подаваемым в помещение воздухом.

Существует зависимость между скоростью струи, когда она достигает стены помещения, и наибольшей скоростью в обслуживаемой зоне. В свою очередь на эти скорости влияют естественные конвективные течения, генерируемые источниками тепла, имеющимися в помещении.

В противовес системе вентиляции перемешиванием существует схема вентиляции, когда воздух подается непосредственно в обслуживаемую зону с очень малой скоростью (см. рис. 2).

При этом режим циркуляции воздуха определяется исключительно наличием в помещении конвективных источников.

Подаваемая воздушная масса перемещает воздух в помещении вверх и в направлении ВУ, обеспечивая этим смену воздуха. Такая система вентиляции называется вытесняющей (Displacement Ventilation - DV).

Движение перемешиванием

Воздействие тепловой нагрузки помещения на схему циркуляции воздуха имеет большое значение. В частности, влияние периметральной нагрузки, особенно на наружные стены, варьируется в зависимости от текущего времени года.

Особое значение приобретает проблема нисходящих потоков холодного воздуха в зимний период.

Проблему можно решить, если использовать периметральную систему климатизации, воздушную либо водяную, или установить дверные и оконные переплеты с хорошей теплоизоляцией.

Если из ВР подается холодный воздух, то желательно, чтобы струя проникла вглубь помещения и, распространяясь в верхней зоне как можно дольше, не опускалась в обслуживаемую зону. При этом струя воздуха, поданная в помещение, путем индукции приведет в движение определенный объем воздуха самого помещения, снизится скорость в струе, а температура сможет приобрести равномерность.

Расположение ВР должно быть таким, чтобы конвективные течения от окон и других источников тепла сходились и удерживали струю холодного воздуха в верхней части помещения (см. рис. 3).

Когда конвективные течения встречаются со струей подаваемого воздуха, эта струя должна будет преждевременно опуститься на более низкий уровень, как показано на рис. 4. Вследствие этого образуются воздушные течения, которые вызывают неравномерное распределение температуры в обслуживаемой зоне.

Тип потолочного перекрытия определяет форму распределения воздуха. Наилучшие результаты дают потолки гладкие, не имеющие неровностей, когда струя холодного воздуха буквально прилипает к нему (эффект Коанда), как показано на рис. 5.

Неровности вдоль траектории, такие как потолочные лампы либо балки, оказывают негативное воздействие.

Радиальный потолочный воздухораспределитель

Подача воздуха из круглого потолочного диффузора генерирует поток радиального типа, который может удовлетворить повышенные требования при раздаче холодного воздуха. Точечный наружный либо внутренний источник тепла (см. рис. 6) оказывает воздействие на входящий в помещение поток воздуха, приводя к деформации его траектории и создавая риск возникновения воздушных течений.

Перемешивание воздуха помещения с радиальным потоком холодного воздуха происходит, тем не менее, корректно, и в большинстве случаев состояние обслуживаемой зоны следует признать приемлемым.

В зимний период проблемы вызывает подача теплого воздуха. В помещении возникают явления температурного расслоения, когда пол остается холодным, а вентиляция - низкоэффективной (см. рис. 7). Причина данного явления - в увеличении тепловых потерь при прохождении струи нагретого воздуха.

Эту проблему частично могут решить потолочные ПТ с вертикальной подачей (см. рис. 8), однако, они создают условия, мало приемлемые для периодов с низкой тепловой нагрузкой, а также фаз охлаждения.

Водяной нагревательный элемент - лучше, если он расположен непосредственно под окном - либо вертикальное полотно горячего воздуха, восходящее или нисходящее, устранят естественный сток холодного воздуха, устремляющийся вниз от окна. Таким образом, воздух, поступающий через радиальный диффузор, может подаваться с той же температурой, которую имеет воздух в помещении, либо с более низкой, что - как было отмечено выше - обеспечивает хорошее распределение воздуха и температурную однородность. Формы распределения воздуха для этого случая приведены на рис. 5 и 6.

