/
Текст
Derek J. Croome Brian Roberts
Airconditioning
and Ventilation
of Buildings
Derek J. Croome, В Sc, M Sc, Ph.D., C ling, MCJBS,
MASH RAE, M Inst P, M Inst F, FIOA
Senior Lecturer in School of Architecture
and Building Engineering'University of Batt
and Brian M. Roberts, FOBS, MASHRAE, AMIP
Chief Engineer Drake and Scu!!
Engineering Ltd '
PERGAMON PRESS
Oxford • New York • Toronto • Sydney
Д. Крум Б- Робертс
12
Кондиционирование
воздуха
и вентиляция
зданий
Перевод с английского
д-ра техн, наук
проф. Е. Е. Нарписа
и М.Л.Сосина
[
Под редакцией <_
д-ра техн, наук
проф. БЕ. Нарписа
Москва Стройнздат 1980
ББК 38.762.2
К 84
УДК 697.9
Крум Д., Робертс Б.
К 84 Кондиционирование воздуха и вентиляция зданий:
Пер. с англ. / Под ред. Е. Е. Карписа. — М.: Строй-
издат, 1980. — 399 с., ил.
Приведены физиолого-гигиенические обоснования комфортных па-
раметров микроклимата в кондиционируемых и вентилируемых помеще-
ниях, расчеты элементов систем, нх принципиальные схемы н принци-
пы автоматического регулирования. Рассмотрены устройство систем в
гражданских зданиях различного назначения, правила нх испытания, на-
ладки и обслуживания. Расчеты воэдухообмеиов, аппаратов для тепло-
влажностной обработки воздуха н воздухораспределеиия иллюстрируют-
ся числовыми примерами.
Книга предназначена для научных и инженерно-технических работ-
ников, а также студентов факультетов отопления, вентиляции и кон-
диционирования воздуха высших учебных заведений.
30210-227
047(01)-в0
195—80.
3206000000
ББК 38.762.2 + 38.762.3
6С9.4
© 1975 D. J. Groome and В. М. Roberts
-блац-ная
, Сработка j
© Перевод на русский язык,
Стройна дат, 1980
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Представляемая советскому читателю в сокращенном
переводе книга Д. Крума и Б. Робертса «Кондиционирование
воздуха и вентиляция зданий» задумана авторами как учебник
для студентов и информативно-библиографическое руководство
для инженеров.
Книга входит в многотомную серию монографий, освещаю-
щих проблемы отопления, вентиляции, кондиционирования
воздуха и горячего водоснабжения зданий. Поэтому в нее не
включены содержащиеся в других томах серии расчеты тепло-
передачи через наружные ограждения, теплопоступлений, вен-
тиляторов, воздушных фильтров, воздухоподогревателей, воз-
духоохладителей и шумоглушителей. Т. 8 этой серии — «Осно-
вы промышленной вентиляции» — принадлежит перу выдаю-
щегося советского ученого В. В. Батурина.
Наряду с общенаучными сведениями в книге содержится
ряд сравнительно мало известных советским читателям дан-
ных, которые интересны в познавательном отношении и могут
оказаться полезными в практике проектирования, расчетов,
монтажа и эксплуатации систем кондиционирования воздуха
(СКВ) и вентиляции гражданских зданий. Отметим некоторые
особенности отдельных глав книги.
В первой главе подробно описываются физиология ощуще-
' ния теплового комфорта, влияние на него термического сопро-
тивления одежды и приведены численные значения этого со-
противления, выраженные для различных комплектов одежды
• в единицах «кло».
Во второй главе рассмотрены применяемые в Великобрита-
нии методы расчетов воздухообменов, воздушных и воздушно-
тепловых завес и инфильтрации наружного воздуха.
В четвертой, хорошо иллюстрированной главе обстоятельно
изложены британские методы графоаналитических расчетов с
помощью психрометрической диаграммы процессов обработки
воздуха в форсуночных камерах, увлажнительных устрой-
ствах, сорбционных аппаратах и системах в целом. Поучитель-
ны числовые примеры расчетов процессов в одноканальных,
двухканальных воздушных системах, а также в водовоздуш-
ных системах с эжекционными и вентиляторными доводчиками,
.снабжаемыми теплом и холодом по двухтрубной непереклю-
чаемой и четырехтрубной системам трубопроводов.
В шестой и седьмой главах приведены рекомендуемые
расчетные значения скоростей воздуха и теплоносителей, ха-
рактеристики теплообменников и отдельных аппаратов систем,
5
а также различных видов двухканальных и совмещенных
систем.
Восьмая глава содержит рекомендации по проектированию
и расчету систем кондиционирования воздуха в жилых, торго-
вых, зрелищных, гостиничных и лабораторных зданиях, в вы-
числительных центрах, музеях и библиотеках.
В одиннадцатой главе обобщены материалы лабораторных
и натурных исследований воздухораспределения и организа-
ции воздухообменов в помещениях различного назначения,
выполненных в пятидесятые — шестидесятые годы преимуще-
ственно в западноевропейских странах и США. Формулы ча-
стично представлены в виде номограмм, пользование которыми
иллюстрируется числовыми примерами.
Третья, пятая и большая часть девятой главы имеют преи-
мущественно учебный характер.
В целом книга Л. Крума и Б. Робертса позволяет соста-
вить представление о применяемых в Великобритании и ча-
стично в западноевропейских странах и США методах проек-
тирования и расчета систем кондиционирования воздуха и
вентиляции гражданских зданий, о степени и перспективах
развития этих систем и оборудования для них.
К сожалению, в книге слабо освещен советский опыт, ши-
роко отраженный в справочной, учебной и периодической ли-
тературе СССР второй половины шестидесятых и семидесятых
годов, и недостаточное внимание уделено актуальным вопро-
сам экономии энергии и утилизации вторичных энергетических
ресурсов на цели приготовления приточного воздуха.
В ряде мест читатель встретится с необычной для оте-
чественной литературы терминологией. Так, под термином
«вентиляция» понимается введение в помещения наружного
воздуха в количестве, необходимом по санитарно-гигиениче-
ским правилам; под термином «температура по мокрому тер-
•мометру» имеется в виду энтальпия воздуха; под термином
«поступления скрытого тепла» подразумеваются влагопоступ-
ления, характеризуемые скрытой теплотой испарения; под тер-
мином контроллер — командный прибор и т. д.
Сокращения книги свелись к исключению сведений, не
имеющих прямого отношения к теме (из электротехники, со-
циологии и физиологии), фотографий внешних видов оборудо-
вания, арматуры, интерьеров помещений и к устранению длин-
нот и повторений.
В книге имеются ссылки на другие тома серии моногра-
фий, поэтому приводим их перечень: т. 1. Осборн. Вентиляторы;
т. 2. Ид. Введение в теплопередачу и ее расчеты; т. 3. Кат. Си-
стемы отопления и горячего водоснабжения; т. 4. Ангус. Регу-
лирование параметров внутреннего климата; т. 5. Даун.
Расчеты отопительных и холодильных нагрузок; т. 6. Дайэмент.
Полное энергоснабжение; т. 7. Кат. Воздушное отопление;
6
т. 8. Батурин. Основы промышленной вентиляции; т. 9. Дор-
мен. Очистка воздуха; т. 10. Крум и Робертс. Кондиционирова-
ние воздуха и вентиляция зданий. В дальнейшем в серию бу-
дет входить книга Крума «Шум, здание и люди».
Главы 1 и 2 перевел М. Л. Сосин, остальные девять глав —
Е. Е. Карпис.
Е. Е. Карпис
Глава 1
РОЛЬ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
И ВЕНТИЛЯЦИИ ПРИ РЕГУЛИРОВАНИИ
СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
1.1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
В настоящее время к условиям жизни предъявляют все
более высокие требования. Современные здания строят из
легких материалов с большой площадью остекления. Чтобы
изолировать людей от шума, запыленности и загазованности
атмосферы, часто применяют неоткрывающиеся окна. На 18-м
Британском съезде по электроснабжению (1967 г.) было вы-
сказано предположение, что начиная с 1975 г. в жилых домах
Великобритании, как правило, будет применяться кондициони-
рование воздуха. Такое предположение все же надо отнести
к сверхоптимистичным.
Биллингтон [1] в своем президентском обращении к Бри-
танскому обществу инженеров по отоплению и вентиляции
сравнил тенденцию роста сбыта оборудования для систем
отопления и кондиционирования воздуха (СКВ) для про-
мышленных, общественных и жилых зданий (рис. 1.1,а, б) и
предсказал, что в результате технического прогресса развитие
СКВ по сравнению с развитием систем центрального отопле-
ния будет идти более высокими темпами. По общему мнению,
уровень насыщения зданий СКВ может достигнуть уровня
насыщения системами отопления лишь после 2010 г.
В США кондиционирование воздуха в жилых зданиях на-
чало быстро внедряться с 1964 г.—-приблизительно через
десять лет после стремительного развития кондиционирования
воздуха для общественных зданий. Если такая же тенденция
будет иметь место в Великобритании, то можно ожидать, что
в жилых зданиях вскоре появятся СКВ, причем наибольшее их
развитие ожидается в 1990—2000 гг. Кондиционирование воз-
духа станет, по данным Биллингтона, обобщившего прогнозы
многих специалистов, необходимым элементом инженерного
оборудования жилых зданий. Большинство из них высказалось
за период с 1975 по 1990 г. (рис. 1.1,6).
Существует мнение, что технический прогресс в области
кондиционирования воздуха в Великобритании будет осуще-
ствляться по образцу США. Если судить по имеющимся на
8
100
90
80
10
60
50
‘tO
JO
20
10
0
0 l—
1800
Годы
Рис. 1.1 Сбыт установок центрального отопления А н кондиционеров Б,
оценка перспективы развития СКВ в жилых зданиях и сбыт СКВ (устано-
вок, воздуховодов, приборов регулирования)
/ — общественные здания; 2 — жилые здания; 3 — промышленные здания; 4 — кривая
суммарной стоимости проданных систем
Года!
1975 г. данным, то тенденция развития СКВ характеризуется
следующими особенностями:
использование небольших дешевых и малошумных устано-
вок кондиционирования воздуха, в частности для жилых
зданий;
расширение применения бромисто-литиевых абсорбционных
холодильных машин;
развитие СКВ с газовыми абсорбционными установками;
преимущественное применение оборудования холодопроиз-
водительностью до 60 тыс. ккал/ч при возрастающей роли
центральных СКВ, а не индивидуальных кондиционеров про-
изводительностью до 2000 ккал/ч;
применение систем комплексного электропотребления и ути-
лизации тепла; более широкое использование кондиционеров —
тепловых насосов;
использование неметаллических материалов и пластмасс в
связи с ИХ- технологичностью, небольшой стоимостью, коррози-
онной стойкостью и малой массой'
9
Таблица 1.1
Социально-экономическое значение кондиционирования воздуха
в некоторых отраслях промышленности [119]
Тип производственного помеще- ния или вид работы Страна или источник информации | -чТ про- 1 ИЗ ВОДИ- 1 тельиости труда, 7п Примечание
Помещения для работы радистов США — Количество ошибок со- кращается в 7 раз
Угольные шахты Бедфорд [114 41 —
Листопрокатные цехи ме- талл\тпческих заводов Уорт [Н2] IJ —
Небольшая электромастер- То же 26 —
ска я
Табачная фабрика Прохоров [ИЗ] — Выпуск брака умень- шается в 1,3 раза
Хлопчатобумажная пря- дильная фабрика Горбунова [114] — Обрывы нити уменьша- ются на 14,5%
Помещения для служа- щих в общественных зла США До 9,5 Заболеваемость снижа- ется на 2,5%
НИЯХ
Производство детален ма- шин Баркалов [П5] 51 —
Некоторые химические То же 35 —
производства
Производство найлоновых 29 —
изделий
Машинописные бюро 24
Чикагская фирма по про- изводству электротехниче- ской продукции 3,8 Уменьшается текучесть рабочей силы; брак со- кращается на 68%
Электротехническая мас- терская Хпллен [H6J 5 Заболеваемость снижа- ется на 20%
Швейная мастерская То же 10 Резко сокращается те- кучесть рабочей силы
Завод по изготовлению из- До 4,5
мерительного инструмента п регуляторов
Завод по изготовлению США 10—12 ——
тракторных приводов
Семьдесят пять мастер- » 2
ских в штатах Нью-Йорк и Нью-Джерси
Электротехнические мае- 54
терские
Светотехническая про- мышленность Монокровпч [И7] 25—30 —
Пятьдесят разных мастер- ских в штате Нью-Йорк То же 2—9 Брак уменьшается на 2—25%'
Текстильная промышлеп- » 20
ность
Откорм свиней Фаунтайн 400 —
Выведение цыплят [И8] США 20—25 —
развитие зонального регулирования, особенно при СКВ с
раздельными автономными кондиционерами;
применение районных систем холодоснабжения.
Степень развития СКВ будет зависеть от следующих факто-
ров: повышения требований к комфорту в рабочее и нерабочее
время; объединения усилий всех проектировщиков для созда-
ния комфортных условий; влияния кондиционирования воздуха
на такие экономические показатели, как повышение производи-
тельности труда, уменьшение невыходов на работу и переходов
с одного предприятия на другое; необходимости использова-
ния СКВ в производственных цехах как составной части тех-
нологического процесса (например, при изготовлении лекар-
ственных препаратов, изделий радиоэлектроники, микроминиа-
тюрных изделий и т. п.).
СКВ пользуются все возрастающим спросом как один из
основных элементов инженерного оборудования зданий. Наи-
больший спрос они находят в общественных зданиях — на пх
устройство потребляется до 60% всего выпускаемого для СКВ
оборудования при годовом росте сбыта 26%. Годовой рост
сбыта оборудования СКВ для промышленных зданий состав-
ляет 15%- В работах [1, 3, 4] приведены данные о потребно-
сти в СКВ и инженерном оборудовании зданий на ближайшую
и дальнюю перспективу применительно к европейским странам.
Эти данные со всей очевидностью подчеркивают будущее зна-
чение рынка сбыта кондиционеров для промышленных зданий.
В табл. 1.1 приведены данные Павлухина [119] о значе-
нии кондиционирования воздуха в промышленности.
Систематических исследований по количественной оценке
социально-экономической эффективности от внедрения СКВ до
сих пор не проводилось, хотя в СССР в 1968 г. было принято
решение провести такую работу для последующего прогнозиро-
вания. Данные, приведенные в табл. 1..1, представляют доста-
точный интерес, хотя пх и нельзя сопоставлять между собой до
выработки единой систематизированной методики по количе-
ственному определению эффективности.
Интересно отметить, что развитие кондиционирования воз-
духа в странах социалистического содружества Восточной Ев-
ропы началось с таких отраслей промышленности, как текс-
тильная, металлообрабатывающая, химическая и радиоэлект-
ронная, в то время как в западноевропейских странах развитие
в большей степени шло по линии общественных и жилых
зданий.
1.2. РАЗЛИЧИЕ МЕЖДУ КОНДИЦИОНИРОВАНИЕМ
ВОЗДУХА И ВЕНТИЛЯЦИЕЙ
Физическое состояние воздушной среды зависит от та-
ких параметров, как температура, влагосодержание и чистота
воздуха. Среди проектировщиков и конструкторов принято
11
считать, что под кондиционированием воздуха подразумевается
охлаждение воздуха и регулирование в некоторых пределах
его влажности, а под вентиляцией — только подача воздуха в
помещение. На практике же вентиляция обеспечивает помеще-
ние также чистым и нагретым воздухом для удовлетворения
требований комфорта или технологического процесса.
Британское общество инженеров по отоплению и вентиля-
ции дает следующие определения [124]:
«Вентиляция: обеспечение подачи наружного воздуха в по-
мещение или рабочую зону естественным путем или с помощью
механических средств в количестве, достаточном для удовлет-
ворения потребности людей, находящихся в этом помещении,
или технологического процесса».
«Кондиционирование воздуха: процесс обработки и средст-
ва для осуществления этого процесса, с помощью которых
обеспечиваются очистка воздуха, регулирование его темпера-
туры и влажности путем нагрева, охлаждения и увлажнения
или осушения и подачи достаточного количества наружного
воздуха для вентиляции. Термин «кондиционирование воздуха»
неприменим для описания любых процессов или систем, в ко-
торых не выполняются указанные выше требования».
1.3. КОМФОРТ
Окружающая среда, которая не содержит раздражаю-
щих и возбуждающих факторов, препятствующих физической
и умственной работе, а также отдыху, называется комфорт-
ной. Комфорт обеспечивается не только температурами возду-
ха и поверхностей ограждающих конструкций, относительной
влажностью, скоростью воздуха в рабочей зоне и степенью его
очистки, но также играющими большую роль психосоциологи-
ческими факторами. Так, например, на настроение и произво-
дительность труда могут влиять окружающие нас люди, орга-
низация рабочего места, цветовая гамма и взаимодействие
всех перечисленных факторов между собой. Несоблюдение од-
ного из физических параметров может нарушить равновесие.
Хотя человеческий организм легко адаптируется к окру-
жающим условиям, сама адаптация является скорее духовной,
а не физической реакцией человека на эти условия. Окружаю-
щая среда может быть неблагоприятной для человеческого ор-
ганизма, однако сам человек может этого не сознавать. Обще-
известный пример — рабочие трикотажной и текстильной про-
мышленности, которым приходится трудиться при высоком
уровне шума от 90 до ПО дБ (А). В возрасте 30 лет их слухо-
вые способности скорее соответствуют слуху человека в возра-
сте 70 лет и более, проработавшему всю жизнь при нормальных
акустических условиях :[т. е. при уровне шума 35—60 дБ (А)].
Оценить вред психопатологического воздействия на организм
12
человека достаточно трудно. Однако еще труднее оценить сте-
пень воздействия на нервную систему стрессов, связанных с
темпом развития современной жизни и влиянием на настроение
человека возрастающих возбуждающих и раздражающих фак-
торов. Обычно воздействие тех или иных факторов на орга-
низм человека может быть выявлено только при наличии жа-
лоб. Однако только определенный тип людей предрасположен
к тому, чтобы откровенно поделиться о своем самочувствии со
специалистом. Мак-Кенел [12] отмечает, что по опыту его ра-
боты только незначительная часть людей, подверженных не-
приятному воздействию окружающей среды, высказывает свое
недовольство вслух, большинство же ничем не проявляет своих
эмоций.
Работа проектировщика зданий достаточно сложна: он
должен представлять себе окружающую обстановку в целом и
постоянно держать связь со специалистами, занимающимися
изучением влияния окружающей среды на человека, эргономи-
стами, социологами и психологами. В настоящей книге иссле-
дование влияния окружающей обстановки ограничено изуче-
нием систем, регулирующих физические параметры воздуха и
его распределение в рабочей зоне. Чтобы получить полное
представление об окружающей обстановке в целом, студентам,
изучающим влияние окружающей среды на человеческий орга-
низм, следует обратиться к другим работам, посвященным это-
му вопросу.
1.4. ЧЕЛОВЕК И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
1.4.1. Чувственное восприятие. Человек познает мир че-
рез ощущения, однако одних ощущений недостаточно для поз-
нания окружающего мира. Джеймс [6] отмечает, что познание
достигается частично ощущением и частично сознанием чело-
века. Имеется связь между непосредственно поступающей
информацией и информацией, накопленной в нашей памяти на
базе предыдущего опыта.
Рассмотрим, как познается человеческая речь. В процессе
обучения в нашей памяти накапливается множество разных
звуковых образов. Если эти образы согласуются со звуками,
поступающими извне, речь становится понятной. Если же та-
кого соответствия нет, то хотя речь и непонятна, имеются бла-
гоприятные условия для накопления в памяти новой звуковой
информации. Что касается физического состояния окружающей
среды, то здесь система чувственного восприятия человека мо-
жет выбрать множество возбуждающих сигналов. Возможность
передачи через сенсорный канал данного возбуждающего сиг-
нала зависит от многих факторов: природы самого сигнала,
состояния сенсорной системы, степени возбуждения человека,
13
предыдущего опыта по отношению к данному возбуждающему
сигналу.
Путь передачи возбуждающих сигналов (сенсорный путь)
показан на рис. 1.2. Возбуждающий сигнал фг окружающей
среды воспринимается органом чувства (например, ухом, гла-
зом, терморецептором кожи), в котором происходит преобра-
зование поступившего звукового, светового, температурного
или другого подобного сигнала в ряд нервных импульсов, пе-
редающихся затем в центральную нервную систему. Поступив-
шие данные обрабатываются в коре головного мозга и подкор-
ке, после чего следует ответная реакция организма. Человек
Рис. 1.2. Сенсорные пути
а — тепловые; б — визуальные; в — акустические; г — пространственные; д — социа
/ — кора головного мозга; 2 — подкорка; 3— нервная клетка; -( — подводящая час-.»
нервной клетки; 5 — синапс; 6 — разветвляющиеся отростки нерзн-V к-'*’гки' ”— г-~л-”
рпческие импульсы
14
может реагировать на окружающую среду активно (например,
находиться в возбужденном состоянии под воздействием шу-
ма, или быть ослепленным под воздействием света, или ощущать
озноб в холодном помещении) либо пассивно, если окружаю-
щие условия остаются неизменными. Обращаясь к работе
Джеймса, можно написать зависимость: Ф0=/(Фг, Ф/, ф), гДе
ф— функция психического воздействия разума. Обратная
связь, представленная на рис. 1.2 индексом Ф/, возникает меж-
ду центральной нервной системой и органами чувств.
Мгновенное изменение реакции па воздействие окружаю-
щей среды соответствует определенной части k изменения
входного возоуждающего сигнала дФ0 = « • Ьсли принять
k постоянным, то после интегрирования по логарифмическому
правилу Вебера и Фехнера получим: Фо,1—Фс,2=6 1п(Ф,, i/Фг,г)-
В акустике установлено, что это правило действительно в
большом диапазоне частот и интенсивностей звука и может
быть использовано для выражения силы звука в логарифми-
ческом масштабе. Стивенс [8] утверждает, что степенной за-
кон описывает психо-физическую взаимосвязь между реакцией
и силой возбуждающего сигнала лучше, чем правило Вебера —
Фехнера. По-видимому, ни один закон не сможет удовлетво-
рить всем условиям чувственного восприятия раздражающих
факторов.
Какая вероятность восприятия возбуждающего сигнала
сенсорной системой? Для объяснения с того процесса Броудбент
[9] предложил использовать фильтрующую модель (рис. 1.3),
1 ступень 2 ступень
P.IC. 1.3 Фильтрующая модель селективного внимания, по Броудбенту
от6оР Физических характеристик возбуждающих сигналов; 2 — фильтр; 3 — отбор
ов и смысла; 4 — реакция; 5 — память; 6 — органы чувств; А, В, С — входные каналы
15
но не объяснил, как регулируется действие фильтра. Маршалл
[10] в своей последней работе- заменил фильтр понятием «ве-
роятностная доминанта» центральной нервной системы. Вход-
ной сигнал показан движущимся вдоль сенсорного пути от од-
ной нервной клетки к другой с постоянной вероятностью пере-
хода р. Функция вероятности pfe=p(l—характеризует воз-
можность того, что импульс будет передан от одной нервной
клетки к другой в интервале времени £Д/и и при условии, что
постоянная вероятности перехода является общей для всех со-
единений нервных клеток. Вероятностные величины р и k при
высоком и низком уровнях Pk приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Вероятностные величины р и k
Характеристика Рк р и k
Нагрузка на нервную систе- му (например, большая на- грузка) Уровень низкий; Рь~>0 (1_р)л-1^0 Возможно, например, при: Ля 11 1 Л«2 и 1 и р=0,1 f ’ р=0,9 )
Состояние возбуждения чело- века: а) дремотное (т. е. нагруз- ка очень низкая) Уровень низкий k имеет высокое значение («2-11)
б) оптимальное Уровень высокий Рл^1 1 не— in (1 — р) Л>0, р>0,5 Возможно, например, при: р = 0,6 1 р = 0,9 н 1 и k = 0,44 /’ k = 0,95 J
в) возбужденное (большая нагрузка) Уровень низкий k имеет высокое значение («2-11)
Наличие контрастов—существенное требование, которое
следует учитывать при проектировании окружающей обста-
новки. В соответствии с приведенной моделью в систему чув-
ственного восприятия могут поступать возбуждающие сигна-
лы, благодаря которым человек имеет полное представление
об окружающей обстановке.
Топологическая сенсорная модель «восприятие — отдача»
была предложена Зееманом [11]. Эта модель обладает теми
же особенностями, что и модель «вероятностная доминанта».
Основные детали нервного пути показаны на одном из фраг-
ментов рис. 1.3. Зееман принимает, что результатом активной
16
деятельности мозга является мысль и что сопротивление си-
напсов* определяет направление движения мысли. Таким
образом, синапсы определяют память, в которой накапливается
жизненный опыт человека. Модель Зеемана дает возможность
понять, как характер и уровень возбуждения человека влияют
на его реакцию на окружающую обстановку. Некоторые люди
остро реагируют на окружающую обстановку (т. е. чувственные
сигналы легко видоизменяют подкорковое поле), другие же
мало восприимчивы к ней. Так, например, по общеизвестному
примеру Мак-Кеннела [12, 13], исследовавшему влияние шума
лондонского аэропорта Хитроу, около 30% опрошенных жи-
телей на вопрос: «Если бы имелась возможность изменить
одно из условий окружающей обстановки в этом районе, что
бы Вы выбрали?» предпочли не менять ничего, несмотря на
чрезвычайно высокий уровень шума, превышающий в ряде
случаев 103 дБ. Эта явная нечувствительность к шуму может
быть объяснена наличием других факторов окружающей об-
становки, играющих более важную роль в жизни этих людей.
Г">> » 1.4.2. О комфорте. Физико-динамическая модель комфор-
та, предложенная Крумом [14], помогает объяснить основное
значение таких понятий, как свежесть, способность к позна-
нию окружающей обстановки. Все эти понятия являются со-
* ставляющими одного общего — комфорт. Вообразите, что па-
мять, имеющая отношение к данной ситуации, представляет
собой сосуд со всеми процессами мышления. Сосуд выполнен
j. из эластичной оболочки, в которой заключена часть памяти
или вся память, сконцентрированная на выполнении данного
рабочего задания и называемая центральный возбудитель.
Все это, вместе взятое, представляет собой сферу внимания —
что-то аналогичное сфере мышления Зеемана, но имеющее бо-
лее локальное значение. Эта сфера непрерывно бомбардирует-
ся возбуждающими сигналами, исходящими из окружающей
среды и называемыми периферийными возбудителями. К ним
относятся свет, температура, скорость воздуха, а также окру-
жающая человека пространственная, звуковая и социальная
обстановка. Периферийные возбудители имеют случайный ха-
рактер как во времени, так и в пространстве. На рис. 1.4,я и б
дано основное представление описанного процесса для лиц с
оптимальным уровнем возбуждения и с уровнем возбуждения
ниже оптимального. В приведенной модели окружающая об-
становка рассматривается как единое целое и устанавливается
связь между комфортом и работой или отдыхом. Так, напри-
мер, для человека, лежащего на пляже, сияние солнца и со-
путствующий этому сиянию высокий уровень радиации впол-
* Образования, в которых происходит контакт нервных клеток
другом. (Прим, перев.)
друг с
т
Рис. 1.4 Окружающая человека обстановка
а — оптимальный уровень возбуждения; б—уровень возбуждения ниже оптимального;
в — возникновение раздражения и (или) возбуждения — периферийный возбудитель про-
бивает сферу внимания; г — характер возбуждающих сигналов при моиотонио-скучиой
окружающей обстановке; д — характер возбуждающих сигналов при переменной окру-
жающей обстановке; / — периферийные возбудители; 2 — центральные возбудители; 3 —
эластичная оболочка, образующая сферу внимания; 4— слишком низкий уровень воз-
буждения, периферийные возбудители не в состоянии вдавить сферу из-за жесткости ее
оболочки; 5 —слишком высокий уровень возбуждения — сфера внимания имеет мягкую
оболочку и легко разрушается периферийными возбудителями
не комфортабельны, хотя эти же условия вовсе неприемлемы
для человека, работающего внутри здания.
Несомненно, каждому человеку соответствует свой собст-
венный диапазон комфортных параметров, зависящий от раз-
личной степени активной деятельности человека. Задача инже-
нера и архитектора — создать такую окружающую обстановку
внутри здания, которая была бы приемлема для большинства
живущих в этом здании. Ряд исследований посвящен попытке
разработать действенную методологию по установлению взаи-
18
мосвязи между субъективной реакцией человека и такими фи-
зическими параметрами, как температура в °C, уровень шума в
дБ (А) и освещенность в лк [15—19].
Как видно из рис. 1.4,6, при низкой способности к познанию
окружающей обстановки периферийные возбудители либо не
проникают в сферу внимания, либо только беспорядочно бом-
бардируют ее. При монотонно-скучной ситуации (рис. 1.4,г)
характер возбуждающего сигнала остается неизменным в тече-
ние определенного времени, а в немонотонной окружающей
среде претерпевает большие изменения. В последнем случае
отмечается повышенная способность к восприятию контрастов.
