Способ предотвращения попадания в рабочую зону холодного ниспадающего воздушного потока
METHOD FOR PREVENTING COLD FALLING AIR FLOW FROM ENTERING THE WORKING AREA

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использована при проектировании и эксплуатации систем конвективного и воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха помещений.
Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха служат для создания требуемого воздушно-теплового режима в помещениях и поддержания требуемых санитарно-гигиенических условий.
Нормируемые метеорологические условия в помещениях зависят от многих факторов, в том числе от температуры на внутренней поверхности наружной стены и объема ниспадающих потоков воздуха, которые попадают в рабочую (обслуживаемую) зону помещения.
Важным фактором, который влияет на состояние воздушной среды в помещениях с большим коэффициентом остекления, являются воздушные потоки холодного воздуха, движущегося сверху вниз вдоль наружных ограждений. Указанные воздушные потоки увлекают большие массы воздуха, а суммарный поток воздуха опускается в рабочую зону с температурой более низкой, чем требуется в соответствии с нормативными данными. Опускающиеся потоки холодного воздуха охлаждают воздух в рабочей зоне, при этом образуется дискомфорт и требуются дополнительные затраты теплоты на обогрев помещения.
Известный способ, который препятствует распространению ниспадающих потоков холодного воздуха был предложен С.Н. Осиповым, В.М. Староверовым и М.Г. Пшоником, номер авторского свидетельства SU 1753199 А1.
В известном способе вытяжной воздуховод, проложен у наружного ограждения, для удаления воздуха в воздуховоде предусмотрена щель, которая прикрывается регулируемой решеткой. Воздух в помещении соприкасается с холодным наружным ограждением, образуя при этом ниспадающий поток, температура в котором ниже температуры воздуха в помещении. При этом происходит понижение температуры воздуха в помещении и температуры наружного слоя ниспадающего потока. Ниспадающий холодный поток удаляют из прилегающего к наружному ограждению слоев в количестве не превышающего заданное количество подаваемого воздуха в помещение. Остальная часть наиболее нагретого воздуха ниспадающего потока изменяет направление, попадает в рабочую зону и перемешивается с воздухом в помещении. Этот способ принят за прототип.
Недостатки указанного способа: увеличение потерь теплоты через наружное ограждение, т.к. движение двух потоков воздуха вдоль холодной внутренней поверхности наружного ограждения приводит к увеличению интенсивности теплообмена между внутренней поверхностью наружного ограждения и воздуха в помещении, а это приводит к увеличению потерь теплоты на отопление здания.
Кроме того, осуществить равномерное всасывание ниспадающего потока через щель и его регулирование заслонкой по всей длине воздуховода, довольно сложно и требуется значительный расход электроэнергии на электропривод вентилятора, из-за большого объема воздуха в ниспадающем потоке; для реализации известного технического решения требуются большие затраты.
Изобретение направлено на улучшение условий пребывания в рабочей зоне за счет создания и поддержания требуемых параметров воздуха, т.е. за счет устранения воздушных потоков холодного воздуха, двигающегося сверху вниз вдоль наружных стен с остеклением.
Технический результат заключается в том, что воздух из верхней зоны помещения с температурой выше температуры ниспадающего потока, смешивается с ниспадающим потоком холодного воздуха, подогревая его, за счет этого происходит повышение температуры внутренней поверхности наружного ограждения. Таким образом, происходит уменьшение потерь теплоты через наружное ограждение, вследствие повышения радиационной температуры.
Наличие дополнительной стенки позволяет уменьшить объем ниспадающего холодного воздушного потока, т.к. указанный холодный воздушный поток движется только в пространстве между внутренней поверхностью наружной стены и дополнительной стенкой, а это обеспечит сокращение как затрат на устройство системы вентиляции и расхода энергетический ресурсов.
Предложенный способ обеспечивает удаление холодного ниспадающего воздушного потока, не позволяя ему охлаждать рабочую зону.
На фиг. 1 показано устройство предложенного способа, а на фиг. 2 - разрез 1-1. Способ содержит наружное ограждение 1 (см. фиг. 1 и 2). На некотором расстоянии от внутренней поверхности 2 наружного ограждения 1 расположена дополнительная стенка 3 таким образом, что между внутренней поверхности 2 наружного ограждения 1 и дополнительной стенкой из прозрачного материала с теплоотражающем покрытием 4 образован канал 5. Один торец стенки 3 опирается на пол 6, а противоположный торец 7 дополнительной стенки 3 не доходит до перекрытия (потолка) 8, т.е. между торцом 7 дополнительной стенки 3 и перекрытием (потолком) 8 образовано отверстие (щель) 9 для входа воздуха из верхней зоны помещения в канал 5.
