Теоретические основы расчета воздухораспределения

При организации воздухообмена в помещениях гражданских зданий  для раздачи приточного воздуха используются воздухораспределители [   ]:

- типа РВ, РС-Г, РС-В, образующие струи: наклонно-ниспадающие (рис. 5.1, а) или воздушные фонтаны (рис.5.1, б), полуограниченные (рис. 5.1, в) с изменением формы струи от компактной до неполной веерной;

- потолочного типа, образующие вертикальные отрывные ниспадающие струи (рис.5.1. г): веерные и конические (ВДУМ), веерные и компактные (ВДШ), веерные комбинированные – конические, компактные (ПРМ); анемостаты квадратные (СТ-КВ и СТ-КВ/Б) и круглые СТ-КР;

- типа Р (нерегулируемая решетка) с образованием горизонтально развивающихся стесненных струй (рис. 5.1, д).

Расчет воздухораспределения сводится к определению числа и размеров принятого типа воздухораспределителей, а также допустимой скорости  и температуры  истечения воздуха, обеспечивающих значения скорости движения и разности температур воздуха в обслуживаемой зоне, не превышающих нормируемых величин [1]. Параметры и определяются на оси прямоточной струи (расчет по прямому потоку - рис. 5.1, а - г) или по соответствующим максимальным параметрам воздуха в обратном потоке (расчет по обратному потоку – рис. 5.1, д).

В струе приточного воздуха при входе в рабочую или обслуживаемую зону помещения следует принимать [1]:

- максимальную скорость движения воздуха по формуле

                                , м/с           (5.1)

- максимальную температуру при восполнении недостатков теплоты в помещении по формуле

                                , ⁰С  (5.2)

- минимальную температуру при ассимиляции избытков тепла в помещении по формуле

                                , ⁰С   (5.3)

где v_n, t_n – соответственно нормируемая скорость движения воздуха (м/с) и нормируемая температура воздуха (⁰С) в обслуживаемой зоне или на рабочих местах рабочей зоны; К – коэффициент перехода от нормируемой скорости движения воздуха в помещении к максимальной скорости в струе, определяемый по прил 6 [1]; ∆ t ₁, ∆ t ₂ – соответственно допустимое отклонение температуры воздуха в струе от нормируемой, определяемое по прил. 7 [1].

 

 

Рис. 5.1.

Схемы приточных вентиляционных струй в помещениях гражданских зданий: а – наклонные ниспадающие; б – наклонные, вытекающие вверх под углом к горизонтальной плоскости (воздушные фонтаны); в – полуограниченные, настилающиеся на потолок; г – вертикальные отрывные ниспадающие струи; д – горизонтальные стесненные (ненастилающиеся на потолок) струи

Число и размеры воздухораспределителей выявляются по допустимой скорости истечения воздуха, исходя из акустических и гигиенических требований, а также из условий, необходимых для реализации распределения воздуха по схемам:

рис. 5.1, а, б, в

;             (5.4)

рис. 5.1, а: , где

;   (5.5)

рис. 5.1, в  при охлажденном воздухе для полуограниченных струй:

компактных

                             ;                (5.6)

неполных веерных

                              ;                (5.7)

рис. 5.1, г:

                                l = H;                                  (5.8)

рис. 5.1, д:

                                 ;                  (5.9)

                            ,          (5.10)

где m – коэффициент изменения скорости на оси основного участка приточной струи; Н – геометрическая характеристика струи (5.11, 5.12); l – расстояние (шаг) между воздухораспределителями, м;  = 6⁰.

Геометрическая характеристика струи для компактных, конических и веерных струй рассчитывается по выражению

                               ,      (5.11)

где n – температурный коэффициент воздухораспределителя; v₀ – начальная скорость движения воздуха, отнесенная к расчетной площади воздухораспределителя F ₀, м/с; ₀ – избыточная температура приточного воздуха, ⁰С.

                                                        , ⁰С  (5.12)

Зависимость между максимальными параметрами воздуха в струях и соответствующими параметрами при истечении из воздухораспределителя представляется уравнениями вида:

- для основного участка компактных, веерных и конических струй, рассчитанных по прямому потоку [ ]

                                 , м/с (5.13)  

                                 , ⁰С (5.14)

 

где K _con, K _in, K _n – поправочные коэффициенты на стеснение струи, взаимодействие струй и неизотермичность соответственно [ ].

