Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЕЙ, ОБРАЗУЮЩИХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВЕЕРНЫЕ СТРУИ, В ОФИСНОМ ПОМЕЩЕНИИ

Научная статья
Вдовичев А.А.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.70.023
Выпуск: № 4 (70), 2018
Опубликована:
2018/04/19
PDF

Вдовичев А.А.

ORCID: 0000-0001-8979-8845, магистрант,

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЕЙ, ОБРАЗУЮЩИХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ВЕЕРНЫЕ СТРУИ, В ОФИСНОМ ПОМЕЩЕНИИ

Аннотация

В статье рассматриваются вопросы обеспечения оптимальных микроклиматических условий системой кондиционирования воздуха в офисных помещениях, раздача приточного воздуха горизонтальными полными веерными струями, и факторы, воздействующие на организацию воздухообмена по схеме «сверху-вверх». Выполнен анализ основных параметров, влияющих на реализацию расчетной схемы циркуляции воздуха, а также рассмотрен вариант применения воздуховыпускных устройств, образующих полные веерные настилающиеся на потолок струи.

Ключевые слова: воздухораспределитель, циркуляция воздуха, горизонтальные настилающиеся полновеерные струи, параметры микроклимата, критерий Архимеда.

Vdovichev A.A.

ORCID: 0000-0001-8979-8845, graduate student,

Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

APPLICATION OF AIR DISTRIBUTORS, FORMING HORIZONTAL RADIAL AIR JETS, IN OFFICE ROOMS

Abstract

The article considers the issues of ensuring optimal microclimatic conditions in the air conditioning system in office premises, distribution of fresh air by horizontal full fan jets, and factors affecting the organization of air exchange in the "top-up" scheme. The analysis of the main parameters influencing the implementation of the design scheme of air circulation has been carried out. Also, an option of using the air exhaust devices forming the full fan laying on the ceiling of the jet is considered.

Keywords: air distributor, air circulation, horizontal laid full-jet streams, microclimate parameters, Archimedes criterion.

Одной из современных актуальных проблем в области кондиционирования воздуха офисных помещений общественных и административных зданий является обеспечение  оптимальных параметров микроклимата в обслуживаемой зоне. Неправильный расчет систем воздухораспределения может привести к превышению значений скорости приточного воздуха, избыточной температуры на границе с обслуживаемой зоной, изменению траектории приточных струй и принятой схемы организации воздухообмена. В связи с этим необходимо уделять большое внимание выбору способа воздухораздачи, конструкции и размещению воздуховыпускных устройств, а также определению начальных параметров подаваемого в помещение воздуха [1, С. 28].

Существующие нормативные документы, как в России, так и в странах Европы и США, главной задаче ставят: обеспечение параметров микроклимата и качества воздуха в пределах оптимальных норм (всех или отдельных параметров) [2, С. 30], поддержание заданных температуры и влажности [3, С. 10]. В иностранных стандартах немаловажным является акцентирование внимания на энергетическую эффективность системы при реализации требуемого воздухообмена и уменьшение основных источников вредностей [4, с. 15–18], [5, С. 32], а также на оценку величины расхода подаваемого воздуха и сведение к минимуму неблагоприятных воздействий на здоровье человека [6, С. 6–14]. В настоящее время существует огромное количество схем организации воздухообмена, типов воздухораспределителей, конструктивных решений, отвечающих данным требованиям. К ним можно отнести: напольные воздухораспределители, подающие воздух по схеме «снизу-вверх» [7], щелевые потолочные воздуховыпускные устройства, формирующие вертикальные быстро затухающие струи [8], охлаждающие балки [9], приточные решетки типа АМН, АДН, АЛН или АВН, осуществляющие подачу горизонтальных струй, настилающихся на потолок [10, С. 28–29]. В последнее время стало популярным использование в офисах перфорированных воздухораспределителей систем вытесняющей вентиляции DV (Displacement ventilation), позволяющих значительно уменьшить затраты на обработку приточного воздуха и обеспечить более высокое качество микроклимата помещения [11], [12].