Дополнительная стенка 3 выполнена из прозрачного материала (органического стекла), с нанесенным на внутреннюю ее поверхность полимерного прозрачного материала толщиной в несколько микрон, в виде редкоземельных элементов. Указанная стенка закреплена с помощью металлического каркаса (на фиг. 1 и 2 каркас не показан). Дополнительная стенка 3 со стороны канала 5 покрыта теплоотражающим покрытием 4. Данная стенка ограничивает зону распространения холодных ниспадающих потоков. В канале 5 на полу 6 расположен вытяжной воздуховод 10 равномерного всасывания со щелью 11 для входа воздуха из канала 5 через щель 11 в воздуховод 10. Воздуховод 10 присоединен к вытяжному отверстию вентилятора (вентилятор на фиг. 7 и 2 не показан).
Предложенный способ работает следующим образом
н
При температуре наружного воздуха t ниже, чем температура внутреннего воздуха, (т.е. во время отопительного периода) происходит потери теплоты через наружное ограждение 1. Поэтому температура внутренней поверхности 2 наружного ограждения 1 становится ниже, чем температура воздуха в помещении.
Воздух помещения соприкасается с внутренней поверхностью 2 наружного ограждения 1 и охлаждается, при этом плотность воздуха увеличивается, т.е. воздух, расположенный у поверхности 2 становится более тяжелым, и он начинает опускаться вдоль поверхности 2 вниз, к полу 6. В канале 5 образуется смесь воздуха 12, ниспадающего холодного потока воздуха и воздуха, более теплого, из верхней зоны помещения. Дополнительная стенка 3 ограничивает распространение смеси воздуха 12 в пространство рабочей зоны помещения, расположенное справа от указанной стенки (если смотреть на фиг. 1). Щель 9 расположена в верхней зоне помещения, с наиболее высокой температурой воздуха в помещении. Теплоотражающее покрытие 4 препятствует передаче теплоты от холодного воздуха, который движется в канале 5, через дополнительную стенку 3, не давая охладить воздух в рабочей зоне.
Смесь воздуха 12, дойдя до воздуховода 10, через щель 11 засасывается вентилятором и удаляется из конвективного канала 5.
Чем больше будет удаляться воздуха из конвективного канала, тем будет выше температура дополнительной стенки 3 и, следовательно, ниспадающий холодный поток не будет охлаждать рабочую зону, а температура воздуха в ней будет равна нормируемой, т.е. изменяя расход удаляемого воздуха можно регулировать температуру дополнительной стенки 3.
3
y
Пример осуществления способа В помещении общественного здания с длинной 6 м, шириной 4 м и высотой 3 м, с наружным ограждением имеющую площадь остекления 4 м необходимо предотвратить попадание в рабочую зону холодного ниспадающего воздушного потока. Для этого у наружного ограждения помещения на расстоянии 300 мм установлена дополнительная стенка. Между дополнительной стенкой и наружным ограждением образован канал, между которыми на полу проложен воздуховод прямоугольного сечения 300×100 мм, который присоединен к вытяжному отверстию осевого вентилятора с расходом воздуха 200 м/ч, расположенного вне рассматриваемого помещения. Дополнительная стенка установлена таким образом, чтобы между потолком помещения и верхним торцом стенки располагается щель на всю длину стенки и высотой 150 мм, через которую поступает воздух в образованный канал с температурой воздуха равной t, которая находится исходя из следующего уравнения:
y
в
t=t+grad t (H-h),
в
где t - температура внутреннего воздуха в помещении °С, равная 20;
grad t - градиент температуры по высоте помещения выше рабочей зоны, °С/м, принимается равным 0,8;
Н - высота помещения, м, равная 3;
h - высота рабочей зоны, м, равная 2.
y
t=20,8°С
Затем он смешивается с ниспадающим потоком холодного воздуха с температурой равной 18°С. Это приводит к повышению температуры внутренней поверхности наружного ограждения до температуры, равной температуре смешения 19,4°С. Таким образом, происходит уменьшение потерь теплоты через наружное ограждение, вследствие повышения радиационной температуры. Это позволяет уменьшить поступления объема ниспадающих холодных потоков воздуха в рабочую (обслуживаемую) зону и, следовательно, уменьшаются потери теплоты через наружное ограждение, а также это способствует к созданию оптимальных параметров микроклимата в помещении, которые улучшают условия труда, путем снижения производственного травматизма и профзаболеваний. Вытяжной осевой вентилятор удаляет образованную смесь воздушных потоков из ниспадающего потока и из потока воздуха, поступающего в образованный канал из верхней зоны помещения. Изменяя режимы работы вытяжного осевого вентилятора, а именно увеличивая расход воздуха на 10%, можно достичь увеличения температуры внутренней поверхности наружного ограждения на 5% из-за смешения двух воздушных потоков разной температуры. Из этого следует, что общий объем ниспадающего воздушного потока будет уменьшаться на каждые 5% при увеличении расхода удаляемой смеси воздушных потоков.