Окружающая обстановка должна создавать беспрепятственные
условия для выполнения данного вида работы. С другой сторо-
ны. окружающая обстановка, неизменная во времени и про-
странстве, монотонна, и из-за потери ощущения чувственная
информация между внешним миром, телом человека и мозгом
отсутствует. В выражении «до смерти скучно» есть большая
доля правды. Недаром это положение проверяется учеными,
изучающими причину смерти обезьян при длительном их поле-
те в космосе. Автор работы [20] в основной гипотезе теории
эстетики систем отопления и вентиляции отмечает, что удов-
летворительная работа систем отопления и вентиляции дости-
гается тогда, когда ощущается их действие. Контрасты играют
важную роль в характере познания окружающей обстановки,
ибо разнообразие в определенном пределе способствует осозна-
нию мозгом того, что тело действует правильно. Контрасты воз-
никают в связи с действием периферийных возбудителей. Име-
ется общераспространенное мнение, что должны быть пере-
менными не только характер подвижности воздуха, но и тем-
пература и освещенность (включая цвет). Амплитуда и часто-
та этих изменений неизвестны (ниже по этому вопросу, со
ссылкой на работу [22], приводятся краткие сведения о коле-
бании температуры).
«Свежесть» — термин, означающий состояние окружающей
среды, при котором человек ощущает силу и бодрость. Это
понятие может быть связано с цветом, температурой, подвиж-
ностью воздуха, относительной влажностью, чистотой, запа-
хом и даже ионным составом воздушной среды. Возможный
антоншм слову «свежесть» — «затхлость». Общеупотребимый
термин «спертый», которым определяется состояние воздуха в
помещении, первоначально означал «душный» и связывался
главным образом с плохой работой вентиляции. Теперь в этот
термин вкладывается значительно большее содержание.
Бедфорд [21] приводит следующие требования к физиче-
скому состоянию окружающей среды, при котором ощущается
«свежесть» (т. е. человек чувствует силу и бодрость):
а) температура в помещении должна быть настолько низ-
кой, насколько это позволяют условия комфорта;
19
б) в помещении должна быть соответствующая нормам
подвижность воздуха без локальных сквозняков; в Велико-
британии при нормальных внутренних температурах зимой
скорость воздуха в помещении принимается равной око-
ло 0,15 м/с [при скорости меньше 0,1 м/с возникает ощущение
духоты; летом рекомендуется принимать более высокие скоро-
сти (см. 1.5.4)];
в) скорость и направление движения воздуха в помеще-
нии должны быть переменными (см. 1.5.4);
г) относительная влажность воздуха не должна превышать
70%, причем рекомендуется, чтобы влажность была значи-
тельно ниже (см. 1.5.3);
д) средняя температура окружающих поверхностей должна
быть выше температуры воздуха (при сочетании холодных
стен и теплого воздуха часто возникает ощущение духоты);
е) температура воздуха на уровне головы не должна быть
значительно выше, чем вблизи пола, причем голова не должна
подвергаться воздействию радиационного тепла;
ж) воздух не должен иметь запаха.
Очевидность требования п. «а» впервые доказал количест-
венно Вернон [23], а затем и Бедфорд [24], хотя и так не
вызывает сомнения, что при низкой температуре работоспособ-
ность выше, чем при высокой. В работах указанных авторов
показано, что при падении температуры на 2,5 °C летом и на
1,8°C зимой ощущение свежести возрастает на один балл.
Эта тенденция была подтверждена позднее в работе [25].
На взаимозависимость между температурами окружающих
поверхностей и температурой воздуха (см. п. «д») обратили
внимание несколько исследователей, в частности Яглоу [26],
а также Минчо и Хренко [27]. В их работах указывается, что
если температура поверхности стен на 1—2°'С выше температу-
ры воздуха, то это лучше, чем обратное положение или ра-
венство указанных температур.
Одним из важных вопросов является качество тепловой ра-
диации. Коротковолновое инфракрасное излучение (например,
с длиной волны менее 2 мкм) может проникать через кожу,
нагревая при этом ее поверхность. То же самое происходит
при длинноволновом инфракрасном излучении, но в значитель-
но большей степени. Повышенный нагрев вызывает расшире-
ние сосудов слизистых оболочек и сужение дыхательных пу-
тей, что приводит к ощущению духоты.
С давних времен считают, что температура у головы долж-
на быть ниже, чем у ног. Градиент этих температур не должен
превышать 2—3°С. Как видно из рис. 1.5, чем воздух теплее
на уровне головы, тем выше возможность появления ощущения
духоты.
Исследования Адамсона и Лефстедта [34] по распределе-
нию температур в помещении с лучистым отоплением показа-
20
Рис. 1.5. Температура на уровне
головы и ощущение духоты
О— комфортные условия; 1 — комфорт-
но-теплые условия; 2 — тепло; 3 — жар-
ко
ли, что перепад температур воздуха между уровнями распо-
ложения головы и ног в этих помещениях не превышал 3°'С да-
же тогда, когда свежий воздух вводился из-под подоконника
в количестве, равном трем объемам помещения при темпера-
туре ниже 10°С. Находящиеся в помещении люди жаловались
на холод в ногах при температуре воздуха ниже 17,5—19°С, а
не на слишком высокую температуру на уровне головы.
1.5. ФАКТОРЫ КОМФОРТА
1.5.1. Снабжение кислородом. Воздух вводится в оби-
таемую зону здания для обеспечения необходимым для жизни
кислородом. По дыхательным путям богатый кислородом воз-
дух поступает в легкие, поверхность которых покрыта мелки-
ми ячейками (альвеолами), заполненными воздухом. В свою
очередь альвеолы покрыты плотной сетью капиллярных кро-
веносных сосудов. Через их стенки кислород попадает в кровь
и направляется в ткани человеческого организма, где исполь-
зуется для усвоения продуктов питания. При этом выделяются
тепловая и механическая энергия.
1.5.2. Температура. Человеческий организм расходует энер-
гию, величина которой зависит от степени трудовой активно-
сти. Часть энергии непосредственно используется для осуще-
ствления обмена веществ, часть накапливается в организме
и часть в виде тепла отдается окружающей среде, чтобы
обеспечить постоянную температуру крови в организме.
Теплообмен между человеческим организмом и окружающей
средой происходит радиацией, конвекцией, теплопроводностью
и испарением. Интенсивность протекания этих процессов зави-
сит от температуры поверхности тела человека, перепада пар-
циальных давлений водяных паров между телом человека и
воздухом, скорости омывающего воздуха, позы человека, его
одежды и площади поверхности тела.
В работе [35] приведена простая схема теплообмена в
установившемся состоянии между организмом человека и ок-
ружающей средой, включая воздействие разных метаболиче-
21
ских факторов и массы одежды (рис. 1.6). При рассмотрении
комфортных условий принимается, что внутренняя температу-
ра человеческого тела повышается незначительно с ростом ме-
таболического фактора и не зависит от температуры окружаю-
щей среды. Термическое сопротивление живой ткани /?s зави-
Рис. 1.6. Схема теплообмена между
человеческим организмом и окружа-
ющей средой
1 — потери тепла теплопроводностью; 2 —
то же, испарением; 3 — то же, поверхност-
ной тканью; 4 — то же, телом; 5 — то же»
поверхностью кожи; 6 — то же, поверх-
ностью одежды; 7 — то же, пограничным
слоем; 8 — то же, радиацией и конвек-
цией; 9 — температура пограничного слоя
9; 10 — термические сопротивления R, RCt
Rs; 11 — температура одежды ; 12—
температура кожи 0 ; Л — внутренняя
температура тела 0В; 14 — метаболическая
теплопродукция М; 15 — теплопотери те-
том человека: 16 — тепловосприятие телом
человека; 17 —теплопотери испарением
(1— к) М; 18 —то же, конвекцией; 19 —
то же, радиацией
сит от количества крови, протекающей у поверхности кожи.
С понижением температуры окружающей среды кожа охлаж-
дается, в результате чего капиллярные кровеносные сосуды
вблизи поверхности сужаются (сосудосужение), что вызывает
сокращение количества протекающей по ним крови и умень-
шение теплопотерь телом человека (т. е. увеличение Rs). Этот
эффект может сопровождаться другими явлениями, например
появлением «гусиной кожи», повышающей теплоизоляционное
качество кожи, или ознобом, при котором возрастает мускуль-
ная активность для преодоления низкой температуры воздуха.
При повышении температуры окружающей среды процесс идет
в обратном направлении (сосудорасширение) и сопровождает-
ся подводом к поверхности большего количества крови, благо-
даря чему облегчается теплоотдача и уменьшается термическое
сопротивление ткани.
Как осуществляется регулирование этих физиологических
процессов? Автор работы (36] впервые показал; что гипотала-
мус функционирует как терморегулятор. Бензингер [37], Херц-
ман [38] и автор работы [81] объяснили терморегулирующее
действие гипоталамуса. В последней из этих работ указывает-
22
ся, что мозг состоит из миллионов нейронов, получающих ин-
формацию от кровеносных.сосудов и терморецепторов кожи.
Тепловой центр мозга регулирует циркуляцию крови и вызы-
вает сосудодвигательную циркуляцию крови в коже. Хемфр'л
полагает, что величина находится в пределах от 0.04 до
0,09 м2-°С/Вт для людей, живущих в условиях климата Запад-
ной Европы.
Метаболический фактор М увеличивается с ростом трудо-
вой активности человека. Ньюбург [39] приводит некоторые
данные о величине этого фактора (табл. 1.3). Более полные
данные приведены Лейтх^дом и Линдом [40], а также Иоилем и
Роубалом [23].
Таблица 1.3
Значение метаболического фактора
Трудовая активность
.Метаболический фактср5,
Вт/м3
Сон после приема пищи
Отдых лежа после приема пищи
Положение сидя
Положение стоя
Прогулка (2,5 км/ч)
Ходьба (4,2 км/ч)
• Площадь поверхности тела 4 (м2) может быть определена в зависимости от мас-
сы W (кг) и роста Н (м) по формуле, приведенной в работе [120]: 4 = 0.2024
Площадь эффективной поверхности тела составляет 0,84 [42].
Термическое сопротивление одежды выражается в кло.
1 кло составляет 0,155 м2-°С/Вт. В табл. 1.4 приведены значе-
ния термического сопротивления наиболее часто употребляе-
мой одежды.
Таблица 1.4
Термическое сопротивление одежды
Вид одежды Термическое сопрсгив.’лгье, кло
Брючный костюм с обыкновенным нижним бельем Зимняя одежда Одежда для условий Арктики 1 1.5—2 4
Поверхностное термическое сопротивление R может быть
выражено через коэффициент конвективной теплоотдачи Лс Д
коэффициент радиационной теплоотдачи hT. Полный коэффи-
циент теплоотдачи равен hc + hT. Тогда тепловое сопротивление
R=l/(hc+hr). _
По Лейтхеду [40] и Уинслоу [43], величина /гс = 13ус,
2.3
Вт/(м2-°С), где v — средняя скорость воздуха, омывающего
тело человека. При высокой скорости воздуха /?->0, а при
низкой (и«0,1 м/с) /?->0,1. hT можно принять равным
4,7 Вт/(м2-°С), считая, что коэффициент излучения в пределах
температур 17—27°С составляет 0,9. Таким образом, можно
составить три уравнения:
а) теплопередача между телом и кожей, Вт/м2:
-9»~-^-; (1.1)
б) теплопередача через одежду, считая, что часть тепла
(1—k)M отдана кожей испарением:
О, — 0Г
(1.2)
в) теплоотдача от тела (открытая поверхность и поверх-
ность, укрытая одеждой):
kM = hc (0f - 0) + hr (0f - 0m) + C; (1,3)
в формулах (1.1)—(1.3) 0c — средневзвешенная температура поверхности
одежды и обнаженной поверхности кожи; 0т — средняя радиационная тем-
пература; С — тепло, отданное теплопроводностью (т. е. от ног к полу и от
тела к сиденью и спинке стула).
По данным Мак-Нелла [44], в тепловом комфортном диа-
пазоне k = 0,7—0,75 для людей, находящихся в покое, и 0,6 для
людей, занятых работой. Теплоотдача испарением происходит
в результате потовыделения и «скрытого испарения». Под скры-
тым испарением подразумевается потеря влаги кожей при от-
сутствии потовыделения (осмотический процесс дыхания ко-
жи [45]). При отсутствии активного потовыделения теплопо-
тери человеческим организмом в среднем составляют около
12 Вт с 1 м2 поверхности тела, причем половина этой величи-
ны теряется через дыхательный тракт и половина скрытым
испарением кожи. При температуре выше 28°С теплопотери
испарением от потовыделения резко возрастают.
Если пренебречь отдачей тепла теплопроводностью С, то
формулу (1.3) можно преобразовать:
kM _Q_hcQ+hrQm
hc hr c hc-\-hr
Последняя составляющая этой формулы эквивалентна тем-
пературе по шаровому термометру 0g, и, таким образом,
kMR=hc — Qg. (1.4)
При совместном решении уравнений (1.1), (1.2) и (1.4) по-
лучим M(Rs + kRc+kR) = (дь—0s) + (9s—0J + (9c—9g). отсюда
0г = 0»-М [^ + Mtfc + K)L (1-5)
Принимая 0Ь = 37°С, fe=0,7, /?5=0,04—0,09 м2-°С/Вт, R=
24
= 0,113 м2-°С/Вт при скорости 0,1 м/с и 0,565 м2-°С/Вт при
скорости воздуха 1 м/с, получим:
0^ = 37 — М [(0,04-0,09) 4-0,7 (Rc 4-Я)]. (1-6)
Формула (1.6) графически изображена на рис. 1.7. Рас-
сматривая зависимость температуры по шаровому термометру
от метаболического фактора, можно сделать следующие вы-
воды:
Рис. 1.7. Зоны теплового комфорта
а—при скорости воздуха 1 м/с; б—при скорости воздуха 0,1 м/с (термическое сопро-
тивление обычного костюма равно 1 кло); 1 — отдых; 2 — положение сидя; 3 — положе-
ние стоя; 4 — прогулка; 5 —ходьба; 6 — выделение пота; 7 — озноб; 8 — без одежды; 9 —
в одежде с термическим сопротивлением 1 кло; 10 — то же, 2 кло; 11 — то же, 3 кло
а) диапазон изменения 0§ для приемлемых тепловых усло-
вий возрастает с увеличением степени активной деятельности
человека, т. е. | Д0У|У> | Д0У|Х;
б) для данной степени активной деятельности человека (на-
пример, х) комфортный диапазон изменений 0У остается неиз-
менным при разных термических сопротивлениях одежды, т. е.
| Д0£ при 1 кло|х=|Д0£ при 2 кло|х=|Д0£ при 3 кло|х;
в) комфортный диапазон изменений 0У при данной степени
активной деятельности человека не зависит от скорости возду-
ха в пределах от 0,1 до 1 м/с, т. е. |Д0У при 1 м/с |Х=|Д0? при
0,1 м/с|х.
В указанных выше работах используется физиологический
базис для объяснения того, что частный диапазон изменения
температуры по шаровому термометру, полученный для дан-
ной ситуации, может служить индикатором тепловых ощуще-
ний или теплового комфорта. Однако теплоощущение зависит
и от других факторов, к которым можно отнести:
а) физиологические параметры, например, температуру ко-
жи и степень потовыделения, которые, хотя и не в полной мере,
25
но все же характеризуют взаимодействие данного индивидуума
с окружающей средой в пределах комфортного диапазона [21„
461. Эти параметры могут быть использованы для оценки
стрессовых условий, которые создают большие нагрузки на
организм и даже могут привести к физиологическим наруше-
ниям;
с) теплоощущение, которое зависит не только от темпера-
туры, но также и от других факторов (например, относитель-
ной влажности и скорости воздуха); более подробно об этом
сказано в разд. 1.5.3, 1.5.4 и 1.5.5;
в) реакции различных участков тела на температуру окру-
жающей среды. Как видно из рис. 1.8, на температуру кожи
Температура баздуха, °C
Рис. 1.8. Средняя температура
кожи в зависимости от темпе-
ратуры воздуха
1—лоб; 3 — рука; 3 — ступня
лба незначительно влияет изменение температуры окружающе-
го воздуха, в то время как температура ступни очень сильно
зависит от температуры воздуха. Таким образом, можно сде-
лать вывод, что распределение температуры по помещению —
важный фактор, который следует учитывать при проектирова-
нии систем вентиляции и кондиционирования воздуха;
г! реакции организма на изменение температуры, скоро-
сти воздуха, освещенности и уровня шума. Исследования Хар-
ди и Оппеля [47] показали, что при площади поверхности ко-
жи больше 0,2 м2 для увеличения уровня теплового ощущения
на 1 единицу необходимо, чтобы скорость роста температуры
кожи составляла минимально 10“3°C/c- Чтобы в этой же степе-
ни уменьшить тепловое ощущение, эта величина должна быть
равной 4-10-3°С/с. При меньшей площади поверхности кожи
скорость роста при падения температуры должна быть рав-
ной соответственно 0,16°С/с и 10-3°С/с. Тепловое воздействие
меньшей величины может вызвать возникновение реакции со-
судодвигательной системы.
В работе [22]показано, что субъективно допустимые коле-
26
бания температур могут быть значительно большими, причем
самая большая их величина допускается при высокой скорости
изменения температуры. Кроме того, в этой же работе указы-
вается на то, что более широкое изменение температуры возду-
ха и кожи допустимо не во время отдыха, а при выполнении
умственной работы. Это можно объяснить путем рассмотре-
ния равновесного состояния между периферийными возбуж-
дающими сигналами и сигналами, поступающими в централь-
ную нервную систему, для данного уровня состояния окружаю-
щей среды. Типовые перепады температур и скорость их изме-
нения приведены в табл,. 1.5.
Таблица 1.5
Типовые перепады температур и скорость их изменения
Термическое сопротивление одежды, кло Состояние покоя Рабочее состояние
Перепад тем- пературы, °C Скорость изме- нения темпе- ратуры, “С/мин Скорость -Е'-ме- Перепад тем- нення темпе- пературы, :С . parypir. i
0 0,6 Примечание. Допус на 1°С ниже. 6.4 | 0.5 3.2 0,15 5,6 | 0,5 тнмые перепады температур 8 i О' 5,3 ' 0.15 9,2 05 для кожи следует принимать
Реакция человека на окружающие условия субъективна.
При этом не представляется возможным отделить физическое
состояние от психического, так как указанная реакция возника-
ет от комплексного восприятия поступающих физических и со-
циально-психологических факторов. Таким образом, комфорт-
ные условия для данного индивидуума, занятого определенной
активной деятельностью, зависят от сочетания этих факторов.
В течение многих лет для оценки степени комфорта предлага-
Таблица 1.6
Определяющие показатели степени комфортности 1 Показатель комфортности | Независимые переменные
Эффективная температура [50, 51] Скорректированная эффек- тивная температура [52] ^Эквивалентная температура Результирующая температура [54, 55] Эквивалентное теплоощуще- аде [53] Температуры по сухому и мокрому термо- метрам, скорость воздуха Температуры по шаровому и мокрому термометрам, скорость воздуха Температуры по сухому и ша-рОЕ.му тер- мометрам, скорость воздуха Температуры по сухому, мокрому и ша- ровому термометрам, скорость возд'<-’?:а Температуры по сухому и мокрому термо- метрам. средняя радиационная температура, парциальное давление водяных паров
лись разные показатели, ' о которых упоминается в работах
Бедфорда [21, 48] и Харди [49]. Перечень основных опреде-
ляющих показателей приведен в табл. 1.6.
Средняя радиационная температура определяется согласно
графику Бедфорда [21] по температуре шарового термометра,
температуре и скорости воздуха.
Приведенные показатели, однако, не в полной мере отве-
чают своему назначению, так как для оценки теплового ком-
форта может быть использовано множество комбинаций раз-
ных независимых переменных, часть которых могут оказаться
некомфортными.
В последние годы способы использования в экспериментах
субъективных оценок и их статистический анализ претерпели
изменения. Так, например, Фангер [56] предложил использо-
вать «предполагаемый среднестатистический индекс», с по-
мощью которого можно заранее определить тепловое восприя-
тие человека в зависимости от уровня его активной деятель-
ности, термического сопротивления одежды (в кло), темпера-
туры воздуха, средней радиационной температуры, относитель-
ной скорости воздуха и парциального давления водяных па-
ров. Фангер на основе экспериментов, проведенных в климати-
ческой камере с участием 1300 чел. (студенты из Дании и Се-
верной Америки), установил соотношение инструментально из-
меренных физических и физиологических факторов с субъек-
тивным тепловосприятием каждого из участников эксперимен-
та. Эти ощущения оценивались по семибалльной шкале: очень
холодно (—3), холодно (—2), прохладно (—1), безразлично
(0), несколько теплее (+1), тепло (+2) и жарко(+3). Пол-
ный комплект графиков комфорта, позволяющий выбрать раз-
ные комбинации параметров окружающей среды для данного
уровня активной деятельности, приведен в работе [56].
Хемфри и Николь [57] отмечают, что многопараметриче-
ские показатели ненамного лучше отражают степень теплово-
го восприятия, чем одна только температура по шаровому тер-
мометру. Ими установлено, что тепловой дискомфорт быстро
возрастает, если за период времени, превышающий 5% от об-
щего времени пребывания человека в данном помещении, тем-
пература по шаровому термометру меняется более чем на 4°С.
В литературе приводится мало данных о влиянии темпера-
туры на производительность труда. В ранних работах [58—62]
указывается, что в тяжелой индустрии (например, в шахтах
и лудильных цехах) производительность труда выше, а травма-
тизм ниже при более низкой температуре и хорошей вентиля-
ции. В других работах [63—65] указывается на отсутствие до-
статочных данных, подтверждающих, что при выполнении
умственной работы производительность зависит от температу-
ры, если ее величина не превышает 36°С. Рекомендуется обра-
тить внимание на данные таблицы 1.1 для разных производств.
28
Научно-исследовательской организацией в области строи-
тельства [36, 37] проведена большая работа по определению
теплового воздействия на поведение и успеваемость детей в
школе. Учителя, отвечая на вопрос анкеты, отмечают, что при
дискомфортно высокой температуре дети находились как бы в
летаргическом состоянии и не могли сосредоточить свое вни-
мание на занятиях. Периодическое фотографирование пока-
зало, что с увеличением температуры возрастает число детей,
одетых в рубашки с короткими рукавами или легкие хлопча-
тобумажные платья. УченйКу, снявшему из-за жары шерстя-
ной джемпер, вновь становится жарко при последующем воз-
растании температуры на 2 или 3°С. Тепловой дискомфорт на-
чинается с температуры около 24—25°С; приблизительно 50%
детей ощущает чрезмерную жару при температуре 28°С. На
рис. 1.9 показана зависимость внутренней максимальной тем-
Рис. 1.9. Максимальная температура
в помещении [35, 68]
1— классы с окнами на юго-запад и юго-
восток; 2 — классы с окнами иа северо-
запад
32 - ° 1
Наружная максимальная
температура S тени, °C
пературы от конструктивных особенностей и ориентации зда-
ния по странам света. В классах, обращенных на юго-восток и
юго-запад, эта температура на 3—4°С выше, чем в классах с
окнами на северо-запад. При применении легких ограждаю-
щих конструкций внутренняя максимальная температура всег-
да выше максимальной наружной температуры, в то время как
при массивных ограждениях внутренняя температура остается
ниже наружной тогда, когда ее значение превышает 23,5°С.
Авторы шведской работы [67] на примере обучения
13-летних детей в кабинетах иностранных языков показали,
что при температуре воздуха 27°С способность детей вести
разговор на иностранном языке значительно ниже, чем при
20°С, причем это в большей степени относится к менее способ-
ным ученикам. Дети не знали, что принимают участие в экспе-
рименте. Вопросы и ответы записывались на магнитофон.
Влияние присутствия учителя практически не сказывалось.
Результаты этих экспериментов подтверждаются более ранней
работой [68], в которой исследовалась успеваемость учеников
29
'9-летнего возраста в классах при температурах 20, 27 и 30°С.
Ученики выполняли стандартные задания по обычному лек-
ционному материалу под наблюдением преподавателя. Наблю-
дались значительное влияние температуры на скорость чтения,
усвоение прочитанного материала и выполнение некоторых
других тестов. В обеих группах скорость чтения и усвоение
значительно снижались при температуре 30°С по сравнению с
температурой 20°С (рис. 1.10,а). При температуре 27°С успе-
ваемость учеников значительно падала и была далее ниже, чем
Температура по сухому термометру, ‘с
Рис, 1.10. Графики [68], показывающие воздействие температуры на 9- и
11-летиих учеников а и графики взаимного действия времени дня и тем-
пературы на 11-летних учеников б
1 — до полудня; 2 — после полудня
при температуре 30°'С. Изучалась также зависимость успевае-
мости от времени дня. Как видно из рис. 1.10,6, воздействие
температуры более заметно в послеполуденные часы. В этих
же экспериментах с помощью зеркала, через которое можно
было скрыто наблюдать за классом, изучалось поведение уче-
ников в специальном учебном кабинете. Отмечено, что с ростом
температуры увеличивается площадь обнаженной теплоотдаю-
щей поверхности тела — ученики снимают часть одежды. По-
следующие испытания показали, что задачи на простое умно-
жение при температурах воздуха 25 и 27°С выполнялись хуже,
чем при температуре 23°С. Менее способные из 13-летних уче-
ников больше подвержены тепловому воздействию. Автор ра-
боты [69] предполагает, что дети с различными способностя-
ми по-разному подвержены стрессовому воздействию окружаго-
30
щпх условий, а их успеваемость может упасть до нуля. Это
может быть объяснено зависимостью работоспособности от
уровня возбуждения: при высоком и низком уровнях возбуж-
дения работоспособность имеет низкое значение (рис. 1.11). По
результатам указанных выше исследований можно предполо-
жить, что максимальная трудоспособность для выполнения
умственной работы достигается при температуре ниже 27°С и,
вероятно, соответствует температуре 20°С. При температуре
выше 27°С наблюдается некоторый рост трудоспособности.
Рис. 1.11. Характеристика рабо-
тоспособности
Оптимальное значение уровня возбуж-
дения при выполнении умственной ра-
боты соответствует температуре около
20’С
В работе [70], посвященной обследованию больничных
зданий, указывается на трудности в выработке единого темпе-
ратурного критерия. Так, было установлено, что по своей
реакции на тепловое воздействие хирурги и анестезиологи от-
личаются друг от друга. Если хирургов удовлетворяет темпе-
ратура около 19°С, относительная влажность 50% и скорость
воздуха 0,13 м/с, то анестезиологам подходила больше
температура 21,5°С. Таким образом, для практического реше-
ния этого вопроса предлагается персоналу больницы одевать-
ся по-разному в зависимости от индивидуального тепловос-
приятия.
По данным Линка и Пеплера [71], заработная плата жен-
щин при сдельной оплате труда уменьшается на 0,84% на
каждый градус подъема температуры воздуха в диапазоне от
24 до 32°С; при восьмиградусном росте производительность
падает на 8%.
Автор работ [72, 75] исследовал в Швеции состояние ми-
кроклимата в административных зданиях с лучистым и радиа-
торным отоплением (радиаторы располагались под окнами).
Результаты исследований приведены на рис. 1.12. При лучи-
стом отоплении средняя температура воздуха составляла
21,6°С, а при радиаторном — 20,8°С; наружная температура
изменялась от —12 до -j-O’C. Находящихся в помещении лю-
дей вполне удовлетворяла температура в пределах от 20 до
22°С, При температуре выше или ниже этого предела начи-
нали поступать жалобы: «очень жарко» или «очень холодно».
Обследование большого числа зданий показало, что отопитель-
ные устройства обоих видов обеспечивают поддержание ука-
Рис. 1.12. Температура воздуха в 68 жилых и конторских помещениях [72]
(а), в рабочей зоне помещения 168 административных зданий за период
1964—1965 гг. [25] (б) и повторяемость ответов «очень тепло» или «очень
холодно» при одинаковой комнатной температуре (в)_
7 — лучистое отопление, 0=21,6°С; 2 — радиаторное отопление, 0=20,8°С; 3 — удовлетво-
рительно; 4 — очень тепло; из 409 опрошенных 139 ответили «очень тепло», 249 — удов-
летворительно» и 21 «очень холодно»; п — число опрошенных, л=100%
Температура воздуха 6 помещении, °C
занных температур воздуха. По данным субъективных оценок,
почти 50% людей при температуре 23°С жаловались на чрез-
мерное тепло. Таким образом, явно следует отдавать предпоч-
тение более низкой температуре, что согласуется с более ран-
ними исследованиями (см. рис. 1.12,в).
Другое обследование теплового, акустического и светового
воздействия проведено в Швейцарии в пятнадцати большезаль-
ных конторских помещениях, декорированных искусственно вы-
ращиваемыми растениями [73]. С точки зрения комфорта
большинство опрошенных в этих помещениях лиц отдало
предпочтение температурному диапазону 22—24°С (см.