Однако зачастую применение данных способов раздачи приточного воздуха расходится с существующими архитектурно-планировочными условиями офисов, отсутствием высоких потолков помещений, трассировкой воздуховодов и требованиями, предусмотренными техническим заданием на проектирование. В тех случаях, когда способ воздухораздачи реализуется по схеме «сверху-вверх» потолочными диффузорами, образующими полновеерные струи, важным становится задача правильного подбора воздуховыпускных устройств, которые будут обеспечивать соответствие параметров струи в контрольной точке требованиям норм.

При изучении данного вопроса были исследованы воздухораспределители кампании «Арктос» следующих типов: ДПУ-М, ДПУ-К, ДКВ, АГН-1 и 4АПН (см. рис. 1) [13, С. 79–103], [14]. Число применяемых диффузоров для каждого варианта было одинаковым и равнялось 9, также как и площадь, перпендикулярная потоку и приходящаяся на один воздухораспределитель (24-04-2018 10-36-30). В качестве офисного помещения рассматривался операционный зал здания технической поддержки банковского отделения площадью 24-04-2018 10-46-05 и высотой 24-04-2018 10-46-55. Как видно, отличительная особенность объекта – довольно значительная площадь помещения и низкое расположение подвесных потолков (порядка 3 м), что исключает возможность применения диффузоров, формирующих конические смыкающиеся или неполные веерные струи [15, С. 129].

24-04-2018 10-17-32

Рис. 1 – Конструктивные схемы диффузоров, формирующие горизонтальные веерные струи

 

В настоящее время принято считать, что основными вредностями в помещениях общественных или административных зданий являются продукты жизнедеятельности человека, в первую очередь диоксид углерода [16]. Однако если говорить об офисах, то при определении расчетных воздухообменов результирующим фактором является наличие в кабинетах значительных источников теплопоступлений (персональные компьютеры, мониторы, принтеры и другая электронно-вычислительная техника, искусственное освещение, солнечная радиация), которые оказывают значительное воздействие на реализацию заданной схемы циркуляции воздуха. Ассимиляция избытков явной 24-04-2018 10-55-40  и полной теплоты 24-04-2018 10-56-27, а также влагоизбытков 24-04-2018 10-57-00 требует, как правило, гораздо большего расхода подаваемого воздуха, чем удаление углекислого газа 24-04-2018 10-57-32 [17, С. 20–23], что, в конечном итоге, влияет на подбор типоразмера диффузоров.

Анализ воздуховыпускных устройств и проверка правильной организации воздухообмена на обеспечение допустимых параметров на границе с обслуживаемой зоной состоял в том, чтобы оценить полученные в ходе расчетов величины скорости воздуха на оси струи на входе в обслуживаемую зону, 24-04-2018 10-58-29, и избыточной температуры, 24-04-2018 10-58-35, сопоставив их с нормируемыми значениями 24-04-2018 10-59-43 и 24-04-2018 10-59-54 [15, С. 118–119], [18, С. 21–22], [19, С. 59–63]. Кроме того, следовало определить относительные расстояния до места отрыва струи, 24-04-2018 11-00-46, и проверить полученные значения критерия Архимеда, 24-04-2018 11-01-19, в верхнем граничном сечении обслуживаемой зоны на соответствие предельным значениям (см. рис. 2).

24-04-2018 11-02-01

Рис.2 – Исследуемая расчетная точка на границе обслуживаемой зоны

 

Применение системы кондиционирования в офисах предполагает подачу неизотермических струй с температурой, ниже температуры внутреннего воздуха 24-04-2018 11-02-54. По причине этого определение текущего значения Архимеда является одной из важнейших задач, поскольку он учитывает влияние гравитационных сил на развитие, дальнобойность и изменение траектории настилающейся на потолок приточной струи [20, С. 112–118]. Для рассматриваемых диффузоров, формирующих веерные струи, предельное значение критерия Архимеда составляет 0,2 [21].

