ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С ПЕРФОРИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

Полезная модель относится преимущественно к технике вентиляции и кондиционирования воздуха.
Известны воздухораспределители, снабженные лицевой перфорированной панелью. Воздухораспределители под маркой СПП, СКП серийно изготавливают на предприятии ООО «Арктос» в Санкт-Петербурге. Эти воздухораспределители поставляются в комплекте с камерами статического давления, в которых установлен перфорированный лист-рассекатель на расстоянии 100 мм от лицевой панели. Такие изделия рекомендуется монтировать за подшивным потолком для организации подачи воздуха сверху вниз в помещениях высотой 2,5÷5,0 м.
жс
Описанные воздухораспределители имеют следующий недостаток: дальнобойность потока воздуха по нормируемой комфортной скорости 0,2 м/с составляет у всех типоразмеров (при расходе воздуха, генерирующем акустические колебания мощностью 45 дБА - норма для офисов) величину, превышающую 3 м. Такая дальнобойность потока воздуха, обусловленная недостаточным уровнем турбулентности приточного потока (при коэффициенте живого сечения панели K=0,3), не позволяет рекомендовать подобные изделия для подачи воздуха непосредственно в рабочую зону общественных помещений.
Известно устройство для распределения воздуха (патент RU №2052732), в котором предлагается вариант устройства с двумя перфорированными листами, причем внутренний лист может быть подвижным. В этом устройстве наибольшая часть воздушного потока входит в пространство, заключенное между перфорированными листами, через щель, образуемую кромками листов, которые выполняют с отбортовкой. Регулирование расхода и формирование вида и параметров приточного воздушного потока предусматривается осуществлять вручную с помощью четырех винтов установленных в углах листов. К недостаткам предлагаемого устройства можно отнести сложность его конструкции и регулирования выходных характеристик.
Описание и расчеты способов подачи воздуха через перфорированные тонколистовые поверхности описаны во многих работах М.И. Гримитлина, например, Распределение воздуха в помещениях. С-Петербург. Изд. «Авок Северо-Запад», изд. Третье доп. и исправл., 2004. - 320 с.
Наиболее близким к заявленному решению по технической сущности и достигаемому техническому результату воздуховыпускным устройством, принятым за прототип, является воздуховыпускная перфорированная панель, представленная в заявке на изобретение на патент РФ №2013116798. В материалах этой заявки описана конструкция воздуховыпускной панели, состоящей из двух перфорированных листов преимущественно с взаимно смещенными центрами отверстий, при этом листы расположены с зазором величиной не более 2-х гидравлических диаметров отверстий первого по ходу воздуха листа. Недостатками прототипа являются:
- недостаточная равномерность по площади воздуховыпускной панели поля начальных скоростей воздуха (по величине и направлению векторов), поступающего через перфорированные отверстия в помещение; максимальная скорость приточного потока воздуха наблюдается на геометрической оси воздуховыпускной панели;
- сложно изменить направление вектора максимальной скорости приточного воздушного потока.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание воздухораспределительного устройства достаточно простого по конструкции, использование которого обеспечит получение такого технического результата как изменение начальных скоростей воздуха (по величине и направлению) в воздуховыпускных отверстиях наружного листа устройства, повышение уровня турбулентности, изменение вида и уменьшение дальнобойности приточного потока воздуха.
Сущность полезной модели заключается в том, что воздухораспределительное устройство с перфорированной поверхностью, включающее наружный 1 и внутренний 2 тонкостенные перфорированные листы, расположенные преимущественно параллельно и с взаимным смещением центров отверстий 3 и 4, с зазором между листами не более 2-х гидравлических диаметров отверстий 4 внутреннего листа 2. При этом внутренний лист 2 является стенкой образованной воздушной камеры 5, снабженной входным отверстием 6, площадь которого не превышает суммарную площадь отверстий 4 внутреннего перфорированного листа 2, причем, на расстоянии от этого листа в пределах 4-х гидравлических диаметров его отверстий 4 расположен центр входного отверстия 6 камеры 5.
В частном случае заявляемой полезной модели зазор между перфорированными листами или их участками выполнен переменным вдоль их площади.
В другом частном случае перфорированные листы или их участки изготовлены из легкого гибкого материала, изменяющего положение или форму под воздействием проходящего потока воздуха.
В третьем частном случае образованная воздушная камера снабжена несколькими впускными отверстиями 6, суммарная площадь которых не превышает суммарную площадь отверстий 4 внутреннего перфорированного листа 2.
В еще одном частном случае устройство снабжено присоединительным патрубком 7, который установлен с возможностью осевого перемещения.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется рисунками (фиг. 1-3), на которых изображено воздухораспределительное устройство в двух проекциях и вариант с патрубком.
Поставленная задача решается следующим образом. Наружный 1 и внутренний 2 перфорированные листы, устанавливают преимущественно параллельно, при этом допускают встречное суммарное отклонение от геометрически параллельного взаимного расположения поверхностей листов, не превышающее максимального зазора между ними, равного 2-м гидравлическим диаметрам отверстий 4 внутреннего листа, являющегося перфорированной стенкой образованной воздушной камеры 5. Камера снабжена впускным отверстием 6, центр которого располагают на расстоянии в пределах 4-х гидравлических диаметров отверстий стенки, а суммарная площадь ее перфорированных отверстий не превышает площадь впускного отверстия камеры, причем взаимное смещение центров отверстий обоих перфорированных листов устанавливают в пределах от нуля до величины шага отверстий наружного листа.
