ПАНЕЛЬ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ

Полезная модель относится преимущественно к технике механической вентиляции и кондиционирования воздуха.
Известна перфорированная воздуховыпускная панель (Патент RU №2552219) включающая тонкостенный перфорированный лист и дополнительный перфорированный лист, которые взаимно расположены с зазором, не превышающим величины 2-х гидравлических диаметров отверстий первого по ходу воздуха листа. Взаимное смещение центров отверстий обоих сдвоенных листов устанавливают в пределах величины шага перфорации отверстий второго по ходу воздуха листа.
Техническая сущность известной панели со сдвоенными перфорированными листами близка к предлагаемой в заявке панели исключительно при рассмотрении варианта соосного расположения отверстий в обоих перфорированных листах (при нулевом смещении центров отверстий). При этом диаметры выпускных отверстий панели должны быть близки к диаметру поперечного сечения воздушной струи выпускаемой через эти отверстия, т.е. отверстия первого по ходу воздуха листа всегда должны быть меньшего диаметра.
Недостатки воздуховыпускной панели:
- при изготовлении панели с фиксированным взаимным размещением центров отверстий сдвоенных перфорированных листов необходимо осуществлять и анализировать данные многочисленных физических экспериментов для выбора рациональной формы, размеров и плотности расположения отверстий на каждом перфорированном листе, а также величины относительного смещения центров отверстий; множественные сочетания перечисленных факторов и определяют характеристики приточного воздушного потока (направления потока, скорости его затухания, площади зоны обслуживания);
- сложность изготовления взаимно перемещаемых (регулируемых) сдвоенных перфорированных листов для последующего фиксирования оптимального вида приточного в помещение воздушного потока;
- при нулевом смещении центров отверстий перфорированных листов не предусмотрено образование между листами боковых разделительных стенок, образующих смежные ячейки, включающие попарно и соосно расположенные впускные и выпускные отверстия. Это ухудшает условия возникновения устойчивого встречного направленного в условную ячейку потока воздуха турбулизирующего и тормозящего основной приточный в помещение воздушный поток.
Известны щелевые воздухоприточные устройства, применяемые для экранирования-разделения смежных локальных воздушных зон с помощью воздушной завесы-воздушного барьера значительно уменьшающего переток воздуха между зонами.
Воздушная завеса содержит, как правило, вентилятор, короба воздуховодов с щелевыми выпускными отверстиями и дополнительно могут быть смонтированы теплообменники для изменения температуры нагнетаемого воздуха.
Наиболее часто щелевые воздухоприточные устройства размещают вдоль боковых или потолочных краев защищаемого проема ворот (дверей) от проникновения наружного воздуха внутрь помещения. Основная причина проникновения наружного воздуха - это разность его давления с двух сторон защищаемого проема.
Конструкции воздушных завес их инженерный расчет и практические рекомендации применения описаны, например, в Справочнике проектировщика. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Под редакцией И.Г. Староверова. М., Стройиздат, 1977, 502 с. (Глава 10. Воздушные завесы).
Наиболее близким к заявленному техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату устройством является воздуховыпускная низкоскоростная панель (патент на полезную модель RU №176737).
Технической задачей полезной модели является изменение величин начальных скоростей выпускаемого в помещение потока воздуха, повышение уровня его турбулентности и уменьшения максимальных скоростей, определяющих дальнобойность потока.
Поставленная задача решена следующим образом на поверхности перфорированного листа воздуховыпускной низкоскоростной панели, со стороны выпуска воздуха образуют (устанавливают) ячейки, ограниченные боковыми стенками примыкающими торцевой поверхностью к перфорированному листу. Причем каждая ячейка включает одно или несколько впускных отверстий с суммарным живым сечением составляющим 5÷40% площади ее поперечного сечения совпадающего с поверхностью листа при высоте стенок преимущественно равной величине от одного до трех размеров гидравлического диаметра выпускного отверстия.
При истечении воздуха через отверстия перфорированного листа формируются отдельные воздушные струи. Вблизи отверстий воздушные струи приобретают максимальную скорость движения, а около их поверхностей возникают зоны пониженного давления (разрежения). В дальнейшем струи расширяются и сливаются в общий воздушный поток - теряют свою индивидуальность.
При отсутствии стенок ячеек в зоны пониженного давления расположенные между струями проникает (подсасывается) окружающий воздух по "боковому" направлению - от периферийных отверстий к центру перфорированной панели, который присоединяется к общему воздушному потоку.
Наличие боковых стенок ячеек препятствует традиционному боковому подсасыванию воздуха и обеспечивает возникновение встречного перемешивающего потока, который турбулизирует и затормаживает воздушные струи истекающие из отверстий перфорированного листа и уменьшает дальнобойность суммарного приточного в помещение потока. Эффективная высота стенок ячеек должна примерно соответствовать величине равной от одного до трех гидравлических диаметров их выпускных отверстий. Причем величина площади выпускного отверстия каждой ячейки должна быть приблизительно равновелика площади поперечного сечения воздушной струи (или сумме струй) выпускаемой из этого отверстия. При большей высоте стенок ячеек проникновение в них встречного потока воздуха затрудняется или полностью прекращается. Создание предлагаемых в полезной модели ячеек на поверхности перфорированного листа обеспечивает разворот подсасываемого потока воздуха на 90° (от бокового к встречному направлению).