рис. 1.13,а). Температура внутренних поверхностей ограждаю-
щих конструкций отличалась от температуры воздуха не более
чем на 2%, исключая температуру внутренней поверхности
32
s)
I I з ESZJ ‘t ЛШЛ 5 Зима
22 23 24
Температура Воздуха, °C
Рис. 1.13. Распределение мнения о температурных условиях в 15 швейцар-
ских больших конторских помещениях [73], декорированных искусственно
выращиваемыми растениями
а — температурные замеры; б — субъективные оценки; / — отопительный сезон (п=354=
= 100%); 2 — летний сезон (п=163=100%); 3 — очень холодно; 4 — удовлетворительно;
5 — очень тепло; п — число опрошенных
2 Зак. 430
33
окон, которая в летнее время достигала 30—50°С. Как видно
из рис. 1.13,6, люди летом и зимой одинаково реагируют на
внутреннюю температуру, причем при температуре выше 23°С
значительно сокращается число ответов «удовлетворительно»
(при температуре 24°С число ответов «очень жарко» состав-
ляет около 50%).
Хотя основные идеи, заложенные в понятие «комфорт»,
универсальны, действительные значения расчетных темпера-
тур, относительной влажности, скорости воздуха и других па-
раметров микроклимата могут быть разными в зависимости от
климатических условий района застройки. На рис. 1.14 приве-
Очень жарко
- Жарко
о ~ Ш
_ Комфортно -тепло
Ни тепло, ни
'холодно
- Холодно
t
- Очень холодно
16 Тд То Т. Tt Тб Ts То Т2 34 зб зз Т
Средняя температура по шародому термометру, ‘С
Рис. 1.14. Среднемесячная оценка
1 — Англия (данные Хемфрн и Николя.
1964
условий комфорта
1970); 11— Англия; /// — Багдад; IV — Рурка.
дена оценка комфортности в зависимости от средней темпера-
туры по шаровому термометру. Данные, относящиеся к Англии,
нанесены на рисунке по результатам исследований Хемфри и
Николя [57], причем каждая точка соответствует среднеме-
сячной оценке каждого из опрошенных. Дик [74] высказал
предположение, что приведенная на рис. 1.14 средняя темпе-
ратура указывает на наличие дискомфортных условий, а не на
то. что эти условия находятся в пределах комфортно-тепловой
и комфортно-прохладной зон. В странах Востока в большинст-
ве случаев приемлема температура по шаровому термометру в
пределах 31—38°С, а в Англии — значительно более низкая —
18—23С'С. Следует обратить внимание на то, что большая
часть субъективных оценок находится в пределах «комфортно-
теплой» зоны, а не «комфортно-прохладной».
3+
1.5.3. Относительная влажность. Роль относительной влаж-
ности воздуха при оценке влияния микроклимата выражена
значительно менее четко, чем роль температуры. При высоких
температурах воздуха тепловой баланс тела человека в боль-
шей степени зависит от испарения, и поэтому можно предпо-
ложить, что в этом случае относительная влажность имеет
решающее значение. Блэк и Милрой [75] на основе опроса
ряда служащих установили, что при температуре выше 22°С
относительная влажность не должна превышать 50%. Из дан-
ных других исследований [76] также следует, что с ростом
температуры относительная влажность должна уменьшаться.
Рис. 1.15. Относительная влажность воздуха в 68 жилых и конторских по-
мещениях i[72] (а), относительная влажность воздуха в 168 конторских по-
мещениях в зимний период 1964—65 г. (б) и повторяемость группы ответов
«вполне удовлетворительно» и «очень сухо» в зависимости от относительной
влажности воздуха (а)
я —число опрошенных в каждой группе. я=100%, наружная температура от —5 до
+о С при относительной влажности 70—90%: / — лучистое отопление, ф = 25,6с' ; 2 —
радиатефное отопление. <р=28Д%; 3 — «вполне удовлетворительно»; 4— «очень cwo»; из
-.04 опрошенных 294 ответили «очень сухо». 173 «удовлетворительно и 2 «не знаю»
2* Зак. 439 „е
На рис. 1.15 показаны результаты упомянутых выше иссле-
дований, выполненных в Швейцарии ([72]. Из рисунка видно,
что в большинстве помещений (96%) с лучистым отоплением
относительная влажность не превышала 40%. Средняя отно-
сительная влажность в помещениях с радиаторным отоплением
составляла 25,6%, а с лучистым — 28,2%. При лучистом отоп-
лении 15 человек из 44 опрошенных нашли воздух чересчур
сухим, другие 15 сухим, остальные 14 вполне удовлетворитель-
ным. При радиаторном отоплении получены аналогичные отве-
ты в следующем соотношении: «очень сухо»—1, «сухо»—10 и
«вполне удовлетворительно» — 11 (опрошено 22 человека).
Вторая работа того же автора [25] посвящена этому же
вопросу и обобщает обследования 168 конторских помещений в
Цюрихе и окружающих его городах Люцерне, Бадене и Бриге.
В этой работе отмечается отсутствие ощутимой разницы в вос-
приятии относительной влажности в конторских помещениях с
лучистым и радиаторным отоплением. Приблизительно в 95%
конторских помещений относительная влажность была ниже
40% (рис. 1.15,5), причем относительная влажность 40—45%
удовлетворяла 50% опрошенных.
В большезальных конторских помещениях, декорированных
растениями, относительная влажность поддерживалась в диа-
Относшпельная блажнос/пь. °А
Рис. 1.16. Распределение субъективных оценок микроклимата в 15 швейцар-
ских больших конторских помещениях
а —зима; б — лето; / — «очень сухо»; 2 — «вполне удовлетворительно»; 3 — «очень
влажно»; л — число опрошенных в каждой группе: л=100%
36
пазоне 32—51% зимой и 41—50% летом; относительная влаж-
ность ниже 34% наблюдалась только в некондиционируемых
помещениях. На рис. 1.16 показано распределение субъектив-
ных оценок в зависимости от относительной влажности. При
относительной влажности выше 34% значительно возрастает
число оценок «вполне удовлетворительно». Обследования в
летний период показали некоторую неопределенность в оцен-
ках «очень сухо» и «вполне удовлетворительно», хотя при от-
носительной влажности выше 49% число оценок «вполне удов-
летворительно» сократилось как летом, так и зимой. Вышеука-
занные данные, а также •данные, приведенные в работах [77—
79], свидетельствуют о строгой взаимозависимости между теп-
ловосприятием и относительной влажностью.
Результаты исследований американских авторов приведе-
ны на рис. 1.17. Эти результаты не рекомендуется использовать
при проектировании, так как они относятся только к легко
одетым людям, отдыхающим в положении сидя.
Эверт [80] приводит расчетные значения комфортной отно-
сительной влажности. Чтобы понять результаты этой работы,
необходимо ознакомиться с некоторыми физиологическими
особенностями дыхательного
тракта. Внутренняя носовая по-
лость, дыхательные пути и даже
мелкие ячейкообразные альвеолы
сотовой структуры покрыты сли-
зистой оболочкой с реснитчатым
эпителием, который, если посмот-
реть в микроскоп, находится в не-
прерывном движении и препятст-
вует оседанию вдыхаемой пыли
на слизистых оболочках. Эвертом
установлено, что скорость движе-
ния слизи зависит главным обра-
зом от относительной влажности
вдыхаемого воздуха. При относи-
тельной влажности ниже 40%
слизь движется с очень неболь-
шой скоростью, налипая на обо-
лочки. В результате сокращается
подвижность реснитчатого эпите-
лия (рис. 1.18), что в свою оче-
редь способствует прониканию
бактерий и вирусов. Эверт сделал
вывод, что с точки зрения ком-
фортных условий относительная
влажность воздуха должна быть в
пределах 40—60%. Работа Эверта
представляет собой ценный вклад
Температура
па сухому термометру, v
Рис. 1.17. График теплового
комфорта
1 — комфортно-прохладно; 2 —
комфортные условия; 3 — ком-
фортно-тепло
37
10 20 SO 40 50 60 70 SO 90 100
Относительная
Рис. 1.18. Зависимость между относительной влажностью вдыхаемого воз-
духа и скоростью движения слизи
в —курящие; б—некурящие; точки на линиях соответствуют нормируемым средним
скоростям движения слизи при относительной влажности 43,6%
10 20 SO 40 50 60 70 80 90 100
блажность, °/
в изучение окружающей среды и подтверждает выводы работ
[72, 25, 81], а также выводы Протца и Хитшлера [82, 83] о том,
что зимой степень сухости воздуха в отапливаемых помеще-
ниях определяется низкой температурой наружного воздуха.
Относительная влажность влияет не только на самочувст-
вие людей, но и на состояние мебели и произведений искус-
ства, а также на рост декоративных растений в конторских
помещениях.
Другая проблема, которая связана с чрезмерной сухостью
воздуха — статическое электричество, возникающее из-за
недостаточного количества молекул воды, на которые могли бы
налипать твердые частицы. Чтобы исключить слипание бума-
ги в помещениях с множительными аппаратами, достаточна
вблизи бумаги распылить порошок талька, лучше всего до
пропуска бумаги через множительные аппараты.
1.5.4. Подвижность воздуха. Подвижность воздуха в поме-
щении обеспечивается действием естественной конвекции и ин-
фильтрации. Однако, чтобы обеспечить подвижность воздуха в
заданном комфортном диапазоне, одних этих факторов не-
достаточно. Интенсивные конвективные токи в сочетании с
инфильтрацией часто являются причиной возникновения сквоз-
няков. В то же время сочетание слабой конвекции с инфильт-
рацией не всегда в состоянии создать ощущение свежести. При
сквозняке в результате охлаждающего воздействия движуще-
гося воздуха нарушается тепловосприятие кожного покрова,
причем когда эффект охлаждения превысит некоторое крити-
за
ческое значение, начинают сужаться сосуды. Реакция боль-
шинства людей на сквозняки зависит не только от скорости
воздуха и температуры, но и от рабочей активности, площади
обнаженной поверхности тела и временной характеристики
подвижности воздуха (т. е. движется ли воздух непрерывно или
прерывисто). Больше всего подвержены воздействию сквозняка
затылок и лодыжки, в то время как встречное движение воз-
духа не оказывает особого влияния на лобную часть головы.
На рис. 1.19 указан комфортный
для людей, сидящих в обычной
домашней одежде и обдувае-
мых встречным потоком. Если
потех воздуха направлен на за-
диапазон скоростей воздуха
тылок или лодыжки, то его ско-
рость должна быть ограничена
0,15 м/с. При выполнении фи-
зической работы человек спо-
собен вполне удовлетворитель-
но воспринимать скорость воз-
духа 0.5 м/с. В то.же время не-
которых людей в состоянии по-
коя не удовлетворяет скорость
воздушного потока 0,1 м/с.
Для ощущения свежести
воздуха желательно, чтобы его
скорость была переменной во Рис. 119. Область комфорта
времени и пространстве. При
таки.х условиях человек способен удовлетворительно переносить
более высокие и кратковременно действующие скорости воз-
духа. Па рис. 1.20 приведены результаты некоторых измерений
1
3
Время, мин
Рис. 1.2\. Пульсация скорости воздуха
1 — рабоч;!‘г комнаты со сквозным проветриванием: 2 — конторские помещения со слабой
яенти.~.1Чад.< (84]
[84], выполненных в этом направлении. Линии 1 соответствует
средняя скорость 0,36 м/с при среднем колебании ее значения
в 47%, линии 2 — средняя скорость 0,075 м/с при среднем ко-
лебании ее значения 16%. Эти измерения показывают, что при
одинаковой температуре рост среднего колебания скорости на
14% приводит к увеличению ощущения свежести на одну еди-
ницу. Установлено, что зимой влияние этого фактора незначи-
тельно по сравнению с воздействием температурных измене-
ний.
На рис. 1.21 показаны диапазоны скоростей воздуха, изме-
ренных в 15 большезальных конторских помещениях с деко-
ративными растениями [73]. 6% от всех замеров соответство-
вали скоростям, превышающим нормируемое значение 0,2 м/с.
Рис. 1.21. Измерение скорости воздуха в 15 швейцарских больших контор-
ских помещениях (100% соответствует 372 замерам)
1 — расчетная величина: 2 — диапазон скоростей в каждом помещении; п — число заме-
ров в каждом диапазоне скоростей
40
Следует обратить внимание на отсутствие полного соответст-
вия между количеством жалоб на сквозняки и скоростью воз-
духа. Это можно объяснить либо тем, что жалобы опрошенных
лиц были вызваны какой-нибудь другой причиной, либо раз-
ными способами воздухораспределения, не позволяющими
сравнить между собой воздействие скоростей воздуха в разных
конторских помещениях.
В настоящее время проводится большое число исследова-
ний по выявлению характера воздействия подвижности возду-
ха при разных способах его обработки и распределения [85—
89] Линке [88, 90] указывает на трудности в определении рас-
четной величины и переменного значения скорости воздуха в
помещениях. Вопрос о скоростях, которые следует принимать
при проектировании, рассмотрен в гл. И.
1.5.5. Ионизация. Злободневная тема, которая с возрастаю-
щим интересом обсуждается в последние годы, — ионизация.
В сущности этот вопрос интересовал человека в течение мно-
гих столетий. На Востоке 3000 лет до нашей эры впервые воз-
никло такое определение, как «прана» — неизвестное, таин-
ственное, жизнеутверждающее свойство окружающего нас воз-
духа — не кислород, а какой-то другой ингредиент, которым
объясняется хорошее самочувствие и частично воздействие по-
годных условий на настроение человека. По-видимому, имен-
но это свойство воздуха оказывает воздействие на организм че-
ловека, например, после грозы.
При передаче нервных и химических импульсов в нашем ор-
ганизме возникают электрические потенциалы (показательный
пример этому хорошо известный мозговой ритм) и связанные
с ними магнитные поля. Возможно, «прана» — окружающее нас
электромагнитное поле, которое различным способом взаимо-
действует с магнитным полем человека. Резонанс между
электромагнитными полями двух человек или между человеком
и окружающей его средой выражается в хорошем самочувст-
вии и настроении.
В наружном воздухе преобладают отрицательные ионы-
Измерения показали, что отношение количества положитель-
ных ионов к отрицательным меняется от 1:1 до 1:5 при сред-
нем значении около 1:2. Во внутреннем воздухе это отноше-
ние несколько больше и может доходить до 4:1. Основываясь
на гипотезе, что человеческий организм физически и психоло-
гически больше приспособлен к естественным условиям, можно
предположить, что внутри помещения желательно иметь мень-
шую концентрацию положительных ионов. В большей части
работ по этому вопросу также отдается предпочтение более
высокой концентрации отрицательных ионов. Отмечается, что
в больничных условиях отрицательные ионы, несомненно, ока-
зывают благотворное влияние на здоровье человека, однако
оказывают ли они значительное влияние на комфортные усло-
41
вия, остается предметом спора. Некоторые американские ис-
следователи приходят к несколько абсурдному заключению,
считая, что ионизатор является жизненно важной частью СКВ.
Бедфорд и его ученики предполагают, что воздействие ионов
на организм человека пренебрежимо мало. Ряд европейских
ученых (Иогансен из Дании и Кнолл из ФРГ) продолжают
проводить исследования в надежде найти взаимосвязь • между
уровнем ионизации в жилых помещениях и условиями комфор-
та. Рейндерс высказал предположение о некоторой связи меж-
ду альфа-ритмом головного мозга и реакцией организма на
естественные колебания электрического поля в окружающей
среде. В обзорно-экспериментальных работах по этому вопро-
су, выполненных Научно-исследователькой ассоциацией по
отоплению и вентиляции [91] и Крумом [92], отмечается, что
имеющихся данных явно недостаточно для каких бы то ни бы-
ло окончательных рекомендаций. По этому же вопросу широ-
кий обзор составил Рейтер [93].
1.5.6. Другие факторы. Авторы работы [73] одновременно
опросили 519 служащих, интересуясь их самочувствием и опы-
том работы в большезальных конторских помещениях с деко-
ративными растениями. В табл. 1.7 показан диапазон пара-
метров микроклимата в этих помещениях. Субъективная реак-
ция на температуру, влажность и скорость воздуха ранее пока-
заны на рис. 1.13, 1.16 и 1.21.
Таблица 1.7
Параметры микроклимата в пятнадцати большезальных
конторских помещениях с декоративными растениями
Параметр Значение
Температура воздуха Относительная влажность Скорость воздуха Фоновый уровень шума (L3o): 21—33,5°С 32—56% 0,05—0,18 м/с
а) общий отдел б) отдел техники исследований в) отдел перфокарт Часто повторяющийся пиковый шум Интенсивность освещения 47—52 дБ 1А) 38 > 57 » 56—64 » 390—2000 лк
Судя по ответам, большая часть опрошенных (74%) пред-
почитает работать в учреждениях с кондиционированием воз-
духа; 20% опрошенных не удовлетворяют большая разница
между наружной и внутренней температурой, наличие сквоз-
няков и качество воздуха; 15% выражает недовольство тем,
что нельзя открыть окна.
Аналогичное обследование было проведено Волгерсом и
Впдлингом [Ю5] в Швеции в 38 большезальных конторских
помещениях (с декоративными растениями), принадлежащих
тринадцати частным компаниям или входящих в состав госу-
дарственных учреждений. В результате опроса 2575 человек
установлено, что в разных помещениях люди себя чувствуют
неодинаково, в первую очередь физически. С точки зрения ка-
чества акустики, освещения, вентиляции и планировки (эти че-
тыре параметра соответствуют принятым в Швеции качествен-
ным показателям) ни одно из обследуемых конторских поме-
щений не удовлетворяло всем четырем показателям. В боль-
шинстве помещений только два или три из указанных каче-
ственных показателей не вызывали нареканий служащих.
Больше всего, если судить по количеству ответов, соответство-
вали предъявляемым требованиям освещение и планировка и
меньше всего акустика и вентиляция. Небольшие помещения об-
ладали хорошими акустическими характеристиками и неудов-
летворительной подвижностью воздуха, а большие помеще-
ния — наоборот.
Интересным вопросом является влияние на человека без-
оконных зданий [106, 107]. Ряд преимуществ таких зданий оче-
виден: отсутствие теплопоступления от солнечной радиации,
значительное сокращение теплопотерь, снижение уровня шума
от внешних источников, уменьшение запыленности воздуха из-
за отсутствия инфильтрации. Однако человек нуждается в
визуальном контакте с внешним миром. Следует также иметь
в виду, что периодическое фиксирование внимания на множе-
стве деталей внутри помещения не дает возможности отдох-
нуть глазным мышцам. В работе Научно-исследовательской ор-
ганизации в области строительства показана большая роль
окон для связи человека с внешним миром во времени и про-
странстве. В течение дня природа вносит свой собственный
цикл изменений, влияя на окружающую обстановку и актив-
ную деятельность человека. Это, вероятно, является еще одним
из важных периферийных возбудителей. Однако остается еще
очень много неясного в реакции человеческого организма в та-
кой ситуации. По результатам указанных исследований сде-
ланы следующие проектные рекомендации: люди предпочита-
ют несколько больших окон, а не большое число окон малого
размера; узкие межоконные простенки способствуют сохране-
нию визуальной целостности внешнего вида; отдается пред-
почтение горизонтальным формам, причем их размеры зави-
сят от положения наблюдателя; вид на дугообразную линию
горизонта должен быть по возможности шире и включать в
себя часть небосвода выше этой линии и часть земли ниже
(это напоминает «золотое сечение», открытое древнегречески-
ми архитекторами п художниками).
Перечисленные проблемы указывают на то, что при проек-
тировании здания вентиляция и кондиционирование воздуха
явля: тся хотя и важной, но только отдельной составляющей
43
окружающей обстановки. Инженеры и архитекторы, занятые
проектированием окружающей человека внутренней обстанов-
ки и среды, должны обладать хорошим воображением, боль-
шой проницательностью и способностью к предвидению.
1.6. КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА В БУДУЩЕМ
В конце этого века многим инженерам, работающим в
области создания микроклимата, может быть придется ис-
пользовать свои профессиональные знания для создания жи-
лищ вне земной атмосферы. Космические путешествия могут
стать обыденным явлением. По все возрастающему интересу
к океанографии можно предположить, что, возможно, войдут
в обиход подводные жилища. В любом случае потребуется бо-
лее тщательное изучение влияния на человеческий организм чу-
ждой окружающей среды, причем инженерные системы
жизнеобеспечения должны в этом случае быть надежными.
Человеку жизненно необходимы кислород, пища и вода. Кро-
ме того, окружающая его среда должна обладать соответствую-
щими температурой и относительной влажностью. В условиях
космоса и под водой приток свежего воздуха может отсутство-
вать. При этом следует иметь в виду, что в космосе неосуще-
ствимы процессы, связанные с наличием силы тяжести (здесь,
например, горячая жидкость не легче холодной), а в глубине
океана давление выше, чем у поверхности, в то время как в
космосе оно равно нулю. Выбор среды для дыхания зависит от
многих факторов. В России в этих условиях предпочитают
использовать обыкновенный атмосферный воздух, а в США —
чистый кислород или смесь кислорода с гелием. На рис. 1.22,
приведенном в работе Хердена [108], показан диапазон давле-
ний, в пределах которого возможна жизнь человека.
Кислород может быть получен в готовом виде в баллонах,
от специальных свечей, выделяющих кислород, посредством
электролиза воды или раствора сульфата и путем выращива-
ния растений. К последнему способу относится изучаемое ны-
не использование морских водорослей типа хлореллы. При фо-
тосинтезе, происходящем в растениях, выделяемый человеком
углекислый газ преобразуется в кислород и углеводы. В этой
реакции солнце играет роль катализатора. Следует иметь так-
же в виду возможность использования морских водорослей в
качестве пищевых продуктов, хотя в них и отсутствуют некото-
рые виды белков. Шульте [109] видит в указанном способе
получения кислорода замкнутую экологическую систему со сба-
лансированными фауной и флорой. Из-за разного давления до-
вольно сложно установить расчетную концентрацию углекис-
лого газа. В атомных подводных лодках максимальная кон-
центрация СО2 установлена в размере 0,5%. Углекислый газ
может быть удален из воздуха с помощью скрубберов с цир-
44
кулирующим в них раствором атина, электролизом или фото-
синтезом, о котором было сказано выше.
Температура и относительная влажность воздуха будут
иметь те же значения, что и в земных условиях. Система регу-
лирования температуры должна обеспечивать поглощение те-
плопоступлений от внутренних и внешних источников (солнеч-
ная радиация, аэродинамический нагрев).
Рис. 1.22. Область содержания кис-
лорода в воздухе, при которой воз-
можна жизнь человека
Радиальное ускорение
Рис. 1.23. Диаграмма комфорта
Для перевода в метры числа на оси орди-
нат надо умножить на 0,305. (Прим,
перед.) Заштрихованная часть — зона ком-
форта
Из-за отсутствия среды, посредством которой переносятся
конвективные и кондуктивные тепловые потоки, теплоотдача в
космическое пространство может быть осуществлена только
радиацией.
На вращающихся в космосе транспортных средствах и
станциях создается радиальное ускорение, которое заменит
экипажу привычную силу тяжести. Гравитационный градиент
между головой и ногами человека не должен превышать 10%.
На рис. 1.23 (Херден [108]) показана зона комфорта в за-
висимости от размера сооружения, радиуса вращения и ок-
ружной скорости. К находящимся вне земной атмосферы дви-
жущимся или стационарным сооружениям или транспортным
средствам предъявляются строгие требования. Херден приводит
пример, который иллюстрирует значение высококачественной
герметизации для космических аппаратов. В этом примере по-
казано, что трещина в соединительном шве длиной 6,35 мм и
шириной 0,025 мм может явиться причиной утечки 1 т кисло-
рода в год.
45
1.7. КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА
В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В ряде отраслей промышленности технологические тре-
бования, предъявляемые к окружающей среде, преобладают
над комфортными. Какие бы ни были проектные условия, они
обычно должны регулироваться в узких пределах. На про-
мышленных объектах большое внимание уделяется тепловым и
паровым барьерам, часто прибегают к устройству воздушных
шлюзов и герметичных дверей.
При проектировании промышленных объектов требуется в
различных вариантах оценить тепло- и влаговыделения и холо-
дильные нагрузки, вызываемые машинами, людьми, перемеще-
нием материалов с места на место и другими факторами. В
табл. 1.8, взятой из работы [НО], приведены требования к па-
раметрам воздушной среды для разных технологических про-
цессов (этому вопросу в справочнике Американского общества
инженеров по отоплению, холодильной технике и кондициони-
рованию воздуха посвященно несколько глав).
Таблица 1.8
Расчетные параметры воздуха для некоторых типов
технологических процессов
Технологический процесс Относительная влажность, % Температура, °C
Усадка хлопчатобумажной пряжи 95 35—38
Бродильные камеры для теста 90 32
Упаковка хлеба 55 21
Штамповочный цех 45—50 24—
Приготовление лекарственных препаратов из 35 24
алтея
Обмотка катушек и трансформаторов 1 о—35 16-27
Производство таблеток и порошков шипучих 20 30
напитков
Производство лекарственных препаратов для 10 24
желез внутренней секреции
На промышленных предприятиях вентиляционные системы
используются не только для регулирования температуры и от-
носительной влажности, но также и для создания чистых зон,
местного отопления и охлаждения и удаления токсичных
газов.
1.8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Bullington, Н. S., J. Instn Heat. Vent. Engrs, 38, 21 (1970)
2. Hough, B. J„ Building Services Engineer, 40, 49 (1972).
3. Cadiergues, R., Building Services Engineer, 40, 57 (1972'
4. Page, J. K., Building Services Engineer, 40, 60 (1972).
4 6
5. McKennell, 4. C., and Hunt, ,4. E., Transportation Noises (ed. Chalupnik),
228, University of Washington Press, 1970.
6. James, IV., Textbook of Psychology, Macmillan, London, 1928.
7. Adrian, E. D., The Basis of Sensation, Christophers, London, 1928.
8. Stevens, S. S., Psychol. Review, 64, 153 (1957).
9. Broadbent, D. E., Perception and Communication, Pergamon Press, Ox-
ford. 1958.
10. Marshall, A. H., Ph. D. Thesis, Institute of Sound and Vibration Re-
search, University of Southampton, 1967.
11. Zeeman, E. C., Journal of Mathematics and Computer Science in Biology
and .Medicine, Medical Research Council, 277 (1965).
12. McKennell, A. C., U. K. Government Social Survey Report SS. 337, 1963.
13. McKennell, .4. C., and Hunt, .4. £., U. K. Government Social Survev Re-
port SS. 332, 1961.
14. Croome D. J., Int. Coni.‘The Working Environment, Reding Junior
Chamber of Commerce, University of Reading, 1970.
15. Canter, D., Trans. Bartlett Society, 6, 616 (1967—8).
16. Canter, D., Arch. Assocn Quarterly, 1, (2), (1969).
17. Wools, R., and Canter, D. Applied Ergonomics, 1, (3), 144 (1970).
18. Hesselgren, S., Experimental Studies on Architectural Perception, Na-
tional Swedish Building Research, Document D2, 1971.
19. Croome, D. J., Conf, on Integrated Design in Buildings, Loughborough
University of Technology, July 5—6th, 1971.
20. Rathbone, R. A., Proc. I. Meeh. E„ 182, (3E), 20 (1967).
21. Bedford, T., Basic Principles of Ventilotion and Heating, H. K. Lewis,
London, 1964.
22. Wyon, D. P., Lidwell, and Williams, Proc. 5th Int. Congress for Heating,
Ventilating and Airconditioning, Copenhagen (ed. Salmark), Polyteknisk Forlag.
197 i.
23. Vernon, H. M., et al., Sp. Rep. Ser. Medical Res. Council, 100, Part III,
1926.
24. Bedford, T„ J. Hyg. Camb. 39, 498 (1939).
25. Crandjean, E., Verein Deutsche Ingen. Bericht, 106, 29 (1966).
26. Yaglou, C. P„ J. Amer. Med. Assen, 108; 1708; 109, 945 (1937).
27. Munro, .4. F., and Chrenko, F. A., J. Hyg. Cambridge. 47. 288 (1949).
28. Oppel, T. W., and Hardy J. D. J. Clin. Invest., 16, 517 (1937).
29. Hill, L„ J. State Med., 39, 683 (1931)
30. Hill, L„ Proc., Physiol. Soc., 74, 1 (1932).
31. Hill, L„ J. Instn Heat. Vent. Engrs, 2, 20 (1934).
32. Lehmann, G., Arbeitsphysiologie, 10. 418 (1939).
33. Chrenko, F. A., Co. О. I. Design, No. 164, 63 and No. 166, 50 (1962).
34. Adamson, B., and Lofstedt, B., National Swedish Building Research Sum-
maries R12 (1971).
35. Humphreys, M. A., J. Instn Heat. Vent. Engrs, 38, 95 (1970).
36. Barbour, H. G., Nauyn-Schmiedebergs Arch., 70 (1912).
57. Benzinger, T. H., Scientific American, 204, 134 (1961).
38. Hertzmann, A. B., Physiol. Rev., 39, 280 (1959).
39. Newburgh, M. D., Physiology of Heat Regulation and the Science of
Clothing, 1949.
