Сопло для систем вентиляции

Использование направляющих сопел для раздачи воздуха в системах кондиционирования воздуха

Ю. А. Табунщиков, доктор техн. наук, профессор МАрхИ, otvet@abok.ru

М. М. Бродач, канд. техн. наук, профессор МАрхИ

В статье приведено решение раздачи воздуха СКВ направляющими соплами уникального объекта – легкоатлетического манежа в г. Михайловград (с 1993 – г. Монтана, Болгария), который был построен с использованием конструкций системы «МАРХИ».

В современной литературе практически не освещаются пути и методология поиска необходимых проектных решений: как правило, предлагаются законченные решения. Однако рассмотрение проектов большинства известных зданий показывает, что выбор инженерных решений является определяющим при выборе архитектурной формы здания и его планировки. Интересно было бы проследить за тем, как создаются такие проекты, какие противоречия возникают между инженерными и архитектурными решениями и как достигается консенсус. В предлагаемой статье изложены проблемы поиска инженерных решений, в конечном счете влияющих на архитектуру здания.

Олимпийский легкоатлетический манеж в г. Монтана (Болгария)

Решение по раздаче воздуха в помещениях большого объема

В конце 80-х годов кафедра «Инженерное оборудование зданий и сооружений» МАрхИ участвовала в проектировании легкоатлетического манежа из конструкций системы «МАРХИ» в г. Михайловград (рис. 1). Творческий коллектив возглавлял народный архитектор СССР, лауреат Ленинской и Сталинской премий первой степени И. Е. Рожин. Разработкой инженерного раздела проекта руководил профессор Ю. А. Табунщиков, раздел СКВ выполняла доцент Т. С. Шубина, раздел ОВ – доцент М. Н. Стрельчук. Большой интерес к проектированию легкоатлетического манежа в г. Михайловград из конструкций системы «МАРХИ» объяснялся тем обстоятельством, что Болгария купила право использования этих конструкций и построила завод по их производству. Необходимо было на примере легкоатлетического манежа продемонстрировать привлекательность, экономичность и широкие возможности использования этих конструкций в зданиях различного технологического назначения.

Большой крытый стадион The Yoyogi National Gymnasium был возведен в парке Yoyogi Park японской столицы к Олимпийским играм в Токио 1964 года. Стадион во время игр использовался как водная арена для проведения соревнований по плаванию и прыжкам в воду. Сегодня он действует в основном как стадион для хоккея на льду. Стадион вмещает чуть больше 30 000 зрителей, что сегодня не столь впечатляюще, но не в размерах очарование, а в изяществе и новаторском подходе. The Yoyogi National Gymnasium прославился особенным дизайном подвесной кровли и послужил прототипом многих последующих олимпийских объектов

Конструкции системы «МАРХИ» – это пространственные стержневые конструкции, позволяющие создавать здания и сооружения с практически неограниченным внутренним пространством, ничем не стесненным и отвечающим любым технологическим требованиям. Применение конструкций системы «МАРХИ» позволяет значительно экономить за счет низкого расхода металла на единицу площади.

Успешно были осуществлены при проектировании легкоатлетического манежа архитектурные, конструктивные и технологические части проекта, а также система кондиционирования воздуха для зрителей, сидящих на трибунах, с раздачей воздуха из-под кресел.

Но возникли серьезные трудности с проектированием систем кондиционирования воздуха для ядра манежа из-за поиска мест для расположения установок кондиционирования воздуха. Для обеспечения необходимого воздухообмена предполагалось установить 14 кондиционеров. Первым и очевидным предложением было расположить кондиционеры в подвальной части манежа. Однако болгарские специалисты отказались, высказав опасение, что, поскольку манеж расположен на берегу реки, в весенний период ее разлива возможно подтопление подвала грунтовыми водами. На другое предложение – расположить кондиционеры на крыше здания – не согласились архитекторы, так как четырнадцать «ящиков», каждый высотой около 2,5 м, портили весь архитектурный замысел проекта. Работа зашла в тупик. Один из архитекторов – доцент С. В. Кузнецов – предложил обратить внимание на крытый стадион самого влиятельного японского архитектора XX века Кэндзо Тангэ – универсальную арену, построенную к летним Олимпийским играм 1964 года в Токио (рис. 2).

