ПЕРФОРИРОВАННАЯ ВОЗДУХОВЫПУСКНАЯ ПАНЕЛЬ
PERFORATED AIR-RELEASE PANEL

Изобретение относится преимущественно к технике вентиляции и кондиционирования воздуха.
Известна перфорированная панель, содержащая один перфорированный лист, помещенный в металлическую рамку. Такие воздухораспределители - перфорированные панели под маркой СПП, СКП серийно изготавливают на предприятии ООО «Арктос» в Санкт-Петербурге. Эти панели поставляются в комплекте с камерами статического давления, которые рекомендуется монтировать за подшивным потолком для организации подачи воздуха сверху вниз в помещения высотой 2,5÷5,0 м.
жс
Описанные панели 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, К=0,3), не позволяет рекомендовать подобные изделия для подачи воздуха непосредственно в рабочую зону общественных помещений.
Известно также применение перфорированных панелей-плит, занимающих значительную (более 50%) площадь потолков в помещениях (перфорированные потолки).
(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.)
Недостатком такого способа подачи воздуха в помещение является снос воздушного потока при боковом подводе воздуха, организуемом за подшивным потолком. Для противодействия сносу приточного воздушного потока приходится применять перфорированные панели-плиты увеличенной толщины или придавать подшивному пространству клиновидную форму.
Наиболее близким к заявленному решению по технической сущности и достигаемому техническому результату воздуховыпускным устройством является так называемый низкоскоростной воздухораспределитель. Такой воздухораспределитель содержит в своем составе перфорированный воздуховыпускной лист цилиндрической (или плоской) формы и установленный перед ним с внутренней стороны на расстоянии (с зазором) обычно 30÷50 мм равный или близкий по площади перфорированный дополнительный лист для предварительного пассивного выравнивания (стабилизации) нагнетаемого воздушного потока. В данной конструкции (а.с. СССР №1564478, МПК F24F 13/06, опубликовано 15.05.1990) оба перфорированных листа выполнены в виде двух коаксиально расположенных цилиндрических воздуховодов. Воздуховыпускной лист является лицевой частью корпуса воздухораспределителя образующего камеру статического давления. Подвод воздуха в устройство осуществляется через патрубок камеры статического давления сбоку по отношению к перфорированным листам. Данная конструкция устройства дополнительно снабжена специальной центральной вставкой.
Широкое применение перфорированные низкоскоростные воздухораспределители получили в общественных зданиях, так как позволяют обеспечить небольшие скорости воздуха в обслуживаемой зоне при большой кратности воздухообмена.
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, И. Райлио. Вытесняющая вентиляция в непроизводственных зданиях /Пер. с англ. - 2-е изд., испр., - М.: АВОК-ПРЕСС, 2006. - 104 с.)
Описанное устройство принято за прототип изобретения.
Недостатки прототипа:
жс
- большие удельные габариты воздухораспределителя (отношение объема воздухораспределителя к расходу выпускаемого воздушного потока), которые определяются малым живым сечением перфорированной воздуховыпускной панели (К≈0,12);
- неравномерность по площади воздуховыпускной панели поля начальных скоростей воздуха (по величине и направлению векторов) поступающего через перфорированные отверстия в помещение, обусловленная неэффективным - пассивным - неконтролируемым взаимодействием проходящего потока воздуха с перфорированными панелями, которое и определяет низкое качество выравнивания параметров выпускаемого воздушного потока;
- хаотичное относительное взаимное расположение центров отверстий обоих перфорированных листов не обеспечивает возможность контролируемого - активного выравнивания изменением аэродинамического сопротивления и придания желаемого направления выпускаемому потоку воздуха.
Технической задачей изобретения является изменение начальных скоростей воздуха (по величине и направлению) в воздуховыпускных отверстиях панели, повышение уровня турбулентности и уменьшение максимальных скоростей в приточном потоке воздуха, а также изменение величины аэродинамического сопротивления устройства.
Поставленная задача решена следующим образом, с одной из сторон перфорированного листа воздуховыпускной панели устанавливают перфорированный дополнительный лист, располагаемый на расстоянии, не превышающем величины 2-х гидравлических диаметров отверстий первого по ходу воздуха перфорированного листа панели. Причем относительное взаимное размещение центров отверстий на обоих (сдвоенных) перфорированных листах или их участках подчиняется определенной закономерности.
Исключение хаотичного относительного взаимного расположения центров отверстий на обоих перфорированных листах позволяет эффективно использовать участок формирования отдельных воздушных струй, образующихся при прохождении отверстий первого по ходу воздуха перфорированного листа панели и не успевающих слиться в единый воздушный поток, до начала контакта с поверхностью второго - непосредственно воздуховыпускного листа (В технике вентиляции использование особенностей участка формирования струйного течения воздуха обычно не находит практического применения).
Отдельные воздушные струи, обладая локальными повышенными скоростями, при достижении поверхности глухих участков, расположенных между отверстиями второго по ходу воздуха перфорированного воздуховыпускного листа панели активно взаимодействуют с ними, образуя турбулентные вихри, которые уменьшают максимальные скорости на выходе из воздуховыпускной панели и выравнивают локальные скорости по площади этой панели. А относительное взаимное расположение центров отверстий обоих перфорированных листов, подчиняющееся определенной закономерности, позволяет устанавливать (регулировать) требуемое направление (отклонение) воздуховыпускного потока, обладающего высоким уровнем его турбулентности. При этом традиционно пассивная функция перфорированных листов, устанавливаемых в воздуховыпускных устройствах, становиться активной - генерирующей новые качественные изменения выпускаемого воздушного потока.
