DETERMINING THE VOLUME CAPACITY OF A FRESH AIR INTAKE VENT

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРИТОЧНОГО КЛАПАНА

Научная статья

Ласкин И.А.*

Филиал Национального исследовательского университета «Московского Энергетического Института» в г. Смоленске, Смоленск, Россия

* Корреспондирующий автор (laskinilya98[at]gmail.com)

Аннотация

Описан процесс постоянного притока воздуха в помещение с применением технологического приспособления, а именно приточного клапана. По результатам исследования, было выявлено что приточный клапан способен развивать достаточно высокую объемную производительность, и тем самым может применяться на промышленных предприятиях для поддержания оптимальных параметров микроклимата в помещении. Так же была построена аппроксимирующая функция от экспериментально полученных данных. Она позволяет спрогнозировать работоспособность приточного клапана в диапазоне физических данных, не вошедших в поле данных проведенного эксперимента. Получен снимок тепловизора, позволяющий визуально оценить перепад температур, и тем самым доказать поступление воздуха в помещение из окружающей среды.

Ключевые слова: инфильтрация, приточный клапан, вентиляция, объем, производительность.

DETERMINING THE VOLUME CAPACITY OF A FRESH AIR INTAKE VENT

Research article

Laskin I.A.*

Branch of the National Research University of the Moscow Power Engineering Institute in Smolensk, Smolensk, Russia

* Corresponding author (laskinilya98[at]gmail.com)

Abstract

The current study describes the process of constant airflow into the room with the use of a technological device, namely the fresh air intake vent. The study found that the fresh air intake vent is able to develop a sufficiently high volumetric capacity, and thus can be used in industrial enterprises to maintain optimal parameters of indoor microclimate. The research also constructs the approximating function from the experimentally obtained data that allows for predicting the performance of the fresh air intake vent in the range of physical data that is not included in the data field of the experiment. A thermal imager image was obtained, which helps visually assess the temperature difference and thus prove the exterior flow of air into the room.

Keywords: infiltration, fresh air intake vent, ventilation, volume, productivity.

Введение

Инфильтрация воздуха – способ обеспечить работу естественной вентиляции помещения. Приточный клапан позволяет обеспечить постоянный приток свежего воздуха, при этом решая важную проблему: герметичные светопрозрачные конструкции не дают воздуху проникать в помещение, тем самым образуя зоны «застоя» воздуха, скопления влаги, и, как следствие, образования плесени [10]. Так же имеется возможность регулировать приток свежего воздуха.

Большинство бытовых клапанов приточной вентиляции действуют без дополнительного источника энергии – за счет разницы в атмосферном давлении на открытом воздухе и в помещении, где давление ниже, создается воздушный поток, входящий в помещение с улицы и обеспечивающий вентиляцию [8]. Проветриватель - устройство пассивной вентиляции. В большинстве случаев, чтобы приточный клапан выполнял свои функции, достаточно обеспечить соблюдение всего трех условий:

• чтобы температура воздуха за окном была не выше +5°C [10];
• чтобы в вашем доме нормально работала система вентиляции;
• чтобы между комнатами в доме воздух мог свободно проходить в достаточном количестве - как правило, для этого достаточно, чтобы межкомнатные двери имели снизу зазор не менее 2 см [2].

Экспериментальная часть

Сущность эксперимента заключается в следующем: приточный клапан VT-101 врезается в раму герметичного пластикового окна в помещении размером 4х3х2 м.

Для корректных показателей работоспособности приточного клапана необходимо было произвести измерения скоростей потока в воздухе при температурах наружного воздуха больше 5  с использованием механического побудителя в вытяжке (таблица 2) и меньше 5  [3], [10] без использования механического побудителя (таблица 1).

 

Таблица 1 – Скорости ветра на клапане в различных положениях регулирования при температуре наружного воздуха ниже 5

Канал 1, м/с	Канал 2, м/с	Канал 3, м/с	Сумма скоростей на клапане, м/с	Скорость на вытяжке, м/с
2,5	-	-	2,5	0,8
-	2,4	-	2,4
-	-	2,6	2,6
2,2	1,9	-	4,1	0,8
2,2		2,1	4,3
-	2,3	2,0	4,3
2,4	2,1	2,0	6,5	0,8

 

Измерения скорости воздуха производились с помощью термоанемометра testo 425 при температуре наружного воздуха – 9

Элементарные объемные расходы вычисляем по формуле:

    (1)

v – скорость потока воздуха, м/с

F – площадь поперченного сечения проходного канала.

