Сравнение способов организации воздухообмена в помещении. Типы вентиляции. Классификация систем вентиляции

В е н т и л я ц и я

Магнитогорск 2010 введение

Развитие вентиляции имеет многовековую историю. Еще древние инки в стенах дворцов устраивали большие вертикальные полости и наполняли их камнями. Днем камни нагревались солнцем, и ночью теплый воздух поступал в помещение. Камни за ночь остывали и днем в помещении было прохладно.

В России в середине 19 – го века работал комитет по изучению различных способов вентиляции помещений. Комитет разработал нормы воздухообмена и установил оптимальные температуры воздуха для различных помещений. В 1835 г. инженер А. А. Саблуков изобрел центробежный вентилятор, что позволило интенсивно вентилировать производственные помещения. Позже русский физик Э. Х. Ленц предложил удалять вредности непосредственно от мест их образования, т.е. применять местные системы вентиляции, которые существенно улучшили условия труда.

В настоящее время нет ни одного предприятия, которое не было бы оборудовано системами вентиляции. Интенсивно развивается промышленность по производству вентиляционного оборудования.

При проектировании вентиляции необходимо соблюдать ряд требований, к которым относятся: санитарно-гигиенические, строительно-монтажные и архитектурные, эксплуатационные.

Сегодняшний рынок требует грамотных специалистов с универсальными знаниями и широким кругозором. В данном пособии рассмотрены основы расчета и проектирования систем вентиляции в зданиях различного назначения. Предложены способы расчета воздухообмена в помещениях: балансовым методом и по нормативной кратности. Изложены методики подбора и расчета оборудования вентиляционных систем. Рассмотрены вопросы компоновки приточных и вытяжных систем вентиляции.

Пособие разработано для студентов специальности 270100 “Теплогазоснабжение и вентиляция”, охватывает вопросы, знание которых необходимо для выполнения курсового проекта по дисциплине “Вентиляция”.

1. Санитрано-гигиенические основы вентиляции

В результате жизнедеятельности человека и осуществления производственных процессов происходит изменение химического и физического состояния воздуха, которое может отрицательно отразиться на самочувствии человека.

Основная цель вентиляции – поддержание допустимых параметров воздуха в помещении путем ассимиляции избытков теплоты и удаления вредных паров газов, пыли.

К вредностям, удаляемым из помещения, относят избыточную теплоту, избыточную влагу, пары и газы вредных веществ, пыль, в том числе и радиоактивную.

Избыточная теплота. Источниками избыточной теплоты могут служить люди, солнечная радиация, электродвигатели, нагревательные и плавильные печи, нагретые материалы, нагретые вредные поверхности и др. Различают явные и скрытые тепловыделения. Под явными тепловыделениями понимается та часть теплоты, которая расходуется на повышение температуры воздуха в помещении (теплообмен конвекцией и излучением).

Скрытая теплота не оказывает влияние на температуру воздуха, она увеличивает теплосодержание воздуха и расходуется на испарение влаги, т.е. увеличивается влагосодержание воздуха. Сумма явной и скрытой теплот характеризует полную теплоту, выделяемую в окружающую среду.

При отсутствии вентиляции избыточная теплота затрудняет процесс терморегуляции человека, что может привести к перегреву организма. В некоторых случаях избыточная теплота может отрицательно сказаться и на процессе производства.

Избыточная влага может поступать в помещение от людей (в зависимости от выполняемой работы ее количество может изменяться от 40 до 150 г/ч), от открытых водных поверхностей, от неплотностей в коммуникациях, от производственных процессов при промывке и смачивании изделий и т.д. Повышенная влажность воздуха при низкой температуре приводит к охлаждению организма человека, а при высокой температуре – к его перегреву, так как уменьшается отвод теплоты за счет испарения.

Пары и газы вредных веществ поступают в воздух помещения в результате жизнедеятельности человека и технологических процессов. Попадая даже в небольших количествах в организм человека, они могут вызвать физиологические изменения. Физиологическое воздействие различных паров и газов зависит от их токсичности, концентрации в воздухе и времени пребывания людей в загрязненном помещении. В жилых и общественных зданиях воздушная среда загрязняется в основном углекислым газом, выделяющимся в результате жизнедеятельности человека.