40. Leithead, C. S., and Lind, ,4. R., Heat Stress and Heat Disorders, Cassei,
London, 1964.
41. Jokl, M., and Roubal, J., J. Hyg. Epidem. Microbiol. Immun., 11, 483
(1967).
42. Fanger, P. O., Trans. Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit. Engrs. 73,
4.1—4.20 (1967).
43. Winslow, С. E., A., et al., Amer. J. Physiol., 127, 505 (1939).
44. McNall et al., Trans. Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit. Engrs, 74, (1),
3.14 (1967).
45. Whitehouse, A. C. R. et al., Proc. Roy. Soc. B. Ill, 412 (1932).
47
Глава 2
ВЕНТИЛЯЦИЯ
2.1. ДЛЯ ЧЕГО НЕОБХОДИМА ВЕНТИЛЯЦИЯ?
Вентиляция помещений необходима для удовлетворения
потребности человека в кислороде; для разбавления загрязнен-
ных вредностей воздухом, количество которого зависит от допу-
стимого уровня содержания вредностей в воздухе помещения
(загрязняющими вредностями могут быть СО2, выделяющийся
при дыхании, и запахи, выделяемые кожей человека или в ре-
зультате технологического процесса); для создания подвижно-
сти воздуха в помещении, которая является одним из компонен-
тов комфортных условий (см. 1.5.4).
2.2. МИНИМАЛЬНАЯ ПОТРЕБНОСТЬ В НАРУЖНОМ
ВОЗДУХЕ
Для удовлетворения потребности человека в кислороде не-
обходимо очень небольшое количество наружного воздуха. По-
этому доминирующим при определении требуемого количества
наружного воздуха (вентиляционная норма подачи наружного
воздуха) является расчет разбавления двуокиси углерода и за-
пахов наружным воздухом. Хаутен и Яглоу [1] установили ми-
нимальную норму подачи наружного воздуха (табл. 2.1).
Таблица 2Л
Нормы подачи наружного воздуха в зависимости от объема помещения,
приходящегося на одного человека [40]
Объем помещения на 1 чел., мэ Количество наружного воздуха на 1 чел., л/с
минимальное рекомендуемое
Курение запрещено Курение раз?1? ено
3 11,3 ifd 17 22,6
6 7,1 ' • 10,7 14,2
9 5,2 7,8 10,4
12 4 / 6 8
Примечание. Для производственных и административных помещений нормируе-
мый минимальный объем помещения на 1 чел. составляет 11,5 м3, а соответствующая
норма подачи наружного воздуха 4,72 л/(с*чел),
Дополнительное количество наружного и рециркуляционного
воздуха может потребоваться для обеспечения необходимой под-
вижности воздуха внутри помещения (см. гл. 11). Наружный
воздух в большом количестве может быть также необходим в
зданиях со значительными тепловыделениями, при отсутствии
холодильных установок.
50
Приведенные в табл. 2.1 нормы подачи наружного воздуха
даны в зависимости от курения и объема помещения, приходяще-
гося на одного человека.
Потребность в наружном воздухе зависит также от характе-
ра деятельности человека. Для определения этой потребности
рекомендуется пользоваться рис. 2.1 [2], который хорошо согла-
Рис. 2.1. Необходимое количество приточного наружного воздуха
1 — ощутимый; 2 — допустимый; 3 — явно заметный; 4 — очень неприятный
суется с данными табл. 2.1. Как видно из рисунка, при определе-
нии количества вводимого наружного воздуха большую роль
играет объем помещения, приходящийся на 1 чел. При неболь-
шом объеме (менее 8 м3/чел) отдается предпочтение системе
вентиляции с механическим побуждением. Для помещений, об-
служиваемых СКВ, количество наружного воздуха принимается
по табл. 2.2 [40]. По местным правилам и постановлениям ука-
занные нормативные величины могут быть еще выше.
Наружный воздух может поступать в здание посредством ин-
фильтрации, т. е. через неплотности конструктивных элементов
здания (например, через щели дверей и окон или швы между
панелями). При системах вентиляции воздух (обычно смесь на-
ружного и рециркуляционного воздуха в заданной пропорции)
поступает в помещения через специально запроектированные
отверстия. В таких системах имеется возможность регулировать
воздухораспределенне, в то время как при одной только ин-
фильтрации такая регулировка носит случайный характер.
51
Таблица 2.2
Рекомендуемые нормы подачи наружного воздуха
в кондиционируемые помещения [40], л/с
Тип помещения Интенсивность курения Рекомен- дуемая Минимальная (принимать боль- шее значение из двух)
на 1 чел. иа 1 чел. на 1 м* площади пола
Производственные предприя- тия** Конторские помещения (от- крытая планировка) Магазины, универмаги, уни- версамы Театры* Курить запре- щено Курят немно- го То же » 8 5 0,8 : 1,3 1 3
Танцевальные залы* Спальные комнаты в гостини- цах Лаборатории Частные конторские помеще- ния Квартиры (нормальные) Рестораны (кафетерии)*** » Курят много Курят немно- го Курят много То же Курят немно- го 12 8 1,7 ’ 1,3 г
Коктейль-бары Коиференц-залы Квартиры (многокомнатные) Рестораны (обеденные залы) Курят много Курят немно- го Курят много То же - 18 12 —
Пансионаты, административ- ные и конторские помещения, конференц-залы Курят очень много 25 18 6
Коридоры Кухии (квартирные)* Кухни (ресторанные)* Туалеты* — — 1,3 ' 10 20 10
Условные обозначения:
• Регламентируется государственными и местными нормами.
•• Определяющим фактором может быть норма вытяжки.
При наличии в помещении очереди число посадочных мест может не соответ-
ствовать действительному числу людей.
Примечания: 1. Нормы для больничных палат и операционных приведены в
справочнике Британского министерства здравоохранения и социального обеспечения.
2. Нормы подачи наружного воздуха составлены с учетом объема помещения на
1 чел. и характера курения
512
Правда, в недавно опубликованной статье советского ученого
Ушкова под названием «Дыхание бетонных стен» [3] отмеча-
ется, что такое положение не всегда имеет место.
В наш век, когда строительство герметичных зданий стано-
вится обыденным явлением, высказываются мнения за и против
сооружения таких зданий в будущем.
2.3. РАЗБАВЛЕНИЕ ВРЕДНОСТЕЙ ВОЗДУХОМ
2.3.1. Углекислый газ. В результате газовой диффузии
слой легочных капилляров выделяет вместе с выдыхаемым возду-
хом около 5% (по объему) двуокиси углерода. Концентрация
СО2 в обычном помещении может достичь 1%, а в герметичном —
еще большей величины. Неограниченный рост содержания СО2 в
воздухе привел бы к накоплению двуокиси углерода в крови и
других тканях человеческого организма. Влияние концентрации
СОг на организм человека иллюстрируется данными табл. 2.3.
Обычно концентрация углекислого газа в воздухе составляет
0,1% и ниже. Методика расчета воздухообмена, при котором
достигается допустимое содержание СО2 в воздухе, приведена в
разд. 2.4.
Таблица 2.3
Влияние концентрации углекислого газа
на человеческий организм
Содержание СО2, % (по объему) Результат воздействия СО2
1—2 При непрерывном воздействии нарушается элек-
о тролитический баланс в теле человека После нескольких часов воздействия появляется слабая головная боль и одышка
3 Сильная головная боль, обильное выделение пота, одышка
5 6 10 Депрессивное состояние Ухудшается зрение, появляется озноб Потеря сознания
2.3.2. Запах. Многие нетоксичные газы обладают неприят-
ным запахом, вызывающим отвращение. Запахи человеческого
тела — результат выделения кожей органических газов и паров.
Способы борьбы с неприятными запахами приведены в обзорах
Саммера [4] и Плейстоува [5]. Вентиляция — один из способов
борьбы с запахами: регулируемый поток воздуха не только раз-
бавляет, но и уносит дурно пахнущие газы и пары через вытяж-
ные отверстия. Однако вентиляция не всегда уничтожает запахи
(например, на промышленных предприятиях). В этом случае ре-
комендуется рассмотреть возможность использования одного из
следующих технических приемов.
53
Маскировка. В загрязненный воздух впрыскивается вещество
(например, ароматический химический препарат) с вторичным
запахом. Недостатком этого способа является то, что капли ве-
щества остаются во взвешенном состоянии в воздухе очень не-
продолжительное время.
Нейтрализация. Некоторые запахи в соответствующих про-
порциях нейтрализуют один другого, что приводит к снижению
общего уровня запаха.
Абсорбция. Загрязненный воздух пропускается через водяные
скрубберы или оросительные камеры. Этот способ пригоден
только тогда, когда выделяющие запах химические вещества
растворимы в воде.
Адсорбция. Активированный уголь поглощает молекулы не-
которых газов и паров, насыщаясь ими через определенный про-
межуток времени. Для реактивации угля используется высоко-
температурный водяной пар, который при проходе через части-
цы угля высвобождает адсорбированные ранее молекулы газов и
паров, имеющих запах.
Ионизация. Известно, что молекулы газов и паров, имеющих
запах, после окисления не воздействуют на нервную систему
органов обоняния. Окисление может быть достигнуто путем ио-
низации молекул атмосферного кислорода ультрафиолетовыми
лучами определенной длины волны. Образующиеся при этом
атомарный кислород и озон (трехатомный кислород) входят во
взаимодействие с указанными молекулами газов и паров. Недо-
статком такого способа борьбы с запахами является токсичность
озона, содержание которого в воздухе в количестве 0,0001% вы-
зывает раздражение слизистой оболочки носоглотки, а в количе-
стве 0,001% —головную боль и даже шок. Хренко [6] не реко-
мендует использовать озон в СКВ.
К другим способам борьбы с запахами относятся хлорирова-
ние, сжигание и конденсация. Однако эти способы не нашли
применения в СКВ.
Недавно проблема борьбы с запахами возникла в связи с
утечкой дизельных выхлопных газов внутрь спальных железно-
дорожных вагонов через систему вентиляционных воздуховодов.
Вполне понятно, что такое положение вызвало нарекание со
стороны пассажиров. Применение фильтров с активированным
углем оказалось неприемлемым из-за необходимости производ-
ства большого объема работ по модернизации существующих
систем вентиляции. Поэтому по инициативе Британского мини-
стерства железных дорог была сделана попытка использовать
вещество с маскирующим запахом, которое смешивали с мас-
лом, пропитывающим фильтры для очистки воздуха. Такой тех-
шгюский прием обеспечивал эффективную борьбу с запахами в
те-:.-иле месяца, что соответствовало периоду между перезаряд-
кам-: фильтров.
и I
Многие промышленные запахи выделяются вместе с парооб-
разными веществами, имеющими большую, чем воздух, плот-
ность и стремящимися поэтому опуститься вниз. Для ассимиля-
ции таких веществ воздух в помещение рекомендуется вводить
сверху. В этом случае он движется в том же направлении, что и
имеющее запах парообразное вещество. Рекомендуется также
источник выделения пара, обладающего неприятным запахом,
ограничивать по периметру рядом приточных струй, причем
скорость воздуха на выходе должна быть одинаковой, чтобы ис-
ключить образование поперечных потоков.
2.4. РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОГО КОЛИЧЕСТВА
ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ВОЗДУХА
Для решения вопроса о необходимом количестве венг.гля-
ционного воздуха рассмотрим помещение, в которое подается
наружный воздух и где от людей и технологических процессов
выделяются загрязняющие воздух вредности. Концентрация
вредностей непрерывно возрастает.
Примем следующие условные обозначения: с, — начальная
концентрация вредного вещества в воздухе помещения в момент
времени £=0; с — концентрация вредного вещества в воздухе
помещения через промежуток времени t; с0 — концентрация
вредного вещества в приточном воздухе; Q — объем приточного
наружного воздуха, м3/(с-чел); Qc — объем выделяющегося
вредного вещества, м3/(с-чел); V — объем помещения, приходя-
щегося на одного человека, м3/чел; п—кратность воздухооб-
мена.
Сг, с и Со обычно выражают в количестве частей вредного ве-
щества на 10 000 частей воздуха (ч. на 10 000). На рис. 2.2 схе-
Рис. 2.2. К выходу уравнения
(2.2)
с.
q °_____di — объем вредного ве-
10 000
щества в приточном наружном воз-
духе; Qc dt — объем вредного ве-
щества, выделившегося внутри по-
с
мещения; Q----- dt — объем вред-
10000
ного вещества в удаляемом из по-
мещения воздухе
матично показаны условия вентиляции замкнутого простра:-::тгл.
отнесенные к интервалу времени dt. Количество вредного веще-
ства в замкнутом пространстве постепенно возрастает, начиная
от его содержания в наружном воздухе и кончая концентрацией,
полученной в результате выделения человеком пли техиолстя-
55
ческим процессом вредных веществ. За интервал времени dtt
общее содержание вредного вещества составит (Qc0 /10 000-]-
+ Qc)t/i. За этот же период из помещения удаляется вредное
вещество в количестве (Qco/10 000)dt. Это означает, что в поме-
щении через интервал времени dt количество вредного вещества
составит (м3/чел):
Qcp
10 000
+ Qc ] d t
10 000
Эта же величина, выраженная через концентрацию de (ч. на
10 000) на единицу объема помещения, имеет вид:
dc = ~ [Qc0 + 10000Qc — Qc] dt;
de Qc Q Co + 10 000 Qc
77 + = V ~
(2.1)
Это дифференциальное уравнение может быть решено при
использовании интегрирующего множителя exp^ J ~ dt 1=ехр |
Умножим обе части уравнения (2.1) на интегрирующий
житель
, / Q_ А
Р V ') /QC, + IOOOOQ,\ ZQ д
-----Л-------= (-------v-----) (Г ')
После интегрирования получим
10 000 Q- \ Q
с0 +-------ехр — /-J- const.
Граничные условия: c=Ci при 0. Таким образом,
юооо Qc\ _ ( Q Л"! , _ ( Q
Q
Так как-^-=п — кратность воздухообмена, то можно
с ехр
с
— ехр
писать:
с
10 000 Qc \
--------) [ 1 — ехр (— п t) + Ct ехр (— п t) ].
Если наружный воздух не содержит вредного вещества,
помещении нет людей, то
с = с;- ехр (—nt).
мно-
на-
(2.2)
(2.3) v
а в
Если начальная концентрация воздуха помещения равна
нулю и в помещении отсутствуют люди, то
с = с0 [1—ехр (—«/)]. (2.4)
56
Если же начальная концентрация равна нулю и в помещении
находятся люди, то
f lOOOOQM
С=(«о+-----Q---J [1—ехр (—«/)]. (2.5)
Графическое решение уравнений (2.2) — (2.5) показано на
рис. 2.3.
Рассмотрим теперь, как практически можно пользоваться
уравнением (2.2). Из анализа уравнения (2.2) можно сделать
Рис. 2.3. Графическое
решение уравнений
1 — (2.2); 2 — (2.3); 3 — (2.4);
4 - (2.5)
время
два вывода: 1) когда ехр (—гй)^Л и, следовательно,
1—ехр(—«()—>-1; 2) обычно содержание СО2 в наружном возду-
хе находится в пределах от 3 до 4 ч. на 10 000; во многих слу-
чаях при отсутствии людей эту величину можно также принять
и для концентрации углекислоты в помещении с<. В то же время
если п/>3, то при этих условиях с,ехр(—nt) да 2, причем этой
величиной можно пренебречь, если расчетная степень разбавле-
ния составляет с= 10 ч. на 10 000.
Таким образом, учитывая приведенные соображения, урав-
нение (2.2) можно упростить до вида
с = с» + Ю 000 Qc/Q.
Если в помещении находится N человек, каждый из которых
выделяет 4,719-10—6 м3/с СО2 (т. е. 0,0055 м3/ч), то потребное ко-
личество наружного воздуха может быть выражено зависимостью
[м3/(с- чел) ]
Q/N = 4,719-10~2/(с —с0). (2.6)
Обычно величины с и с0 соответственно равны 10 ч. на 10 000
и 3 ч. на 10 000. Отсюда Q/N—Q,74-10~3 м3/(с-чел), или 24,4 м3/ч.
Как видно из табл. 2.2, в помещениях с интенсивным курени-
ем, в больницах или в помещениях с удельным объемом на 1 чел.
меньше 8 м3 (см. рис. 2.1) потребное количество наружного воз-
духа значительно превышает указанное выше значение.
Во многих случаях трудно определить закономерность посе-
щения данного здания людьми (т. е. расчетное количество лю-
дей). Мартин [7] приводит описание натурного обследования,
57
целью которого было определение закономерности посещения
универмага для того, чтобы установить экономически целесооб-
разный расчетный расход наружного воздуха и выявить наибо-
лее подходящий способ воздухораспределения.
Пример. В помещении объемом 170 м3 за счет естественной
вентиляции осуществляется двухкратный воздухообмен, содер-
жание СОг в наружном воздухе 0,03%. Определить максималь-
ную численность людей в помещении (1 чел. выделяет в 1 с
0'0047 л. СО2), если: а) к концу первого часа концентрация СО2
не должна превышать 0,1%; б) помещение непрерывно занято
людьми и концентрация СО2 не должна превышать 0,1%.
а) Дано: с—10 ч. на 10 000; Ci=c0=3 ч. на 10 000; Q —170><
Х2/3600 м3/с Qc = 4,7-10_6 W м3/с, где У— число людей; п=
= 2 1. ч: t= 1 ч.
Подставим имеющиеся данные в уравнение (2.2)
10 000 (4,7- IO-5 Д') 1
------------------ [1 — ехр (—2)]-ЬЗ ехр (— 2) ,
откуда ,V=16.
б) В этом случае
10000 (4,7-10—6 АГ)
10 — Ч ----------—---------
> 170-2/3600
= 14.
Независимо от того, присутствуют или отсутствуют первона-
чально вредности в помещении, концентрация уменьшается или
увеличивается экспоненциально от кратности воздухообмена-
При наличии людей в помещении концентрация спустя длитель-
ный период зависит от количества поступающего наружного воз-
духа Q и уменьшается с ростом количества наружного воздуха.
Формулой (2.2) можно пользоваться не только для опреде-
ления необходимого количества наружного воздуха, но также и
для решения других задач, связанных с неустановившимися ре-
жимами работы. Джонс [8] использовал эту формулу для изу-
чения теоретических аспектов СКВ в период их пуска.
Формула (2.2) может быть представлена в общем виде
х = ко ~гх (01 [1 — exp (— п i) + xt- exp (— п /)], (2.7)
где — параметр воздуха внутри помещения, например, температура, вла-
госодержание или энтальпия через период времени Z; хо — значение этого же
параметра в приточном воздухе; xt — начальная величина этого же парамет-
ра в воздухе помещения; х, хо, x(t) и относятся к единице массы воздуха;
л — величина, обратная времени релаксации рассматриваемого процесса, за-
висящая от производительности системы.
2.5. СПОСОБЫ ВЕНТИЛЯЦИИ
2.5.1. Естественная вентиляция. При естественной венти-
ляции два фактора влияют на подвижность воздуха в помещении:
ветер и разность плотностей внутреннего и наружного воздуха.
Эти факторы могут действовать одновременно и независимо один
от другого.
5.8
а) Действие ветра. Возникновение ветра связано с изменени-
ем атмосферного давления. Если на пути движения ветра ска-
жется какое-нибудь препятствие (например, дерево или здание),
то происходит преобразование энергии: динамическое давление
ветра переходит в статическое. При этом с наветренной стероны
препятствия создается избыточное давление (около 0,5—С.>, от
давления ветра), а с заветренной — разрежение (около 0,3—0,4
от давления ветра). Возникающий таким образом перепад дав-
ления вызывает инфильтрацию воздуха через щели в окна?: и
другие отверстия (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Схема распределения
давления (+) и разрежения (—)
на ограждающих конструкциях
зданий при воздействии ветра
перпендикулярно фронтальной сто-
роне здания [41]
а — плоская кровля; б — уклон кровли
20°; в — уклон кровли 30\ г — уклон
кровли 45э
Научно-исследовательская организация в области строит-, зь-
ства [9] изучала воздействие ветра на моделях зданий. Некото-
рые результаты приведены на рис. 2.5. К наиболее интересным
результатам этих исследований следует отнести обнаружение
вихревых зон между зданиями, аэродинамических теней за 'Да-
ниями и отклонение воздушного потока вверх у передней кромки
крыши. Этими же исследованиями (рис. 2.5,6) выявлено наличие
большой зоны завихрения с наветренной стороны здания, при-
чем над этой зоной поток воздуха раздваивается. На рис. 2.5
буквой г обозначено отношение скорости воздуха в данной точке
при наличии здания к скорости воздуха в этой же точке при от-
сутствии здания.
Для определения количества наружного воздуха, проходя-
щего через здание под воздействием ветра, помимо скорости л
направления ветра необходимо знать характер обтекания здания
ветровым потоком. Расчет следует проводить с учетом господст-
вующего в данной местности ветра. Для прямоугольных в пла-
не зданий и при ветре, направленном под прямым углом к од-
ной из сторон здания, приближенное количество наружного воз-
духа, проходящего через здание, может быть определено по за-
висимости (м3/ч)
Q = 0,5 k Av,
(2.8)
где k — коэффициент, зависящий от отношения площадей открытых входных
и выходных отверстий; А — площадь входных отверстий, м2; у — скорость
ветра, м/с.
61,0 W,8 36,6 24,4 /2,2 0 12,1 24,4 36,6 Wfi 61,0
Расстояние па горизонтали, м
Рис. 2.5. Схема обтекания зданий воздушным потоком
а — трех низких зданий; б — трех низких зданий и одного высокого здания из сборных
железобетонных панелей [9]
Значения k для расчета воздействия ветра [41]
Отношение площа- дей входных и выход- ных отверстий 0,25 0,5 0,75 1 2 3 4 5
Значения А 0,21 0,38 0,51 0,6 0,76 0,81 0,82 0,83
Когда ветер направлен под углом 45°, значение k следует
уменьшать на 50%.
Другой способ основан на использовании данных о перепаде
давлений под воздействием ветра. Так, например, количество
воздуха Q, проходящего через отверстие площадью А и сопро-
тивлением 7? при перепаде давлений Др, будет равно: Q=AX
ХАр0'5/^- Это уравнение может быть записано в виде
Q = 0,827 Д р0,5 Л. (2.9)
Для нескольких параллельно расположенных отверстий
Q = 0,827 Др015 2 А,
(2.Ю)
где SA—AiA-A2+...
60
Для двух последовательно расположенных отверстий
Д А
<3=0,827 (ДР1 + Ар2)0’5 2 1 J „.Б - (2.11)
В табл. 2.4 приведены данные о среднем перепаде полного
давления по высоте здания.
Таблица 2.4
Средние перепады давлений под воздействием ветра, Па [40]
Высота здания, м ъ Скорость ветра, м/с
9* (открытая местность) 5,5 (пригород) 3 (центр города)
10 58 21 6
20 70 31 11
30 78 38 15
40 85 44 21
50 90 49 2.3
60 95 55 26
70 100 59 31
80 104 63 34
90 107 67 37
100 111 71 40
* На высоте 10 м над уровнем земли.
б) Действие гравитационных сил. Теплый воздух помещения
благодаря меньшей плотности поднимается вверх, замещаясь
более тяжелым наружным воздухом.
Рис. 2.6. Схема действия гравитаци-
онных сил на отверстия в стене
е—плотность наружного воздуха; р —
плотность внутреннего воздуха; Qo — рас-
ход вытяжного воздуха; Q^ — расход при-
точного воздуха; р0 — плотность воздуха
в вытяжном отверстии; р {— плотность
воздуха в приточном отверстии; Ло н —
площадь соответственно вытяжного и при-
точного отверстий с коэффициентом мест-
ного сопротивления С д,- р — давление воз-
духа в соответствующей точке; Я —рас-
стояние по вертикали между приточным
н вытяжным отверстиями
61
Как видно из рис. 2.6:
л гл Г 2 — Poi) ~|0-5
Qo— СиA) I I * (2.12)
L Ро J
[2 (Ро2--Р1») "I0,5
----——. (2.13)
Pz J
Однако, как известно, po2=Poi—pegH и Piz=Pu+pgH. От-
сюда
(Рог — Ри) + (Ри — Poi) = gH (Ре — Р)- (2.14)
Подставив соответствующие величины из уравнений (2.12) и
(2.13) в уравнение (2.14) и используя условие неразрывности
(т. е. т=poQi = PoQo), получим:
Сд 12 (Ре - р) gH]0-5
т (1/р?^ + 1/Ро>1о)0,5 ’
Нормальные диапазоны внешних и внутренних условий и
разность плотностей играют значительно большую роль, чем аб-
солютные их величины. Поэтому, принимая ре—р=Др и считая,
что po~pz = p, a m=pQ, предыдущую зависимость можно пред-
ставить в виде
Q = Сл (1+д2)о75' Л- (2 Д Р gH)0-5 , (2.15)
где Ar=A0/Ai.
Используя закон для идеального газа р = р/?0, можно запи-
сать: Др/р=Др/р4-Д0/0. Однако Др<Д0 и, следовательно, Др =
——Л0р/0. Подставив это выражение в уравнение (2.15), полу-
ЧИМ
п_г А' л I 2? \0,5
Ц-С« (1+д2)0.5 0 )
Подставляя значения Ся—0,6, р= 1,2 кг/м3, g’ = 9,81 м.с2 и
0 = 293 К, получим
Q = 0,17 —(1 ^д2Г)°,— (ДОН)0-5. (2.16)
в. Совместное действие ветра и гравитационных сил. Так
как на здание одновременно действуют и ветер, и гравитацион-
ные силы, то обычно требуется определить суммарный расход
воздуха от воздействия этих двух факторов.
Если Qs — расход воздуха под воздействием гравитационных
сил, a Qw — расход воздуха под воздействием ветра, то для от-
верстий с удельным сопротивлением проходу воздуха R общее
сопротивление
hs +hw = R (<?2 + Qt)-
Суммарный расход воздуха может быть определен из ззвиси-
♦52
мости h=..RQ2=hs + hw, откуда Q2=Qs+Qi • Если hs = hw, то
Q=]'2QL, или Q=y2Q^,. По графику (рис. 2.7) можно опреде-
лить суммарный расход Q, зная Qs и Qw, которые рассчитывают
по уравнениям (2.16) и (2.8).
г. Естественная вентиляция и инфильтрация. Естественная
вентиляция при небольших капитальных затратах обеспечивает'
необходимую подвижность
воздуха в таких, например,
помещениях, как заводские
цехи со свободной пл аниров-.
кой, которые имеют естест-
венное освещение и не нуж-
даются в подаче больших
количеств наружного воз-
духа. Для работы естествен-
ной вентиляции не требует-
ся расходовать механиче-
скую энергию, вследствие
чего эксплуатационные за-
траты при такой системе
невелики. К этому следует
добавить отсутствие проб-
лемы борьбы с шумом от
вентиляционного оборудо-
вания. Основной недостаток
этой вентиляции — зави-
симость от погодных усло-
вий. При естественной вен-
тиляции некоторого подобия
Рис. 2.7. График для определения
суммарного расхода при действии
ветрового и гравитационного дав-
лений
регулирования удается достичь, располагая вентиляционные-
устройства (жалюзи) на крыше и в стенах здания и применяя
автоматическое управление работой этих устройств.
Часто движению воздушных потоков внутри здания препят-
ствуют перегородки, сложное распределение давления вокруг
здания и внутренние источники тепла, создающие собственный
гравитационный эффект. Несмотря на сложность этой проблемы,
Датский научно-исследовательский институт инженерного обо-
рудования зданий народного здравоохранения для исследования
работы системы вентиляции использовал метод электрической
аналогии. Количество поступающего в здание воздуха может
быть выражено уравнением
Q= с (Др)л,
(2.17)-
где Q — расход воздуха, м3/с; с — определяемый экспериментально коэффи-
циент инфильтрации, зависящий от конструктивных особенностей отверстия;
Д.р — перепад давлений у отверстия, Па; п — определяемый экспериментально
показатель степени, зависящий от конструктивных особенностей отверстия.
У: эвненпе (2.17) аналогично по виду уравнению, выражаю-
63
щему зависимость силы тока i от электросопротивления с и на-
пряжения Е: 1=сЕп.
Если аэродинамическое сопротивление трещин в стенах или
щелей в окнах и дверях выразить в виде специально подобран-
ных групп электросопротивлений, то электрический ток в цепи
в определенном масштабе представляет расход воздуха, а напря-
жение — перепад давлений. Эта методика может быть использо-
вана для изучения влияния внешних факторов на работу системы
вентиляции с механическим побуждением.
В многоэтажных зданиях или в зданиях, в которых пути дви-
жения воздуха определены нечетко, рассчитать естественную вен-
тиляцию и инфильтрацию достаточно сложно. Джэкман [12],
однако, разработал способ расчета, учитывающий действие вет-
ра и базирующийся на характеристиках воздухопроницаемости
окон.
На рис. 2.8 приведен график для расчета инфильтрации, на
нижней левой части оси абсцисс которого отмечается высота
здания. От этой точки проводится вертикальная линия до пере-
сечения с линией, характеризующей местоположение здания (т. е.