Площади поперечного сечения каналов:

Расходы воздуха:

Для проверки работоспособности приточного клапана при температуре наружного воздуха больше 5 , необходимо было произвести установку вентилятора в вытяжной канал. Вследствие этого был установлен осевой вентилятор с диаметром рабочего колеса 125 мм. Для того, чтобы знать какое давление создает вентилятор необходимо было произвести его тарирование. Так как на осевом вентиляторе данного типа статическое давления незначительно, то дальнейшие расчеты ведем через динамическое давление [1]. Для измерения скорости всасывания потока вентилятора использовался крыльчатый анемометр АСО – 3. Важно отметить, что замер скорости потока воздуха в вентиляторе необходимо производить на расстоянии не менее 5 рабочих диаметров вентилятора, так как только на этом расстоянии поток воздуха стабилизируется, то есть переходит из турбулентного состояния в ламинарное [2], [5].

Тарировка произведена на 8 режимов работы вентилятора от минимального до максимального и обозначена их следующем образом: N, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6; где N – минимальное напряжение, 6 – максимальное напряжение, остальные режимы идут в порядке возрастания подаваемого напряжения. Посредством изменения напряжения на вентиляторе через регулятор напряжения, изменяется скорость всасывания потока, и тем самым изменяем давление, создаваемое вентилятором.

Динамическое давление рассчитываем по формуле:

ρ - плотность воздуха, при t = 20 ; V – скорость потока воздуха в вентиляторе. Давление, создаваемое вентилятором при различных режимах Режим N:  

Стоит отметить, что статическим давлением стоит пренебречь, так как при попытки его измерения при помощи жидкостного манометра, значения манометра не изменилось. Это говорит о том, что изменение статического давления имеет значение близкое к нулю. Именно поэтому им стоит пренебречь.

Обработка полученных данных

После тарирования вентилятора, он был установлен в вентиляционный вытяжной канал. Затем произведены измерения скоростей притока воздуха при различных режимах работы вентилятора и посчитаны объемы притока воздуха. Результаты приведены в таблице 2.

 

Таблица 2 – Объемы притока воздуха при различных режимах работы вентилятора

№ режима	Канал 1			Канал 2			Канал 3
	V, м/с	, Па	Q,	V, м/с	, Па	Q,	V, м/с	, Па	Q
Режим N	0,9	0,36	3,27	0,7	0,36	2,63	0,6	0,36	2,48	9,96
Режим 0	1,3	0,81	4,72	1,1	0,81	4,14	1,0	0,81	4,14	14,63
Режим 1	1,4	1,35	5,07	1,2	1,35	4,50	1,1	1,35	4,54	15,91
Режим 2	1,5	1,84	5,44	1,3	1,84	4,90	1,3	1,84	5,6	17,6
Режим 3	1,7	2,65	6,16	1,6	2,65	6,01	1,5	2,65	6,19	20,89
Режим 4	2,0	3,75	7,20	1,8	3,75	6,74	1,8	3,75	7,45	24,12
Режим 5	2,2	3,96	7,99	2,1	3,96	7,88	2,1	3,96	8,67	27,44
Режим 6	2,4	4,15	8,71	2,3	4,15	8,64	2,2	4,15	9,11	30,6

 

Из полученных экспериментальным путем данных, используя один из методов аппроксимации функции, стоит построить график аппроксимирующей функции. Это позволит оценить объемную производительность приточного клапана в диапазоне данных вне поля произведенных измерений. Уравнение аппроксимирующей функции – уравнение прямой линии.

Рис. 1 – Экспериментальная зависимость притока воздуха от давления, создаваемого вентилятором

 

Чтобы убедиться в том, что осуществляется приток свежего воздуха, а не выход тепла из помещения, был произведен замер тепловизором. Результаты замера приведены на рисунке 2.

Рис. 2 – Тепловизионный снимок клапана

 

Из приведенных рисунков видно, что площадь поверхности клапана имеет довольно низкую температуру. Это свидетельствует о том, что в помещение поступает наружный (холодный) воздух и потери тепла будут обуславливаться только смешиванием холодного и теплого потоков воздуха, но не выходом его через клапан наружу.