На промышленных предприятиях воздух загрязняется газами и парами, образующимися при протекании технологических процессов. К наиболее часто встречающимся газам относятся сернистый газ SO, окись углерода CO, синильная кислота HCN, соединения марганца, пары ртути, свинца, нитросоединения, пары растворителей.

Пыль и микроорганизмы. Самый крупный источник пыли – промпредприятия. Действие пыли на организм человека зависит от ее размеров, свойств, состава, условий выделения. Чем мельче пыль, тем она вреднее. Наибольшую опасность представляет пыль размерами меньшими, чем 10 мкм (она задерживается на слизистой дыхательных путей). Наиболее опасна пыль, содержащая двуокись кремния (SiO 2), асбестовая пыль, пыль ядовитых веществ. Радиоактивная пыль отличается от обычной повышенной токсичностью. Задача систем вентиляции – обеспечить в помещении такую концентрацию вредных веществ, чтобы они не превышали ПДК (предельно допустимые концентрации).

2006-11-27

Почему местная вытяжная вентиляция эффективней общеобменной? В воздух помещений зданий различного назначения, как правило, поступает какое-то количество вредных выделений (теплоты, влаги, пыли, газов) от работы оборудования и обслуживающего его персонала.

ГОСТ 12.1.005–88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.- М., 1981.
ГН 2.2.5.1313–03. Гигиенические нормативы. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны.- М., 2003.
ГН 2.2.5.1314–03. Гигиенические нормативы. Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ в воздухе рабочей зоны.- М., 2003.
СНиП 2.04.05–91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - М., 1999.
СНиП 41-01–2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - М., 2004.
Батурин В.В. Основы промышленной вентиляции. Изд. 4-е.- М.: «Профиздат», 1990.
Шепелев И.А. Аэродинамика воздушных потоков в помещении.- М.: «Стройиздат», 1978.
Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции: Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: «Стройиздат», 1979.
Эльтерман В.М. Вентиляция химических производств. Изд. 3-е.- М.: «Химия», 1980.
Посохин В.Н. Расчет местных отсосов от теплои газовыделяющего оборудования. - М.: «Машиностроение», 1984.
Аэродинамические основы аспирации: Монография. И.Н. Логачев, К.И. Логачев.- СПб.: «Химиздат», 2005.
Вентиляция и отопление цехов машиностроительных предприятий. М.И. Гримитлин, Г.М.Позин, О.Н. Тимофеева и др. - М.: «Машиностроение», 1993.
Лифшиц Г.Д. Исследование вытяжных факелов местных отсосов методом «особенностей».- Известия ВУЗов. Серия «Строительство и архитектура», №4/1977.
Лифшиц Г.Д. О расчете всасывающих потоков местных отсосов. - «Инженерные системы» АВОК Северо-Запад, №4(19)/2005.
Методические указания по конструированию местных воздухоприемников, встроенных в оборудование для пайки и лужения. Е.М.Эльтерман, Г.М. Позин.- Л.: ВНИИОТ, 1980.
Позин Г.М. Расчет влияния ограничивающих плоскостей на спектры всасывания. Научные работы институтов охраны труда. - М.: «Профиздат», 1977.
Вентиляция и кондиционирование воздуха: Справочник проектировщика. Ч. 3, кн. 1, гл. 8. Местные отсосы.- Изд. 4-е.- М.: «Стройиздат», 1992.
Гримитлин М.И., Позин Г.М. Оценка эффективности вентиляционных систем. Технические испытания и наладка систем вентиляции и кондиционирования воздуха.- Л.: ЛДНТП, 1980.

Вентиляция помещений представляет собой процесс переноса объемов воздуха, вытекающего из приточных отверстий, а также движение воздуха, обусловленное всасывающими отверстиями.

Характер воздушных потоков в помещении зависит:

1) от формы количества и расположения приточных и вытяжных отверстий;

2) от температуры и скорости подаваемого и удаляемого воздуха;

3) от тепловых потоков, возникающих возле нагретых и охлажденных поверхностей;

4) от взаимодействия струй между собой и с тепловыми потоками;

5) от имеющихся в помещении строительных конструкций;

6) от действия технологических машин и механизмов;

7) от взаимодействия со струями, выбивающими через неплотности оборудования, находящегося под избыточным давлением.