Условия применения выражений (5.13) и (5.14) устанавливаются по соотношению длины начального участка и расчетного сечения струи:

по скорости                  ,               (5.15)

по температуре и концентрации вредных веществ  . (5.16)

Для полуограниченных струй (рис. 5.1, в) значения коэффициентов m и n следует увеличивать в 1,4 раза;

- для компактных и неполных веерных струй, выпущенных выше обслуживаемой зоны, рассчитываемых по обратному потоку,

,     (5,17)

                                                    _,        (5.18)

где F _P – площадь помещения, перпендикулярная потоку воздуха, приходящаяся на один воздухораспределитель (струю), м².

Расчетное расстояние от места истечения струи до рассчитываемого сечения по направлению движения струи   x определяется следующим образом:

- при подаче воздуха под углом к горизонтальной плоскости по схеме рис. 5.1, а

                              ;                 (5.19)

- при подаче охлажденного воздуха компактными и неполными веерными струями по схеме рис. 5.1, б из выражения

                   ;       (5.20)

- при подаче воздуха по схеме рис. 5.1, в

                            ;                (5.21)

- при подаче воздуха вертикальными ниспадающими веерными струями, настилающимися на потолок, по схеме рис. 5.1, г

                          ;            (5.22)

- при подаче воздуха вертикальными ниспадающими отрывными веерными струями

                                .                     (5.23)

Коэффициент стеснения для компактных, веерных и конических струй определяется по формуле [ ]

            ,  (5.24)

где L _con – расход воздуха, в конце развития струи, м³/час; L ₀ – расход воздуха, подаваемого одним воздухораспределителем, м³/час.

При подаче воздуха в верхнюю зону горизонтальными или наклонными струями за L _con принимается расход воздуха, удаляемого через вытяжные отверстия, располагаемые в конце ячейки помещения, обслуживаемой одним воздухораспределителем. Коэффициент К _con для тупиковой схемы развития струи, когда приточные и вытяжные отверстия расположены в плоскости истечения струи, следует принимать по прил.  .

Значения коэффициента взаимодействия K _in зависят от расстояния между струями, их количества, и принимаются по прил..

Величина коэффициента К _n определяется по выражениям [ ]:

- при вертикальной подаче воздуха сверху вниз

для компактных и конических струй   

                                               ;            (5.25)

для неполных веерных струй

                                                 ;          (5.26)

- при горизонтальной подаче воздуха ненастилающимися компактными струями

                                        ;              (5.27)

Знак “-” принимается при подаче нагретого воздуха, знак “+” – при подаче охлажденного воздуха.

- при горизонтальной подаче охлажденного воздуха настилающимися струями величина К _n в выражениях (5.13), (5.14) принимается равной 1; при подаче нагретого воздуха К _n определяется по формулам (5.25) – (5.27);

- при наклонной подаче под углом  к горизонтальной плоскости

для компактных струй в выражении (5.13)

              ; (5.28)

                                  в выражении (5.14)

                                          .                           (5.29)

Значения параметров, определенных по формулам (5.13), (5.14), (5.17), (5.18), не должны превышать допустимых значений (5.1) – (5.3).

 

5.2.	Примеры расчета воздухораспределения
5.2.1	Сосредоточенная подача воздуха

 

Пример 9. Рассчитать воздухораспределение в зрительном зале (без балкона) кинотеатра на 400 мест с размерами в плане 27х13 м и высотой 7 м. Расчетный воздухообмен  составляет 53260 м³/час (см. пример 3).

Согласно рекомендациям п. 3.1 пособия подачу воздуха в зрительный зал предусматриваем механическим путем сосредоточенным выпуском в направлении к экрану (рис. 3.2, а). Воздух выпускается из средней зоны помещения через крупногабаритные нестандартные нерегулируемые решетки, живое сечение которых составляет 80%. Воздух удаляется механически (со стороны притока) из нижней зоны зрительного зала (в количестве 0,3 L) и дополнительно  (в количестве L _рец) из средней зоны (со стороны притока) забирается на рециркуляцию в холодный период года. Остальной расход воздуха удаляется естественным путем через шахты, снабженные вытяжными отверстиями, расположенными в плоскости потолка.

Для расчета  воздухораспределения при сосредоточенном выпуске воздуха используем закономерности стесненной струи, развивающейся по тупиковой схеме (рис. 5.1, д). Условие образования стесненной струи оцениваем, предварительно задавшись (исходя из ширины зала) числом отверстий для выпуска воздуха.

