Алгоритм подбора активных климатических балок

А. А. Бородкин, технический директор компании ООО «Инженерное бюро ВИНДЭКО»

Процедуре подбора количества и типоразмера балок предшествует расчет теплового баланса помещений. При этом известными считаются площадь и объем помещений, мощности источников теплоты, а также количество людей, находящихся в каждом помещении. Результатом расчета становится информация о количестве теплоты, подлежащей ассимиляции. Для удаления избытков теплоты в каждую балку подается холодная вода и наружный (первичный) воздух. Как правило, температуры воздуха и воды на входе в балку принимаются равными 16 и 15 °C соответственно. Что касается расхода воды, то он ограничен потерями давления в теплообменнике, которые обычно не должны превышать 10 кПа. Максимальный расход наружного воздуха, подаваемого в балку, может быть ограничен либо акустикой, либо потерями давления на теплообменнике. Примем, что реализуется сценарий, в котором максимальный расход воздуха лимитируется потерями давления в соплах и теплообменнике. Ограничим их величиной 100 Па.

При заданном числе людей в помещении для определения количества суммарного расхода наружного воздуха, подаваемого на вход всех балок, достаточно знать расход наружного воздуха на одного человека.

Обратимся теперь к техническим характеристикам активных балок. Из паспорта изделия берем три значения расхода наружного воздуха (V_балка) – минимальное, среднее, максимальное – и считаем соответствующие величины полной холодопроизводительности балки (Q_балка). Соответствующие значения для балки длиной 2 м взяты из [1]. Табл. 1 дополнена информацией о величине коэффициента K_балка, который представляет собой результат деления холодопроизводительности балки на соответствующее значение расхода воздуха. Аналогичные данные для другого производителя представлены в табл. 2. Таблицы иллюстрируют тот факт, что с увеличением величины расхода первичного воздуха величина коэффициента K_балка падает, что означает снижение эффективности использования воздуха

Запишем тождество:

где Q_сум – количество явной теплоты, выделяемой в помещении всеми источниками теплоты, включая проникающую и солнечную составляющие (результат расчета теплового баланса помещения);

V_сум – суммарный расход наружного воздуха, м³/ ч;

Q_чел = Q_сум / N_чел;

V_чел – расход воздуха на одного человека, м³/ ч; V_чел = V_сум / N_чел;

N_чел – количество человек в помещении;

N_балка – количество балок;

Применим выражения (2) и (3) совместно с табл. 1 для помещения, в котором присутствуют шесть человек. Количество теплоты, подлежащее ассимиляции активными балками, примем равным 6000 Вт. Результаты расчета для трех эффективностей представлены в табл. 3.

Представленные в табл. 3 результаты позволяют однозначно утверждать, что функционирование активных балок в режиме минимального расхода наружного воздуха ведет:

• к сокращению эксплуатационных расходов из-за снижения суммарного расхода первичного воздуха;

• к росту капитальных затрат из-за увеличения потребного количества балок.

Открытым остался вопрос, какому режиму следует отдать предпочтение, если принять во внимание комфорт в помещении.

Для оценки уровня комфорта в помещении необходимо располагать информацией о скорости и температуре струи воздуха на входе в рабочую зону (РЗ). А предварять эту процедуру должен расчет скорости и температуры струи воздуха на выходе из балки.

Известно, что суммарный расход воздуха на выходе из балки зависит от величины коэффициента эжекции балки i. Среднее его значение можно принять равным i = 4,5 [2]. Величину переохлаждения воздуха на выходе из балки dt0 определим из выражения (4):

Скорость воздуха на выходе из балки определяется для ширины щели, равной 25 мм.

Полагая, что струя воздуха, истекающая из балки, подчиняется закону течения плоской струи, для длины пути 2,7 м рассчитаем величины переохлаждения воздуха и скорости струи на входе в РЗ. Значения пар «скорость–переохлаждение» струи на входе в РЗ приведены на рисунке. На нем также представлены кривые, для которых 20 и 40 % людей испытывают ощущение сквозняка.

Данные рисунка дают еще один аргумент в пользу выбора минимального расхода наружного воздуха в процедуре подбора активных климатических балок.

Следует также принять во внимание, что размеры помещения, в котором предполагается разместить балки, могут ограничить их число, что не может не отразиться на уровне комфорта.

Литература

1. Бородкин А. А., Устинов В. В. Границы применимости активных климатических балок в офисных помещениях // АВОК. – 2020. – № 5.
2. Бродач М. М., Вирта М. К., Устинов В. В. Климатические балки: проектирование, монтаж, эксплуатация. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2012.