Эффективность вентиляции помещения зависит от правильности выбора мест подачи и удаления воздуха. В первую очередь распределение параметров воздуха в объеме помещения определяется конструктивным решением приточным устройств. Влияние вытяжных устройств на скорость движения и температуру воздуха в помещении обычно незначительно. В то же время общая эффективность вентиляции зависит от правильной организации вытяжки воздуха из помещения.

Для оптимальной организации воздухообмена следует учитывать следующие факторы:

Строительно-планировочные особенности помещения (габариты помещения);

Характер технологического процесса;

Вид и интенсивность поступления вредностей (сочетание различных видов вредности);

Взрыво - и пожароопасность помещения;

Особенности распространения вредностей в помещении;

Размещение в объеме помещения оборудования, рабочих мест.

Особенности распространения вредностей зависит от их свойств (плотности, а для пыли- дисперсности)

Кроме того, большое значение имеет интенсивность тепловых потоков, которые могут перемещать пары и газы, имеющие плотность значительно выше плотности воздуха, а также пыль в верхнюю зону помещения. При отсутствии теплоизбытков более легкие, чем воздух и газы поднимаются в верхнюю зону помещения. Газы более тяжелые, чем воздух накапливаются в рабочей зоне над полом.

2. Общие требования к притоку и вытяжке .

Согласно СНиП 41-01-2003 следует придерживаться следующих основных правил (см. пп. 7.55 – 7.5.11).

3. Выбор схемы организации воздухообмена

При организации воздухообмена в производственных помещениях возможно применение следующих схем

СВЕРХУ-ВВЕРХ.

СВЕРХУ-ВНИЗ.

СНИЗУ-ВВЕРХ.

СНИЗУ-ВВЕРХ И ВНИЗ.

СВЕРХУ И СНИЗУ-ВВЕРХ

СНИЗУ-ВНИЗ

Лекция № 2.17

Тема: «Обтекание здания потоком воздуха»

1. Обтекание здания потоком воздуха.

2. Зона аэродинамического следа.

3. Аэродинамический коэффициент.

1. Обтекание здания потоком воздуха.

При обтекании здания потоком воздуха вокруг него образуется застойная зона. Определение размеров этой зоны, условий циркуляции в ней воздушных потоков и, следовательно, условий проветривания этой зоны также является целью аэродинамических исследований здания. Наибольшее значение это исследование имеет для промышленных зданий с большим количеством вредных выбросов.

При набегании на препятствие нижние слои потока затормаживаются, и кинетическая часть энергии этого потока переходит в потенциальную, т. е статическое давление увеличивается. Это происходит постепенно по мере приближения к зданию и начинается примерно за 5-8 калибров до здания (калибр - средний размер фасада здания). Набегающий поток образует зону циркуляции непосредственно у поверхности здания. Вихри, образующиеся здесь, как бы дополняют форму здания до удобообтекаемой и тем самым уменьшают потери энергии основного потока. В этой зоне постоянно происходит смена воздуха, совершающего вихреобразные движения и уходящего на заветренную сторону здания.

Рисунок - Схема обтекания здания потоком воздуха

а – вертикальный разрез; б – схема движения воздуха в зоне аэродинамического следа:

1- граница между вихрями в зоне аэродинамического следа;

2- зона избыточного давления;

3- здание;

4- зона разрежения;

5- обратные потоки воздуха, входящего в зону аэродинамического следа;

6- граница зоны аэродинамического следа;

7- граница влияния здания на поток воздуха;

8- вихреобразные потоки из зоны избыточного давления в зону разрежения.

Набегающий поток воздуха обтекает здание и зону циркуляции сверху и с боков.

Обтекающий здание поток воздуха в силу некоторого поджатия имеет скорость большую, чем скорость ветра. Этот поток интенсивно эжектирует воздух с заветренной стороны здания, где в результате этого давление уменьшается. Воздух, уносимый из заветренной стороны, компенсируется приземными слоями потока, в которых воздух заторможен настолько, что может изменить направление своего движения. На заветренной стороне здания образуется несколько вихрей (на рисунке их показано два). Расположение границы зоны аэродинамического следа в этой области указано ориентировочно. Эта граница заметна лишь вблизи места срыва потока с наветренного фасада. Подвижность воздуха в приземной застойной области настолько мала, что из него осаждаются мельчайшие взвешенные частицы.