в открытой местности, пригороде или центре города). От полу-
ченной таким образом точки проводится горизонтальная линия
до пересечения с заданным коэффициентом инфильтрации окон
(0,05; 0,125 или 0,25 л/с на 1 м длины периметра оконных при-
творов); продолжение этой линии вправо отсекает на правой оси
ординат значение перепада давлений по обе стороны здания;
вертикальная линия, проведенная от точки пересечения горизон-
тальной линии построения с линией, соответствующей коэффи-
циенту инфильтрации окон, отсекает на верхней оси абсцисс рас-
ход инфильтрующегося воздуха. Данные на левой стороне ри-
сунка получены в результате испытаний в аэродинамической
трубе и характеризуют зависимость между средним перепадом
давлений по обе стороны здания и скоростью ветра на уровне
крыши.
В табл. 2.5 приведены значения коэффициента инфильтрации
Таблица 2.5
Инфильтрация воздуха через окна [40]
Тип окна Коэффициент инфильтрации окон с, л/(м-с). при перепа- де давлений 1 Па
Створчатые на петлях: с уплотнительными прокладками без уплотнительных прокладок С остекленными панелями, скользящими в го- ризонтальном или вертикальном направлении: с уплотнительными прокладками без уплотнительных прокладок 0,05 0,25 0.125 0.25
64
Открытая
местность
Расход инфильтрующегося воздуха, л/с
..на 1м длины периметра притвора
Рис. 2.8. График для расчета инфильтрации
I, 2, 3 — различные скорости ветра
Средний перепад давления по оде стороны здания
( искала, не дана)
с для окон с металлическими переплетами, полученные с исполь-
зованием зависимости (2.17) при «=0,63.
Для определения суммарного расхода воздуха Q при ин-
фильтрации по полученной из графика величине Qa использу-
ется следующая зависимость:
S L
Q = Q«LR4R=Q« , ,д, (а2 + Ь2)0'5. (2.18)
i -f U)
где SL — общая длина щелей в здании, м; а, b — размеры здания в плане
по остекленным фасадным сторонам, м; L« = 2L/2(a-|-&) ft — длина щели на
единицу площади остекленных фасадных сторон, м/м2; /1Я= (а24-62)"••’’/i —
условная площадь поверхности здания, м2, которая представляет собой вооб-
ражаемую площадь, через которую воздух проходит с одной стороны здания
к другой; эта площадь зависит от числа стен с открывающимися окнами.
Для здания с глухими торцовыми стенами (обычно длинные прямоугольные
здания) условная площадь поверхности — площадь одной из остекленных
сторон здания. Если окна открываются со всех четырех сторон здания, то
условная площадь поверхности — площадь поверхности, расположенной по
диагонали здания.
Рассчитать суммарный расход воздуха при инфильтрации
можно только в том случае, если направление ветра перпенди-
кулярно одной из сторон здания.
Наружный воздух поступает в помещения только с наветрен-
ной стороны здания. В наветренных помещениях надлежит учи-
тывать дополнительную тепловую нагрузку на нагрев и охлаж-
дение инфильтрующегося воздуха. Соответствующий объем воз-
духа удаляется из помещений с заветренной стороны здания при
комнатной температуре; в этих помещениях к общей тепловой
нагрузке здания никаких добавок делать не надо (имеется в
виду, что все отапливаемые или охлаждаемые помещения име-
ют одинаковую температуру). Таким образом, общая расчетная
нагрузка на отопление или охлаждение здания от инфильтрации
не равна сумме максимальных нагрузок от инфильтрации каж-
дого помещения. Фактически сумма максимальных нагрузок в
два-три раза превышает расчетную нагрузку от инфильтрации,
значение которой учитывается при расчете котельной установки.
При указанном выше способе расчета, возможно, следует
вводить понижающий коэффициент к расчетному расходу на-
ружного воздуха для учета аэродинамического сопротивления
внутренних конструктивных элементов здания. Такая поправка
может иметь значение только при большом числе плохо закры-
вающихся окон в сочетании со свободной внутренней планиров-
кой и небольшим числом внутренних дверей, через которые на-
ветренная сторона сообщается с заветренной. Джэкман i[12]
приводит ряд типовых примеров, в которых используются пони-
жающие коэффициенты.
Указанный способ расчета пригоден для зданий симметрич-
ной конфигурации, квадратных или прямоугольных в плане, с
простой и одинаковой поэтажной планировкой, с равномерно
распределенными по остекленному фасаду открывающимися ок-
нами. Для зданий сложной конфигурации или уникальных зда-
66
ний необходим специальный анализ вентиляционного процесса.
Для таких зданий Научно-исследовательская ассоциация по отоп-
лению и вентиляции и автор работы [11] предложили специаль-
ную программу расчета на ЭВМ. Если указанные выше рекомен-
дации и расчетные зависимости окажутся неприемлемыми, то
рекомендуется обратиться к приведенным в работ [40] эмпири-
ческим данным по инфильтрации воздуха для зданий различных
типов.
2.5.2. Механическая вентиляция. Системы механической вен-
тиляции, в которых воздух перемещается вентилятором, позволя-
ют получить заданные параметры воздушной среды и осуществ-
лять контроль над подвижностью воздуха внутри здания в зна-
чительно большей степени, чем системы с естественной вентиля-
цией. Системы механической вентиляции становятся совершенно
необходимы в случае возможности образования в помещениях
воспламеняемой концентрации паров и газов.
В состав приточной вентиляционной системы с механическим
побуждением входят вентилятор, воздушный фильтр, калори-
фер, каналы и решетки или другие воздухораспределители. От-
работанный воздух удаляется вентилятором, а в некоторых слу-
чаях просто выдавливается в соседние помещения или наружу
через отверстия с решетками. Конструкция вентиляторов описана
в т. 1 настоящей серии монографий, а фильтрация воздуха — в
т. 9.
2.6. НЕКОТОРЫЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ СИСТЕМ
ВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
К поступающему в помещение приточному воздуху предъ-
являются следующие требования: отсутствие пыли, запахов и
других вредностей; соответствие температуры и относительной
влажности расчетным проектным данным; содержание достаточ-
ного количества наружного воздуха.
2.6.1. Температура приточного воздуха. Если теплопотери по-
мещения составляют qs, то для поддержания заданной темпера-
туры в помещение следует подать воздух с более высокой темпе-
ратурой. Основная расчетная зависимость имеет вид (кДж/с
или кВт):
qs = mc (65— 0Д) =р cQ (0^ — 0^), (2.19—2.20)
где т — массовый расход воздуха, кг/с; Q — расход воздуха, м’/с; с —
теплоемкость воздуха при постоянном давлении, кДж/(кг-°С); 0, — темпе-
ратура приточного воздуха, °C; Он — температура воздуха внутри помеще-
ния; р — плотность приточного воздуха, кг/мэ.
Для стандартного воздуха [температура 20°С, нормальное
атмосферное давление, р= 1,2 кг/м3, с=1,01 кДж/(кг-°С) для
сухого воздуха и 1,89 кДж/(кг-°С) для водяных паров] зависи-
мость (2.20) можно представить в виде
( 273 -}- 20 \ 05 - 0 п
4s = 1,2 273 I 1,024 Q (0,-0^) = 360 Q 273 g . (2.21)
Зак. 430
67
Заметим, что используют и теплоемкость влажного воздуха
Сн при средней величине влагосодержания комнатного воздуха
(7,36-10-3 кг/кг), т. е.
сн = 1,01 + 1,89 ( 7,36-10—3) = 1,024 кДж/(кг*С). (2.22)
2.6.2. Влагосодержание приточного воздуха. При наличии
влаговыделений в помещении, чтобы сохранить заданный расчет-
ный уровень влагосодержания, приточный воздух должен иметь
более низкое влагосодержание. Количество скрытого тепла в воз-
духе помещения определяется по уравнению
Яь = т (вн — ёз) L, (2.23)
где gR и g, — влагосодержание соответственно комнатного н приточного воз-
духа, кг/кг сухого воздуха; L — скрытая теплота парообразования, кДж/кг.
При расчете по объемному расходу воздуха после соответст-
вующих преобразований, использованных при выводе зависимо-
сти (2.21), уравнение (2.23) можно представить в виде (кВт)
352
L-
Обычно при нормальной температуре воздуха помещения
скрытая теплота парообразования составляет 2450 кДж. Поэто-
му для этих условий
864 000
(2’24)
2.6.3. Расчет количества приточного воздуха. Из уравнения
(2.21) видно, что объемный расход приточного воздуха зависит
от разности температур приточного и комнатного воздуха, а так-
же от теплопотерь или тепловыделений по явному теплу, т. е.
Чем больше расход приточного воздуха (для данных тепло-
потерь или теплопоступлений), тем меньше перепад температур,
и наоборот. Однако при большом перепаде температур трудно
поддерживать заданные температуры и подвижность воздуха во
всей рабочей зоне помещения (в этих случаях прибегают к уста-
новке воздухораспределителей эжекционного типа). С другой
стороны, подача в помещение большого количества воздуха свя-
зана с применением воздуховодов большого диаметра или с по-
вышенными скоростями воздуха в воздуховодах. В последнем
случае дополнительно приходится сталкиваться еще и с пробле-
мой борьбы с шумом. Таким образом, расчетный расход приточ-
ного воздуха — это такое его количество, которое с учетом при-
веденных выше факторов обеспечивает эффективную вентиля-
цию, исключающую образование застойных зон в помещениях.
Нормативные рекомендации по расчетным количествам приточ-
68
ного воздуха для некоторых типов зданий, оборудованных си-
стемой вентиляции с механическим побуждением, даны в
табл. 2.6.
Таблица 2.6
Норма подачи приточного воздуха [40]
Тип здания или помещения
Кратность воздухообмена, 1/ч
Котельная и машинный зал w
Ванная комната
Столовая
Кинотеатр
Танцевальный зал, обеденный зал, ресто-
ран
Гараж (ремонтная мастерская)
Кухня
Прачечная
Конторское помещение
Театр
Туалет
15-30
6 (по вытяжке)
8—12
6—10
10—15
10 (минимальная по вытяжке)
20—60 (по вытяжке)
10—15
4—6
6—10
6—8:
2.6.4. Подпор. Если количество удаляемого воздуха состав-
ляет 70—90% от приточного, то в помещении создается давление
более высокое, чем в соседних помещениях (подпор). При нали-
чии подпора в помещениях действие сквозняков менее заметно
и уменьшается загрязнение, вносимое окружающим воздухом.
В некоторых случаях, при наличии в помещениях радиоактив-
ных и других токсичных вредностей, создают разрежение за
счет увеличения на 10—20% объема удаляемого воздуха по срав-
нению с объемом приточного воздуха.
2.7. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВЕНТИЛЯЦИИ
ЗДАНИИ
В этом разделе рассматриваются некоторые специальные
вопросы, связанные с проектированием вентиляции. Сюда не
включены промышленные системы вытяжной вентиляции, так
как они подробно описаны в т. 8 настоящей серии монографий
«Основы промышленной вентиляции» (Батурин).
2.7.1. Противопожарная вентиляция. В невентилируемом зда-
нии даже небольшой очаг пожара может вызвать быстрое за-
дымление всего здания, что в значительной степени затрудняет
борьбу с пожаром. Выделяющиеся при пожаре горячие газы
поднимаются вверх и скапливаются под крышей. Появляется
возможность самопроизвольного взрыва.
Для очистки воздуха в нижних этажах от дыма в крыше зда-
ния зачастую устанавливают дымовыпускные клапаны, через ко-
торые удаляются горячие газы и пар, выделившийся при дейст-
вии спринклерной системы. При этом облегчаются обнаружение
69
очага пожара и его ликвидация. Такой способ вентиляции неэф-
фективен в зданиях, в которых хранятся огнеопасные материа-
лы и где, таким образом, распространение пламени неизбежно.
Другим недостатком этой системы является то, что создаются
более благоприятные условия для воспламенения соседних зда-
ний. Поэтому в системах вентиляции с дымовыпускными проти-
вопожарными клапанами необходимо, чтобы одновременно с от-
крытием клапанов автоматически включался световой или зву-
ковой сигнал тревоги.
Большая часть дымовыпускных клапанов либо оснащается
регуляторами с плавкими вставками, либо изготовляется из
пластмассы с низкой температурой плавления. В первом случае
система рычагов удерживает клапан в закрытом положении с
помощью припоя с низкой температурой плавления.
Желательно, чтобы при пожаре горячие газы распространя-
лись не горизонтально, а вертикально. Горизонтальное распрост-
ранение газов может быть ограничено огнестойкими экранами,
расположенными с интервалами поперек подкрышного простран-
ства. При наличии таких экранов быстрее срабатывает спринк-
лерная система пожаротушения. Клапаны следует размещать в
самой высшей точке каждой из контролируемых зон так, чтобы
их продольная ось была параллельна коньку крыши. Как пра-
вило, лучше устанавливать несколько небольших клапанов, рав-
номерно размещая их по всей площади крыши, чем один боль-
шой клапан. Такое требование связано с необходимостью по
возможности приблизить клапан непосредственно к зоне пожа-
ра. Кроме того, несколько клапанов в большей степени гаранти-
руют срабатывание противопожарной системы вентиляции, чем
один.
Следует предусматривать возможность ввода в здание холод-
ного воздуха вместо удаляемого горячего. С этой целью необхо-
димо предусмотреть устройство специальных входных отверстий,
причем располагать их нужно по возможности ближе к первому
этажу. Площадь этих отверстий не должна быть меньше общей
площади крышных дымовыпускных клапанов. К отверстиям сле-
дует обеспечивать свободный доступ.
Научно-исследовательская противопожарная станция совме-
стно с фирмой Colt International Ltd начиная с 1959 г. изучает
работу крышных дымовыпускных клапанов по обширной про-
грамме исследований. Результаты этой работы описаны в рабо-
тах [13—16].
2.7.2. Больницы. При проектировании систем вентиляции и
кондиционирования в больницах сталкиваются с двумя основны-
ми проблемами: борьбой с переносом внутрибольничной инфек-
ции и сведением до минимума возможности заболевания сеп-
сисом.
Сепсис — результат попадания в открытую рану бактерий
определенного типа. Еще со времен Пастера и Листера большое
70
внимание уделяется стерилизации хирургического инструмента.
Однако участвующая в операции бригада врачей и сестер оста-
ется возможным источником заражения. Бактерии могут нахо-
диться в полости носоглотки или на септической ране. Наиболее
опасны бактерии золотистого стафилококка. Бактерии этого ти-
па имеют размер порядка 1 мкм и переносятся на частицах пы-
ли большего размера. Поэтому для их улавливания не обязатель-
но использовать фильтры большой эффективности, способные за-
держивать частицы размером менее 1 мкм. Проведенное в
1960 г. в Англии и Уэльсе обследование показало, что сепсисом в
больницах заболевает от 4,7 до 21,8%.
В Великобритании большое число больниц размещено в очень
старых зданиях, в которых операционные оборудованы только
системой вытяжной вентиляции. Вполне понятно, что при такой
системе операционные загрязняются бактериями в результате
подсоса воздуха из соседних помещений. Преимущество приточ-
ных систем вентиляции над вытяжными иллюстрирует рис. 2.9.
Рис. 2.9. Данные отбора проб воздуха в период операции
а — при действии вытяжной вентиляции (скорость осаждения 1.023 колонии на 1 м2); б —
при действии приточной системы вентиляции [18]: / и 2 — соответственно начало и ко-
нец операции. Для перевода в кубометры числа на оси ординат надо умножить на 0,28.
(Прим, перво.)
Средняя концентрация бактерий при приточной системе вентиля-
ции сокращается приблизительно в четыре раза по сравнению с
вытяжной. Чтобы защитить рану от попадания в нее находящих-
ся в воздухе бактерий, следует решить вопрос не только о каче-
стве и количестве приточного воздуха, но также и о характере
его распределения и подвижности, при этом необходимо знать
число и тип источников загрязнения. Основные данные о допу-
стимой концентрации бактерий у операционного стола при раз-
ных видах операций приведены в работах [17—19]. Большое чи-
71
ело научно-исследовательских работ посвящено наиболее эф-
фективному способу распределения воздуха в операционных и
его подвижности. Однако до сего времени каких-либо определен-
ных рекомендаций по этому вопросу нет.
Распределение воздуха по способу «вытеснение сверху вниз»
основано на том, что образующийся у потолка слой нагретого
воздуха опускаясь вниз с минимальной турбулизацией, вытесня-
ет воздух из более низкого уровня. Исследования, проведенные
Блауэром и Крю [18], а также Людвеллом [20], показали, что
этот способ может быть использован наиболее эффективно для
удаления микроорганизмов под операционным столом. Эффек-
тивность воздухораспределения по этому способу в значительной
степени зависит от воздействия конвективных потоков, харак-
теристики приточных потолочных диффузоров и рабочей разно-
сти температур приточного воздуха. Летом, когда требуется ох-
лаждать помещение, этот способ малоэффективен.
Эти же авторы исследовали также способ подачи воздуха
«турбулентным потоком», коренным образом отличающимся от
указанного выше способа воздухораспределения. Воздушные
струи со скоростью 0,2—0,25 м/с направляли вокруг операцион-
ного стола для того, чтобы удалить загрязненный воздух над опе-
рируемой зоной и вблизи нее. Ангус [21] предложил создавать
вокруг оперируемого воздушную завесу, однако этот способ так
и остался неисследованным. Ма [22] предлагает встраивать в
лампу над операционным столом воздушное сопло, а вытяжные
решетки располагать по периметру операционного стола, у его
основания. Кратность воздухообмена в операционной должна со-
ставлять около 20 1/ч.
Регулирование перемещения воздуха во всем комплексе опе-
рационных помещений (операционном блоке) зависит от функ-
циональной взаимосвязи между помещениями. В отчете Совета
по научным исследованиям в области медицины [24] приводятся
следующие рекомендации:
а) помещения операционного блока по транспортным ком-
муникациям и путям перемещения воздуха не должны зависеть
от остальных помещений больницы;
б) помещения операционного блока должны быть располо-
жены последовательно, начиная от вестибюля и предоперацион-
ной и кончая операционной и стерилизационной;
в) персонал операционного блока должен перемещаться из
одного «чистого» помещения в другое, не пересекая незащищен-
ную зону или зоны транспортных коммуникаций, т. е. должны
быть созданы такие условия, чтобы хирург после переодевания
в операционный костюм имел возможность пройти в предопера-
ционную, не пересекая вестибюль;
г) грязные материалы не следует проносить через чистые
зоны операционного блока;
72
д) внутри операционного блока воздух должен перемещать-
ся в направлении от более чистых помещений к менее чистым,
е) системы отопления и вентиляции должны быть безопасны
в эксплуатации и создавать комфортные климатические условия
для больного, хирургов и остального персонала.
В указанном выше отчете приведены также специальные тре-
бования к системам вентиляции операционных. В настоящее вре-
мя общепринятого оборудовать больницы СКВ (см. разд. 8.7).
2.7.3. Плавательные бассейны. В плавательном бассейне си-
стема вентиляции должна обеспечивать подачу необходимого
количества наружного воздуха, разбавлять внутренний воздух
так, чтобы запах от хлорирующих воду агентов поддерживался
на приемлемом уровне, и исключать возможность конденсации
водяных паров. Последнее требование возникает в связи с тем,
что заполняющая бассейн вода с температурой 24—30°С частич-
но испаряется в окружающий воздух приблизительно той же тем-
пературы и, таким образом, является источником влаговыделе-
ний. Этот вопрос усложняется тем, что здание бассейна имеет,
как правило, большую поверхность остекления. Детальный рас-
чет и требования, предъявляемые к системам вентиляции бас-
сейнов, приведены в работах [25, 26]. В настоящем же подраз-
деле освещены только некоторые наиболее сложные вопросы,
требующие более подробного пояснения.
Количество влаги, испаряющейся в бассейне с поверхности
воды, зависит от скорости омывающего эту поверхность воздуха.
Чтобы сократить это количество, скорость воздуха должна быть
небольшой. Следует исключить также возможность возникнове-
ния воздушных потоков, создающих сквозняки. В то же время
поверхность остекления здания бассейна должна обдуваться из-
нутри высокоскоростным потоком воздуха, чтобы усилить испа-
рение влаги с этой поверхности. Холт [25] рекомендует обдувать
одинарное остекление бассейна со скоростью не менее 2,5 м/с.
Это достаточно трудно осуществить при наличии только одной
обшеобменной системы вентиляции, обеспечивающей подвиж-
ность воздуха в бассейне порядка 0,15 м/с. Поэтому рекоменду-
ется устраивать две не зависящие одна от другой системы вен-
тиляции. В связи с отсутствием экспериментальных данных при
проектировании плавательных бассейнов следует руководство-
ваться практическим опытом, накопленным в процессе их соору-
жения. Так, во избежание запотевания световых проемов реко-
мендуется устанавливать оконные витражи с двойным остекле-
нием [26]. По этой же причине, а также для поддержания отно-
сительной влажности в пределах комфортного диапазона норма
расхода приточного воздуха должна составлять (на 1 м2 поверх-
ности зеркала воды) 20,35 л/(с-м2) при двойном остеклении и
25,4 л/(с-м2) при одинарном. Правда, в суровую погоду и при
температуре воды в бассейне 21°С указанные расходы воды не
гарантируют невыпадение конденсата на поверхности окон.
73
(рис. 2.10); струя направлена горизонтально (для высоких и
узких проемов) ; струя направлена снизу вверх (рис. 2.11).
Промышленность выпускает агрегаты для создания воздуш-
ных завес, в которых сочетаются все указанные направления
выпуска воздушной струи. Автоматический контроль степени
нагрева воздуха завесы осуществляется с помощью клапана с
исполнительным механизмом, установленным на трубопроводе
подачи теплоносителя к воздухоподогревателю и регулирующим
Рис. 2.10. Воздушная завеса со струей, направленной сверху вниз
1 — калорифер; 2 — приточная решетка с регулируемыми створками и клапаном; 3 —
смесительно-регулирующий клапан и регулируемая жалюзийная решетка; 4 — место воз-
можного расположения напорной камеры; 5 — регулятор предельного давления; б —
подъемная дверь в опущенном положении; 7 — промывное устройство; 8 — вытяжная
решетка; 9 — фильтр
температуру приточного воздуха в зависимости от наружной
температуры. При периодическом действии воздушной завесы
ее вентилятор включается в действие по сигналу фотоэлемента,
когда открывается дверь.
Воздушная завеса действует эффективно, если приточная
струя равномерно распределена по дверному проему. Поэтому
очень важно правильно подобрать приточную решетку и скорость
выхода из нее воздуха. С этой целью Максимов [32] рекоменду-
ет использовать приточные щелевые насадки, показанные на
рис. 2.12. Для равномерного выпуска воздуха подводящий канал
должен быть переменного попереиного сечения, а приточная
щель должна располагаться в выступающем патрубке, оснащен-
ном направляющими жалюзи. При рециркуляции воздуха (см.
рис. 2.10) размер вытяжной решетки следует рассчитывать на
74
половину значения скорости воздуха в приточной решетке, а
сама решетка должна быть по возможности шире.
Данные для проектирования воздушных завес получены на
основании испытаний. Батурин [33] и Шепелев [28] при обра-
ботке экспериментальных данных исходили из условия взаимо-
Рис. 2.12. Приточный щелевой на-
садок для выпуска воздуха
Рис. 2.11. Воздушная завеса со стру-
ей, направленной снизу вверх (при
h<.И холодный воздух врывается в
помещение)
В — ширина дверного проема
К другим рекомендациям относятся: а) при расчете количест-
ва ассимилированной воздухом влаги точку росы внутреннего
воздуха следует принимать равной самой низкой температуре
поверхности ограждений помещения бассейна; б) приточная и
вытяжная системы вентиляции должны быть сбалансированы
или рассчитаны так, чтобы исключить перенос влаги и запаха в
зону трибун для зрителей; в) рециркуляция воздуха обычно не
применяется.
2.7.4. Воздушно-тепловые завесы. В этом - подразделе дано
описание рабочего способа расчета воздушно-тепловых завес.
Для более подробного ознакомления с этим вопросом рекомен-
дуется обратиться к великолепной работе советского ученого
Батурина (т. 8 настоящей серии монографий — «Основы про-
мышленной вентиляции»), а также к статьям Эльтермана [27],
Шепелева [28], Хейса и Стокера [29], Филда [30]' и Бал-
ла [31].
Воздушные завесы применяют для того, чтобы исключить
врывание в здание холодного воздуха. В одних случаях завесы
действуют непрерывно, а в других периодически. По направле-
нию выпуска приточной струи завесы подразделяются на три
вида: струя направлена сверху вниз — приточные и вытяжные
решетки располагаются по всей ширине дверного проема
75
действия потока теплого воздуха с наружным воздухом. Исполь-
зуя обозначения, показанные на рис. 2.11, можно написать урав-
нение расхода наружного воздуха, прошедшего через дверной
проем при бездействующей завесе (м3/с):
Q0 = BHv0. (2.25)
При включенной завесе расход наружного воздуха уменьшится:
Q = (2.26)
Если эффективная высота воздушной струи равна высоте
дверного проема, то проход наружного воздуха через проем не-
возможен. При ширине приточной решетки b (см. рис. 2.12) рас-
ход приточного воздуха завесы определяется по зависимости
Q, = ----Q,,q~Q— , (2.27)
* Ф (Н/Ь)0-5 + 1
а для вертикальной решетки
О» — Q
=----------------• (2.28)
4 Ф(В/6)0,5+1
Коэффициент завесы Ф зависит от угла выпуска воздушного
потока а и коэффициента турбулентности воздушного потока 0.
Зависимость между Ф и а показана на рис. 2.13. Скорость воз-
духа на выходе из решетки
t>s = Qs/Bb.
Рис. 2.13. Зависимость между
углом выпуска воздушной
струи а, коэффициентом заве-
сы Ф и коэффициентом тур-
булентности струи р при
нижнем 1 и боковом 2 распо-
ложении приточной решетки
Наружный воздух с температурой 0 смешивается с теплым
воздушным потоком с температурой 0S. Таким образом, посту-
пающий в здание воздух будет иметь среднюю температуру (Г
определяемую по зависимости
ТЧ Qs0t + Q0
V = -----------
Qs-f-Q
(2.29)
76
(2.30)
(2.31)
os
2.5 ’
Клауслер [34] на основании испытаний нескольких воздуш-
ных завес получил следующую формулу:
0 Г______h_____
s L (Qs/ioo)1-2
где k\= 1350—1600; Qs — расход воздуха, м3/ч, отнесенный к еди-
нице площади дверного проема;
Ь
U/юо)
где k2= 1600—1850.
Пример расчета. Рассчитать воздушную завесу с горизонталь-
ной решеткой шириной &=,0,15 м для дверного проема высотой
Я = 2,5 м и шириной В = 3 м. Средняя скорость ветра 2 м/с, на-
ружная температура —5°С. Эффективная высота струи h=2 м.
Струя выходит под углом а = 45°. Коэффициент турбулентности
воздушной струи р=,0,2.
Решение. Принимаем температуру струи на выходе из решет-
ки 0з=35°С. Количество воздуха, проходящего через дверной
проем при действующей завесе, определяем по формулам (2.25)
и (2.26):
3 м3/с.
Q = Btfu0(l—-М = 3-2,5-2
\ « /
По формуле (2.27) вычисляем расход приточного воздуха
завесы
=4,1м’/м,
Qo-Q _ 15-3
Ф(Я/6)°*® + 1 = 0,47 (2,5/0,15)
где Ф = 0,47 определен по графику на рис. 2.13 при а = 45° и
₽=0,2.
Скорость воздуха на выходе из приточной решетки
Qs 4-‘ о , ,
v. = —• =----- =9,1 м/с.
1 ВЬ 3-0,15 '
Средняя температура воздуха, поступающего в помещение,
-н QsOs + QO 4,1-35 + 3(- 5)
□ = --------- = -------------- = 1ЙС,
Qs+Q 4,1+3
Правильность расчета может быть проверена по формулам
(2.30) и (2.31):
1350
, 2
L (4,1-3600/2-3,5 100)1’2 J 2,5
(по данным Максимова 0S=35’C);
_ Г___________1600_________ /35_ V.б 1 2 _
“ L (4,1-3600/2-3,5-100)1’5 — [100/ J 2,5 =
= 11,4 м/с (по данным Максимова, ot = 9,1 м/с).
77
Результаты расчета завес по работам русских и немецких
авторов различаются на 20%. Если для Qs может быть подобра-
но соответствующее значение, то для определения 0S и vs мож-
но пользоваться уравнением Клауслера. Расход выходящего из
завесы теплого воздуха зависит от минимальной наружной
температуры и максимальной скорости ветра; для европейских
стран этот расход обычно колеблется в пределах от 0,55 до 1 м3/с
на 1 м2 дверного проема. Клауслер приводит расчетные показа-
тели некоторых типов воздушно-тепловых завес (табл. 2.7).