Линейный потолочный диффузор

На рис. 9 показана подача воздуха посредством линейного диффузора с однонаправленным потоком, установленного на потолке вблизи наружной стены.

Форма циркуляции воздуха такая же, как у ВР, установленного вверху на наружной стене (см. рис. 3). Максимальная допустимая охлаждающая нагрузка для этого типа диффузоров ниже, чем у радиальных диффузоров. Во внутренних или наружных зонах с редуцированной тепловой нагрузкой возможна установка диффузоров с двунаправленными проемами в центральной части потолка, как показано на рис. 10.

Для всех ВР, устанавливаемых на потолке, допустимая охлаждающая нагрузка выше, когда поток воздуха прилипает к потолку. Вследствие этого самое важное, чтобы струя воздуха из потолочных диффузоров распределялась горизонтально.

Подоконные или напольные диффузоры

Подача воздуха из подоконных проемов образует циркуляцию воздуха в форме, показанной на рис. 11. Конвективные потоки, генерируемые имеющимися в помещении источниками тепла, и струя поступающего воздуха взаимодействуют между собой. Правильный расчет типоразмера ВР позволит организовать движение воздуха вдоль потолка, обеспечив температурную однородность прежде, чем воздушный поток достигнет рабочей зоны.

Такая система в общем обеспечивает в летний период вентиляцию перемешиванием и температурную однородность в обслуживаемой зоне.

С возрастанием тепловых нагрузок скорость отводимого потока вблизи пола увеличивается. Очень часто эта скорость ограничивает эффект охлаждения, который такая система может обеспечить в помещении.

Сильное воздействие на систему оказывают элементы, расположенные вдоль траектории потока, такие как занавески, осветительные плафоны (см. рис. 12), либо когда проемы воздуховодов частично закрыты книгами, вазами для цветов и проч.

Турбулентные диффузоры

Существует новое поколение диффузоров, называемое турбулентными. Их особенность в том, что воздушный поток в них движется с завихрением, отсюда высокая индуктивность и ограниченное значение дальнобойности (струя быстро затухает).

По форме ВР может быть линейным, предназначенным для монтажа на потолке или стене, либо иметь круглую или квадратную форму для потолочной либо напольной установки.

Во всех этих случаях струя воздуха в основном ничем не ограничена, имеет коническую форму и совершает вращательное движение вокруг своей оси.

На рис. 13, 14 и 15 представлены основные типы турбулентных диффузоров.

Микроклиматические воздухораспределительные системы

При подаче первичного воздуха через воздухораспределительный канал под рабочим креслом или столом внутри обслуживаемой зоны создается микроклимат. Первичный (наружный) воздух, выходя из ВР, вмонтированного в спинку кресла либо в подстольный воздуховод, перемешивается с воздухом помещения (вторичный воздух) (см. рис. 16).

Воздух подается в помещение под углом от 0 до 200 с такой скоростью, чтобы направление воздушной струи оставалось стабильным при любых значениях тепловой нагрузки.

Направление воздушной струи на выходе должно быть ориентировано таким образом, чтобы голова сидящего человека не попадала на траекторию воздушной струи, однако находилась в поле индуцируемого воздуха.

Особенности данной системы можно описать следующим образом:

• распределение воздуха в обслуживаемой зоне стабильное;
• турбулентное движение воздуха не воздействует на обслуживаемую зону;
• воздух подается непосредственно в обслуживаемую зону;
• в обслуживаемой зоне обеспечивается легкая и умеренная циркуляция воздуха под влиянием движения индуцированного воздуха;
• воздух в обслуживаемой зоне не имеет температурного расслоения.

В офисах данная система может дополняться напольными ВР, когда воздушный поток будет перемешиваться с воздухом помещения.

(фрагмент из "Руководства по теплотехнике и распределению воздуха", публикуется с любезного разрешения Climaproduct).

Перепечатано с сокращениями из журнала GT, № 11, 1999.

Перевод с итальянского С.Н. Булекова.

Научное редактирование выполнено Ф. А. Шилькрот - гл. специалистом МОСПРОЕКТ - 3,

тел. (095) 292-4419.