В реальных условиях имеют место пульсирующие изменения направления и силы ветра, что приводит к изменению габаритов и циркуляции воздуха в зоне аэродинамической тени во времени.

Типы вентиляции представлены большим разнообразием систем различных видов и назначений. Системы разделяются на несколько типов исходя из общих признаков. Главными из них являются способы циркуляции воздуха в здании, зона обслуживания агрегата, и особенности конструкции средства .

Естественный способ воздухообмена

Рассматривая типы вентиляционных устройств, следует начать с данного вида. В этом случае перемещение воздуха происходит по трем причинам. Первый фактор — аэрация, то есть разность температур воздуха в помещении и наружного. Во втором случае воздухообмен осуществляется в результате воздействия ветрового давления. И в третьем случае разность давления между используемым помещением и вытяжным устройством тоже приводит к воздухообмену.

Метод аэрации используется в местах с большим тепловыделением, но только тогда, когда поступающий воздух содержит в себе не более 30% вредных примесей и газов.

Не используется этот метод и в тех случаях, если нужна обработка поступающего воздуха или приток наружного воздуха приводит к возникновению конденсата.

В вентиляционных системах, где основой для перемещения воздуха является разность давления между помещением и вытяжным устройством, минимальный перепад по высоте должен составлять не меньше 3 м.

В этом случае длина участков, расположенных горизонтально, не должна превышать 3 м, в то время как скорость воздуха равна 1 м/с.

Для данных систем не нужно дорогое оборудование, в этом случае используются вытяжки, расположенные в ванных и кухонных помещениях. Система вентиляции долговечна, для ее использования не требуется приобретать дополнительные устройства. Естественная вентиляция проста и дешева в эксплуатации, но только в том случае, если она настроена правильно.

Тем не менее такая система уязвима, так как нужно создавать дополнительные условия для поступления воздуха. С этой целью обрезают межкомнатные двери, чтобы они не мешали циркуляции воздуха. Кроме того, имеется зависимость от воздушного потока, который обдувает здание. Именно от него и зависит естественная система вентиляции.

Примером такого типа является открытое окно. Но при данном действии или врезке вытяжек появляется другая проблема — большой объем поступающего с улицы шума. Поэтому, несмотря на свою простоту и экономичность, система уязвима для ряда факторов.

Вернуться к оглавлению

Средства для искусственного воздухообмена

Искусственная система, она же механическая, для вентиляции использует дополнительные устройства, помогающие воздуху поступать в здание и покидать его, тем самым организуя постоянный обмен. С этой целью применяют разнообразные приборы: вентиляторы, электрические двигатели, нагреватели воздуха.

Большим минусом при работе таких систем являются затраты на энергию, которые могут достигать немаленьких значений. Но плюсов у этого типа больше, они полностью окупают затраты на использование средств.

К положительным моментам следует отнести перемещение воздушных масс на нужное расстояние. Кроме того, подобные системы вентиляции могут регулироваться, исходя из этого воздух может поступать или удаляться из комнат в нужном количестве.

Искусственный воздухообмен не зависит от окружающих факторов, как это наблюдается при естественной вентиляции. Система автономна, а в процессе работы могут использоваться дополнительные функции, например, нагревание или увлажнение поступающего воздуха. При естественном типе подобное невозможно.

Тем не менее в настоящий момент популярно использование обеих систем подачи воздуха сразу. Это позволяет создать необходимые условия в помещении, снизить затраты, повысить эффективность работы вентиляции в целом.

Вернуться к оглавлению

Приточный способ подачи воздуха

Этот тип вентиляционных систем используется с целью осуществления постоянного поступления свежего воздуха. Система может осуществлять подготовку воздушных масс перед их поступлением в квартиру. С этой целью осуществляется очистка воздуха, нагревание или охлаждение. Таким образом, воздух приобретает нужные качества, после чего поступает в помещение.

В состав системы входят приточные установки и воздухоотводы, а в состав установки, обеспечивающей поступление воздуха, в свою очередь, входят фильтр, калориферы, вентилятор, автоматические системы и звукоизоляция.