Основными характеристиками воздухораспределителей, существенно влияющими на получение исследуемых параметров, являются кинематический коэффициент m и температурный коэффициент n, которые описывают соответственно темп изменения осевых скоростей и избыточных температур на основном участке струи [1, С. 71]. Для диффузоров, в том числе для устройств ДПУ-М, ДПУ-К, ДКВ, АГН-1 и 4АПН, они  учитывают такие параметры, как угол расширения струи 24-04-2018 11-03-55, коэффициент местного сопротивление ξ, турбулентное число Прандтля σm и т.д. [1, С. 69–71] и варьируются в следующих пределах: 24-04-2018 11-04-57 [21].

Как показали результаты вычислений, диффузоры 4АПН обладают наилучшими значениями показателей скорости и разности температур на оси струи по сравнению с аналогичными устройствами ДПУ-М, ДПУ-К, ДКВ и АГН-1. Величины осевой скорости 24-04-2018 10-58-29при значении коэффициента отклонения (стеснения) 24-04-2018 11-06-42 [13, С. 198], а также избыточной температуры не превышают допустимых значений. Кроме того, несмотря на то, что текущий Архимед превысил критическое значение для полных веерных струй 24-04-2018 11-07-42, его превышение в сравнении с другими воздухораспределителями незначительно, а отрыв воздуха происходит на расстоянии 3,05 м, что превышает общее расстояние от пола до потолка помещения (см. табл. 1).

В ходе вычислений была выявлена зависимость между кинематическими, температурными коэффициентами диффузоров и начальными расчетными критериями Архимеда на выходе из приточного отверстия. При подаче воздуха с начальной скоростью, 24-04-2018 11-08-54, приблизительно равной 24-04-2018 11-08-29 и площадью приточного отверстия 24-04-2018 11-09-43 размером 24-04-2018 11-09-55 текущий Архимед будет тем ближе к критической величине 0,2, чем ближе коэффициенты m и n будут к значениям 24-04-2018 11-11-32 соответственно. То есть при использовании диффузоров типа ДПУ-К, ДКВ и 4АПН. При этом осевая скорость на входе в обслуживаемую зону будет превышена только в случае использования воздухораспределителя ДКВ, что приведет к неудовлетворительным условиям микроклимата и неприятным ощущениям сквозняка.

Таблица 1 – Параметры приточной струи рассматриваемых диффузоров, влияющие на обеспечение заданной циркуляции воздуха

24-04-2018 11-13-45  

Параметры воздушной среды при применении воздуховыпускных устройств типа АГН-1 не соответствуют нормируемым значениям. Текущий критерий Архимеда в верхней границе обслуживаемой зоны превысил критическое значение для настилающихся на потолок веерных струй: 24-04-2018 11-14-40 . Помимо этого, определенные осевые скорости и избыточные температуры на верхней границе рабочей зоны гораздо больше допустимых значений 24-04-2018 11-15-11. В итоге диффузоры АГН-1 не могут использоваться в помещениях офисов высотой в  и ниже, так как не обеспечивают реализацию заданной циркуляции воздуха.

Таким образом, в тех случаях, когда в офисных помещениях с низкими потолками организация воздухообмена осуществляется системой кондиционирования по схеме «сверху-вверх» настилающимися на потолок веерными струями, наиболее рациональным станет применение воздухораспределителей 4АПН, позволяющих правильно реализовать необходимое распределение воздуха и обеспечить поддержание нормируемых параметров воздушной среды.

Условные обозначения:

Ap – площадь помещения, перпендикулярная потоку воздуха, приходящаяся на один воздухораспределитель, м2.

24-04-2018 10-58-29 – скорость воздуха на оси струи в верхней границе обслуживаемой зоны, м/с;

24-04-2018 10-58-35 – перепад температур воздуха на оси струи в верхней границе обслуживаемой зоны, °С;

xотр – расстояние до места отрыва струи, м;

24-04-2018 11-01-19 – текущий критерий Архимеда в рассматриваемом сечении;

tпр – температура приточного воздуха, °С;

tв – температура внутреннего воздуха, °С;

24-04-2018 11-08-54 – начальная скорость приточного воздуха, м/с;

24-04-2018 11-09-43 – площадь приточного отверстия диффузора, м2.

m – коэффициент темпа падения скорости на оси струи;

n – коэффициент выравнивания температуры в струе;

Kc – коэффициент стеснения;

24-04-2018 11-03-55 – угол расширения струи;

ξ – коэффициент местного сопротивления;

σm – величина, характеризующая отношение коэффициентов турбулентного переноса теплоты и импульса (турбулентное число Прандтля).