Большой крытый стадион The Yoyogi National Gymnasium, Токио. На торце здания видны направляющие сопла

Конструкции системы «МАРХИ» – это пространственные стержневые конструкции, позво-ляющие создавать здания и сооружения с практически неограниченным внутренним пространством, ничем не стесненным и отвечающим любым технологическим требованиям. Применение конструкций системы «МАРХИ» позволяет значительно экономить за счет низкого расхода металла на единицу площади. Экономический эффект может достигать более 60 % от стоимости традиционного покрытия

Интересно, что по архитектурной форме стадион напоминал пагоду. Но самое главное было в том, что внутри него располагались сопла для раздачи воздуха системы кондиционирования воздуха, а сами кондиционеры были расположены снаружи, у торцов здания стадиона. Было очевидно, что использование аналогичного решения для системы кондиционирования нашего легкоатлетического манежа является тем вариантом, который мы искали.

Проведенные консультации с отечественными специалистами показали, что использование направляющих сопел для раздачи воздуха отопительно-вентиляционных систем не только было известно в нашей стране, но даже были разработаны «Рекомендации по расчету оптимально-вентиляционных систем с направляющими соплами» [1] для применения при проектировании и эксплуатации систем общеобменной вентиляции и воздушного отопления в помещениях промышленных зданий, оборудованных приточной общеобменной вентиляцией. С тех пор подобных рекомендаций не разрабатывалось. Система воздухораспределения направляющими соплами имела широкое распространение за рубежом. Сейчас такие системы с успехом используются в промышленных зданиях и больших складских помещениях [2, 3, 4].

Отопительно-вентиляционные системы с направляющими соплами подают в помещение нагретый (или охлажденный) воздух основными и направляющими струями (рис. 3).

Отопительно-вентиляционная система с направляющими соплами:
а – горизонтальными; б – горизонтальными и вертикальными

Основные струи 1 подаются через небольшое число воздухораспределителей 2 с малой начальной скоростью. Направляющие струи 3, имеющие большую начальную скорость, подаются через горизонтальные 4 и вертикальные 5 или только горизонтальные сопла малого диаметра, расположенные вдоль оси основного протока [1–3]. Горизонтальные направляющие струи позволяют увеличить длину зоны эффективного действия системы и количество теплоты (холода) в приточном воздухе по сравнению с сосредоточенной подачей. Вертикальные направляющие струи эжектируют содержащийся в основных струях воздух (нагретый или охлажденный) и подают его в рабочую зону. Так как циркуляция воздуха в помещении определяется в основном направляющими струями, изменение расхода воздуха, подаваемого основными струями, практически не приводит к изменению системы циркуляции. Это позволяет при уменьшении количества поступающих в помещение вредных веществ уменьшать расход приточного воздуха вплоть до расхода, подаваемого из сопла, что составляет 10–30 % максимального.

• с горизонтальными направляющими соплами (рис. 3а);
• с горизонтальными и вертикальными направляющими соплами (рис. 3б).

Отопительно-вентиляционная система с направляющими соплами включает две самостоятельные приточные установки. Одна из них предназначена для подачи основных струи воздуха, другая — для подачи направляющих струй воздуха. Приточная установка, подающая основные струи, может состоять из нескольких вентиляторных агрегатов. Приточная установка, подающая направляющие струи, должна иметь резервный вентилятор.