При выборе подобных устройств следует обращать внимание на ряд факторов. Большое значение имеет объем воздуха, поступающего в здание. Этот показатель может быть равен нескольким десяткам или нескольким десяткам тысяч кубических метров воздуха, поступающего в помещение.

Большую роль играют такие показатели, как мощность калорифера, напор воздуха и уровень шума устройства. Кроме того, подобные типы вентиляционных устройств имеют автоматическое регулирование, что позволяет регулировать расход мощности и установить уровень потребляемого воздуха. Устройства с таймерами позволяют настроить агрегат для работы по расписанию.

Вернуться к оглавлению

Сочетание двух способов: приточно-вытяжной вид

Эта система представляет собой совокупность двух способов вентиляции — приточной и вытяжной, что позволяет задействовать положительные качества обеих систем одновременно и приводит к улучшению воздухообмена.

Как и в предыдущем варианте, имеется средство фильтрации и регулирования поступающих воздушных масс. Подобный тип может создать необходимые условия в помещении, отрегулировать уровень влажности поступающих масс, создать нужную температуру, нагрев или охладив воздух. Провести фильтрацию воздушных масс, поступивших снаружи, тоже входит в функциональные возможности агрегата.

Приточно-вытяжная система поможет сократить расходы, что достигается за счет удаления тепла, которое идет на подогрев поступающего воздуха. Этот процесс происходит в рекуператоре — теплообменнике специального назначения.

Вытяжные воздушные массы, имеющие комнатную температуру, поступают в устройство, после чего передают свою температуру рекуператору, который и нагревает воздух, поступающий снаружи.

Помимо вышеназванных достоинств приточно-вытяжная вентиляция обладает еще одним качеством, хорошо подходящим для людей, страдающих перепадами артериального давления. Речь идет о возможности создавать повышенное и пониженное давление по сравнению с окружающей средой.

Устройство является автономным, независимым от условий окружающей среды, благодаря чему может использоваться круглогодично. Однако система не лишена отрицательных качеств. Среди них можно назвать необходимость точной регулировки. Если оба способа — вытяжной и приточный — не будут сбалансированы между собой, то человек, использующий такой тип вентиляции, рискует получить сквозняки в доме.

Воздухообмен в помещениях (распределение приточного воздуха и удаление воздуха из помещений) производственных и административно-бытовых зданий предусматривается с учетом режима их использования в течение суток или года, а также имеющихся поступлений тепла, влаги и вредных веществ.

Приточный воздух для компенсации удаляемого вытяжной системой следует подавать непосредственно в помещение с постоянным пребыванием людей. Для общественных и административно-бытовых помещений допускается до 50 % расхода воздуха подавать в коридоры или смежные помещения.

В производственных помещениях, в зависимости от характера и выраженности факторов производственной среды, приточный воздух следует подавать в рабочую зону:

В помещениях со значительными влаго- и теплоизбытками – в зоны конденсации влаги на ограждающих конструкциях зданий;

В помещениях с выделением пыли – струями, направленными сверху вниз из воздухораспределителей, расположенных в верхней зоне;

В помещениях различного назначения без выделения пыли допускается подача приточного воздуха струями, направленными снизу вверх из воздухораспределителей, расположенных в обслуживаемой или рабочей зоне;

В помещениях с незначительными теплоизбытками допускается подача воздуха из воздухораспределителей, расположенных в верхней зоне струями (вертикальными, направленными сверху вниз; горизонтальными или наклонными – вниз);

В помещениях с источниками выделений вредных веществ, которые невозможно оборудовать местными отсосами, приточный воздух подается непосредственно на постоянные рабочие места, если они находятся у этих источников.

Приточный воздух следует направлять таким образом, чтобы он не поступал через зоны с большим загрязнением в зоны с меньшим загрязнением и не нарушал баланса при работе местных отсосов.

Подача приточного воздуха вентиляцией, а также системами кондиционирования и воздушного отопления должна осуществляться из расчета, чтобы температура и скорость движения воздуха соответствовали нормам метеорологических условий в рабочей зоне, чтобы не было туманообразования и конденсации влаги на окружающих конструкциях.

Для производственных помещений, в которых выделяются вредные вещества или резко выраженные неприятные запахи, следует предусматривать отрицательный дисбаланс, то есть превышения объема вытяжки над объемом притока.