Заключение

В ходе исследования, были произведены испытания оконного приточного устройства, в ходе которых было произведено тарирование вентилятора диаметром 125 мм. на 8 режимов работы. Так же выявлена реальная объемная производительность в холодный период года, когда устройство работает без механического побудителя в вытяжном канале, и в теплый период, когда устройство работает только с механическим побудителем. В холодный период года максимальная производительность приточного устройства составляет 75 м³/ч, а в теплый период – 31 м³/ч. Это обусловлено тем, что в холодное время года разность давления имеет большее значение, в сравнении с летним периодом. Сделаны снимки тепловизором, доказывающие работоспособность приточного клапана.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Архипов, Т. В. Автоматическое регулирование вентиляции и кондиционирования воздуха / Т.В. Архипов. - М.: ЁЁ Медиа,2014. -834 c.
2. Баркалов, Б. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях / Б. Баркалов, Е. Карпис. - М.: Литературы по строительству,2014. - 270 c.
3. Беккер А. Системы вентиляции / А. Беккер. – М: Техносфера, Евроклимат, 2007. – 240 с.
4. Боровков, В.С. Аэрогидродинамика систем вентиляции и кондиционирования воздуха / В.С. Боровков, Ф.Г. Майрановский. - М.: Стройиздат,2015. - 120 c.
5. Игнаткин И.Ю. Система рекуперации теплоты с адаптивной рециркуляцией вытяжного воздуха / И.Ю. Игнаткин // Вестник ВНИИМЖ. 2019. № 1 (33). С. 100 – 103.
6. Ливчак, И.Ф. Вентиляция многоэтажных жилых зданий / И.Ф. Ливчак. - М.: АВОК-ПРЕСС,2016. -82 c.
7. Лобов Д.С. Энергосбережение в системах вентиляции / Д.С. Лобов, К.С. Самутенко // Актуальные вопросы энергетики. 05.2017. С. 46 – 48
8. Самойлов, В. С. Вентиляция и кондиционирование / В.С. Самойлов, В.С. Левадный. - М.: Аделант,2014. - 240 c.
9. СанПиН 2.1.2.1002 – 00 Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям. – Введ. 2007-07-01. – М.: Минздрав России, 2001. – 27 с.
10. СНиП 2.04.05. – 91 Отопление, вентиляция и кондиционирование – Введ. 1992-01-01. – М.: Госстрой РФ, 1992. – 64 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Arkhipov, V. V. Avtomaticheskoe regulirovanie ventiljacii i kondicionirovanija vozduha [Automatic Regulation of Ventilation and Air Conditioning]/ T. V. Arkhipov. - M.: YoYo Media, 2014. - 834 p. [in Russian]
2. Barkalov, B. Kondicionirovanie vozduha v promyshlennyh, obshhestvennyh i zhilyh zdanijah [Air Conditioning in Industrial, Public and Residential Buildings] / B. Barkalov, E. Karpis. - M.: Literature on construction, 2014. - 270 p. [in Russian]
3. Becker A. Sistemy ventiljacii [Ventilation Systems] / A. Becker. - M: Tekhnosfera, Evroklimat, 2007. - 240 p. ISBN 978-5-94836-147-5 [in Russian]
4. Borovkov, V. S. Aehrogidrodinamika sistem ventiljacii i kondicionirovanija vozdukha [Aerohydrodynamics of Ventilation and Air Conditioning Systems] / V. S. Borovkov, F. G. Mayranovsky. - M.: Stroyizdat, 2015. - 120 p. [in Russian]
5. Ignatkin I. Yu. Sistema rekuperacii teploty s adaptivnojj recirkuljaciejj vytjazhnogo vozdukha [Heat Recovery System With Adaptive Exhaust Air Recirculation]/ I. Yu. Ignatkin// Bulletin of the All-Russian Research Institute of Livestock Production Engineering. 2019. № 1 (33), pp. 100 – 103 [in Russian]
6. Livchak, I. F. Ventiljacija mnogoehtazhnykh zhilykh zdanijj [Ventilation of Multi-Storey Residential Buildings] / I. F. Livchak. - M.: AVOK-PRESS, 2016. - 82 p. [in Russian]
7. Lobov, D. S. Ehnergosberezhenie v sistemakh ventiljacii [Energy Conservation in Ventilation Systems] / D. S. Lobov, K. S. Samusenko // Aktual'nye voprosy ehnergetiki [Current Issues of Power Engineering]. 17.05.2017, pp. 46 – 48 [in Russian]
8. Samoylov, V. S. Ventiljacija i kondicionirovanie [Ventilation and Air Conditioning] / V. S. Samoilov, V. S. Levadny. - M.: Adelant, 2014. - 240 p. [in Russian]
9. SanPiN 2.1.2.1002-00 Sanitarno-ehpidemiologicheskie trebovanija k zhilym zdanijam i pomeshhenijam [Sanitary and Epidemiological Requirements for Residential Buildings and Premises]. - Effective from 2007-07-01. - Moscow: Ministry of Health of Russia, 2001. - 27 p. [in Russian]
10. SNiP 2.04.05. - 91 Otoplenie, ventiljacija i kondicionirovanie [Heating, Ventilation and Air Conditioning-Introduction]. Effective from 1992-01-01. - Moscow: Gosstroy RF, 1992. - 64 p. [in Russian]