Принимая три сосредоточенных выпуска и скорость на выходе из решетки 2 м/с, определяем

                     м²

Определяем степень стеснения струи (3.1)

                   

Дальнобойность стесненной осесимметричной струи при истечении из нерегулируемой решетки (m = 6, n = 4,2)

           м

Поскольку < 27 м (расстояние до экрана), в зрительном зале с учетом расположения вытяжных отверстий образуются тупиковые струи.

Допустимые значения скорости  и избыточной температуры  в обслуживаемой зоне, омываемой обратным потоком воздуха (5.1), при нормируемой скорости = 0,2 м/с

                            м/с,  = 2⁰С

Избыточная температура на выходе воздуха из решетки составит

в теплый период            ⁰С,

в переходный период    ⁰С,

в холодный период        ⁰С.

Расчетным принимается переходный период, для которого нормируется минимальное значение , а значение = 1,9⁰С является максимальным из трех периодов года.

Максимальные значения скорости движения воздуха и избыточной температуры в обратном потоке (5.17), (5.18)

                > 0,28 м/с

                < 2⁰С

Незначительное превышение значения над допустимым значением, составляющее 0,07 м/с, можно допустить, поскольку в переходный, также как и в холодный период, зрители в зале кинотеатра пребывают в верхней одежде.

 

5.2.2.

Подача воздуха под углом к горизонту наклонными ниспадающими струями

 

Пример 10. Рассчитать воздухораспределение в зале ресторана с размерами в плане 34х12 м и высотой 5 м. Расчетный воздухообмен принят по теплому периоду года и составляет 33730 м³/час.

Для подачи воздуха применяем решетки типа РВ1-5 [ ], устанавливаемые на высоте 4,3 м от пола, образующие неполные веерные струи с углом раскрытия  = 45⁰ (от центральной оси), направленные в обслуживаемую зону под углом  = 30⁰ (рис. 5.1, а).

Условие полного поступления струи в обслуживаемую зону

                   , где .

При , тогда

, значит, вся струя поступает в обслуживаемую зону.

При нормируемой подвижности воздуха в обслуживаемой зоне до 0,2 м/с в холодный и переходный периоды и до 0,5 м/с в теплый определяем допустимые отклонения  в пределах основного участка струи

                                 м/с

                                                 = 1,5⁰С [ ].

Устанавливаются решетки с размерами 400х600 мм, 0,24 м², m = 2, n = 1,9. При объеме зала м³ допустимая скорость истечения воздуха из решетки составляет = 3,0 м/с.

Расход воздуха, раздаваемого через одну решетку,

                      м³/час

Число решеток

                                     

Условие, исключающее увеличение скорости воздуха в струе вследствие взаимодействия отдельных струй,

                                       

                            м

Расстояние между решетками 2  м.

                         

Длина начального участка струи (5.16), (5.17)

по скорости        м < х = 4,6 м;

по температуре  м < х = 4,6м.

Следовательно, расчет ведется по закономерностям основного участка струи.

Определим значения коэффициентов, входящих в выражения (5.13) и (5.14). Площадь помещения, перпендикулярная потоку воздуха, приходящаяся на один воздухораспределитель

                                            = 13,08 м²

Непосредственно из зала удаляется 2/3 расчетного воздухообмена, т.е. объем вытяжки составит 22490 м³/ч.  Для удаления воздуха предусматриваем установку вентиляционных решеток с неподвижными горизонтальными жалюзи РН-2 размерами 610х410 мм и площадью живого сечения 0,1708 м² [ ]. Тогда в выражении (5.24) расход воздуха, удаляемого в конце развития струи,  = 22490/13 = 1730 м³/ч.

При  и   (прил.). В соответствии с (5.24) коэффициент стеснения

                      

Коэффициент взаимодействия зависит от расстояния между струями, их количества и принимается по прил.. Для 13 струй, при расстоянии между решетками 2 l = 2,3 м и х/l = 4,6/1,15 = 4  = 1.

Геометрическая характеристика струи [ ]

          

Для выражения (5.13)

                ,

для выражения (5.14) .

                     м/с,

                      С.

Таким образом, реализация предусмотренной схемы подачи воздуха в объеме 33730 м³/ч через 13 решеток типа РВ1-5 наклонными струями под углом 30⁰ обеспечивает допустимые нормируемые параметры воздуха в обслуживаемой зоне зала ресторана. Проверим правильность выбора схемы воздухораспределения для переходного и холодного периодов года.

Переходный период:

; ;

м/с;                                                                                                            С.

Холодный период:

; ; 0,709; = 0,19 м/с; = 0,9⁰С.