В холодный период года в производственных зданиях при обосновании допускается отрицательный дисбаланс в объеме не более однократного воздухообмена в 1 ч в помещениях высотой 6 м и менее и из расчета 6 м 3 /ч на 1 м 2 площади пола в помещениях высотой более 6 м.

Системы приточной вентиляции с искусственным побуждением для производственных помещений, работа в которых производится более 8 часов в сутки, необходимо совмещать с воздушным отоплением.

Системы приточной вентиляции, совмещенные с воздушным отоплением, а также системы воздушного отопления следует проектировать с резервным вентилятором или отопительным агрегатом, или предусматривать не менее двух систем, объединенных воздуховодом.

Распределение воздуха в помещениях зависит от размещения приточных и вытяжных отверстий. Вентиляция помещений представляет собой процесс переноса объемов воздуха из приточных отверстий, а также движение воздуха, обусловленное всасывающими отверстиями. Воздухообмен, создаваемый в помещениях вентиляционными устройствами, сопровождается циркуляционным движением воздушной среды, объем которой в несколько раз больше объема вентиляционного воздуха, поступающего в помещение и удаляемого из него. Циркуляция воздушных масс имеет значение для эффективности вентиляции, так как она является основной причиной распространения по помещению вредных выделений, поступающих откуда-либо в воздух.

Характер воздушных потоков зависит от формы и количества приточных отверстий, их расположения, а также температуры, скорости, с которыми воздух поступает в помещения. Варианты схем движения воздуха в производственных помещениях приведены на рис. 5.8.

Рис. 5.8. Схемы организации воздухообмена в помещении:

а – сверху-вверх; б – снизу-вниз; в –сверху-вниз; г – с низу-вверх;
д – комбинированная; е – комбинированная

На характер распространения воздушных потоков оказывая влияние работа технологического оборудования и, кроме того – конструктивные элементы здания. Задача специалиста, проектирующего вентиляционные устройства, учесть характер движения воздушных масс в помещении, с тем, чтобы в пределах рабочей зоны были обеспечены удовлетворительные параметры микроклимата, а именно, температура и скорость движения воздуха.

Приточные струи. Приточные насадки

При небольшой скорости движения воздух перемещается параллельными, не смешивающимися между собой струйками. Такой вид движения называется ламинарным и наблюдается главным образом в небольших каналах, тонких щелях, а также при отсутствии направленного движения воздуха в различных сооружениях. С увеличением скорости струйки начинают перемешиваться, воздушные частицы движутся более беспорядочно. В потоке возникают вихри – такое движение называется турбулентным. Для турбулентного движения характерно наличие поперечных пульсаций скоростей.

Переход от ламинарного движения к турбулентному наблюдается при определенных значениях комплексного параметра, который называется критерием Рейнольдса:

где V – скорость движения воздуха, м/с; d – размер, определяющий движение воздуха (диаметр или гидравлический диаметр воздуховода, воздуховыпускного отверстия), м; ν – кинематическая вязкость воздуха, м 2 /с.

Ламинарное движение в гладких трубах переходит в турбулентное при Re = 2300. С увеличение шероховатости этот переход происходит при меньших значениях критерия Re.

Организация воздухообмена в значительной степени зависит характера струй вентиляционного воздуха.

Классификация струй

Воздушной струей называют направленный поток с конечными поперечными размерами. В основном струи делятся на свободные и несвободные, изотермические и не изотермические, ламинарные и турбулентные.

Свободные струи не имеют препятствий для своего свободного развития. Свободной является струя, не ограниченная стенками. Свободные струи образуются при истечении в пространство, заполненное той же средой, находящейся в относительно спокойном состоянии. Так как струи воздуха движутся в воздушной же среде, с точки зрения гидравлики они являются затопленными. Если плотность струи и окружающего воздуха одинакова, то ось струи прямолинейна а при различной плотности ось струи искривляется. Несвободные (стесненные) струи – те, на развитие и аэродинамическую структуру которых оказывают влияние ограждения; эти струи распространяются в пространстве, имеющем конечные размеры. В изотермических струях начальная температура равна температуре окружающего воздуха, т. е. в этом случае струя не участвует в теплообмене с окружающей средой. В неизотермических струях начальная температура приточного воздуха выше или ниже температуры окружающего воздуха. Ламинарная или турбулентная струя характеризуется соответственно ламинарным или турбулентным режимом. В вентиляционных устройствах, как правило, применяют турбулентные воздушные струи.

