Способ подачи приточного воздуха, совмещенной с воздушным отоплением зданий
METHOD FOR SUPPLYING INTAKE AIR COMBINED WITH AIR HEATING OF BUILDINGS

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в системах приточной вентиляции (для охлаждения помещения), а также в системах воздушного отопления (для отопления помещений) и в системах кондиционирования воздуха (для создания в помещениях условий комфорта для человека или оптимальных параметров воздушной среды для ведения технологических процессов).
Требуемые параметры воздушной среды в рабочей или в обслуживаемой зоне помещений возможно обеспечить только при правильной организации воздухообмена и подачи расчетного расхода приточного воздуха в рабочую (обслуживаемую) зону. Уменьшение расхода подаваемого воздуха является причиной образования невентилируемых зон, в которых параметры воздуха (температура, подвижность, относительная влажность и концентрация вредных веществ) превышают допустимые значения, а это недопустимо по санитарно-гигиеническим нормам.
Известен способ подачи нагретого (приточного) воздуха в бесканальной местной системе воздушного отопления, см. рис. 10.1 а, с. 316; на рис. 10.1 б показан способ подачи приточного (нагретого) воздуха при устройстве канальной системы отопления; см. книгу А.Н. Сканави, Л.М. Махов «Отопление», г. Москва, Изд. АСВ, 2002, 575 с. На рис. 10.2 (см. там же), с. 317 показаны схемы центральной системы воздушного отопления.
Основным общим недостатком известных способов подачи воздуха является невозможность изменять схему воздухораспределения в процессе эксплуатации, т.е. все воздухораспределители жестко прикреплены к строительным конструкциям и поэтому изменять высоту установки воздухораспределителя от уровня пола практически невозможно в процессе эксплуатации. К недостаткам канальных систем следует отнести и сложность организации потокораспределения, т.е. сложно подать расчетный расход воздуха с расчетной температурой в каждое помещение.
Указанные способы подачи воздуха приняты за аналог.
(13)
Известен способ (принятый в качестве прототипа) подачи приточного воздуха, совмещенной с воздушным отоплением в многоэтажном доме, см. патент 2375642  С1 МПК F24F 7/08 (2006.01).
Недостатком известного способа является невозможность изменять высоту подачи воздуха (схему организации воздухообмена) в помещения в процессе эксплуатации, т.к. воздуховод проложен горизонтально и жестко присоединен к строительным конструкциям. Наличие в известном устройстве обратных клапанов, потокораспределительных клапанов, расположенных на разной высоте (на каждом этаже), канальных нагревателей и другого оборудования делает известный способ ненадежным в эксплуатации из-за возможности поломки и сложности ремонта.
Задачей изобретения является оптимальная подача воздуха, совмещенная с воздушным отоплением или совмещенная с вентиляцией (охлаждением) помещения в промышленном или общественном здании.
Достигается это тем, что из магистрального воздуховода отбирается расчетное количество приточного воздуха и направляется в каждый вертикальный воздуховод, на котором установлены не менее двух воздухораспределителей, расположенных на разных высотах от уровня пола рабочей зоны, а выпуск воздуха из каждого вертикального воздуховода осуществляется только через один воздухораспределитель, а для обеспечения минимальных затрат на отопление и вентиляцию за весь годичный цикл работы систем, выбор места расположения воздухораспределителя для выпуска воздуха зависит от температуры наружного воздуха.
Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 изображена схема установки для подачи приточного воздуха; на фиг. 2 - разрез 1-1 фиг. 1.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Установка для подачи приточного воздуха содержит воздухозаборное устройство 1, приточную камеру 2, утепленный клапан 3, фильтр для очистки воздуха 4, воздухонагреватель 5, вентилятор 6; (в приточной камере может быть установлено и другое оборудование, например, устройство для увлажнения или осушения воздуха и др.). К воздуховоду 7 присоединен магистральный воздуховод 8, к которому присоединены вертикальные воздуховоды 9, 10 и 11 (см. фиг. 1 и 2); к каждому вертикальному воздуховоду присоединены по три воздухораспределителя, расположенные на разной высоте (h, h, h) от уровня пола рабочей зоны. Воздухораспределитель 12 расположен на высоте h от уровня пола рабочей зоны и присоединен к воздуховоду 9 воздуховодом 13. Воздухораспределитель 14 расположен на высоте h от уровня пола рабочей зоны и присоединен к воздуховоду 9 воздуховодом 15. Воздухораспределитель 16 расположен на высоте h от уровня пола рабочей зоны и присоединен к воздуховоду 9 воздуховодом 17. Причем, h<h<h.