Таблица 2.7
Показатели воздушно-тепловых завес
Направление струп воздушной завесы Расход возду- ха Q6, м3/с на 1 м2 двер- ного проема Темпера- тура приточ- ного воздуха 8» °C Начальная скорость воздуха м/с Приблизитель- ные теплопоте- ри, кВт на 1 № дверного прое- ма
Горизонтальные струи непре- рывного действия из сопел или узких щелевых насадок 0,3.6—0,55 55—75 15—22 —
Горизонтальные струи непре- рывного действия из несколь- ких щелевых насадков с на- правляющими лопатками, пово- рачивающимися на 25—40° для лучшей защиты от ветра 0,55—1 40—50 7—12 23,5—35.5
Вертикальные струи непре- рывного действия при незначи- тельном поступлении наруж- ного воздуха и эффективном регулировании 0,7—1,25 30—40 4—7 17,8—29.1
Вертикальные струи периоди- ческого действия 0,22—0,42 —' 4-8 4,7—10.6
2.7.5. Автотранспортные туннели. Автомобильные выхлопные
газы содержат вредные вещества. При их высокой концентрации
и отсутствии вентиляции значительно ухудшается видимость в
туннелях. Железнодорожные туннели из-за невысокой интенсив-
ности движения не нуждаются в вентиляции. В автомобильных
же туннелях длиной свыше 900 м необходимо устраивать венти-
ляцию с механическим побуждением. Исключением является
описанный в работе [35] туннель между Ниццей и Турином, в
котором вентиляция отсутствует в связи с небольшой интенсив-
ностью движения и удачным расположением входного проема по
отношению к направлению господствующих ветров, обеспечива-
ющих должную вентиляцию туннеля. Обычно же при естествен-
ной вентиляции добиться приемлемых параметров воздуха в тун-
неле не представляется возможным.
Расчет необходимого количества приточного воздуха базиру-
ется на поддержании допустимой концентрации окиси углерода
78
СО. Анализ выхлопных газов показывает, что содержание в них
СО меняется в зависимости от скорости движения автомобиля и
уклона дороги. В табл. 2.8 приведены данные о составе и допу-
стимой концентрации различных веществ, обнаруженных в вы-
хлопных газах бензиновых и дизельных двигателей.
Таблица 2.8
Состав и допустимые концентрации выхлопных газов [36]
Вещество Содержание в выхлопных газах, ч. на 1 млн Допустимая концентрация в туннеле, ч. на [ млн Необходимая степень раз- бавления
Бензиновые двигатели
СО 30 000 100 300
со2 132 000 5000 26
Альдегиды 40 5 8
Формальдегиды 7 5 1,4
Окиси азота 600 5 120
Двуокись серы 60 10 6
Дизельные двигатели
СО 200—1000 109 2—10
со2 90 000 .5000 18
Альдегиды 20 5 4.
Формальдегиды 11 5 2Д
Окиси азота 400 5 80
Двуокись серы 200 10 20
Как видно из табл. 2.8, наибольшая степень разбавления со-
ответствует окиси углерода, выделяемой бензиновыми двига-
телями.
Аткинсон [36] считает, что одним автомобилем выделяется
0,71 л/с (7,1 • 10-4 мэ/с) окиси углерода. Чтобы разбавить СО до
0,025% (250 ч. на 1 млн), в туннеле с двухполосной проезжей
частью при расстоянии между движущимися автомашинами око-
ло 30 м, требуется подать 0,18 м3/с воздуха на 1 м длины тунне-
ля. Обычно для расчета это значение принимают с 25%-ным за-
пасом. Если туннель используется также для пешеходов или же
для пропуска низкоскоростных транспортных средств, то и эту
расчетную величину принимают с некоторым запасом.
В связи с большими объемами приточного воздуха, вводимого
в туннель (например, 225 мэ/с для тысячеметрового туннеля с
двухполосной проезжей частью), появилась необходимость в на-
иболее эффективных вентиляционных системах. При расчете
вентиляционных систем следует учитывать возможность эжекти-
рования движущимся транспортом потока приточного воздуха,
скорость которого может достигать 20—30% от скорости движе-
ния транспорта. При известном графике интенсивности движения
79
для того чтобы исключить подачу излишнего объема вентиляци-
онного воздуха, можно применять вентиляторы с переменной ча-
стотой вращения. Аткинсон [36] и Пёрсал [37] приводят описа-
ние нескольких типов воздухораспределительных систем.
2.7.6. Подземные автостоянки и гаражи. Состояние воздуш-
ной среды в подземных сооружениях, гаражах и подземных за-
крытых автостоянках площадью более 1800 м2 остается относи-
тельно неизменным. В этих помещениях вентиляция нужна для
того, чтобы ограничить концентрацию паров нефти в воздухе
нижним пределом воспламенения (по Лейну [38], эта величина
составляет 1% от объема воздушно-нефтяной смеси), а также
концентрацию окиси углерода до 100 ч. на 1 млн. Как правило,
если количество вводимого воздуха рассчитано на удовлетворе-
ние последнего требования, то возможность образования взры-
во- и пожароопасной смеси сводится до минимума.
При расчете количества приточного воздуха необходимо ус-
тановить наиболее вероятное количество действующих двигате-
лей автомашин N. Затем, зная среднее количество СО, выделяе-
мого одной автомашиной (7,1 • 10-4 м3/с), определяем по формуле
(2.2) необходимый расход наружного воздуха Q. Допустимая
концентрация СО составляет 1 ч. на 10 000. Отсюда если принять
Ci и Со равными нулю и t=.oo, количество приточного воздуха
составит: Q= 10 000 (7,1 • 10~4 А7)/1 т. е. Q = 7,l м3/с на одну ав-
томашину с работающим двигателем.
Места удаления отработанного воздуха следует принимать
так, чтобы исключить возможность скопления выхлопных газов.
Рекомендуется одну треть количества воздуха удалять из верх-
ней зоны, а остальное количество — из нижней.
2.7.7. «Чистые помещения». Исследования космического про-
странства стимулировали развитие технологии так называемых
«чистых» помещений. Эти помещения играют большую роль в
фармацевтической, электронной и микробиологической промыш-
ленности, не говоря уже о различных научно-исследовательских
лабораториях.
Первые чистые помещения появились в пятидесятых годах.
Схема вентиляции таких помещений ничем не отличается от
обычной: воздух пропускается через фильтры грубой очистки
или форсуночные камеры и с высокой скоростью вводится в по-
мещение через решетки в верхней зоне и удаляется из нижней
зоны. После 1960 г. получили развитие чистые помещения с
турбулентным потоком воздуха, поступающим через потолочные
воздухораспределители в виде завихренных струй. Частицы
пыли вовлекаются в этот поток и затем оседают на ограждающих
и других поверхностях. В 60-е годы в чистых помещениях стали
использовать рабочую одежду из искусственного волокна, двер-
ные тамбуры, устройства для очистки обуви и другие меры за-
щиты воздуха от загрязнения.
80
Наибольший прогресс в этой области связан с появлением
высокоэффективных воздушных фильтров (НЕРА) из смеси
стекловолокна с асбестом, способных улавливать 99,97% ча-
стиц диаметром 0,3 мкм и выше, а также систем воздухораспре-
деления с подачей приточного воздуха через потолок (например,
через перфорированные панели) и удалением через пол. Таким
образом, в противовес чистым помещениям с турбулентным по-
током воздуха появились чистые помещения с ламинарным воз-
душным потоком. В эти помещения воздух вводится горизон-
тальным потоком со скоростью 0,25—0,5 м/с из одной стены, со-
ставленной из высокоэффективных фильтров и выполняющей
роль приточного устройства, и направляется к месту вытяжки у
противоположной стены. Установлено, что более равномерная
степень очистки достигается при вертикальном ламинарном по-
токе воздуха, хотя в этом случае площадь встроенных в потолок
фильтров больше, чем при горизонтальном ламинарном потоке, и
фильтры обходятся дороже. Холл [39] считает, что в чистых по-
мещениях этого типа необязательно применять специальную
одежду и дверные тамбуры.
Для сокращения эксплуатационных затрат и снижения на-
грузки на высокоэффективные фильтры рекомендуется устанав-
ливать перед ними фильтры предварительной очистки. Несом-
ненно, как в самих фильтрах, так и между ячейками не должно
быть зазоров для прохода неочищенного воздуха. Кроме того,
эти фильтры следует регулярно испытывать на пропуск диок-
тилфталата. По стандартам США чистые помещения в зависи-
мости от содержащейся в воздухе пыли подразделяются на три
класса (табл. 2.9).
Таблица 2.9
Классификация помещений в зависимости от содержания в воздухе пыли,
бактерий и спор
Класс — коли- чество пыли- нок размером 0,5 мкм Тип помещения Количество пылииок в 1 м3 воздуха Число бакте- рий и грибко- вых спор в 1 и3 воздуха
Не более 3,57-106 Открытый цех Операционная Чистое помещение с турбулент- . ным потоком воздуха Чистое помещение с горизон- тальным ламинарным потоком воз- духа (3—10) 10б (0,3—18) 10s (0,3—18) 10s 300—3000 70—2000 70—2000
Не более 3,57-105 350—30 000 0,3—2000
Не более 3,57-103 Чистое помещение с вертикаль- ным ламинарным потоком воздуха 350—3500 0,3—8
81
2.8. ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ
В СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ
И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
Комитет по противопожарной профилактике систем вен-
тиляции и кондиционирования воздуха основан в 1963 г. Ниже
даны некоторые рекомендации, разработанные этим комитетом
для систем со стальными воздуховодами.
2.8.1. Изоляционные материалы для воздуховодов. Материа-
лы для изоляции воздуховодов должны обладать огнестойкостью,
минимально способствовать распространению пламени, в услови-
-ях пожара выделять минимальное количество газов (не следует
в качестве изоляции использовать пробку из-за большого количе-
ства дыма, выделяющегося при ее сгорании).
Приемлемы материалы, которые в соответствии с требовани-
ями Британского стандарта 476 (ч. 1, разд. 1) относятся к несго-
раемым, либо несгораемые материалы со сгораемым покрыти-
ем толщиной не более 0,8 мм, относящиеся по степени распрост-
ранения пламени к классу 1 (Британский стандарт 476, ч. 1,
разд. 2). Любые другие материалы должны быть подвергнуты
испытанию на Противопожарной исследовательской станции для
определения их способности к распространению пламени.
2.8.2. Огнезадерживающие клапаны. Для локализации пожа-
ра Комитет рекомендует:
а) вертикальные каналы, не покрытые материалом, огнестой-
кость которого по крайней мере такая же, как строительных кон-
струкций здания, следует оборудовать огнезадерживающпмп
клапанами в тех местах, где каналы проходят через междуэтаж-
ное перекрытие, а также на каждом этаже, где к основному ка-
налу подсоединяются подводящие и отводящие ответвления:
б) огнезадерживающие клапаны необходимо устанавливать в
местах прохода каналов через перегородки;
в) вентиляционные камеры должны быть из материала, ог-
нестойкость которого по крайней мере такая же, как у прилега-
ющих конструктивных элементов здания;
г) строительная конструкция из сгораемых материалов не
может находиться ближе 7,5 мм от поверхности металлических
воздуховодов, если эти воздуховоды не имеют соответствующего
огнезащитного покрытия.
Огнезадерживающие клапаны следует изготавливать из ста-
ли толщиной не менее 1,7 мм. Эти клапаны удерживаются в от-
крытом положении плавкими вставками, которые срабатывают
при температуре 68°С. Огнестойкость всей конструкции клапана
должна быть не меньше, чем строительной конструкции, через
которую проходит воздуховод. Показатель огнестойкости одиноч-
ных клапанов должен быть не менее 2 ч. Если требуется, чтобы
клапан противостоял огню больший период времени, устанавли-
82
вают сдвоенные клапаны — по одному с каждой стороны ограж-
дающей конструкции.
Системы вентиляции, обслуживающие зоны здания, больше
всего подверженные возможности возникновения пожара (гара-
жи, трансформаторные, аккумуляторные и кухни), должны быть
независимы по отношению к системам, обслуживающим другие
зоны здания.
В герметичных зданиях часть окон необходимо выполнять
открывающимися. Предлагается, чтобы общая площадь откры-
ваемых окон составляла £5% от площади пола, причем эти ок-
на следует располагать так, чтобы через них можно было очи-
стить помещение от дыма в результате сквозного проветривания.
2.8.3. Гибкие соединения и патрубки. Гибкие вставки умень-
шают передачу вибрации и обеспечивают компенсацию тепло-
вого удлинения или сжатия воздуховодов. Гибкие патрубки обыч-
но располагают на участках присоединения воздуховодов к вен-
тиляционной установке или концевому вентиляционному обору-
дованию. В связи с тем что гибкие вставки размещены в разных
местах, к ним предъявляют неодинаковые противопожарные тре-
бования. Гибкие вставки должны быть из материала, обладаю-
щего высокой огнестойкостью. Так как пламя может попасть в
систему воздуховодов через конечный участок вентиляционной
сети, минуя гибкий патрубок, материал для изготовления этого
патрубка может и не обладать высокой огнестойкостью.
Длина гибких вставок не должна превышать 0,25 м, а сами
патрубки следует изготавливать или покрывать материалом,
время проникания пламени через который составляет 15 мин и
более при испытании в соответствии с методикой Британского
стандарта 476 (ч. 1, разд. 3). Не следует пропускать гибкие па-
трубки через стены, перегородки и полы. Длина гибких патруб-
ков не должна превышать 3,5 м. Материал, из которого изготов-
лен патрубок, по скорости распространения пламени должен
быть не ниже 1-го класса. Гибкие патрубки не следует распола-
гать в особо пожароопасных помещениях.
2.9. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Houghten, F. С., and Yaglou, С. Р., Trans. Am. Soc. Heat. Vent. Engrs,
29. 163 (1923).
2. Grandjean, E., Gesundheits Ingenieur. 84, (12), 362 (1966).
j. Ushkov, Build International, October, 37 (1969).
4. Summer, W., J. Instn Heat. Vent. Engrs, 32. 229 (1966).
5. Plaistowe, D. W., J. Instn Heat. Vent. Engrs. 32, 397 (1965).
5. Chrenko, F. A., Proc. Meeh. Eng., 182, 3E, 13 (1967).
7. Martin, P. L. M., J. Instn Heat. Vent. Engrs, 38, 99 (1970).
8. Jones, W. P., J. Instn Heat. Vent. Engrs. 31, 218 (1963).
83
9. Vise, A. E. F., et al., The Architects Journal, 141, 1185 (May 1965)'.
10. Hospital Engineering Research Unit Report No. 1, BRS Research Se-
ries 4, 1964.
11. Den Ouden, H. P. L., Publication No. 200, Research Institute for Public
Health Eng., Delft, 1963.
12. Jackman P. J., H. V. R. A. Laboratory Report, No. 53, 1969.
13. Thomas et al., Technical Paper No. 7, Fire Research Station, 1963.
14. Thomas et al., Technical Paper No. 10, Fire Research Station, 1965.
15. Langdon-Thomas, G. J., and Hinkley, P. L., Fire Note No. 5, Fire Re-
search Station, 1965.
16. Leworthy, L. R„ Power and Works Engineering (April 1967).
17. Bourdillon, R. B., and Colebrook, L., Lancet, i, 561, 601 (1946).
18. Blowers, R. and Crew, B., J. Hyg. Camb., 58, 427 (1960).
19. Kundsin, R., Canadian Hospital, 38, (5) (1961).
20. Lidwell, О. M., J. Hyg. Camb., 58, 449 (1960).
21. Angus, T. C., Hospital Engineer (September 1959).
22. Ma, V. Y. M., Associateship Thesis, National College for Heating, Ven-
tilating, Refrigeration and Fan Engineering, London, 1960.
23. Ma, V. У. M., J. Instn Heat. Vent. Engrs, 33, 165 (1965).
24. Lidwell, О. M. and Blowers, R., J. Instn Heat. Vent. Engrs, 30, 320
(1962).
25. Holt, J. S. C„ J. Instn Heat. Vent. Engrs, 31, 260 (1963).
26. Doe, L. N., et al., J. Instn Heat. Vent. Engrs, 35, 261 (1967).
27. El’terman, V. M., Air Curtains, Mashgiz, 1961.
28. Shepelev, I. A., Air Curtains, Izd. Byuro Novoi Tekhniki, 1947.
29. Hayes, F. C., and Stoecker, V. F., Trans. Am. Soc. Heat. Refrig. Air-
Condit. Engrs, 75, II, Paper 2121, 168 (1970).
30. Field, A. A., Personal Communication, 1970.
31. Bull, L. C., Personal Communication, 1970.
32. Maximov, G. A., J. Instn Heat. Vent. Engrs, 29, 24 (1961).
33. Baturin, V. V., Fundamentals of Industrial Ventilation, Pergamon Press,
1970.
34. Klausler, J., J. Instn Heat. Vent. Engrs, 29, 269 (1961).
35. Andrae, C., Leeman Editeur (Zurich) (November 1949).
36. Atkinson, F. S., et al., J. Instn Heat. Vent. Engrs, 30, 196 (1962).
37. Pursall, B. R., Personal communication.
38. Lane, A. F., J. Instn Heat. Vent. Engrs, 25, 48 (1957).
39. Hall, L. B., Science Journal, 41 (April 1970).
40. Inst. Heat. Vent. Engrs (Cuide, 1970).
41. Budding Research Digest, 34 (1951).
Глава 3
СВОЙСТВА ВОЗДУХА И ОСНОВЫ
ПСИХРОМЕТРИИ
3.1. СОСТАВ ВОЗДУХА
Слой воздуха, окружающий землю, представляет собой
смесь следующих газов (% по объему): азота — 78,084, кислоро-
да— 20,496, аргона — 0,934, двуокиси углерода — 0,033 (содер-
жание этих газов дается с точностью до третьего знака), нео-
на— 0,0018, водяных паров — 0,001, гелия — 0,00053, крипто-
на— 0,0001, метана — 0,0001, а также водорода — 0,00005, окис-
лов азота — 0,00003, ксенона — 0,000008, озона — 0,000001 (его
доля возрастает с высотой), радона — 0,6ХЮ-18 (его доля умень-
шается с высотой). В очень малых и меняющихся количествах
присутствуют также аммиак, двуокись серы, окись углерода.
Кислород и азот содержатся в практически постоянных количе-
ствах (колебания составляют 0,004%), концентрации других
газов меняются существенно.
Вблизи поверхности земли в воздухе содержатся загрязне-
ния в виде пыли, бактерий, вирусов, смога, дымовых газов и хи-
мических выделений. Большая часть пылинок имеет диаметры
от 10-2 до 10-4 см. Типичные концентрации пыли, выраженные в
количестве частиц в 1 см3, таковы: в крупных и малых городах
50 000, в деревнях 10 000, в горных и лесистых местностях 1000.
Вопросы очистки воздуха от пыли рассмотрены в т. 9 настоящей
серии монографий.
Под термином «кондиционирование воздуха» подразумева-
ется обеспечение чистоты и термодинамических качеств воздуха
в соответствии с требованиями, предъявляемыми к данным по-
мещениям. Для понимания основ процессов кондиционирова-
ния воздуха необходимо знать поведение и физические свойства
воздуха.
3.2. ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
В КОНДИЦИОНИРОВАНИИ ВОЗДУХА
Газ можно рассматривать состоящим из молекул, кото-
рые движутся в случайном порядке и ведут себя как твердые
эластичные шары. Эта идея лежит в основе кинетической теории
газов. Давление понимается как средняя сила ударов молекул
о стенки сосуда, в котором заключен газ. Можно показать, что
если V—объем газа, то Р V = const. Бойль вывел это положение
экспериментально до того, как была создана кинетическая тео-
85
рия газов. Если газ сжат в трубе при постоянной температуре,,
то изотермы проходят так, как показано на рис. 3.1. При сжатии
ниже критической точки на критической изотерме возможно-
сжижение газа. Пунктирные кривые представляют собой грани-
цы областей сжижения и испарения, встречающиеся в критиче-
ской точке. Внутри области, образованной пунктирными линия-
Рис. 3.:. Изотермы для двуокиси углерода [17, 18]
I — линия ожижения; 2 — критическая изотерма; 3 — кривая испарения
ми и осью абсцисс, могут сосуществовать пар и жидкость. Вы-
ше критической точки одним изменением давления газ нельзя
превратить в жидкость. Критическая изотерма играет роль де-
маркационной линии между газами и парами. Согласно закону
Бойля, между давлением и объемом существует гиперболиче-
ская зависимость. Рис. 3.1 свидетельствует, что это приблизи-
тельно верно для фазы ненасыщенного пара и для газа, находя-
щегося под низким давлением. Энергию молекул определяет
абсолютная температура Т. Если температура газа растет, то
увеличивается кинетическая энергия системы. Можно показать,
что при этом справедливо уравнение PVfT=const. Газы, которые
точно следуют этим законам, называют совершенными или иде-
альными. Законы идеальных газов справедливы при следующих
условиях:
86
а) объем собственно молекул пренебрежимо мал по сравне-
нию со всем объемом, занимаемым газом;
б) влияние межмолекулярных сил ничтожно.
На практике, особенно при высоких давлениях и для газов
со сложной молекулярной структурой, указанные условия не
соблюдаются и имеются отклонения от законов идеального газа,
которые характеризуются коэффициентом сжимаемости г=
= PVIRT. Обобщенный график изменения коэффициента сжи-
маемости дан на рис. 3.2 [1]. Ряд ученых предпринял усилия
для вывода уравнения, связывающего давление, объем иля тем-
пературу жидкой, паровойV газовой фаз [2—12].
Рис. 3.2. Обобщенная диаграмма сжимаемости для различных газов
/ — метан; 2 — этилен; 3 — этан; 4— пропан; 5—бутан; б — изопентан; 7 — гептан: 3 —
азот; 9 — двуокись углерода; 10— водяной пар. Сплошные линии относятся к углеводоро-
дам; Тг = ТГТс~Рт = Р1Рс
При кондиционировании воздуха имеют дело с атмосферным
воздухом, который представляет собой смесь газов и водяных
паров. Если в сосуде содержатся различные идеальные газы,
которые не вступают друг с другом в химическую реакцию, то
давление смеси подчиняется закону Дальтона [13], согласно ко-
торому результирующее давление представляет собой сумму
давлений, оказываемых каждым из газов, если бы он один за-
полнял сосуд. При высоких давлениях различные газы начинают
влиять друг на друга и закон Дальтона не соблюдается. Примем,
что закон Бойля справедлив для каждого газа в смеси
2 PiVi= Р V.
1=1
87
Тогда каждый из газов будет распространяться в простран-
I =п
стве так, что 17, = К2 = Vn=V и, следовательно, 2р,=Р, т. е. об-
щее давление будет равно сумме парциальных давлений. Стати-
стическая механика показывает, что этот закон пригоден для эн-
тальпии и энтропии, но силы межмолекулярного взаимодейст-
вия различных составляющих ограничивают его справедливость.
Многие ученые предлагали различные модификации закона
Дальтона, но ни одна из них не пригодна для успешного решения
проблем, связанных с использованием газов и паров. Развитие
статистической механики сделало возможным развитие теории,
с помощью которой можно предсказывать термодинамические
свойства смесей газов. Применяя эти идеи для определения тер-
модинамических характеристик влажного воздуха, его состав-
ляющие— сухой воздух и водяные пары — рассматривают раз-
дельно [14—16]. Сухой воздух имеет критическую температуру
— 141°С и при нормальной комнатной температуре может счи-
таться газом. Водяные пары имеют критическую точку 374°С и
при нормальных комнатных температурах могут конденсиро-
ваться и испаряться (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Изотермы для водяного пара а и сухого воздуха б
/ — критическая точка, давление 221-102 кПа; 2 — критическая изотерма-1-374°С; 3 —
кривая испарения; 4—изотерма водяного пара при нормальной комнатной температуре;
5 — кривая конденсации; 6 — критическая точка, давление 38-102 кПа; 7 — изотерма для
сухого воздуха при нормальной комнатной температуре; 8 — критическая изотерма
—141вС; 9 — кривая ожижения; 10 — кривая насыщенного пара
Значение выражения PVfT зависит только от природы и ко-
личества газа. Так, для массы газа т, имеющего удельную газо-
вую постоянную С, PV /Т=тС. Значение С для данного газа мо-
жет быть найдено подстановкой стандартных условий давления,
объема и абсолютной температуры. Количество газа, масса ко-
торого в килограммах равна молекулярной массе М, называет-
ся килограмм-молекулой. Например, 1 кмоль кислорода равен
32 кг. Произведение СМ имеет одно и то же значение для всех
газов и именуется универсальной газовой постоянной R.
88
Поскольку PVIT=mC, PV/T—m-^, но m!M = n — количе-
ству молей газа. Поэтому Р1Т=пР. Для одного моля газа PVIT =
= R.
3.3. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ
Состояние вещества определяется его удельным объемом,
температурой или давлением. Изменения состояния и фазовые
переходы происходят при постоянных давлении и температуре.
На рис. 3.4 показана фазовая диаграмма, построенная в коор-
динатах РТ, отражающая взаимозависимость этих переменных
при фазовых переходах. В критической точке жидкая и газооб-
разная фазы становятся неразличимыми и свойствами обеих фаз
идентичными.
Линия сублимации (или линия инея в случае водяных паров
над льдом) и линия кипения (конденсации) образуют
кривую давления паров. Жидкость, находящаяся в равновесии
с паром, называется насыщенной жидкостью; пар, находящийся
в равновесии с жидкостью, называется насыщенным паром. Пе-
реохлажденная жидкость и перегретый пар характеризуются
Рис. 3.4. Схема фазовой диаграм-
мы
/ — линия сублимации; 2 — кривая за-
мерзания; 3 — кривая кипения; 4 —
критическая точка; 5 — тройная точка.
Пунктирные линии относятся к воде
соответственно точками х и у, лежащими выше и ниже линии
кипения.
При фазовых переходах температура вещества остается поч-
ти постоянной и энергия, необходимая для осуществления про-
цесса, называется скрытой теплотой испарения, если процесс
происходит при температуре ниже точки кипения; скрытой теп-
лотой парообразования, если процесс происходит при темпера-
туре кипения; скрытой теплотой плавления, если процесс проис-
ходит при температуре замерзания; скрытой теплотой сублима-
ции, если происходит процесс перехода от твердого состояния в
газообразное. Поскольку значения плотности вещества в двух
различных фазах сильно отличаются, обмен энергией между
двумя фазами происходит в результате массопереноса.
89
Для объяснения процессов можно воспользоваться харак-
тером движения молекул. Ниже рассмотрены процессы испаре-
ния и конденсации, которые особенно важны при кондициониро-
вании воздуха. Представим жидкость со свободной поверхно-
стью. Молекулы в жидкости более тесно «упакованы», чем в га-
зе, так что их случайные перемещения более ограничены. Неко-
торые молекулы у поверхности имеют достаточную кинетиче-
скую энергию для того, чтобы покинуть жидкость в виде моле-
кул пара. Энергия для фазового перехода подводится в виде скры-
той теплоты испарения, которая отбирается от жидкости, вызывая
ее испарительное охлаждение. Если пространство замкнуто, то с
увеличением плотности молекул пара возрастет его давление.
Некоторые молекулы имеют достаточную энергию для возвра-
щения к жидкости, и поэтому устанавливается динамический
обмен молекулами. Если преобладает выход молекул из жидко-
сти, то происходит испарение, а в обратном случае — конденса-
ция. Если устанавливается равновесие, т. е. количество освобож-
дающихся молекул равно количеству возвращающихся, то пар
становится насыщенным. Равновесие может быть нарушено из-
менением температуры жидкости или воздуха, что влияет на
кинетическую энергию систем.
Молекулы пара в воздухе вызывают давление. Если пар на-
сыщен. то его парциальное давление называют давлением насы-
щенного пара. Оно зависит только от температуры воздуха. Из-
менения температуры влияют на молекулы пара и на сухой воз-
дух, поэтому влажный воздух можно рассматривать как состоя-
щий из перегретого газа и газа.
3,4. СВОЙСТВА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
3.4.1. Молекулярная масса. Средняя молекулярная масса
сухого воздуха может быть рассчитана на основании данных
табл. 3.1.
Таблица 3.1
Молекулярные массы составных частей воздуха
Газ % по объему Молекулярная масса
Азот 78,084 28,02
Кислород 20,946 32.
Двуокись углерода 0,033 44
Аргон 0,934 39,91
М = 0,78084 -28,02 4- 0,20946-32 + 0,0033-44 + 0,00934-39,91 =
= 28,9603. Молекулярная масса водяных паров равна 18,02 (мо-
лекулярная масса водорода равна 2,02).
90
3.4.2. Газовые постоянные. Удельную газовую постоянную су-
хого воздуха можно найти при подстановке стандартны:: ус-
ловий температуры, давления и плотности в формулу С = р рТ.
р=.1,013-105 Па; р=1,2 кг/м3 при 20°С; 7 = 293 К. Поэтому С=
=288 Н • м/(кмоль• К) или Дж/(кмоль• К).
Отсюда универсальная газовая постоянная /? = 288-28.9603 =
= 8,34-103 Дж/(кмоль-К) =8,34 кДж/(кмоль-К). Для водяного
лара С = 8,34-103/18,02 = 463 Дж/(кмоль- К).