В п. 2.4 руководства [1] указывается, что максимальная скорость подачи воздуха из сопел не должна превышать 30 м/с, если приточные установки комплектуются кондиционерами КТЦ, и 40 м/с, если используются вентиляторы с давлением не менее 2 кПа. Минимальная скорость выпуска струи определяется расчетом и может быть даже порядка 2 м/с. Подвижность (скорость) воздуха в легкоатлетическом манеже не должна превышать 0,3–0,5 м/с. Как показали исследования, вполне возможно запроектировать систему кондиционирования воздуха с раздачей воздуха направляющими соплами, обеспечивающими внутри помещения подвижность воздуха не более 0,3 м/с.

Направляющие сопла компании Flakt Woods

Однако метод расчета, изложенный в рекомендациях [1], относился к производственным зданиям и учитывал возможности их специфики, например расположение нескольких сопел внутри здания по горизонтали, что принципиально не могло применяться в помещении легкоатлетического манежа. Возникла необходимость разработки собственного специального метода расчета раздачи воздуха направляющими соплами при расположении самих сопел в торцах здания. Этот метод расчета был разработан доцентом Т. С. Шубиной. Сейчас такие сложные задачи успешно решаются методом математического моделирования * . Но возникла другая проблема: при расчете направляющих сопел, расположенных с противоположных торцов манежа, длина зоны эффективного действия приточной струи была не более 40 м, т. е. меньше 60 м (расстояние до середины манежа). В процессе движения за счет сопротивления внутреннего воздуха струя распадалась на две части, одна из которых поднималась вверх и «цеплялась» за покрытие (потолок) манежа, другая спускалась вниз и «цеплялась» за пол манежа. Получалось, что система кондиционирования с раздачей воздуха направляющими соплами, сохраняя красивый архитектурный облик манежа и не требуя расположения установок кондиционирования в подвале или на крыше здания, не в состоянии обеспечить требуемые параметры воздуха в средней части манежа. Снова тупик?

И тогда мы снова обратились к проекту крытого стадиона архитектора Кэндзо Тангэ. Как ему удалось решить эту проблему? Архитекторы предположили: наверное, за счет увеличения высоты здания, и этим может объясняться выбор формы строения в виде пагоды. Такая конфигурация здания позволяла увеличить высоту расположения сопел и избежать эффекта разрушения струи, прежде чем она достигнет середины помещения. Проведенные расчеты подтвердили эти предположения: оказалось, что, увеличивая высоту манежа на 4 м и высоту расположения направляющих раздающих сопел, удается полностью обеспечить требуемые параметры воздуха по всему спортивному ядру манежа.

А что архитекторы? Не видя другого выхода, они согласились с необходимостью увеличения высоты помещения манежа на 4 м.

Найденные инженерные решения получили высокую оценку болгарских специалистов.

Выводы

Раздача воздуха при помощи направляющих сопел в системах воздушного отопления и системах кондиционирования обеспечивает практически безградиентное распределение температуры воздуха по высоте и хорошо решает вопрос воздухораспределения и обеспечения микроклимата в крытых стадионах, промышленных зданиях, больших складских помещениях и т. д.

Источник

Виды воздухораспределителей для систем вентиляции и сфера их применения

Подача воздуха в помещения осуществляется при помощи воздухораспределителей. На данный момент разработано огромное количество устройств разного вида и размеров. Каждый из них имеет свои особенности и сферу применения. В рамках данной статьи будут рассмотрены основные виды воздухораспределителей — решетки, диффузоры, сопла и вихревые воздухораспределители, а также варианты их комплектации.

Вентиляционные решётки: что это такое, установка и сфера применения

Решётки представляют собой декоративные изделия с жалюзи. Жалюзи могут быть регулируемыми и нерегулируемыми. Регулирование жалюзи позволяет направить поток воздуха в нужную сторону. Воздушная струя на выходе из решёток имеет достаточно высокую скорость и дальнобойкость.

Чаще всего решетки устанавливают на стене под потолком, струя воздуха подаётся горизонтально. Горизонтальная струя проходит над рабочей зоной помещения, поэтому не создаёт дискомфорта для человека. К тому моменту, как струя опустится в рабочую зону, она успеет раскрыться, а скорость воздуха — снизиться.