Регулируемое расстояние (зазор) между сдвоенными перфорированными листами или их участками позволяет изменять величину аэродинамического сопротивления устройства или его локальных зон, с целью регулирования расхода выпускаемого воздуха.
Например, только при расстоянии (зазоре) между сдвоенными перфорированными панелями, близком к нулевому, можно обеспечить два противоположных результата:
- при совмещении центров отверстий обоих перфорированных листов воздуховыпускная панель будет функционировать практически как одиночная перфорированная панель (поток воздуха максимальный);
- при шахматном расположении центров отверстий обоих перфорированных листов в случае протяженности глухих участков воздуховыпускного листа, равных или превышающих размеры отверстий первого по ходу воздуха листа, поток выпускаемого воздуха будет минимальным - близким к нулевому.
При расположении двух перфорированных листов на расстоянии, не превышающем величины 2-х гидравлических диаметров отверстий первого по ходу воздуха листа, и взаимном смещении центров отверстий в пределах величины их шага реализуются описываемые эффекты, наблюдаемые в выпускаемом потоке воздуха (смещение отверстий рассматривается при их проекции на плоскость воздуховыпускного листа).
Результаты проведенного физического эксперимента показали, что при расстояниях между двумя перфорированными листами, превышающихвеличину 2-х гидравлических диаметров отверстий первого по ходу воздуха листа, отдельные струйки воздуха, формирующиеся при прохождении отверстий этого перфорированного листа, быстро теряют свою индивидуальность - сливаются в общий воздушный поток и эффект новизны пропадает.
жс
Физический эксперимент проводился при равных диаметрах (5 мм) отверстий обоих равновеликих перфорированных листов (К=0,3 и 0,4), установленных параллельно друг другу. Причем проекции центров отверстий первого по ходу воздуха перфорированного листа на поверхность второго - воздуховыпускного листа совпадали с центрами его глухих участков, разделяющих воздуховыпускные отверстия - шахматное относительное расположение отверстий при их виртуальном "совмещении" в одной плоскости.
жс
жс
Зафиксировано уменьшение максимальной скорости выпускаемого воздушного потока в 1,5÷3,0 раза (К=0,3) и в 1,25÷1,5раза (К=0,4) на расстояниях - 1÷2 м от воздуховыпускной панели. Результаты приведены по отношению к аналогичным максимальным скоростям, измеренным в тех же точках помещения при равных расходах равномерно нагнетаемого воздуха, который выпускался из испытуемой панели после демонтажа перфорированного дополнительного листа. В данном эксперименте оптимальные расстояния между перфорированными листами составили 4÷8 мм. Избыточное давление воздуха перед воздуховыпускной панелью поддерживалось на уровне, соответствующем таковому в конкурирующих вариантах перфорированных воздухораспределителей.
Результаты математического моделирования изучаемого процесса для панели, используемой в физическом эксперименте, с помощью пакета программ STAR-CD подтвердили возможность управления потоком воздуха, выходящим из воздуховыпускной панели - при изменении относительного взаимного расположения центров отверстий обоих листов панели. Например, при относительном расположении двух перфорированных листов панели под углом в пределах указанного между ними расстояния ≤10 мм. Поэтому перфорированный дополнительный лист или его части с целью регулирования выпускаемого воздушного потока может быть установлен с возможностью перемещения. При этом максимальный диапазон относительного перемещения перфорированных листов вдоль их поверхности равен шагу отверстий.
Техническим результатом предлагаемого устройства является изменение начальных скоростей воздуха (по величине и направлению) в отверстиях воздуховыпускной панели, повышение уровня турбулентности и уменьшения максимальных скоростей в приточном потоке воздуха, а также изменения величины аэродинамического сопротивления устройства или локальных его зон, с целью регулирования расхода выпускаемого 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.
Изобретение позволяет при его реализации и достижении новых характеристик в известной конструкции прототипа (при сохранении количества и функции элементов) изменить лишь два фактора:
- упорядочить относительное взаимное расположение центров отверстий обоих перфорированных листов панели,
- расположить относительное взаимное расположение двух перфорированных листов панели на расстоянии, не превышающем величину 2-х гидравлических диаметров отверстий первого по ходу воздуха листа.
При выбранных конструктивных размерах перфорирования листов воздуховыпускной панели изменение величин, расстояния (зазора) между сдвоенными перфорированными листами, относительного смещения центров отверстий обоих листов и (или) уклона между их поверхностями позволяет регулировать параметры (скорость, турбулентность, дальнобойность, направленность, расход) выпускаемого воздушного потока и аэродинамическое сопротивление устройства.
При практической реализации изобретения конкурентоспособная воздуховыпускная панель может быть изготовлена из перфорированных листов, выполненных с отверстиями увеличенного диаметра и при увеличенном значении коэффициента ее живого сечения. Это позволяет снижать аэродинамическое сопротивление изделия или уменьшать его габаритные размеры.