В других источниках указывается, что R = 8,314 кДжДкмольХ
ХК). Это расхождение объясняется тем, что при расчете М для
сухого воздуха учтено непостоянство величин СО2 и аргона.
3.4.3. Давление пара. Его можно рассчитать по выражению
Ps = P*ss — CPo (6 — 6'). (3.1)
где р, — давление пара, Па; pss —давление насыщенного пара при темпе-
ратуре мокрого термометра, Па; ро—атмосферное давление, Па; О —тем-
пература по мокрому термометру, °C; 0 — температура по сухому термомет-
ру, °C.
Постоянная С имеет значения, указанные в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Значения С
Температура по мокрому термометру
Термометр >o°c co*-:
Экранированный 7.99-10-1 7.2- :c-'
Пращевой 6,66-io-1 O..94- :c-*
3.4.4. Точка росы. Если атмосферный воздух постепенно ох-
лаждать, то при определенной температуре начнется конденса-
ция содержащейся в воздухе влаги. Эту температуру называют
точкой росы. При ней водяной пар насыщает воздух, что объяс-
няется падением давления насыщения со снижением темпера-
туры.
3.4.5. Влагосодержание. Влагосодержание— это содержание
водяного пара на единицу массы сухого воздуха. Из уравнения
состояния следует:
для сухого воздуха
PaVa = 7TRT«'
Ма
для водяного пара
psvs= тг RTS.
ms
Отсюда влагосодержание
PsMs
g = — = —— •
ma Pa Ma
91
21
Поскольку воздух и водяной пар имеют одинаковый объем,
18,02 ps ps
g =----- ---= U, .
28,96 ра Ра
Обозначая барометрическое давление через р0 и используя
закон Дальтона Po=pa+ps, получаем, кг воды/кг с.в.
р«
g= 0,622 —. (3.2>
Ро — Ps
3.4.6. Относительная влажность и процентное насыщение. От-
носительной влажностью называют отношение парциального дав-
ления водяных паров при определенной температуре к давлению
насыщенного пара при той же температуре (%):
Рс
Ф = — 100. (3.3>
Ps S
Термином процентное насыщение (ц) условились называть
понятие, по смыслу очень близкое к понятию относительная
влажность. Выражение для ц можно получить следующим об-
разом. Пусть влагосодержания ненасыщенного и насыщенного
воздуха соответственно описываются уравнениями:
____ Ms _____ps . __Ms s ____Ps s
gS~Ma (Pt-Ps) : 8ss~ Ma (Po-Pss)
Тогда процентное насыщение
Ms Ps / Po — Ps s \
-^-ioo = —- — ——loo.
gs s s Ps s \ Po Ps /
В первом приближении можно считать молекулярные массы
воздуха обоих состояний равными, тогда
р = —Ю0 = ФР|> —Pss . (3.4)
gs s Po Ps
3.4.7. Объем влажного воздуха. Объем единицы массы сухого
воздуха и содержащегося в нем водяного пара называется объе-
мом влажного воздуха. Каждый из компонентов смеси оказыва-
ет свое парциальное давление в общем объеме. Можно восполь-
зоваться законом идеального газа для обоих компонентов, по-
скольку сумма парциальных давлений равна общему давлению
воздуха.
Для сухого воздуха
_ maRTa
Ра~ MaV ’
для водяного пара
_ msRTs
Ps~ MSV ’
Объем влажного воздуха может быть подсчитан по любому
из этих выражений.
3.4.8. Депрессия1 температуры по мокрому термометру. Ес-
ли баллон термометра обернуть чехлом из влажного муслина,
то возникает перепад давлений водяных паров между воздухом
помещения и воздухом у поверхности чехла (за исключением
случая, когда воздух в помещении насыщен). При относительной
влажности менее 100% происходит испарение с поверхности
муслинового чехла и, поскольку тепло для испарения отбирает-
ся от баллона, температура на термометре снижается. В устано-
вившемся состоянии эта температура называется температурой
мокрого термометра. При полном насыщении окружающего воз-
духа она равна температуре по сухому термометру, а при нена-
сыщенном воздухе — ниже Температуры по сухому термометру.
Разность температур сухого и мокрого термометров называют
депрессией мокрого термометра. Эту разность можно использо-
вать как меру относительной влажности, поскольку она возраста-
ет с уменьшением парциального давления пара в окружающем
воздухе.
Закон диффузии Фика гласит:
D д ps
т = — --- .
СТ дх
Здесь т — массовый расход водяного пара, кг/(м2-с); С — удельная газо-
вая постоянная, Н-м/с(кг-К); Т — абсолютная температура, К; D — коэф-
фициент диффузии, м27с; дра)дх — градиент давления пара — движущая
сила переноса пара, Па/м.
Различные материалы характеризуются коэффициентами со-
противления диффузии цр. Тогда для твердого тела закон Фика
приобретает вид
D ldps\
т =------ |---1 .
Но С Т \ д X J
[Величина DlpDCT носит название проницаемости или диффу-
зионности, кг-м/(Н-с)].
Приняв постоянным и проинтегрировав последнее выра-
жение по толщине тела I, у поверхностей которого давления
пара составляют соответственно pSl и pS2, получаем
Р I Psi Psi
m =---------------
Pd P T \ I
[Величину DIpuCTl называют проводимостью].
Массовый расход пара, движущегося от воздуха к поверх-
ности тела,
m = —(Ps-Р), (3.5)
1 Этот термин равнозначен термину «психрометрическая разность тем-
ператур». (Прим, перев.)
93
ратуре содержит явное тепло сухого воздуха, явное тепло водя-
ного пара, скрытое тепло испарения и тепло перегрева водяного
пара. Сумма этих четырех составляющих называется удельной
энтальпией (/i) или иногда полным теплом или теплосодержани-
ем. В практике Великобритании удельная энтальпия отсчитыва-
ется от 0°С, а для того чтобы избежать расчета явного тепла
воды при каждом давлении водяного пара, считается, что вся
вода испаряется при 0°С. Энтальпию всегда относят к единице
массы сухого воздуха. Таким образом,
А — со (0 — 0О) -f- g [cs (0 — 0О) -j- L],
(3.14)
где Л — энтальпия при температуре выше О °C, кДж/кг сухого воздуха (с. в.);
со — удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении и
0°С (равная 1,01 кДж/(кг-°С); с, — то же, водяного пара при постоянном
давлении и 0°С [равная 1,89 кДж/кг-°С)]: 0 — температура воздуха выше
0о=О°С; g— влагосодержание воздуха, кг/кг с. в.; L — скрытая теплота
испарения при 0 °C (2501 кДж/кг).
Подставляя эти значения в уравнение (3.14), можно полу-
чить (кДж/кг с. в.)
й = 1,01 0 + g (1,89 0 + 2501). (3.15)
3.4.10. Термодинамическая температура по мокрому термо-
метру. Представим адиабатный процесс (рис. 3.5), при котором
воздух отдает явное тепло в
количестве, равном поступле-
нию скрытого тепла. Точка S
характеризует состояние на-
сыщения. Этот процесс можно
описать балансовым уравне-
нием
1,01 (0₽-0s) + 1,89 (0fl-0s)(£s-
— gR ) = (gj — gR ) (3.16)
Температуру 0S называют
температурой адиабатного на-
сыщения или термодинамичес-
кой температурой по мокрому
термометру. Эту температуру
не следует путать с измеряемой
температурой по мокрому тер-
мометру, рассмотренной в разд. 3.4.8. Температура адиабатного
насыщения может быть получена только из уравнения адиабат-
ного теплообмена. Для сухого воздуха и водяного пара числен-
ные значения этих температур случайно одни и те же, а для
других газовых смесей различаются. Уравнение (3.16) можно
записать в следующей форме:
gt-gR _ С
0^ 05 L
(3.17)
где с — удельная теплоемкость влажного воздуха.
96
Можно также показать, что
где g— влагосодержание ненасыщенного воздуха при температурах по сухо-
му 0 и мокрому 6' термометрам, протекающего над бесконечной влажной
поверхностью и достигающего полного насыщения; Le — критерий Льюиса
[уравнение 3.10].
Для паровоздушной смеси критерий Льюиса практически
равен единице, так что уравнение (3.18) идентично уравнению
(3.17) и температура по мокрому термометру 0S практически
равна температуре адиабатного насыщения 0'.
3.5. ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
ПСИХРОМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ
Свойства влажного воздуха представляются в виде
таблиц и диаграмм.
3.5.1. Психрометрические таблицы. Общество инженеров по
отоплению и вентиляции опубликовало таблицы психрометриче-
ских данных, подсчитанных для барометрического давления
1,013-102 кПа и температур по сухому термометру от —-5 до
Ч-60аС. В табличные данные надо вносить поправки на высоту
над уровнем моря. В табл. 3.3 представлен фрагмент таблиц (за
предоставление этого материала авторы выражают призна-
тельность Обществу).
3.5.2. Психрометрическая Диаграмма и диаграмма Молье. На
практике инженеры предпочитают пользоваться психрометриче-
ской диаграммой (рис. 3.6), по которой при известных двух
параметрах состояния воздуха можно найти все остальные и тем
самым полностью описать его состояние. Точка росы воздуха
находится на пересечении горизонтальной линии, проведенной,
например, через точку У, с кривой насыщения. На осях диаграм-
мы отложены влагосодержание и удельная энтальпия. На оси
абсцисс, кроме того, нанесены температуры воздуха по сухому
термометру.
При смешивании двух количеств воздуха различных состоя-
ний точка смеси лежит на прямой, соединяющей точки, харак-
теризующие состояния компонентов.
Транспортир, показанный в левом углу диаграммы, служит
для построения луча процесса ассимиляции тепла и влаги при-
точным воздухом в помещении. На нем указаны отношения
явного тепла к полному при введении в воздух воды с темпера-
турой 30°С. Например, если отношение явного тепла к полному
для данного помещения равно 0,5, то луч процесса в помещении
может быть нанесен на диаграмму параллельно линии х — х на
транспортире [см. также пояснения к уравнению (4.16) в гл. 4].
В западноевропейских странах предпочитают диаграмму
; — х Молье.
4 Зак. 430
Рнс. 3.G. Психрометрическая диаграмма для барометрического давления 1,01 -ИР кПа (авторы выражают признатель-
ность HIVE за предоставление этой диаграммы)
/ — температура точки росы; 2 — температура адиабатного насыщения
Таблица 3.3
Фрагмент представления психрометрических данных в табличной форме
(температура воздуха по сухому термометру 20°С)
Насы- щение М, % Отно- сится ь« мая влаж- ность О. % Показатели на 1 кг с. в. Парци- альное давление водяного пара р , мбар Точка росы ed. °с Темпера- тура ади- абатного насыщения °C Температура по мокрому термометру,
влагосо- держа- ние gt кг энталь- пия , Л, кДж удельный объем V, м3 ъ
экра- ниро- ванно- му Osc праще- вого 0'
100 100 0,01475 57,55 0,8497 23,37 20 20 20 20
96 96,09 0,01416 56,05 0,8489 22,46 19,4 19,6 19,6 19,6
92 92,17 0,01357 54,56 0,8481 21,54 18,7 19,1 19,2 19,1
88 88,25 0,01298 53,06 0,8473 20,62 18 18,7 18,8 18,7
84 51,56 0,8466 19,7 17,3 18,2 18,3 18,2
80 50,06 0,8458 18,78 16,5 17,7 17,9 17,7
76 48,57 0,845 17,86 15,7 17,2 17,5 17,3
72 47,07 0,8442 16,94 14,9 16,7 17 16,8
70 46,32 0,8438 16,47 14,5 16,5 16,8 16.5
68 0,8434 16,01 14 16,2 16,5 16,3
66 0,8431 15,55 13,6 16 16,3 16
64 0,8427 15,08 13,1 15,7 16,1 15,8
62 0,8423 14,62 12,6 15,5 15,8 15,э
60 0,8419 14,15 12,1 15,2 15,6 15,3
58 13,69 11,6 14,9 15,4 15
56 13,22 11,1 14,7 15,1 14,7
54 12,76 10,6 14,4 14,9 14,5
52 12,29 10 14,1 14,6 14,2
50 11,82 9,4 13,9 14,4 13,9
3.6. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ
Пример 1. Температуры по сухому и мокрому термомет-
рам пращевого психрометра соответственно равны 20 и 15°С при
барометрическом давлении 1,013-102 кПа. Рассчитать и опре-
делить по психрометрической таблице: а) давление водяного
пара; б) относительную влажность; в) влагосодержание;
г) удельную энтальпию; д) удельный объем; е) точку росы.
Решение, а) По уравнению (3.1) ps = 17,04—6,66-10-4 X
><1013 (20—15) =.13,67 мбар (по табл. 3.3 13,69 мбр, пли
1369 Па).
б) По выражению (3.3) Ф= (13,67/23,37) 100=58,5% (по
табл. 3.3 Ф = 58,57%).
в) Согласно уравнению (3.2),
_______________________ Ps Сд
г° ~ (Р. — Pj) cs
Зак. 4->0
99
Для сухого воздуха Са = 288 Дж/(кг-К), а для водяного па-
ра Cs = 463 Дж/(кг-К), тогда
13,67-288
g0 =----------------- = 0,00853 кг/кг с. в. (по табл. 3,3 До =
S (1013- 13,67 ) 463 v
= 0,008556 кг/кг).
г) По уравнению (3.15) /1=1,01-20+0,00853 (1,89-20 +
+ 2501) = 41,872 кДж/кг с. в.
д) Объем, занимаемый 1 кг сухого воздуха,
V — Са Та]ра —
288 (273 + 20)
(1013—13,67) 100
= 0,846 ма/кг.
е) Температура точки росы, согласно табл- 3.3, при давлении
водяного пара, равном 13,67 мбар, находится между 11,5 и 12°С.
Пример 2. Проба воздуха при давлении 900 мбар имеет тем-
пературы по сухому и мокрому термометрам соответственно 28 и
20°С. Рассчитать: а) давление водяного пара; б) процентное
насыщение; в) температуру точки росы; д) влагосодержание;
е) объем влажного воздуха; ж) удельную энтальпию, если из-
вестно, что при общем давлении 900 мбар давление насыщен-
ных водяных паров имеет следующие значения:
Температу- ра, *С 30 28 26 24 22 20 18 16
p's, мбар 42,44 36,62 33,63 29,85 26,45 23,38 19,94 18,18
Решение, а) По уравнению (3.1) с учетом данных табл. 3.3 =23,38—6,66• 10-4-900 (28—20) = 18,58 мбар. б) Из выражения (3.4) и данных этой же таблицы
18,58 (900-36,62) 100 1п „п,
и =--------------------- = 49.6%.
г 36,62 (900— 18,58)
в) При температуре точки росы давление насыщенного пара
равно 18,58 мбар; после интерполяции данных табл. 3.3 получа-
ем температуру точки росы 16,5°С.
г) По уравнению (3.2) # = 0,622-18,58/(900—18,58) =
= 0,0131 кг/кг с. в.
, 288 (273 + 28)
д) V =------------— 0,986 ма/кгс.в.
’ (900 — 18,58) 100 '
е) По уравнению (3.15) /1=1,01-28+0,0131 (1,89-28 +
+2501) =,61,773 кДж/кг с. в.
Пример 3. Воздух с начальной температурой 30°С после
адиабатного насыщения приобретает конечную температуру 20°С
и 100%-ную влажность. Используя приведенные ниже данные,
рассчитать: а) конечное влагосодержание #2; б) начальное вла-
госодержание #-; в) начальную относительную влажность.
100
Данные для расчета: барометрическое давление 800 мбар;
давление насыщения при 30°С 42,42 мбар, а при 20°С 23,37 мбар;
удельная теплоемкость сухого воздуха 1,01 кДж/(кг-К), а во-
дяного пара 1,89 кДж/(кг-К); скрытая теплота испарения при
20°С=2454 кДж/кг; отношение газовых постоянных 0,622.
Решение, а) По уравнению (3.2) £2 = 0,622-23,37/(800—
—23,37).= 0,0187 кг/кг с. в.
б) По уравнению (3.16) 1,01(30—20) + (£2 — £i)(30—
—20) 1,89= (£2 —£1)2454.
Поскольку £2=0,0187 кг/кг с. в., то £1 = 0,01445 кг/кг с. в.
в) По уравнению (3.1-) ps=23,37—6,66-10-4-800(30—20) =
=,18,05 мбар, тогда Ф30 =(18,05/42,42) 100=42,5%.
Пример 4. С помощью СКВ в помещении поддерживаются
температура 22°С и относительная влажность 55%; воздух по-
дается в количестве 1,6 м3/с с температурами по сухому и мокро-
му термометрам соответственно 10 и 9°С; барометрическое дав-
ление 920 мбар. Рассчитать: а) поступление в помещение явного
тепла; б) поступление скрытого тепла. Известно, что давление
насыщенного пара при температуре 9°С равно 11,49 мбар, а при
22°С=26,41 мбар.
Решение, а) По уравнению (2.20) qs = mc (22—10), но т=.
= Q/V, a У=,СаТа/(р0 — ps), где 7а — температура приточного
воздуха, К.
По уравнению (3.1) ps=.11,49—Сро(1О—9) = 11,49—6,66Х
ХЮ-4-920= 10,88 мбар. Тогда
288 (273 + 10)
V ----------——'— = 0,897 м3/кг
(920—10,88)100
и
qs= (1,6/0,897) 1,02 (22— 10) = 21,9 кВт.
б) По уравнению (3.2)
10,88
gs = 0,622 ------------ = 0,00745 кг/кг.
es (920— 10,88)
Из выражения (3.3) ps= (53/100)26,41 = 14 мбар.
По уравнению (3.2) влагосодержание воздуха помещения
14
go = 0,622 ---------- = 0,0096 кг/кг.
д (920— 14) '
Тогда из уравнения (2.23) поступления скрытого тепла
qL = (1,6/0,897)(0,0096 — 0,00745) 2545 = 9,8 кВт.
3.7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
I. Su, G.-J., Ind. Eng. Chem., 38, 803 (1946).
2. Rankine, W. J. M„ Phil. Trans. R. Soc., 144, 336 (1854).
3. Joule, J. P., and Thomson, W., Phil. Trans. R. Soc., 152, 579 (1862)
+ 1
4. Van der Waals, J. D., Physical Memoirs, Physical Society of London, i,
(iii) (1879).
5. Clausius, R., Phil. Mag. (June 1880).
6. Dieterici, C., Ann. der Physik und Chemie, 69, 685 (1899).
7. Onnes, H. K„ Communs. Phys. Lab., Leiden, 71 (1901).
8. Berthelot (1903), see Obert and Young, Elements of Thermodynamics
and Heat Transfer, pp. 170—1, McGraw-Hill, 1962.
9. Peattie, J. A. and Bridgeman, О. C., Proc. Am. Acad. Arts. Sc:.. 63, 229
(1928).
10. Beattie, I. A., Proc. Natl Acad. Sci„ 16, 14 (1930).
11. Benedict, M., Webb, G., and Rubin, L., J. Chem, Phys., 8, 334 (1948).
12. Martin, J. J„ and Hou, Y. C., J. A. I. Ch. E., 1, 142 (June 1955).
13. Dalton, J. Phil. Soc., V, 543 (1802).
14. Bridgeman, О. C., Phys. Rev., 34, 527 (1929).
15. Goff, I. A„ and Gratch, S., Trans. Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit.
Engrs, 51, 125 (1945).
16. Goff, J. A., Trans. Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit. Engrs. 55, 459
(1949).
17. Andrews, T., Phil. Trans. R. Soc., 159, 575 (1869).
18. Andrews, T., Phil. Trans. R. Soc., 167, 421 (1876).
ПРОЦЕССЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
ВОЗДУХА
4.1. ВВЕДЕНИЕ
Представление о “ряде процессов кондиционирования
воздуха может быть получено при обращении к диаграмме, по-
казанной на рис. 4.1. Начальное состояние воздуха обозначено
Рис. 4.1. Процессы кондиционирования
воздуха
/—температура точки росы; 2 — температура
адиабатного насыщения; 3 — линия процесса
сухого охлаждения; 4 — линия процесса адиа-
батного увлажнения; 5 — линия процесса изо-
термичного увлажнения: 6 — область процес-
сов явного нагрева и увлажнения; 7 — линия
процесса явного нагрева; 9—линия процесса
изотермичного осушения; 10 — область процес-
сов явного охлаждения и осушения
Температура по сухому термотетру 3
точкой X. Воздух при этом состоянии может быть обработан
различными путями, рассмотрение которых и представляет
собой содержание данной главы. Оборудование, используемое
для осуществления процессов кондиционирования, рассмотрено
в гл. 6.
4.2. СОСТОЯНИЕ СМЕСИ ДВУХ КОЛИЧЕСТВ
ВОЗДУХА
Часто необходимо смешивать воздушные потоки различ-
ных состояний (рис. 4.2). Применив к смеси законы сохранения
массы и энергии, получим:
-|- ^2 = tn', (4.1)
m-L gi 4- тг g2 = тg-, (4.2)
ГП1Л1 + m2h2 = mh. (4.3)
Подстановка уравнения (4.1) в уравнения (4.2) и (4.3) дает:
= ; (4.4)
г’ * g — g2
(4-5)
т-! п — Пч
103
Рис. 4.2. Смешивание двух потоков воздуха
Каждое из полученных уравнений — уравнение прямой ли-
нии, на которой находится точка, характеризующая состояние
смеси (рис. 4.3). Точка состояния смеси определяет соотношение
Температура по сухому термометру Q
Рис. 4.3. Законы сохранения вещест-
ва и энергии на психрометрической
диаграмме
h — пзоэнтальпа
масс смешиваемых потоков воздуха. Треугольники АВЕ и BCD
подобны, что выражается уравнениями (4.4) и (4.5). Можно
также ожидать, что существует и соотношение температур, вы-
ражаемое уравнением
т2 _ Qi — 8
«1 8 — 02
Это уравнение справедливо, если пренебречь перегревом
водяных паров. (При нормальных температурах и давлениях
максимальная ошибка составляет около 1,5%.)
(4.6)
4.3. ЯВНЫЙ ПОДОГРЕВ И ЯВНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ
При этих процессах температура воздуха повышается
или понижается, а влагосодержание остается постоянным
(рис. 4.4). Энергия подводится или отводится в подогревателе
или охладителе. В подогревателе теплоносителем может слу-
жить горячая вода, пар или электричество, в охладителе холо-
доносителем может служить холодная вода или хладагент. Если
расход теплохолодоносителя в системе т (кг/с), то подводимое
или отводимое тепло (кВт)
g = me (02 — 01), (4.7)
или
q = т (й2 — А1). (4.8)
104
(И здесь перегревом водяных
паров пренебрегаем и с счита-
ем удельной теплоемкостью су-
хого воздуха.)
Уравнения (4.7) и (4.8) мо-
гут быть выражены через еди-
ницы объема с помощью урав-
нения (2.21).
На рис. 4.4 0s — температу-
ра теплообменной поверхности.
Воздух, проходящий в непос-
редственной близости к поверх-
ности, приобретает температу-
ру, близкую к 0S; воздух, про-
ходящий на некотором отдале-
нии от поверхности (т. е. бай-
пасируемый), в случае подог-
рева будет иметь более низкую
температуру. Средняя темпера-
тура, приобретаемая воздухом,
составит 0. Эффективность
теплоотдачи определяется ко-
эффициентом контакта
Температура по сумму термометру L
Рис. 4.4. Сухой подогрев а и сухое
охлаждение б воздуха
Иначе эффективность может быть выражена коэффициентом
байпасирования
Можно заметить, что а+р=1 и, если а=1, то все количест-
во воздуха приобретает температуру поверхности 0S. Характер
изменения а может быть описан функцией, которая зависит от
конструкции теплообменной поверхности, скорости воздуха и
аэродинамического сопротивления теплообменника. При явном
охлаждении температура воздуха в теплообменнике должна
быть выше температуры точки росы, иначе будет происходить
конденсация водяных паров из воздуха на поверхности охлади-
теля и теплоотдача сопровождаться массоотдачей.
4.4. ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ УВЛАЖНЕНИЯ
И ОСУШЕНИЯ ВОЗДУХА
Для понимания процессов добавления влаги в воздух (ув-
лажнения) и отведения влаги из воздуха (осушения) необходи-
мо знать законы тепло- и массообмена между средами. Воздух
может проходить через форсуночную камеру, в которой автома-
105
Таблица 4.1
Процессы обработки воздуха водой
Процесс обработки воздуха
ВОДОЙ
Психрометрическая
диаграмма
Описание процесса взаимодействия
воздуха и воды
0с>Оа
Отдача явного тепла превы-
шает потери скрытого тепла, в
результате возрастает темпера-
тура по сухому термометру
Изотермическое увлаж- нение д>=100% /с У-—1а &dp Яд =&с 9c = 9a Явной теплоотдачи нет. Испа- рение распыляемой воды вызы- вает снижение ее температуры, для компенсации этого вода подогревается выше средней температуры
Увлажнение и охлаж- дение водой с темпера- турой выше начальной температуры воздуха по мокрому термометру - (fl-1)0% су I аЛь TiH" &dp &w $с &d 9а>9с>9ш Температура воздуха по мок- рому термометру увеличивает- ся, так как получаемое возду- хом количество тепла больше потерь явного тепла
Адиабатное увлажне- ние и охлаждение <А=М0% — I I 9С = 0ш Отдача явного тепла возду- хом равна восприятию скрыто- го тепла, поэтому энтальпия воздуха остается постоянной; температура распыляемой воды не меняется. Процесс широко применяется для увлажнения воздуха в холодный период года
Увлажнение и охлаж- дение распыляемой во- дой с температурой ниже начальной температуры воздуха по мокрому тер- мометру tf = 100%. &a. 9u>>9e>9dp Температура распыляемой во- ды повышается, так как теряе- мого воздухом явного тепла достаточно для подогрева воды и испарения ее части
Осушение и охлажде- ние (p = 100% 1 ®c ®dp 8ц 9c<0d р Температура распыляемой воды растет, воздух осушается, поскольку парциальное давле- ние водяных паров в воздухе больше, чем над поверхностью воды
106
тически поддерживается температура распыляемой воды на
уровне, необходимом для увлажнения или осушения воздуха.
Увлажнение может достигаться также введением пара, пропус-
ком воздуха через орошаемые теплообменники или при помощи
увлажнительных агрегатов, размещаемых непосредственно в по-
мещениях или в приточных воздуховодах. Воздух можно также
осушить, пропуская его через воздухоохладительные теплооб-
менники, температура поверхности которых ниже точки росы.
Явный теплообмен между влажным воздухом и вводимой в
него водой зависит от температур обеих сред. Массообмен за-
висит от разности между давлением насыщения при температу-
ре воды или поверхности теплообменника и парциальным давле-
нием водяных паров во влажном воздухе.
Увлажнение происходит тогда, когда вода вводится в воздух
при его температуре выше температуры точки росы. Наоборот,
введение в воздух воды с температурой ниже точки росы при-
водит к осушению воздуха. При этом количество распыляемой
воды должно быть достаточно большим, чтобы можно было пре-
небречь незначительным изменением температуры воды.
В результате при введении воды со средней температурой 0О
в поток воздуха, имеющего начальную температуру по сухому
термометру 0а, температуру по мокрому термометру 0Ш и темпе-
ратуру точки росы Qdp, происходят процессы, указанные в
табл. 4.1.
На рисунках в табл. 4.1 начальное состояние воздуха харак-
теризуется точкой а, температура воды — точкой! с на кривой
насыщения.
Если температура воды постоянна, то воздух достигает
конечного состояния, характеризуемого точкой Ь. Если же тем-
пература распыляемой воды изменяется вследствие охлаждения
или подогрева воздуха, то точка с движется по кривой насыще-
ния в направлении к точке d, а конечное состояние воздуха —
к точке е. Расположение точки b на линии ас или е на линии ad
определяется характеристиками оборудования и продолжитель-
ностью периода контакта между воздухом и распыляемой
водой.
Массообмен (т. е. отдача скрытого тепла) определяется раз-
ностью давлений водяных паров воздуха в состояниях а и с и
отдачи явного тепла при температурах взаимодействующих сред.
4.5. ОСУШЕНИЕ ВОЗДУХА
Отведение влаги из воздуха может быть достигнуто путями,
показанными в табл. 4.1.