Список литературы / References

  1. Гримитлин М. И. Распределение воздуха в помещениях. Изд. 3-е, доп. и исп. / М. И. Гримитлин. – СПб.: АВОК Северо-Запад, 2004. – 319 с.
  2. СП 60.13330.2016. Актуализированная редакция СНиП 41–01–2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. – Введ. 2017–06–17. – М.: Минстрой России, 2016. – 95 с.
  3. ГОСТ Р ЕН 13779–2007. Вентиляция в нежилых зданиях. Технические требования к системам вентиляции и кондиционирования. – Введ. 2008–10–01. – М.: Стандартнформ, 2008. – 49 с.
  4. EN 15251:2012 (DIN EN 15251:2012). Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics, 2012. – 60 p.
  5. EN 15251 Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics. – Brussels. – 2007. – 62 p.
  6. ASHRAE Standard 62-1999, Ventilation For Acceptable Indoor Air Quality, 1999. – 121 p.
  7. Бородкин А. Воздухораспределяющие устройства. Выбираем правильно [Электронный ресурс] / А. Бородкин // Журнал С.О.К.: Сантехника, Отопление, Кондиционирование. – 2006. – №2. – URL: c-o-k.ru/articles/vozduhoraspredelyayuschie-ustroystva-vybiraem-pravil-no (дата обращения: 19.03.2018).
  8. Воздухораспределение в помещениях: классификация систем [Электронный ресурс]. Журнал «АВОК». – 2009. – № 3. – URL: abok.ru/for_spec/articles.php?nid=4280 (дата обращения: 19.03.2018).
  9. Новые активные охлаждающие балки от Fläkt Woods [Электронный ресурс]. Журнал «АВОК». – 2015. – №4. – URL: meskazan.ru/files/publications/2017/avok-2015-4-18.pdf (дата обращения: 19.03.2018).
  10. Таурит В. Р. Вентиляция в гражданских зданиях. Учебное пособие / В. Р. Таурит, В. Ф. Васильев. – СПб: АНТТ-Принт, 2008. – 147 с.
  11. Особенности различных схем организации воздухообмена [Электронный ресурс]. Журнал «Аква-терм». – 2008. – №06. – URL: teplo.ck.ua/otoplenie_review188.html (дата обращения: 19.03.2018).
  12. Antonio Briganti. Системы воздухораспределения. Новейшие принципы [Электронный ресурс] / Antonio Briganti // Журнал «АВОК». – 2018. – №1. – URL: meskazan.ru/files/publications/2018/avok-2018-1-78-88.pdf (дата обращения: 19.03.2018).
  13. Воздухораспределители компании «Арктос». Указания по расчету и практическому применению. – СПб: ОАО Печатный двор им. А.М. Горького. 2008. – 215 с.
  14. Диффузоры ДКК, ДКФ, ДКП, ДКВ и др. Технические характеристики. «Арктос» [Электронный ресурс]. – URL: arktos.nt-rt.ru/images/manuals/d.pdf (дата обращения: 19.03.2018).
  15. Баркалов Б. В. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 частях. Часть 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Книга 2 / Б. В. Баркалов, Н. Н. Павлов, С. С. Амирджанов и др.; под ред. Н.Н. Павлова, Ю.И. Шиллера. – М.: Стройиздат, 1992. – 410 с.
  16. Наумов А. Л. СО2: Критерий эффективности систем вентиляции / А. Л. Наумов, Д. В. Капко // Журнал «АВОК». – 2015. – №1. – URL: abok.ru/for_spec/articles.php?nid=6024 (дата обращения: 19.03.2018).
  17. Максимов Г. А. Отопление и вентиляция. Часть II. Вентиляция / Г. А. Максимов. – М.: Стройиздат, 4-я типография им. Евг. Соколовой, 1949. – 258 с.
  18. Дударев, А. А. Микроклиматический комфорт и воздухораспределение: несколько шагов навстречу / А. А. Дударев, А. Г. Сотников // Инженерные системы. АВОК –  Северо – Запад. – 2013. – №1. – С. 16–23.
  19. Трубицына Г. Н. Вентиляция: учебное пособие. М-во образования и науки Российской Федерации. Магнитогорский гос. технический ун-т / Г. Н. Трубицына. – Магнитогорск: МГТУ, 2014. – 124 с.
  20. Богословский В. Н. Отопление и вентиляция. В 2-х частях. Часть II. Вентиляция / В. Н. Богословский. – М.: Стройиздат, 1976. – 439 с.
  21. Воздухораспределители компании «Арктос». Каталог продукции. Указания по расчету и применению воздухораспределителей [Электронный ресурс]. 2017. – URL: arktoscomfort.ru/wp-content/Kat/air/katalog/2017/11.pdf