На перемещение воздуха затрачивается энергия: тепловая, источником которой являются нагретые поверхности, или механическая, источником которой можно считать, например, вентилятор или сочетание тепловой и механической энергий вместе.

Формирование полей температур, концентраций вредных веществ (газов) и скоростей зависит от закономерностей распространения струй и их взаимодействия.

По виду энергии, расходуемой на образование струи, различают механические приточные струи изотермические, неизотермические, а также конвективные струи.

Свободную изотермическую струю применяют для раздачи приточного воздуха. Струя по выходе из отверстия расширяется, ширина ее растет пропорционально увеличению расстояния от места истечения. Скорость по мере удаления постепенно уменьшается и затухает. Измерениями давлений установлено, что статическое давление в струе остается постоянным и равным статическому давлению в окружающей среде.

Следовательно, так как статическое давление вдоль струи остается постоянным, то потери энергии компенсируются в ней за счет кинетической энергии, поэтому скорость затухает. Так как струя эжектирует (подсасывает) частицы окружающего воздуха, расход в ней увеличивается по мере удаления от приточного отверстия и поперечное сечение ее возрастет. При этом скорость частиц вследствие торможения, оказываемого окружающим воздухом, постоянно падает.

На рис. 5.9 представлена схема свободной изотермической струи, которая вытекает из круглого отверстия.

Рис. 5.9. Структура свободной изотермической струи

В струе различают два участка – начальный и основной. В начальном сечении а-б скорость потока во всех точках сечения одинакова. Осевая скорость на протяжении длины l о начального участка одинакова и равна скорости в выходном сечении V o .

В области треугольника абс (на расстоянии l о) во всех точках струи сохраняется одинаковая скорость V o .

На структуру струи оказывает влияние начальная турбулентность. Чем выше турбулентность струи перед выходом из насадка, тем интенсивнее протекает перемешивание её с окружающим воздухом, тем больше угол расширения струи α на начальном участке, тем короче длина начального участка, и наоборот. В основном участке благодаря турбулентному перемешиванию с окружающим воздухом масса приточной струи по мере удаления от приточного отверстия возрастает, а скорость в ней непрерывно уменьшается как на оси струи, так и в периферийной части. Боковые границы струи соответствуют приблизительно лучам, исходящим из точки, называемой полюсом (точка 0 ). Так как положение полюса струи и граница начального участка зависят от степени турбулентности струи, то полюса начального и основного участков струи могут не совпадать. Угол бокового расширения основного участка струи составляет 12º25´.

Свободная струя практически не зависит от критерия Рейнольдса (Rе ) (струи автомодельны). Одним из основных свойств турбулентной свободной струи является сохранение постоянства количества движения по её длине:

m V = const , (5.42)

где m – масса приточной струи в ее поперечном сечении; V – скорость воздуха в этом же сечении струи.

Это позволяет перемещать большие массы воздуха на значительные расстояния, что широко используется в вентиляционной практике.

Известно, что свободная струя, выходящая из прямоугольного отверстия, деформируется, принимая в сечении форму, приближающуюся к кругу.

В производственных помещениях, камерах и т.п. за счет наличия ограждающих поверхностей свободная струя деформируется и её параметры меняются. Условия поступления струи в то или иное помещение могут быть разнообразны, а это определяет скорость, температуру, а также распределение воздуха.

Воздушный поток в зоне всасывающего отверстия ведет себя иначе. К всасывающему отверстию воздух подтекает со всех сторон. Эффективность всасывания характеризуется спектрами всасывания и проявляется на небольших расстояниях от всасывающих отверстий. Поведение воздушного потока возле всасывающего отверстия рассматривается в разделе 5.9.

Специфические особенности приточных и всасывающих струй должны учитываться и использоваться в вентиляции.

На динамику воздушной среды помещения большое влияние оказывают конвективные токи, возникающие вследствие наличия в помещении различного рода поверхностей, температура которых отлична от температуры окружающего воздуха. Конвективные токи могут быть восходящие и нисходящие.