Для регулирования расхода воздуха, проходящего через воздухораспределители 12, 14, 16 и отключения указанных воздухораспределителей от воздуховода 9, используются шиберы либо дроссель-клапаны с ручным или дистанционным управлением. На фиг. 2 у воздухораспределителя 12, для примера, показан шибер 18, а у воздухораспределителей 14 и 16, для примера, показаны дроссель-клапаны 19 и 20 с дистанционным управлением, т.е. указание (команда) на открытие клапана или его закрытие осуществляется дистанционно с помощью электронного оборудования (на фиг. 1 и 2 не показано).
Способ подачи приточного воздуха, совмещенной с воздушным отоплением, осуществляется следующим образом: приточный (наружный) воздух в расчетном количестве поступает в приточную вентиляционную установку (приточную камеру) при помощи рассчитанного вентилятора, проходит через фильтр, где очищается и поступает в воздухонагреватель, в котором подогревается до заданной (расчетной) температуры согласно нормам, тем самым решается вопрос подачи необходимого (недостающего) количества тепла для компенсации недостатков теплоты, согласно рассчитанного теплового баланса, тем самым осуществляется управление тепловым режимом в помещении и поступает в магистральный воздуховод расчетного сечения, далее из магистрального воздуховода отбирается расчетное количество приточного воздуха в каждый вертикальный воздуховод, к каждому вертикальному воздуховоду присоединены три воздухораспределителя, расположенные на разных высотах от уровня пола рабочей зоны, выпуск воздуха из каждого вертикального воздуховода осуществляется через один воздухораспределитель, обеспечивающий минимальные энергетические затраты на отопление и вентиляцию за весь годичный цикл работы системы.
Под минимальными энергетическими затратами понимается, в первую очередь, минимальный расход теплоты за годичный цикл работы системы отопления и вентиляции, при соблюдении заданных параметров воздушной среды в рабочей зоне помещения.
изб
пот
р.з
н.
Известно, что на технологические показатели систем отопления и вентиляции влияют различные факторы и в том числе: избыточные тепловыделения (Q), тепловые потери (Q), температура воздуха в рабочей зоне (t), температура наружного воздуха (t); отметим, что указанные параметры оказывают влияние на формирование микроклимата в помещении.
изб
пот
р.з.
н.
В течение отопительного периода значения перечисленных параметров (Q, Q, t,t) изменяются в широких пределах.
Например, с повышением температуры наружного воздуха уменьшаются потери тепла, а тепловыделения от технологического оборудования, освещения, людей и др. практически не изменяются; поэтому в помещениях образуются избытки теплоты, следовательно, повышается и температура воздуха в рабочей зоне, что недопустимо по санитарно-гигиеническим, а иногда по технологическим нормам. Известны несколько способов поддержания нормируемой температуры воздуха в рабочей зоне: это увеличение расхода приточного и удаляемого воздуха, снижение температуры приточного воздуха и др., а это приводит к увеличению затрат денежных средств.
В предложенном способе предлагается уменьшить температуру воздуха в рабочей зоне путем изменения схемы воздухораспределения, т.е. путем выбора места (отметки) расположения воздухораспределителя, т.е. места (отметки) выпуска воздуха в помещение.
Выбор рациональной схемы организации воздухообмена проще решать исходя из анализа конкретной задачи. Рассмотрим пример.
пр
р.з.
пот
р.з.
н
пр.
Холодный период года (температура приточного воздуха выше, чем температура в рабочей зоне, т.е. t>t). В промышленном здании имеются недостатки теплоты Q=18000 Вт; расчетная температура воздуха в рабочей зоне t=+18°C; расчетная температура наружного воздуха t=-20°С (минус 20 градусов); Количество приточного воздуха G=21000 кг/ч; отопление в цехе совмещено с вентиляцией.
р.з.
Определим необходимую температуру приточного воздуха, чтобы обеспечить в рабочей зоне температуру воздуха t=+18°C.
Температура в рабочей зоне 18°С, а температура приточного воздуха по расчету равна 21,0°С. Такая температура приточного воздуха в рабочую зону допустима при отсутствии постоянных рабочих мест в зоне распространения струи приточного воздуха.
пр
н.
пр
р.з.