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Grimitlin M. I. Raspredelenie vozduha v pomeshhenijah. Izd. 3-e, dop. i isp. [Distribution of air in the premises. Ed. 3rd, add. and corr.] / M. I. Grimitlin. – SPb.: AVOK Severo-Zapad, 2004. – 319 p. [in Russian]
  2. SP 60.13330.2016. Aktualizirovannaja redakcija SNiP 41–01–2003. Otoplenie, ventiljacija i kondicionirovanie [Updated version of SNIP 41-01-2003. Heating, ventilation and air conditioning]. – Vved. 2017–06–17. – M.: Minstroj Rossii, 2016. – 95 p. [in Russian]
  3. GOST R EN 13779–2007. Ventiljacija v nezhilyh zdanijah. Tehniche-skie trebovanija k sistemam ventiljacii i kondicionirovanija [Ventilation for non-residential buildings. Performance requirements for ventilation and room-conditioning systems]. – Vved. 2008–10–01. – M.: Standartnform, 2008. – 49 p. [in Russian]
  4. EN 15251:2012 (DIN EN 15251:2012). Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics, 2012. – 60 p.
  5. EN 15251 Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics. – Brussels. – 2007. – 62 p.
  6. ASHRAE Standard 62-1999, Ventilation For Acceptable Indoor Air Quality, 1999. – 121 p.
  7. Borodkin A. Vozduhoraspredeljajushhie ustrojstva. Vybiraem pra-vil'no [Air-distributing devices. We choose correctly] [Electronic resource] / A. Borodkin // ZHurnal S.O.K.: Santehnika, Otoplenie, Kondicionirovanie. – 2006. – №2. – URL: c-o-k.ru/articles/vozduhoraspredelyayuschie-ustroystva-vybiraem-pravil-no (accessed: 19.03.2018). [in Russian]
  8. Vozduhoraspredelenie v pomeshhenijah: klassifikacija system [Air distribution in rooms: classification of systems] [Electronic resource]. ZHurnal «AVOK». – 2009. – №3. – URL: abok.ru/for_spec/articles.php?nid=4280 (accessed: 19.03.2018). [in Russian]
  9. Novye aktivnye ohlazhdajuschie balki ot Fläkt Woods [New Active Cooling Beams from Fläkt Woods] [Electronic resource]. Zhurnal «AVOK». – 2015. – №4. – URL: meskazan.ru/files/publications/2017/avok-2015-4-18.pdf (accessed: 19.03.2018). [in Russian]
  10. Taurit V. R. Ventiljacija v grazhdanskih zdanijah. Uchebnoe posobie [Ventilation in civil buildings. Textbook] / V. R. Taurit, V. F. Vasil'ev. – SPb: ANTT-Print, 2008. – 147 p. [in Russian]
  11. Osobennosti razlichnyh shem organizacii vozduhoobmena [Features of various schemes of air exchange] [Electronic resource]. ZHur-nal «Akva-term». – 2008. – №06. – URL: teplo.ck.ua/otoplenie_review188.html (accessed: 19.03.2018). [in Russian]
  12. Antonio Briganti. Sistemy vozduhoraspredelenija. Novejshie principy [Air distribution systems. Newest principles] [Electronic resource] / Antonio Briganti // ZHurnal «AVOK». – 2018. – №1. – URL: meskazan.ru/files/publications/2018/avok-2018-1-78-88.pdf (accessed: 19.03.2018). [in Russian]