При создании специально организованных искусственных (механических) струй нужно учитывать конвективные токи воздуха, т. е. использовать конвективные потоки в качестве фактора, могущего в определенных условиях в значительной степени способствовать оздоровлению труда в рабочей зоне.

Приточные отверстия обычно оформляются насадками, которые выполнены в виде решеток, плафонов, диффузоров, патрубков с возможностью регулирования направления раздачи приточного воздуха. Некоторые варианты оформления приточных отверстий приведены на рис. 5.10.

Рис. 5.10.Формы струй:

а - плоскопараллельная настилающаяся; б - осесимметричная; в - коническая; г - веерная (радиальная); д - настилающаяся; е - кольцевого сечения; ж - вытекающая через решетку; α - угол принудительного рассеивания

Плоские приточные струи образуются при истечении воздуха из длинного щелевидного воздухораспределителя.

Необходимо отметить, что при соотношении сторон отверстий менее чем 1: 3 струя, принимающая в месте ее возникновения форму отверстия, быстро трансформируется в осесимметричную. При соотношении сторон более чем 1: 10 струя рассматривается как плоская. Но и в этом случае струи могут превратиться в осесимметричные, но только на большом расстоянии от места их образования.

Кроме осесимметричных и плоских могут быть следующие виды струй, отличающиеся также по форме отверстия для выхода воздуха:

Веерные струи под углом α = 90°, которые образуются при принудительном рассеивании потока под некоторым углом. У полных веерных струй угол распределения воздуха в пространстве составляет 360°, при меньшем угле струя будет неполной веерной;

Кольцевые, если струя истекает из кольцевой щели под углом к оси подводящего воздух канала β < 180°, при β около 135° – полой конической, при β = 90° – полной веерной;

Пучковые, когда воздух поступает в помещение через большое количество равновеликих отверстий в виде потока, состоящего из параллельных струек. Однако на некотором расстоянии от приточного устройства из отдельных струек образуется общая струя.

Кроме того, в зависимости от расположения воздухораспределителя струи могут не настилаться или настилаться на плоскости ограждений.

Стесненные струи могут быть разделены еще на тупиковые, транзитные, транзитно-тупиковые. В тупиковых приточный воздух поступает и уходит из помещения через приточные и вытяжные отверстия, расположенные на одной и той же стороне помещения. В транзитных струя поступает в ограничивающее ее пространство с одной стороны, а уходит – с другой; в транзитно-тупиковых воздух выходит из помещения как со стороны его входа, так и с противоположной.

Перфорированные (дырчатые) панели применяют преимущественно в невысоких помещениях для равномерного распределения приточного воздуха. При таком способе подачи воздуха обеспечивается резкое снижение скорости и выравнивание температур, несмотря на высокие параметры распределяемого по помещению воздуха. Так, допустимый перепад температур подаваемого воздуха и помещения Δt меньше или равен 15°С, скорость подачи V меньше или равна 4 м/с (с проверкой скорости в рабочей зоне). Пример организации воздухообмена приведен на рис. 5.11.

Рис. 5.11. Распределение воздуха через перфорированный (дырчатый)

а – расчетная схема потолка; б – размещение отверстий в потолке; в, г – способы устройства распределения воздуха через перфорированные решетки

Отверстия в потолке, через которые происходит подача воздуха, должны иметь небольшие размеры, чтобы обеспечить выдавливание воздуха из распределительного воздуховода (камеры) преимущественно под воздействием статического давления. При этом с целью наилучшего перемешивания воздушных струй режим движения воздуха в отверстия должен быть турбулентным. При истечении воздуха через отверстия перфорированного потолка, согласно исследованиям, турбулентный режим обеспечивается уже при значении критерия Re = 1500.

Ниспадающий поток, может применяться для создания соответствующей метеорологической обстановки на фиксированных рабочих местах (или в местах отдыха). В зону нахождения человека подается сверху вниз воздушная струя большого диаметра с малой скоростью. Такая подача воздуха называется воздушным душированием по способу ниспадающего потока, рис. 5.12.

Рис. 5.12. Приточная вентиляция для фиксированного рабочего места

способом ниспадающего потока (размеры указаны в метрах)