Алгоритм выбора элементов системы поддержания давления в чистых помещениях

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

Построение систем поддержания каскада давления в чистых и «грязных» помещениях, особенно при наличии местных вытяжек, представляет некоторую сложность.

Как правило, разногласий о типе устройств для поддержания давления и расходов не возникает, – это VAV по давлению и CAV^*. Первый вопрос, который возникает у проектировщика: где рациональнее размещать VAV по давлению – на притоке (соответственно, CAV на вытяжке) или на вытяжке? Для помещений с местными вытяжками разночтений быть не может. VAV по давлению целесообразно размещать на вытяжке. В этом случае при подключении местных отсосов не будет необходимости для поддержания давления увеличивать в помещении расход приточного воздуха на величину расхода местных отсосов. Типичная схема построения системы с размещением VAV по давлению на притоке в чистое помещение представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Схема построения системы с размещением VAV по давлению на притоке в чистое помещение; 1 – терминальный фильтр; 2 – CAV; 3 – VAV по давлению; 4 – шлюз; 5 – приточный вентилятор; 6 – вытяжной вентилятор

Второй вопрос – это  точка, относительно которой поддерживается давление в помещении. Целесообразно один датчик размещать в помещении, а второй – в коридоре при условии, что в нем нет значительных притоков или оттоков воздуха.

Процедура выбора рабочей точки приточного и вытяжного вентиляторов, типоразмеров  и количества фильтров, размеров VAV и CAV основывается на уравнении баланса давлений для притока и вытяжки.

Приток:

    ΔP_вент – ΔP_помещ = ΔP_фильтр + ΔP_{диффузор} + ΔP_CAV, (1)

где ΔP_вент – напор вентилятора на входе в фильтры;

ΔP_помещ – избыточное давление или подпор относительно коридора;

ΔP_фильтр – падение давления на фильтрах;

ΔP_{диффузор} – падение давления на диффузорах, установленных непосредственно в терминальном фильтре;

ΔP_CAV – падение давления на CAV.

Из логики функционирования следует, что при максимально допустимом падении давления на фильтрах («грязных») падение давления на CAV должно быть минимальным. Здесь и далее под чистым фильтром будем понимать фильтр в начале эксплуатации, а под «грязным» – тот же фильтр в конце эксплуатации. Что касается VAV, то производитель рекомендует минимально допустимое падение давления на CAV не менее 50 Па.

Если представить падение давления на фильтре в виде

ΔP_фильтр  = С_Ф · (V/N),

ΔP_{диффузор} = C_Д · (V/N)²

где C_Ф, С_Д – константы;

V – объемный расход воздуха;

N – количество фильтров.

В настоящее время широкое распространение получили так называемые терминальные фильтры. Конструктивно они представляют собой специальный пленум с поверхностями внутри для герметизации HEPA-фильтра в процессе монтажа. Терминальные боксы могут оснащаться различного вида диффузорами: вихревыми, веерными или жалюзийными решетками. Для помещений небольшого размера интерес представляют вихревые диффузоры с размерами лицевой поверхности 600×600 и количеством отверстий 24 (600×24). В зависимости от высоты терминального фильтра могут применяться различные фильтры как по классу – H11 или H13, так и по глубине. Для диффузора 600×24 применяются фильтры размерами 535×535×78 или 535×535×150. В табл. 1 представлены характеристики «грязных», а в табл. 2 – чистых фильтров. Расходы воздуха через «грязный» и чистый фильтры равны, изменяется только падение давления. Что касается характеристик диффузора 600×24, они следующие: расход воздуха – 540 м³/ч, потери давления – 19 Па, и являются паспортными параметрами.

 

Таблица 1

Размер фильтра Класс фильтра Падение давления, Па H11 H13 Расход, м3/ч 535×535×78 850 465 600 535×535×150 1585 870

Таблица 2

Размер фильтра Класс фильтра H11 H13 Падение давления, Па 535×535×78 250 125 535×535×150 145

Если выбрать фильтр, например H11, размер 535×535×78, можно определить значения констант Cф «грязного» и чистого фильтров, атакже Сд диффузора (табл. 3).