  13. Vozduhoraspredeliteli kompanii «Arktos». Ukazanija po raschetu i prakticheskomu primeneniju [Air distributors of the company "Arktos". Guidelines for calculation and practical application]. – SPb: OAO Pechatnyj dvor im. A.M. Gor'kogo. 2008. – 215 p. [in Russian]
  14. Diffuzory DKK, DKF, DKP, DKV i dr. Tehnicheskie harakteri-stiki. «Arktos» [Diffusers DKK, DKF, DKT, DKV and other. Technical characteristics. "Arctos"] [Electronic resource]. – URL: arktos.nt-rt.ru/images/manuals/d.pdf (accessed: 19.03.2018). [in Russian]
  15. Barkalov B. V. Vnutrennie sanitarno-tehnicheskie ustrojstva. V 3 chastjah. CHast' 3. Ventiljacija i kondicionirovanie vozduha. Kniga 2 [Internal sanitary equipment. In 3 parts. Part 3. Ventilation and air conditioning. Book 2] / B. V. Barkalov, N. N. Pavlov, S. S. Amirdzhanov i dr.; pod red. N.N. Pavlova, JU.I. SHillera. – M.: Strojizdat, 1992. – 410 p. [in Russian]
  16. Naumov A. L. SO2: Kriterij `effektivnosti sistem ventiljatsii [СО2: Criterion of efficiency of ventilation systems] [Electronic resource] / A. L. Naumov, D. V. Kapko // Zhurnal «AVOK». – 2015. – №1. – URL: abok.ru/for_spec/articles.php?nid=6024 (accessed: 19.03.2018). [in Russian]
  17. Maksimov G. A. Otoplenie i ventiljacija. CHast' II. Ventiljacija [Heating and ventilation. Part II. Ventilation] / G. A. Maksimov. – M.: Strojizdat, 4-ja tipografija im. Evg. Sokolovoj, 1949. – 258 p. [in Russian]
  18. Dudarev, A. A. Mikroklimaticheskij komfort i vozduhoraspredelenie: neskol'ko shagov navstrechu [Microclimatic comfort and air distribution: a few steps to meet] / A. A. Dudarev, A. G. Sotnikov // Inzhe-nernye sistemy. AVOK – Severo – Zapad. – 2013. – №1. – S. 16–23. [in Russian]
  19. Trubicyna G. N. Ventiljacija: uchebnoe posobie. M-vo obrazovanija i nauki Rossijskoj Federacii. Magnitogorskij gos. tehnicheskij un-t [Ventilation: a study guide. Ministry of Education and Science of the Russian Federation. Magnitogorsk State. Technical University] / G. N. Trubicyna. – Magnitogorsk: MGTU, 2014. – 124 p. [in Russian]
  20. Bogoslovskij V. N. Otoplenie i ventiljacija. V 2-h chastjah. CHast' II. Ventiljacija [Heating and ventilation. In 2 parts. Part II. Ventilation] / V. N. Bogoslovskij. – M.: Strojizdat, 1976. – 439 p. [in Russian]
  21. Vozduhoraspredeliteli kompanii «Arktos». Katalog produkcii. Ukazanija po raschetu i primeneniju vozduhoraspredelitelej [Air distributors of the company "Arktos". Product Catalog. Guidelines for the calculation and use of air distributors] [Electronic resource]. 2017. – URL: arktoscomfort.ru/wp-content/Kat/air/katalog/2017/11.pdf (accessed: 19.03.2018). [in Russian]