Воздухораспределение в помещениях: классификация систем

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.

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° (рис. 6). Шаг между жалюзи 30, 50 или 100 мм. Размеры решеток варьи-руются 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.

Рисунок 6. Вытяжная решетка с горизонтальными жалюзи

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 х100 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.

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 (рис. 7) 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.

Рисунок 7. Воздухораспределитель, формирующий закрученную струю, с терморегулируемыми лопатками

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.

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.

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.

Воздухораспределители, оснащенные лопатками, имеющими регулируемый наклон (рис. 8), выпускают номинальным диаметром от 160 до 250 мм (алюминиевые) и от 250 до 630 мм (стальные).

Рисунок 8. Воздухораспределитель с изменяемой геометрией с лопатками с регулируемым наклоном

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.

Выбор воздухораспределителя

Выбор ВР выполняется на основании данных о потребителях, как показано в табл. 2. Здесь приводятся наиболее популярные и часто встречающиеся решения. На практике фактические предпочтения проектировщиков могут быть иными.

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 (рис. 9). 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.

Рисунок 9. Воздухораспределитель с системой термостатического управления

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.

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.

Напольные воздухораспределители

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) (рис. 9) 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 закручивателями 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.

Рисунок 10. Напольный воздухораспределитель с пылесборником

Воздухораспределители для вытесняющей вентиляции

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.

Таблица 1 (подробнее) Выбор диффузоров по типу приложения

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.

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.

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:

1) панельные настенные, выступающие, встраиваемые;

2) полуцилиндрические настенные;

3) угловые;

4) цилиндрические напольные независимые.

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.

Перепечатано с сокращениями из журнала RCI.

Перевод с итальянского С. Н. Булекова.

Научное редактирование выполнено вице-президентом НП «АВОК» Е. О. Шилькротом и В. Н. Посохиным, заведующим кафедрой ТГВ Казанского государственного архитектурно-строительного университета (КГАСУ).