К преимуществам решеток следует отнести тот факт, что они не требуют устройства подвесного потолка в обслуживаемом помещении. Подводка воздуховодов осуществляется снаружи помещения, таким образом, в комнате удаётся достичь максимальной высоты потолков.

Обычно настенные решетки устанавливают в жилых комнатах квартир, таунхаусов и коттеджей. Разводка воздуховодов выполняется в коридоре, санузлах и иных помещениях, например, в прихожей или гардеробе. Кроме того, решетки могут устанавливаться в небольших офисах и магазинах. В этом случае разводка воздуховодов осуществляется в коридоре с подвесным потолком, а в кабинетах под потолком устанавливают настенные решетки.

Установка решеток на потолке нежелательна, так как они будут задувать людей, которые находятся в непосредственной близости от них, вызывая ощущение дискомфорта. Для монтажа на потолке лучше предусмотреть диффузоры.

Что такое диффузоры и где они применяются

Диффузоры представляют собой декоративные изделия с пластинами или, как их ещё называют, обтекателями. Суть этих обтекателей заключается в том, чтобы поспособствовать раскрытию струи в разные стороны сразу после покидания диффузора. Одновременно с этим снижается скорость потока воздуха. Следовательно, диффузоры имеют гораздо меньшую дальнобойкость и большую площадь охвата. Именно поэтому диффузоры чаще всего устанавливаются на потолках.

Воздух, подаваемый диффузором, достаточно быстро падает в рабочую зону помещения. Но благодаря тому, что обтекатели раскрывают струю и снижают скорость потока воздуха, в рабочей зоне сохраняются комфортные условия.

Воздуховоды, подходящие к установленному на потолке диффузору, также располагаются под потолком. Это приводит к занижению потолков в помещении и необходимости устройства подвесных потолков. Впрочем, сегодня распространены решения с открытыми инженерными коммуникациями: трубы, кабели, лотки и воздуховоды не скрывают за фальшпотолком. Они видны всем посетителям и являются частью интерьера.

Как правило, диффузоры устанавливаются в офисных центрах, супермаркетах, кафе и ресторанах и на других объектах. В конце концов, сегодня практически везде есть подвесной потолок, что и позволяет повсеместно применять диффузоры.

Сопла для систем вентиляции: сфера применения и рекомендации по установке

Сопла — это специфические воздухораспределители, задачей которых является подача больших объёмов воздуха на большие расстояния. Подобно диффузорам они имеют специально спрофилированную поверхность, но её задачей является не скорейшее раскрытие струи и снижение дальнобойкости, а наоборот — формирование узконаправленной струи с высокой дальнобойкостью.

Сопловые воздухораспределители применяются на складах, в производственных зданиях, гипермаркетах и на других объектах с высокими потолками в составе систем вентиляции и воздушного отопления.

Как правило, сопла устанавливаются непосредственно на магистральном воздуховоде подобно тройникам. После установки сопла рекомендуется уменьшить диаметр магистрального воздуховода. Такое решение позволяет улучшить работу сопла. Впрочем, решение обосновано и с чисто вентиляционной точки зрения. Так как через сопло подается значительный расход воздуха, то расход воздуха в магистральном воздуховоде после сопла снизится, а, значит, имеет смысл снизить и диаметр этого воздуховода.

Кстати, в помещениях большой площади иначе, кроме как при помощи сопел и диффузоров, обеспечить воздухообмен практически невозможно. Действительно, настенные решётки способны обслужить только прилегающую к стене площадь. Предположим, метров Но как быть в помещении, длина и ширина которого превышает 15 метров? Например, в торговом зале, в холле, в галерее. Единственный выход — применение потолочных воздухораспределителей.