Техническим результатом полезной модели является изменение величин начальных скоростей выпускаемого в помещение потока воздуха, повышение уровня его турбулентности и уменьшения максимальных скоростей, дальнобойности потока.
Воздуховыпускная низкоскоростная панель может содержать как отдельные, так и объединенные общими стенками смежные (сотовые) ячейки или блоки с несколькими смежными ячейками. Объединение ячеек в блоки, как правило, способствует уменьшению размеров панели и упрощает, и удешевляет ее изготовление, а также изменяет дизайн панели.
Наружные стенки крайнего ряда смежных ячеек могут быть выполнены на 10÷50% более высокими для уменьшения бокового подсоса воздуха по периферии панели.
К недостаткам конструкции полезной модели можно отнести:
- повышенные массо-габаритные показатели панели;
- повышенная сложность изготовления, приводящая к удорожанию изделия.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение начальных скоростей выпускаемого в помещение потока воздуха при высоких значениях уровня его турбулентности, уменьшения аэродинамического сопротивления и габаритных размеров воздухораспределителя.
Поставленная задача решается следующим образом в тонкостенном лицевом листе воздухораспределителя образуют на его поверхности хотя бы один выделенный участок листа, содержащий выпускные отверстия (или одно отверстие) с суммарным живым сечением, составляющим 5÷40% его площади при этом каждый выделенный участок листа ограничивают щелевыми выпускными отверстиями-зазорами, причем его площадь составляет 5÷15% площади отверстия-окна объединяющего выделенный участок листа и примыкающее к нему отверстие-зазор (Фиг. 1).
Воздушный поток, нагнетаемый через щелевые отверстия окружающие выделенный участок листа панели воздухораспределителя позволяет обеспечить защиту (шиберование) воздушных зон с пониженным статическим давлением воздуха, которые возникают над поверхностью выделенных участков листа, предотвратить подсасывание воздуха вдоль лицевой поверхности панели.
Формируется подсасываемый поток встречного направления по отношению к основному приточному воздушному потоку. При этом встречные потоки воздуха взаимодействуют, турбулизируются и теряя энергию затормаживаются. Образование щелевых выпускных отверстий способствуют увеличению суммарного живого сечения воздуховыпускной панели.
Обоснование уменьшения площади выделенного участка листа или величины площади отверстия-зазора на 5÷15% от величины площади отверстия-окна подтверждается следующими известными данными и представленными расчетами. Рассмотрим варианты квадратных панелей воздухораспределителя, предполагая размеры отверстий-окон с длиной боковой стороны от 0,1 м до 0,6÷0,8 м, диапазон размеров которых выбран близким (равновеликим) с широко применяемыми типоразмерами панельных воздухораспределителей.
а). В каталогах известного производителя воздушных завес АО НПО "Тепломаш" - разработчика ГОСТ 32512-2013 указаны расчетные формулы и скорости в конце воздушных струй в том числе для маломощных завес, устанавливаемых над проемами высотой до 1÷2 м, расчетная конечная скорость для такой воздушной струи составляет ≈1 м/с.
б). Скорость приточной воздушной струи, выходящей из щелевого отверстия воздухораспределителя (по нормируемым акустическим условиям генерируемого шума для помещений с комфортным кондиционированием воздуха) обычно не превышает 3 м/с.
x
в). Шиберование участка приточной струи расположенного у ее основания не будет резко прерываться (как это было бы при жесткой стенке ячейки) - это будет происходить постепенно с уменьшением скорости воздуха на оси струи до нормируемой конечной величины 1 м/с и далее (ниже приведен расчет дальнобойности струи при скорости воздуха v=1 м/с).
1
x
0
1
0,5
г). Дальнобойность струи по скорости 1 м/с (X) можно определить по формуле: v=2,6+v/(X/b)
1
0
x
2
Откуда X=6,76+b+v/v
нач
где: произведение 6,76+b=Х - определяет расчетную величину начального участка струи, на котором сохраняется начальная скорость истечения воздух (зона максимального локального падения давления воздуха);
величина ширины зазора b=0,001÷0,03 м подбирается по результатам поверочных расчетов (и анализа технологии изготовления и дизайна панелей).
Дополнительно определяем величину - долю площади (Δ%) отверстия-зазора по отношению к площади отверстия-окна включающего площадь выделенного участка листа и отверстия-зазора.
Приведены результаты расчетов для нескольких значений величины "b".