Отдельные (первичные) воздушные струи, образующиеся при прохождении воздуха через отверстия внутреннего перфорированного листа, обладая локальными повышенными скоростями, при достижении поверхности глухих участков, расположенных между отверстиями наружного перфорированного листа устройства, активно взаимодействуют с ними - происходит хаотичное разделение и столкновения с изменением дальнейшего направления движения отдельных частей (масс) первичных воздушных струй, образуются мелкомасштабные турбулентные вихри, которые способствуют уменьшению максимальной скорости на выходе из наружного листа и изменению локальных скоростей по площади его перфорированной части.
С целью повышения степени затухания максимальной скорости приточного воздушного потока и уменьшения его дальнобойности, а также влияния на вид приточного потока (например, веерообразный, конический, настилающийся) образуют воздушную камеру, одной из стенок которой является внутренний перфорированный лист. Причем, камера снабжена впускным отверстием, центр которого расположен на расстоянии в пределах 4-х гидравлических диаметров отверстий внутреннего листа, а площадь впускного отверстия не превышает суммарную площадь отверстий перфорированной стенки.
Результаты проведенного физического эксперимента показали, что при расстояниях между перфорированным листом и центром впускного отверстия, превышающих величину 4-х гидравлических диаметров отверстий внутреннего листа, эффект формирования быстрозатухающего приточного потока резко ослабевает и соответственно технический результат устройства исчезает.
жс
Физический эксперимент проводился при равных диаметрах (5 мм) отверстий обоих равновеликих перфорированных листов, установленных квазипараллельно друг другу; наибольшему количеству испытаний подвергся образец с размером площади перфорации (450×250)мм и с коэффициентом живого сечения K=0,3. Воздухораспределительное устройство монтировали в торце воздуховода равновеликого поперечного сечения. Площадь камеры соответствовала площади перфорированной части панели, а ее высоту изменяли в пределах от 1-го до 6-ти величин диаметров отверстий (5÷30 мм) перфорированной стенки. При этом площадь впускного отверстия составляла 50÷90% от суммарной площади отверстий перфорированной стенки камеры.
Образование камеры между перфорированными листами с впускным отверстием (присоединительным патрубком) дополнительно улучшает технический результат от применения сдвоенной перфорированной панели.
Зафиксировано уменьшение максимальной скорости выпускаемого воздушного потока в ≈2,0 раза на расстояниях 0,5÷1 м от наружного листа устройства и изменение вида приточного потока от компактного до конического и даже настилающегося на ограждение (имитирующего стену). Результаты приведены по отношению к аналогичным максимальным скоростям, измеренным в тех же точках помещения при равных расходах равномерно нагнетаемого воздуха, который выпускался из испытуемого изделия после демонтажа камеры. Избыточное давление воздуха перед устройством поддерживалось на уровне, соответствующем таковому в конкурирующих вариантах перфорированных воздухораспределителей.
В данном эксперименте оптимальные расстояния между перфорированным листом и центром приточного отверстия составили 6÷12 мм. При изменении площади впускного отверстия испытуемого устройства в сторону увеличения вид приточного потока изменялся от условно конического до настилающегося на поверхность, совпадающую с плоскостью наружного листа. При уменьшении площади впускного отверстия зафиксировано повышение аэродинамического сопротивления и пропорционального увеличения уровня, генерируемого устройством акустического шума.
Результаты математического моделирования изучаемого процесса для устройства, используемого в физическом эксперименте, с помощью пакета программ STAR-CD подтвердили возможность управления потоком воздуха. Например, при относительном расположении двух перфорированных листов под углом в пределах указанного между ними расстояния ≤10 мм.
Поэтому взаимное расположение перфорированных листов или их частей с целью изменения характеристик выпускаемого воздушного потока может быть установлено с переменным зазором. Технология производства перфорированных металлических листов предопределяет их неплоскостность - отклонение от геометрически плоской поверхности по площади листа.
Возможно реализовать переменный зазор и при изготовлении перфорированных листов из материала, изменяющего форму (размеры) листов под воздействием проходящего потока воздуха.
Повышение уровня турбулентности выпускаемого воздушного потока дополнительно позволяет создавать и эффективно использовать преимущества зонального мелкомасштабного “динамического микроклимата” на расстояниях 0,5÷1,0 м от поверхности панели. Это особенно эффективно при применении персонального (индивидуального) кондиционирования воздуха на рабочих местах, например, офисных работников.
Воздухораспределительное устройство с перфорированной поверхностью может быть использовано при монтаже на стенке воздуховода или в качестве элемента образующего составную поверхность низкоскоростного воздухораспределителя, при этом можно снабжать камеру устройства несколькими уменьшенными впускными отверстиями.
При использовании предлагаемого устройства в качестве собственно воздухораспределителя впускное отверстие при необходимости можно дополнить равновеликим присоединительным патрубком. Придание патрубку возможности осевого перемещения позволяет оптимизировать расстояние от кромки патрубка до перфорированного листа (например, при проведении наладки вентиляционной системы).
Низкоскоростные устройства применяются в схемах воздухораспределения типа «displacement ventilation» (вентиляция вытеснением), применение которых обеспечивает комфортный микроклимат в рабочей зоне кондиционируемого помещения при экономии энергоресурсов на его поддержание по сравнению с конкурирующими схемами воздухораспределения. (X. Скидстад (редактор), Э. Мундт, П. Нильсен, К. Хагстрем, Й. Райлио. Вытесняющая вентиляция в непроизводственных зданиях / Пер. с англ. - 2-е изд., испр., - М.: АВОК-ПРЕСС, 2006. - 104 с.)