Какие именно воздухораспределители в этом случае применить — сопла или диффузоры — зависит от высоты прокладки воздуховода и температуры подаваемого воздуха. Если высота ниже то, вероятнее всего, наилучшим решением будет применение диффузоров, если выше, то лучше предусмотреть сопла. Однако если речь идет о системе кондиционирования с подачей холодного воздуха, то и во втором случае лучше предусмотреть диффузоры — холодный воздух, будучи более тяжелым, в любом случае опустится под действием сил гравитации.

Вихревые (турбулизирующие) воздухораспределители: особенности и область применения

Вихревые (турбулизирующие) воздухораспределители служат для подачи больших объёмов воздуха на малые расстояния. По сравнению с диффузорами они способны подать больше воздуха, по сравнению с соплами и решетками — на гораздо меньше расстояния.

Снижение дальнобойкости достигается за счёт турбулизирующих ячеек и рассекателей потока. С их помощью прямая направленная струя превращается в несколько вихревых быстрорассеивающихся потоков воздуха малой скорости. Как результат, существенно снижается дальнобойкость струи, достигается быстрое перемешивание и выравнивание температуры подаваемого и внутреннего воздуха.

Вихревые воздухораспределители применяются на производственных объектах, могут встречаться на других объектах в системах центрального кондиционирования, совмещающих в себе функции вентиляции и кондиционирования. Для таких систем характерны большие расходы воздуха, и чтобы прохладный воздух не создавал дискомфорт находящимся в помещении людям, предусматриваются вихревые воздухораспределители.

Вытяжные решетки и диффузоры

Помимо приточных существуют и вытяжные воздухораспределители. Они служат для удаления воздуха из помещений. К выбору вытяжных воздухораспределителей обычно относятся с меньшим вниманием, поскольку их работа оказывает меньшее влияние на человека: из них не дует холодный воздух, поток не надо регулировать и направлять.

Как показывает практика, чтобы сохранить единый стиль, вытяжные воздухораспределители предусматривают такие же, как и приточные. Если воздух в помещение подается через настенные решетки, для вытяжки применяются точно такие же настенные решетки. Если воздух подается через квадратные потолочные диффузоры размером 600×600 миллиметров, то они же предусматриваются и для удаления воздуха из помещения.

Конструктивно некоторые вытяжные решетки и диффузоры отличаются от приточных. Например, круглые вытяжные диффузоры имеют другую форму обтекателя. У приточных обтекатель сильнее раскрывается в горизонтальном направлении, у вытяжных — почти не раскрывается.

Комплектация воздухораспределителей

Среди дополнительных элементов, которыми могут быть оснащены воздухораспределители, выделим:

· камеры статического давления или адаптеры.

Регулирующие жалюзи или иные направляющие предназначены для изменения направления потока воздуха и его подачи в нужную часть помещения. Регулирование может осуществляться в одной или в двух плоскостях — по горизонтали, по вертикали или по горизонтали и по вертикали одновременно. Для этого предусматриваются, соответственно, горизонтальные и вертикальные жалюзи или оба вида жалюзи одновременно.

На входе в воздухораспределительное устройство может быть предусмотрен регулирующий клапан. С его помощью в процессе наладки воздухораспределитель настраивается на проектный расход воздуха. Стоит отметить, что клапан изменяет структуру воздушного потока, что впоследствии приводит к увеличению шума в решетке. Чтобы избежать лишнего шума, клапан рекомендуется устанавливать на расстоянии эквивалентных диаметров воздуховода от решетки. Зачастую это условие в воздухораспределителях со встроенным клапаном не выполняется, поэтому лучшим решением будет применение воздухораспределителя без регулятора расхода и отдельного регулирующего клапана.

Подключение воздуховодов к решеткам осуществляется не напрямую, а через адаптеры или, как их ещё называют, камеры статического давления. Они представляют собой короба, с одной стороны которых крепится решетка, с другой стороны подключается воздуховод. Функция адаптеров — обеспечение равномерной подачи воздуха по всей площади воздухораспределителя. Многие воздухораспределители можно заказать в комплекте с такими адаптерами, что позволит сократить число закупаемых позиций и упростить монтажные работы.

Источник