1
2
X=6,76+b3/1=60,84+b
1
При b=0,00125 м, X≈0,076 м (76 мм); Δ=5%;
сторона отверстия-окна (равная его гидравлическому диаметру D) А=0,1 м;
1
при b=0,0025 м, X≈0,15 м (150 мм); Δ=5%;
сторона отверстия-окна (равная его гидравлическому диаметру D) А=0,2 м. В обоих случаях расчетное шиберование выделенного участка листа обеспечивается на длине щелевой струи воздуха равной 0,76D - вполне допустимая величина (п.в).
1
при b=0,03 м, X≈1,8 м (1800 мм); Δ=15%;
сторона отверстия-окна (равная его гидравлическому диаметру D) А=0,8 м.
Расчетное шиберование выделенного участка листа обеспечивается на длине щелевой струи воздуха равной 2,3D.
1
Размеры (длина) X=0,076÷1,8 м участка, на котором поддерживается устойчивый нормируемый шиберующий эффект струи, корреспондируются с рекомендуемыми величинами высоты жестких стенок ячеек, рассчитанных по указаниям формулы патента ПМ №176637.
Заметим, что аналогичные диапазоны 5÷15% доли живого сечения приточных отверстий от площади выделенного участка листа и долей площади отверстия-зазора относительно отверстия-окна позволяют определить соответствующее взаимное равенство площадей приточных отверстий выделенного участка листа и отверстия-окна. При конструировании панели можно рекомендовать выбор превышения доли площади живого сечения приточных отверстий относительно площади выделенного участка листа по сравнению с долей отверстия-зазора относительно отверстия-окна. Это позволит наибольшую часть приточного воздуха подавать через отверстия выделенного участка листа.
Устанавливаем диапазон изменения площади щелевого отверстия-зазора равный доли Δ=5÷15% от величины площади отверстия-окна равной суммарной площади выделенного участка листа и отверстия-зазора. При этом нормируемая дальнобойность шиберующей воздушной струи при номинальном (максимальном) расходе приточного воздуха составит реальные величины от 0,8 до 2-х величин гидравлического диаметра выделенного участка листа на панели.
Указанная совокупность признаков подтверждает получение заявляемого технического результата.
Техническим результатом предлагаемой воздуховыпускной низкоскоростной панели является уменьшение начальных скоростей, определяющих дальнобойность выпускаемого в помещение потока воздуха при высоких значениях уровня его турбулентности, уменьшения аэродинамического сопротивления и габаритных размеров воздухораспределителя.
Позволяет рекомендовать панель для подачи воздуха непосредственно в обслуживаемую зону помещений, поддерживая в ней повышенный уровень мелкомасштабной турбулентности, способствующий созданию комфортного "динамического микроклимата".
Предлагаемая полезная модель позволяет размещать на панели несколько выделенных участков листа разделяемых общими щелевыми выпускными отверстиями-зазорами, расположенными между смежными выделенными участками листа (Фиг. 2). Это позволяет унифицировать выделенные участки листа и разнообразить дизайн панели.
Выполнение наружных щелевых отверстий-зазоров, окружающих одиночные или смежные выделенные участки листа по всей их длине или части длины до 2-х раз более широкими при их расположении ближе к краю панели чем щелевые отверстия-зазоры расположенные ближе к ее центру усиливают эффект защиты от наибольшего напора воздуха на периферийных участках панели стремящегося проникнуть в зону его пониженного давления (Фиг. 3).
Закрепление выделенных участков листа на панели (в отверстии-окне) с помощью эластичных пружинящих фиксаторов, допускающих их микроколебания под воздействием турбулентных пульсаций выпускаемого воздушного потока, способствует некоторому снижению аэродинамического сопротивления воздухораспределителя и стабилизации приточного в помещение воздушного потока.
При практической реализации полезной модели на одной панели или в одном отверстии-окне можно размещать выделенные участки листа, различающиеся по внешнему виду, объему, материалу и способу их фиксации, например, в виде быстросъемных элементов, изготовленных из композитных материалов.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется рисунками, на которых изображено:
Фиг. 1. Панель с симметричным расположением выделенного участка листа в отверстии-окне при щелевом отверстии-зазоре постоянной ширины.
Фиг. 2. Панель с симметричным расположением нескольких (четырех) выделенных участков листа в отверстии-окне разделяемых общими щелевыми выпускными отверстиями-зазорами.
Фиг. 3. Фрагмент панели; вариант увеличенного щелевого выпускного отверстия-зазора при его расположении у края панели (не симметричное расположение выделенного участка листа в отверстии-окне).
При этом на всех рисунках использованы следующие идентичные обозначения:
Поз. 1 - тонкостенный лист панели, снабженный выделенным участком листа, ограниченным щелевым выпускным отверстием-зазором.
Поз. 2 - выделенный участок листа, ограниченный щелевым отверстием-зазором.
Поз. 3 - выпускное отверстие (отверстия) на выделенном участке листа.
Поз. 4 - фиксатор (фиксаторы) выделенного участка листа на панели (в отверстии-окне).
Поз. 5 - щелевое выпускное отверстие-зазор, ограничивающее выделенный участок листа на панели.
Поз. 6 - край панели.