н
пр
р.з
Далее рассмотрим осенне-весенний режим; температура приточного воздуха - он же наружный t=t - ниже, чем температура воздуха в рабочей зоне, т.е. t<t; t=t<t.
Рассмотрим пример.
р.з.
Температура воздуха в рабочей зоне, t=+18°С;
пр.
Количество приточного воздуха G=21000 кг/ч;
изб
Количество избыточного тепла Q=10000 Вт.
Определим необходимую температуру приточного воздуха для ассимиляции избытков теплоты:
р.з.
Наружный (он же приточный) воздух с температурой 16,3°С в рабочую зону подавать нельзя из воздухораспределителей, установленных в рабочей зоне, по санитарно-гигиеническим требованиям; наружный воздух следует подогреть (для примера) до температуры t, т.е. до 18°С; даже при наличии теплоизбытков в цехе воздух необходимо подогревать.
Расход теплоты на подогрев воздуха:
н
пр
р.з.
Следовательно, для подогрева приточного воздуха необходимо затратить 9996 Вт теплоты, если воздух подавать в рабочую зону. Но т.к. в цехе имеются избытки теплоты, то целесообразно изменить схему воздухораспределения, т.е. определить с какой высоты от пола рабочей зоны можно подавать наружный воздух без его подогрева. Рассматривая возможные варианты воздухораспределения, приходим к выводу, что наиболее приемлемой в данном случае является подача воздуха «сверху-вниз» наклонными струями (схема Д, см. цветной вкладыш после страницы 96 в книге М.И. Гримитлин «Распределение воздуха в помещениях». Изд. «АВОК Северо-запад» Санкт-Петербург, 2004 г.). Приточная струя воздуха, проходя значительное расстояние, успевает рассеяться, воздух в струе подогревается за счет теплоизбытков в помещении и поступает в рабочую зону с более высокой температурой, при этом обеспечиваются нормируемая температура воздуха в рабочей зоне помещения и экономия теплоты. Для реализации выбранной схемы воздухораспределения (при t=t<t) воздух следует подавать из воздухораспределителя 14 (см. фиг. 1 и 2) (при отключенных воздухораспределителях 12 и 16). Поэтому при проектировании подачи приточного воздуха, совмещенной с воздушным отоплением, количество воздухораспределителей, присоединенных к вертикальному воздуховоду 9 и высота установки воздухораспределителей от уровня пола рабочей зоны, должно быть определено расчетом с учетом температуры наружного воздуха, величины избытков теплоты, высоты помещения, санитарно-гигиенических требований и др., но количество воздухораспределителей должно быть не менее двух, присоединенных к воздуховоду 9.
Сокращение расхода теплоты системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха является важной государственной задачей. Отметим, что сокращение расхода теплоты указанными системами возможно предложенным способом; причем схема подачи может изменяться в процессе эксплуатации указанных систем, без переделки систем, их демонтажа. Отметим, что стоимость приточных систем, позволяющих реализовывать предложенную схему организации воздухообмена в процессе ее эксплуатации несколько выше, чем известных систем; увеличение стоимости - за счет увеличения количества воздухораспределителей (чаще жалюзийных решеток) и их монтажа, а это небольшие затраты. При установке дроссель-клапанов отключение одного воздухораспределителя и включение другого может осуществляться дистанционно, с помощью пульта управления (на фиг. не показано), причем отключение одного воздухораспределителя и включение другого может быть осуществлено несколько раз за рабочую смену, т.к. тепловыделения от технологического оборудования, как правило, непостоянны и добавляется поступление тепла от солнечной радиации.
Способ подачи приточного воздуха, совмещенной с воздушным отоплением зданий, обладает следующими достоинствами:
- в помещении в любое время года обеспечиваются заданные параметры воздуха в рабочей зоне при минимальных энергозатратах;
- осуществляется экономия теплоты на системы отопления и вентиляции;
- использование предложенного способа подачи приточного воздуха не требует больших капитальных затрат (увеличение стоимости только за счет увеличения в 2 раза количества воздухораспределителей и их монтажа);
- при установке дроссель-клапанов для отключения воздухораспределителей, при эксплуатации систем предпочтительнее, т.к. включение и отключение воздухораспределителя осуществляется дистанционно, т.е. с пола рабочей зоны при помощи пульта управления.
В высоких помещениях включение и отключение (т.е. переход на другую схему подачи воздуха) должно осуществляться при помощи пульта управления в зависимости, например, от тепловыделений, величины солнечной радиации и температуры наружного воздуха и др.