Таблица 3

«Грязный» фильтр Сф 7,06E-01 Чистый фильтр Сф 2,94E-01 Диффузор Сд 6,50E-005

Для помещения объемом 300 м³ при кратности воздухообмена 20 потребный расход приточного воздуха будет равен 6000 м³/ч. С учетом расхода воздуха, раздаваемого единичным выбранным фильтром (850 м³/ч), количество терминальных фильтров равно семи. Для снижения капитальных затрат рекомендуем использовать не семь круглых CAV, а один прямоугольный. В расчете принят CAV с сечением на проход 600×400.

Если принять во внимание, что от коридора чистое помещение отделено тамбур-шлюзом, оснащенным двумя одинаковыми герметичными дверями, то неизменно появляется инфильтрация, направленная либо в помещение, либо в коридор. Направление движения определяется избыточным давлением или подпором помещения относительно коридора.

Для расчета величины инфильтрационного воздуха можно воспользоваться соотношением

(2)

где А – эффективная поверхность двери в шлюзе;

m – коэффициент (0,72);

ρ – плотность воздуха.

В выражении (2) учтено, что помещение отделено от коридора шлюзом с двумя дверями. В случае избыточного давления, равного ΔP_помещ = +20 Па, с учетом инфильтрации воздуха расход воздуха на входе в помещение составит 5844 м³/ч. Соответствующее значение напора воздуха на входе в CAV составит 750 Па. Чтобы определить напор, развиваемый приточным вентилятором, достаточно к названому выше значению добавить потери давление по сети. Так как в процедуре были вычислены потери давления на диффузорах, фильтрах и CAV и соответствующие величины расходов, не представляет труда вычислить коэффициенты гидравлического сопротивления диффузора и CAV, которым соответствуют определенные уровни мощности шума. Так, уровень шума диффузора 600х400–44 дБ (A), а CAV – 70 и 55 дБ (A) для чистого и «грязного» фильтров соответственно.

Также можно воспользоваться выражением (1) для расчета параметров элементов вытяжного воздуха.

На первом шаге определяем величину разрежения, развиваемого вытяжным вентилятором. Принимаем сечение VAV равным сечению CAV, т. е. 600х400. Расчет выполняется для минимального расхода воздуха: расход местных отсосов максимален, и фильтры «грязные». Ограничим величину минимально допустимого угла раскрытия створок VAV величиной 10 град. При заданных расходе и угле легко определить падения давления на VAV. В случае, когда на вытяжке используются фильтры и диффузоры, отличные от притока, то, задав расход воздуха на фильтре и сопротивление «грязного» и чистого фильтров, а также расход и падение давления на вытяжном ВРУ, определяем константы фильтра и воздухораспределительного устройства (ВРУ). После чего можно определить величину разряжения, развиваемого вытяжным вентилятором. Необходимые для расчета параметры ВРУ и фильтров приведены в табл. 4.

Таблица 4

Оборудование  Размер, мм Класс ΔP, Па V, м3/ч C N, шт. Решетка 600×400   30 1238 1,96E-05 5 Чистый фильтр G3 75 1238 6,06E--02 5 «Грязный» фильтр 170   1,37E-01 -

При заданных параметрах элементов вытяжки разряжение, создаваемое вытяжным вентилятором, оказалось равным –178 Па. Максимальная величина уровня мощности шума VAV достигается при чистом фильтре и нулевом расходе местной вытяжки. Используя предлагаемую процедуру и реализовав ее в EXCEL, можно оперативно подбирать и контролировать характеристики элементов чистых и «грязных» комнат.

В том случае, когда к магистральным приточному и вытяжному воздуховодам подключается более одного помещения, используя предлагаемый алгоритм, выбирается помещение с максимальной величиной напора приточного вентилятора и максимальным разрежением. Полученные значения вводятся как входные параметры для других помещений.

^* Система вентиляции с постоянным расходом воздуха – Const Air Volume (CAV).
Система вентиляции с переменным расходом воздуха – Variable Air Volume (VAV).