Таким образом, схема воздухораспределения, принятая по теплому периоду года, позволяет обеспечивать нормируемые параметры воздуха в обслуживаемой зоне зала ресторана также и в переходный, и в холодный период года.

 

6.	Трассировка воздуховодов. Компоновка вентиляционных установок

 

Прежде чем приступить к компоновке вентиляционных установок (центров) и трассировке воздуховодов, необходимо ознакомиться с рекомендациями к решению приточно-вытяжной вентиляции отдельных помещений и здания в целом [ ]. Следует предусматривать в зданиях всех назначений приточную механическую вентиляцию с очисткой и подогревом приточного воздуха.

Число приточных камер в здании определяется назначением и режимом работы отдельных помещений, компоновкой их в группы, размерами и формой здания, величиной воздухообмена. Рекомендуется принимать:

- в кинотеатрах однозальных – две камеры (одна – для кинозала; вторая – общая для фойе и кинопроекционной);

- в кинотеатрах двухзальных – две камеры (общая для двух кинозалов и общая для фойе и двух кинопроекционных) или три камеры (две раздельные для двух кинозалов и общая для фойе и двух кинопроекционных);

- в клубах – три камеры (одна для большого зрительного зала, вторая – для малого зрительного и спортивного залов, третья – для фойе, коридоров и кинопроекционной) или четыре камеры (при этом варианте предусматривается отдельная камера для спортивного зала или кинопроекционной);

Приточные воздуховоды кинопроекционной отделяются от общей вентустановки противопожарным клапаном. Пример решения вентиляции кинопроекционной приведен в прил.   .

- для гостиниц – три камеры (одна – для кухни; вторая – для обеденных залов ресторана; третья (в зависимости от класса гостиницы) – для подачи воздуха в номера или в коридор);

- для школ и библиотек – от одной до трех камер, обслуживающих различные группы помещений.

При выборе количества приточных камер следует учитывать, что радиус действия установок не должен превышать 50-60м.

Приточные установки следует, как правило, располагать в подвале или на первом этаже здания в специально выделенных помещениях около наружных стен. Не допускается размещать приточные установки непосредственно под зрительными залами кинотеатров и клубов, читальными залами, залами заседаний, классами и другими помещениями, требующими тишины.

По архитектурным соображениям забор воздуха для приточной установки должен по возможности производиться не со стороны фасада здания и в местах, где воздух наименее загрязнен. Допускается устройство выносных приточных шахт, расположенных в зеленой зоне. Воздухозаборные решетки необходимо располагать на высоте не менее 2м от поверхности земли.

Приемные устройства для забора наружного воздуха допускается размещать над кровлей здания на одинаковой высоте с проемами для выброса воздуха, удаляемого системами общеобменной вытяжной вентиляции, только при горизонтальном расстоянии между приемными и выбросными проемами, превышающем 10 эквивалентных (по площади) диаметров ближайшего выбросного проема, но не менее 20 м. При меньшем горизонтальном расстоянии до места выброса воздуха, удаляемого системами общеобменной вентиляции через трубы и шахты, приемные устройства для наружного воздуха допускается размещать в пределах круга, описанного на плоскости кровли радиусом, равным высоте выбросной трубы или шахты над кровлей. При этом выброс должен быть не менее, чем на 2 м выше верхней кромки проема для приема воздуха.

Габариты приточной камеры определяются габаритами установленного в ней оборудования.

В 2-х – 5-тиэтажных общественных зданиях приточный воздух подается от общего коллектора по самостоятельным воздуховодам, предназначенным для каждого этажа (рис. 6.1, а).

Объем, схема и оборудование вытяжной вентиляции определяется характером помещений, видом и количеством выделяющихся в них вредностей. Вытяжная вентиляция может быть как естественная, так и механическая, но обязательно организованная. Механическая вытяжка предусматривается, как правило, в помещениях санитарных узлов, душевых и курительных комнат. Санитарные узлы и курительные комнаты обслуживаются общими вытяжными установками. В остальных помещениях общественных зданий вытяжная вентиляция организуется с учетом рекомендаций соответствующих норм [ ]. Для помещений, функционально связанных между собой, можно объединять вытяжные воздуховоды в одну установку.

 

                 а                                                            б

 

Рис. 6.1

Принципиальные схемы трассировки воздуховодов: а – приточной установки: б – при вытяжной механической вентиляции; 1 – общий коллектор; 2 – поэтажные воздуховоды; 3 – воздухозаборная шахта; 4 – клапан; 5 – приточная установка; 6 – вентилятор; 7 – вытяжная шахта с зонтом

 

Вытяжные установки располагают в наиболее высокой части чердака вблизи лестничных клеток с выходами на чердак или в специально отведенных помещениях в верхних этажах здания.

Воздуховоды и каналы в общественных зданиях можно проектировать неметаллические (гипсобетонные, гипсокартонные, асбестоцементные, в виде керамических труб и др.) и стальные [ ]. При этом следует учитывать, что воздуховоды из асбестоцементных конструкций не допускается применять в приточных установках. Для лучшей увязки вентиляционных сетей со строительными конструкциями здания при прокладке воздуховодов по помещениям предпочтение следует отдавать воздуховодам прямоугольной формы.

В системах вентиляции общественных зданий обычно предусматривают воздуховоды класса Н (нормальные). Нормируемые внутренние размеры поперечного сечения металлических воздуховодов, а также каналов из плит приведены в [ ].

Трассировка вытяжных воздуховодов при механической и естественной вентиляции решается по различным схемам (рис. 6.1, б, рис. 6.2). При естественной вентиляции для удаления воздуха из помещений каждого этажа предусматриваются самостоятельные вертикальные воздуховоды или каналы, Допускается объединять сборными каналами на чердаке только каналы из помещений одного назначения (рис. 6.2, б). Присоединение вытяжных каналов на чердаке к магистральному коробу должно обеспечивать возможность регулирования и замера количества воздуха в каждом ответвлении. Радиус действия вытяжных систем естественной вентиляции рекомендуется принимать до 8 м.

Вентиляционные шахты, как и вентиляционные каналы, выводятся над крышей на высоту:

- не менее 1,5 м выше конька крыши, если шахта или каналы расположены не далее 1,5 м от конька;

- до отметки конька крыши при расстоянии от него 1,5 – 3 м;

- ниже конька крыши до прямой, проведенной под углом 10⁰ к горизонту конька, при расстоянии от него более 3 м.

Во всех случаях разность отметок от конька крыши до низа выходного отверстия канала (шахты) должна быть не менее 0,5 м и не более 1,5 м.

 

                         а                                                           б

 

Рис. 6.2.

Принципиальная схема трассировки воздуховодов при вытяжной естественной вентиляции: а – с раздельными каналами; б – с каналами, объединенными на чердаке; 1 – вытяжное отверстие; 2 – вертикальные вентиляционные каналы; 3 – сборный короб; 4 – вытяжная шахта; 5 – зонт

 

При трассировке воздуховодов необходимо помнить, что присоединение двух или более каналов из смежных помещений к одному вертикальному каналу, как правило, не допускается, чтобы избежать перетекания воздуха из одного помещения в другое. Только для вентиляции смежных и близких по своему назначению помещений допускается устройство одного канала с установкой  жалюзийных решеток, выходящих в каждое помещение (рис. 6.3).

Приставные воздуховоды устраивают, как правило, у внутренних строительных конструкций: они могут размещаться у перегородок или компоноваться со встроенными шкафами, колоннами и т.п. Если приставные воздуховоды по какой-либо причине размещаются у наружной стены, то между стеной и воздуховодом обязательно оставляют зазор не менее 50 мм или делают утепление, чтобы предотвратить охлаждение воздуха, перемещаемого по воздуховоду и конденсацию водяных паров.

 

 

Рис. 6.3.

Пример решения вытяжной вентиляции смежных помещений

 

При наличии в здании внутренних кирпичных стен целесообразно использовать их для прокладки вентиляционных каналов, которые устраивают в толще стен или в бороздах, закрываемых снаружи плитами или сеткой с последующим оштукатуриванием. В наружных стенах вентиляционные каналы не устраивают.

Сечение каналов в кирпичных стенах должно быть кратным размеру кирпича. Наименьший размер канала 1/2х1/2 кирпича или 140х140 мм. Толщина перегородок между такими каналами одного назначения принимается не менее ½ кирпича, между приточными и вытяжными  - не менее 1 кирпича; толщина наружных стенок канала – не менее 1/2 кирпича. Каналы во внутренних кирпичных стенах устраиваются на расстоянии не менее 1,5 кирпича от проемов и стыков стен.

Определяя число кирпичных каналов для перемещения требуемого количества воздуха, можно ориентироваться на то, что при естественной вентиляции (скорость воздуха в канале 1 м/с) производительность канала размером 1/2х1 кирпич (140х270 мм) составляет 130 м³/ч, при механической вентиляции (скорость воздуха в канале 5 м/с) соответственно около 700 м³/ч.