4.5.1. Явное охлаждение и осушение. Если воздух при дви-
жении через поверхностный воздухоохладитель или форсуночную
камеру охлаждается до температуры более низкой, чем его
температура точки росы, то происходит конденсация содержа-
107
щейся в нем влаги (на рис. 4.5 ломаная abc). Так, как показано
на рис. 4.5, процесс может происходить только тогда, когда все
количество воздуха вступает в контакт с охлаждающей поверх-
ностью. На практике же часть воздуха проходит транзитом и
конечное состояние характеризуется точкой d, а процесс изме-
Температура по сухому термометру 9
Рис. 4.5. Явное охлаждение и осу-
шение
/ — отводимое явное тепло; 2 — отводимое
скрытое тепло; с — точка росы аппарата
нения состояния — кривой (пунктирная линия). Для упрощения
расчетов считается, что изменение состояния воздуха происхо-
дит по прямой ad. Длина этой линии зависит от конструкции
теплообменника. Эффективную температуру поверхности возду-
хоохладителя или распыляемой воды называют температурой
точки росы аппарата, а эффективность процесса характеризует-
ся коэффициентом байтгасирования 0, который может быть вы-
ражен через влагосодержания, энтальпии или температуры по
сухому термометру. Так, если ф — какой-либо из этих парамет-
ров, то
Холодильная нагрузка q состоит из отводимого явного тепла
qs и скрытого тепла, выделяющегося при конденсации влаги из
воздуха, qL:
q = qs + 4l-
Выражая эти величины через энтальпии и расход воздуха, кг/с,
получим, кДж/(с-кВт):
<7 = m{ (he — hd) + (ha — he) }; j
q = m(h„ — hd). I
4.5.2. Сорбционное осушение. Применение сорбционных мето-
дов отвода влаги преимущественно ограничивается промышлен-
ным кондиционированием. Влажный воздух можно пропускать
через жидкий или твердый сорбент, парциальное давление водя-
ных паров над которым ниже, чем в воздухе. Вследствие этого
поток влаги движется от воздуха к сорбенту. Жидкими абсор-
бентами служат растворы хлористого лития и гликоля. Воздух
108
4* Температура 5оды, ° С
20 25,7 31,4 37,1 42,8 48,5 54,3 SO 85,S 71,4 77,1 82,8 68,5
Рис. 4.6. Г
хлористого лития а и твердый сорбент б (адаптировано из ASHRAE Guide,
1965)
Характеристики сорбционных осушителей, использующих раствор
109
пропускается через завесу из распыляемой жидкости, давление
паров над которой ниже, чем парциальное давление водяных
паров в воздухе. Определенные твердые вещества, такие, как
силикагель, активированный алюминий и активированный дре-
весный уголь, адсорбируют пары на своей поверхности, после
чего влага под действием капиллярных сил проникает внутрь
адсорбентов. Когда сорбент становится насыщенным, необходи-
мо удалить из него влагу, или, как говорят, реактивировать его
нагревом. Некоторые характеристики жидкого и твердого сор-
бентов даны на рис. 4.6. Тепло, выделяющееся в процессе сорб-
ции, обеспечивает тепло конден-
сации. В идеале скрытое тепло,
теряемое влажным воздухом, про-
ходящим над сорбентом или че-
рез него, балансируется явным
теплом, поступающим в воздух.
Однако высвобождающееся коли-
чество тепла больше тепла кон-
денсации на некоторую величину,
именуемую теплом реакции. Кро-
ме того, температура сорбента не
остается постоянной. По этим
Рис. 4.7. Процессы осушения
воздуха сорбентами
/ — теоретический процесс; 2 — практи-
ческий процесс
двум причинам воздух приобрета-
ет более высокую температуру и
процесс осушения, изображенный
на психрометрической диаграмме,
будет проходить по линии, несколько отклоняющейся от теоре-
тической (рис. 4.7).
Пользоваться сорбционным осушением следует тогда, когда,
для помещения или технологического (процесса нет необходи-
мости в подводе большого количества явного тепла, когда тре-
буется глубокое охлаждение и осушение воздуха без образова-
ния инея на поверхности воздухоохладителя, когда нужна низкая
влажность воздуха в помещениях.
При абсорбционных системах можно поддерживать влаж-
ность с точностью ±1%, поэтому они наиболее подходят для
предприятий по производству фармацевтических изделий, бума-
ги, электронного оборудования, стекла и пластических масс, а
также для процессов изготовления лаков, масел, кожи и фанеры.
Хлористый литий способен очищать воздух. В ферментационные
помещения, например, можно подавать чистый сухой воздух при
температуре 0°С, что обеспечивает невозможность размножения
плесени и бактерий и появления конденсата. Перед осушителем
следует устанавливать воздушный фильтр для того, чтобы не
засорять осушитель. Выбор между абсорбентом и адсорбентом
зависит от частных требований к установке. Адсорбционные ус-
тановки громоздки, в то время как абсорбционные соизмеримы
по размерам с другими осушительными устройствами.
110
4.6. УВЛАЖНЕНИЕ ВОЗДУХА
Обращаясь к рис. 4.1 и табл. 4.1, можно заметить, что
подлежат рассмотрению процессы увлажнения и нагрева; изо-
термичного увлажнения; увлажнения и охлаждения; адиабатно-
го увлажнения.
4.6.1. Увлажнение и нагрев. Воздух, проходящий через увлаж-
нитель, обеспечивающий поддержание средней температуры
воды, более высокой, чем температура воздуха по сухому термо-
метру, будет повышать свою температуру и влагосодержание
(рис. 4.8).
Рис. 4.8. Увлажнение и нагрев воз-
духа
— начальная температура воздуха;
9С — средняя температура воды; 0^, —
конечные температуры воздуха
Температура по сухому термометру 9
В зависимости от отношения количества воды к количеству
воздуха средняя температура воды может падать, и тогда про-
цесс может быть представлен кривой abd более точно, чем пря-
мой abc.
Эффективность увлажнения, иногда называемая эффектив-
ностью насыщения или эффективностью форсуночной камеры,
подобна коэффициенту контакта для воздухоохладите-
лей, рассмотренному в разд. 4.5.1. Ею численно оценивается эф-
фективность увлажнителя, и она может быть выражена через
влагосодержания, парциальные давления или энтальпии и при-
ближенно — через температуры по сухому термометру. Если ф
представляет один из указанных параметров, то эффективность
увлажнения
(4.13)
т) зависит от конструкции увлажнителя и продолжительности
периода контакта между воздухом и водой.
Линия aef характеризует изотермичный процесс увлажнения,
когда средняя температура воды равна начальной температуре
воздуха по сухому термометру. В этом случае имеет место
только массоотдача и эффективность процесса выражается так:
11 = (4-14)
\ Ф/— Ф« /
111
4.6.2. Увлажнение и охлаждение. Этот процесс можно осу-
ществить при следующих трех диапазонах изменения среднеп
температуры воды: а—когда температура воды выше начальном
температуры воздуха по мокрому термометру, но ниже его тем-
пературы по сухому термометру (рис. 4.9); б—когда равновес-
Температура посухому термометру. в
Температура по сухому термометру Э
Рис. 4.10. Адиабатное увлажнение
и охлаждение (средняя темпера-
тура воды равна начальной тем-
пературе воздуха по мокрому
термометру)
Рис. 4.9. Увлажнение и охлажде-
ние воздуха водой со средней
температурой более высокой, чем
начальная температура воздуха
по мокрому термометру, (т. е.
0d ИЛИ 0c>0w)
/ — диапазон изменения средней тем-
пературы воды; 2 — линия температу-
ры по мокрому термометру:
ная температура воды равна начальной температуре воздуха по
мокрому термометру. Этот процесс адиабатного увлажнения и
охлаждения, при котором балансируются количества явного и
скрытого тепла, протекает при постоянной энтальпии (рис. 4.10),
или, поскольку число Льюиса почти равно единице для смесей
воздуха и водяных паров, то и по линии постоянной температуры
воздуха по мокрому термометру. Вода постоянно циркулирует
через увлажнитель, не изменяя своей температуры, равной на-
чальной температуре воздуха по мокрому термометру, поэтому
тепло не может быть ни подведено, ни отведено от воздуха.
Массоотдача же происходит, так как давление насыщенных па-
ров над водой выше давления паров в воздухе. Тепло для испа-
рения воды подводится от воздуха. Для обеспечения адиабатного
увлажнения и охлаждения не должно быть ни потерь, ни под-
вода тепла в увлажнительную камеру и циркуляционные трубо-
проводы. Подпиточная вода, вводимая взамен испаряющейся в
воздух, должна иметь температуру, равную начальной темпера-
туре воздуха по мокрому термометру; в — когда температура
воды ниже начальной температуры воздуха по мокрому термо-
112
Рис. 4.11. Увлажнение и охлаждение
воздуха водой со средней темпера-
турой меньшей, чем начальная тем-
пература воздуха по мокрому тер-
мометру, но более высокой, чем его
начальная температура точки росы
(т. е. 0«>0е, 0d>0dp)
/ — температура точки росы; 2 —диапазон
изменения средней температуры воды
Температура по сухому термометру S
метру (рис. 4.11); в этом случае от воздуха поступает количество
тепла, достаточное для испарения воды, а ткже для небольшо-
го повышения ее температуры.
4.7. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
4.7.1. Пользование психрометрической диаграммой. При
кондиционировании воздуха в помещениях поддерживают на оп-
ределенном уровне температуру и влажность. Их значения за-
висят от степени тяжести работ или характера технологических
процессов, а также наружных метеорологических условий.
Выбор расчетных параметров внутреннего и наружного воздуха
рассмотрен в т. 5 данной серии монографий «Расчет отопитель-
ных и охладительных нагрузок» (автор Даун). Каждое конди-
ционируемое помещение характеризуется определенными
количествами явного и скрытого тепла. Соотношение между ними
зависит также и от конструктивных особенностей здания и по-
годных условий. Регулирование системы кондиционирования
воздуха (СКВ) необходимо для поддержания желательных па-
раметров (температуры и влажности) в помещениях при изме-
няющихся нагрузках. СКВ также должна быть выбрана такой,
чтобы она обеспечивала необходимый диапазон параметров при-
точного воздуха.
На психрометрическую диаграмму можно нанести зоны изме-
нения наружных и внутренних параметров воздуха в теплый и
холодный периоды года. Предпочтительно эти зоны наносить по
данным метеорологических станций, как описано Дауном. Поло-
жение зон зависит также от предъявляемых к СКВ требований.
Работа СКВ на одном наружном воздухе неэкономична. При-
чины'эт’ого станут ясными после ознакомления с разд. 4.7.3 и
4.7.4. Только в специальных случаях, когда внутренний воздух
загрязняется (например, в операционных; при технологическом
кондиционировании; в помещениях, где обращаются радиоак-
тивные вещества), не прибегают к его рециркуляции. Метеоро-.
логические условия могут быть эффективно использованы для
экономии холода, однако при этом количество наружного возду-
ха в приточном никогда не должно быть меньше значения, ре-
Температура по сухому термометру, в
Рис. 4.12. Типовые сочетания процес-
сов кондиционирования при исполь-
зовании рециркуляции (жирные ли-
нии соответствуют процессам в теп-
лый период, тонкие — в холодный)
О — наружный воздух; Л — воздух поме-
щения (он же рециркуляционный): —
смесь наружного и рециркуляционного воз-
духа; S — приточный воздух
комендованного в гл. 2. Процессы обработки воздуха при нали-
чии рециркуляции показаны на рис. 4.12. Точка М на этом ри-
сунке характеризует состояние смеси наружного и рециркуля-
ционного воздуха. Заданное состояние приточного воздуха до-
стигается использованием различных комбинаций процессов ув-
лажнения, осушения, подогрева и охлаждения, которые будут
описаны ниже.
4.7.2. Линия приточного воздуха и отношение явного тепла к
полному. Уравнения (2.22) и (2.24) показывают, что тепловые
нагрузки по
[кг/(кг-°С)]:
явному и скрытому теплу выражаются так
(4.15)
Отношение
360 _
qs ~ 273 - 9, Q
864-Ю3
273 -у 9, Q '
/ ёц Ss \
--- = 2,4103 —----— .
4s-\ 0Л “s /
явного тепла к скрытому определяет наклон ли-
нии, соединяющей точки состояния внутреннего и приточного
воздуха. Линии температур по сухому термометру на психромет-
рической диаграмме не прямые, а это означает, что отношение
qdqs зависит от того, в каком месте диаграммы оно построено.
Однако в диапазоне обычно встречающихся условий ошибка ни-
чтожна.
Обращаясь к рис. 4.13 и уравнению (4.15), получаем
/ gR-gs\ 1
tg е = ------ = ------- — .
\0fl-0j J 2,4-10э qs
_ Таким образом, зная qL и qs, можно определить наклон линии
SR — линии приточного воздуха. Значение отношения qiJqs мо-
114
жет быть положительным пли отрицательным в зависимости от
того, являются ли скрытое и явное тепло поступлениями или
потерями.
Температура по сухому термометру д
Рис. 4.13. Наклон линии притока в охлаждаемом а н в отапливаемом 'б
помещениях
/ — поступления явного тепла ;2 — поступления скрытого тепла ; 3 — потери яв-
ного тепла q$ ; 4 — поступления скрытого тепла q ^ );/? —воздух в помещении; S — при-
точный воздух; tg е= ---------
Иногда пользуются термином «отношение явного тепла к
полному»
SHR = -----—
4s + qL
(4.16)
Этим отношением удобно пользоваться тогда, когда на пси-
хрометрической диаграмме нанесен транспортир с обозначени-
ем величин SHR (рис. 4.14). В примере, показанном на рис. 4.14,
для линии S/? под углом е SHR=0,7.
Поскольку
то
S И R = ------------;--- .
1 —Н 2,4-103 tge
(4.17)
4.7.3. Регулирование параметров воздуха в помещении. Ко-
личества явного и скрытого тепла в помещении меняются во вре-
мени, поэтому для того чтобы расчетные значения температуры
и относительной влажности внутреннего воздуха оставались не-
изменными, СКВ должна быть оснащена средствами для изме-
рения и регулирования параметров приточного воздуха. Автома-
115
Температура по сухому
термометру в
Рис. 4.1-4. Построение луча процесса при
отношении явного тепла к полному
SHR—Q.7
тическое регулирование
СКВ будет подробно рас-
смотрено в гл. 9. В данном
разделе излагаются только
основы, необходимые для
понимания процессов, опи-
санных в разд. 4.7.4. и 4.7.5.
Следует подчеркнуть, что
существуют различные спо-
собы регулирования СКВ,
но здесь для иллюстрации
основных положений будут
приведены обычно употреб-
ляемые.
Изменение температуры
воспринимает терморегуля-
тор, изменение относительной влажности — влагорегулятор. Эти
приборы могут быть расположены в кондиционируемом помеще-
нии или в вытяжном канале вблизи помещения. Преимущество
последнего размещения состоит в том, что регуляторы измеряют
средние параметры в помещениях. Изменения, ощущаемые чув-
ствительными элементами этих приборов, например увеличение
теплопоступлений, вызывающее повышение температуры, или
сокращение поступлений скрытого тепла, вызывающее уменьше-
ние относительной влажности, передаются регулирующим клапа-
нам, которые расположены на линиях подачи первичных сред.
Линия U7S поднимается или снижается (рис. 4.15) в соответ-
ствии с тем, «чувствует» ли датчик влагорегулятора уменьше-
ние или увеличение поступлений скрытого тепла. Для того что-
бы температура воздуха в помещении соответствовала измене-
нию поступлений явного тепла под воздействием терморегуля-
тора, линия B7S укорачивается или удлиняется. Конечно, влаго-
содержание и температуру приточного воздуха в состоянии S
надо менять одновременно. Здесь следует вновь указать факто-
ры, которые нарушают условия в помещении:
а) изменения соотношения поступлений явного и скрытого
тепла от различных источников (например, от людей, техноло-
гических процессов, потерь и поступлений тепла через наруж-
ные ограждения);
б) изменение состояния наружного воздуха (погодных ус-
ловий) ;
в) изменения количеств и параметров тепло- и холодоносите-
лей, подводимых соответственно к нагревателям и воздухоохла-
дителям;
г) изменение условий притока воздуха, которые могут про-
изойти по тракту от кондиционера до помещения (например,
116
Рис. 4.15. Изменение параметров приточного воздуха 5 при переменных теп-
ловых нагрузках в помещении
4$ — потери явного тепла; —поступления скрытого тепла. Стрелка влево из точки S
означает, что
уменьшается, стрелка вправо, что увеличивается; стрелка вверх соот-
ветствует увеличению q^* вииз — уменьшению
поступление тепла от вентилятора). Обычно эти изменения мож-
но учесть при проектировании.
Термо- и влагорегуляторы, если они соединены непосредст-
венно с регулирующими клапанами на линиях подачи первич-
ных сред, ощущают эффекты группы «а» и соответственно изме-
няют условия работы оборудования. Однако изменения групп
«б» и «в» ощущаются только после того, как они сказываются
на условиях в помещении. Чтобы избежать этого запаздывания,
терморегулятор располагают за форсуночной камерой или по-
верхностным воздухоохладителем и настраивают на поддержа-
ние необходимой точки росы, а следовательно, влагосодержания
и температуры приточного воздуха.
Для экономии холода в определенный период можно вводить
увеличенное количество наружного воздуха. Изменение этого ко-
личества осуществляют при помощи воздушных клапанов, управ-
ляемых регулятором температуры по мокрому термометру
(рис. 4.16), расположенным в канале забора наружного возду-
ха. Летом при высокой наружной температуре вводят минималь-
ное количество наружного воздуха, достаточное для удовлетво-
рения вентиляционных требований. Когда температура наруж-
117
Температура по сухому термометру 9
Рис. 4.16. Регулирование количе-
ства вводимого наружного воз-
духа
/ — регулятор температуры по мокрому
термометру; 2 — пропорциональный ис-
полнительный механизм: 3 — много-
створчатый воздушный клапан; н. в —
наружный воздух; р. в — рециркуля-
ционный воздух
Рис. 4.17. Регулирование количе-
ства наружного воздуха в раз-
личные периоды года
I — изотерма мокрого термометра: 2 —
изотермы мокрого термометра в
помещении в летнее и зимнее время:
3 — диапазон забора переменного ко-
личества наружного воздуха; 4— диа-
пазон забора 100% наружного возду-
ха; 5 — диапазон забора минимального
количества наружного воздуха
кого воздуха по мокрому термометру становится ниже темпера-
туры внутреннего воздуха по мокрому термометру, вводят 100%
наружного воздуха, что и позволяет снизить холодильную на-
грузку. Воздух вводят до тех пор, пока его температура по мок-
рому термометру не станет равной этой же температуре после
форсуночной камеры. Когда температура по мокрому термомет-
ру наружного воздуха падает ниже температуры точки росы при-
точного воздуха, используют переменное количество наружного
воздуха (рис. 4.17). Зимой наружный воздух нагревают; количе-
ство вводимого наружного воздуха переменно и зависит от тре-
буемого состояния образующейся смеси его с рециркуляцион-
ным воздухом.
Более подробно с применением систем автоматического регу-
лирования в вентиляции и кондиционировании воздуха читатель
может познакомиться в разд. 9.11—9.18.
4.7.4. Зимние процессы обработки воздуха
а) Форсуночная камера и калорифер второго подогрева.
При подаче 100% наружного воздуха и распылении в форсуноч-
ной камере воды с температурой выше температуры воздуха про-
исходят его нагрев и увлажнение до влагосодержания, соответ-
ствующего состоянию притока. Далее происходит догрев до тре-
буемой температуры по сухому термометру в калорифере второ-
го подогрева (рис. 4.18). Температуру распыляемой воды можно
регулировать трехходовым смесительным клапаном Г 1. Управ-
118
Рис. 4.18. Процессы обработки
воздуха в зимний период (фор-
суночная камера и калорифер
второго подогрева; рециркуляция
отсутствует) а и схема СКВ б
/ — тепло, вносимое в форсуночную ка-
меру; // — тепло. отдаваемое калори-
фером второго подогрева; / — первич-
ная среда (холодная вода или хлад-
агент); 2 — теплообменник; 3 — насос
форсуночной камеры; 4 — обратный
трубопровод теплоносителя; <5 — тер-
морегулятор; 6 — влагорегулятор; 7 —
помещение с выделениями явного
и скрытого тепла; 8 — приторный
вентилятор; 9 — калорифер второго по-
догрева; 10 — форсуночная камера;// —
воздушный фильтр; 12 — воздухозабор-
ное устройство; 13 — вытяжной венти-
лятор; О, Р, S, Р — соответственно
воздух наружный, после камеры, при-
точный н в помещении
ление этим клапаном при помощи влагорегулятора обеспечивает
достижение необходимого состояния Р. Это регулирование также
определяет нагрузку на калорифер-подогреватель. Основное ре-
гулирование температуры осуществляется терморегулятором,
воздействующим на клапан V 2 на обратном трубопроводе теп-
лоносителя, после того как суммирующий регулятор .V «убедит-
ся» в эффекте действия клапанов VI и V2.
б) Калорифер первого подогрева, форсуночная камера и ка-
лорифер второго подогрева. Холодный насыщенный воздух гло-
жет оказывать вредное действие на воздуховоды и оборудова-
ние СКВ. Этого можно избежать при использовании калорифера
первого подогрева, с помощью которого наружный воздух нагре-
вается до температуры, позволяющей осуществлять адиабатное
увлажнение. Зате.м производится второй подогрев до требуемой
температуры притока (рис. 4.19). Преимущество этого метода
обработки воздуха по сравнению с рассмотренным в п. «а» со-
стоит в том, что форсуночная камера вместе с калорифером пер-
вого подогрева должна только придать воздуху необходимое
влагосодержание без подвода тепла к воде, вследствие чего ре-
гулирование температуры и относительной влажности в помеще-
нии становится более гибким.
Влагорегулятор воздействует на клапан VI на обратном тру-
бопроводе теплоносителя от калорифера первого подогрева и
тем самым поддерживает определенное влагосодержание насы-
1’9
Рис. 4.19. Процессы обработки
воздуха в зимний период (кало-
рифер первого подогрева, форсу-
ночная камера, калорифер второ-
го подогрева; рециркуляция от-
сутствует) а и схема СКВ б
/ — тепло, отдаваемое калорифером
первого подогрева; II— тепло, отда-
ваемое калорифером второго подогрева:
1 — калорифер первого подогрева; 2 —
форсуночная камера; 3 — калорифер
второго подогрева; 4 — вентилятор; 5 —
кондиционируемое помещение с выде-
лениями явного q s и скрытого теп-
ла; 6 — терморегулятор; 7— влагорегу-
лятор; О, Р, W, S, Р — соответственно
воздух наружный, после первого по-
догрева, после камеры, приточный п в
помещении
щенного воздуха за камерой, где происходит адиабатное увлаж-
нение. Регулирование температуры в помещении осуществляет
терморегулятор, управляющий клапаном V2 на обратном трубо-
проводе теплоносителя от калорифера второго подогрева.
в) Форсуночная камера и калорифер второго подогрева.
Рассмотрим достоинства рециркуляции внутреннего воздуха
Температура по сухому термометру 9
Рис. 4.20. Процессы обработки
воздуха в зимний период (фор-
суночная камера, калорифер вто-
рого подогрева; осуществляется
рециркуляция)
1—диапазон работы форсуночной ка-
меры на горячей воде; 2 — тепло, от-
даваемое калорифером второго подо-
грева ~
;20
Температура по сухому термометру В
Рис. 4.21. Процессы обработки
воздуха в зимний период (кало-
рифер первого подогрева, форсу-
ночная камера, калорифер второ-
го подогрева; осуществляется ре-
циркуляция)
1 — тепло, отдаваемое калорифером
первого подогрева: 2 — тепло, отда-
ваемое калорифере второго подогрева
Рис. 4.22. Процессы обработки йог-
духа в летний период (форсуночная
камера или поверхностный воздухе
охладитель, калорифер второго подо-
грева; рециркуляция отсутствует)
1 — холодильная нагрузка; 2— тепло, от-
даваемое калорифером второго подогрева:
3—температура точки росы приточного
воздуха; О, W, S, R. — соответственно воз-
дух наружный, после камеры, приточный
и в помещении. (Если температура по мок-
рому термометру наружного воздуха ниже
такой же температуры в помещении, но
выше точки росы приточного воздуха, то
вводится только одни наружный воздух)
Рис. 4.23. Процессы обработки воз-
духа в летний период (форсуночная
камера или поверхностный воздухо-
охладитель и калорифер второго по-
догрева; осуществляется рециркуля-
ция)
/ — холодильная нагрузка; 2— тепло, от-
даваемое калорифером второго подогрева.
(Если температура наружного воздуха по
мокрому термометру выше такой же тем-
пературы в помещении, то вводится ми-
нимальное количество наружного воздуха.'
(рис. 4.20). Наружный воздух смешивается с рециркуляционным
в такой пропорции, чтобы можно было производить адиабатное
увлажнение до состояния W. Калорифер второго подогрева до-
водит воздух состояния W д,о состояния S. При этой последова-
тельности обработки воздуха не требуется работа холодильной
установки до тех пор, пока точка М не приблизится к прямой
WS; нет нужды и в действии калорифера первого подогрева. Ес-
ли точка смеси Л1 опускается до точек М' и М" , то требуется
нагревать распыляемую воду.
Когда температура наружного воздуха ниже 0°С, предвари-
тельный подогрев используется для предотвращения замерзания
форсуночной камеры (рис. 4.21). Точка N характеризует на
рис. 4.21 начало процесса адиабатного увлажнения и приобрете-
ния приточным воздухом необходимого влагосодержания.
4.7.5. Летние процессы обработки воздуха. Форсуночная ка-
мера (или воздухоохладитель) и калорифер второго подогрева.
Система работает на одном наружном воздухе, когда его темпе-
ратура по мокрому термометру ниже, чем такая же температура
в помещении, но выше температуры точки росы приточного воз-
духа (рис. 4.22). Когда температура наружного воздуха по мок-
рому термометру выше такой же температуры в помещении, вво-
дят минимальное количество наружного воздуха, что позволяет
экономить холод (рис. 4.23).
121
4.8. СРАВНЕНИЕ ФОРСУНОЧНЫХ КАМЕР
И ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЕЙ
Кроме конструктивных отличий принципиальная разница
между этими видами оборудования состоит в том, что форсуноч-
ная камера обладает большей эксплуатационной гибкостью. С ее
помощью воздух можно нагревать, охлаждать, увлажнять и осу-
шать: правда, орошаемые поверхностные теплообменники также
можно использовать для увлажнения воздуха.
Вследствие наличия воды в поддоне форсуночной камеры
(или орошаемого воздухоохладителя) тепловая инерционность
форсуночной камеры больше, чем инерционность поверхностно-
го воздухоохладителя, и это сказывается на стабилизации пара-
метров воздуха, покидающего камеру. Преимущества и недостат-
ки следует взвешивать: форсуночная камера громоздка, более
подвержена коррозии, чем поверхностный воздухоохладитель, ее
обслуживание обходится дороже и, что наиболее важно, ее эф-
фективность в общем ниже, чем эффективность поверхностного
воздухоохладителя вследствие ухудшенного теплообмена. В каж-
дом отдельном случае требуется оценка, а общего правила вы-
бора между форсуночной камерой и поверхностным воздухоох-
ладителем нет.
4.9. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПСИХРОМЕТРИИ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СИСТЕМ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
СКВ детально описаны в гл. 7. В качестве вступления к ней
в табл. 4.2 показаны типовые процессы обработки воздуха в двух-
канальной и эжекционной системах и кратко поясняются случаи
использования доохладителей и обводного канала.
Выбор системы зависит от многих факторов, например, таких,
как форма здания и материалы его ограждений; капитальные
вложения и эксплуатационные затраты; режим работы здания.
Для длинных узких зданий более подходят эжекционные систе-
мы, при которых воздух подается в вертикальном направлении
на остекление с начальной скоростью, достаточной для того, что-
бы струи достигли средней части помещений. С ростом степени
остекления здания необходимость в устройстве СКВ становится
более острой. Эжекционные доводчики необходимо обслуживать
около четырех раз в год. Большая часть операций по обслужи-
ванию двухканальных систем проводится в машинном зале. СКВ
стали принадлежностью конторских зданий, медленно приобре-
тают популярность в универмагах, и уже началось их примене-
ние в промышленных и жилых зданиях.
Эжекционные водовоздушные СКВ отличаются гибкостью в
регулировании и поэтому подходят для зданий, в которых весьма
переменны нагрузки по явному теплу. Занимаемая оборудованн-
ая
Таблица 4.2
Процессы обработки воздуха в различных системах
Система Схема системы и психрометрическая диаграмма Пояснение
С зональными охла- дителями и подогрева- телями 4 5 . , LП. *ет°J Децентрализованное обслу- живание. ММ' — подогрев в вентиляторе
С обводным воз-
душным каналом
Со взаимно обрат-
ными фасадным и об-
водным клапанами
Без обводного канала потре-
бобался бы второй подогрев на
величину IV"S. Канал позволя-
ет более экономично использо-
вать холодильную машину и
воздухоохладитель, а также
гибко регулировать параметры
приточного воздуха
В воздухоохладителе часть
воздуха глубоко охлаждается,
осушается и после смешивания
с частью, прошедшей через об-
водной канал, приобретает со-
стояние притока S'. При про-
пускании воздуха по обвод-
ному каналу повышается эф-
фективность теплообмена в
воздухоохладителе, снижается
средняя температура его по-
верхности от точки А к точке
А', вследствие чего состояние
воздуха в помещении R' при-
ближается к R
Продолжение табл. 4.2
Система
Схема системы н психрометрическая диаграмма
Пояснение
Двухканалышя (см.
г.. 7.5):
а) обыкновенная
ММ' — подогрев в вентиля-
торе (па 2—3°С); IV'С— подо-
грев в воздуховодах (на 1—2°).
При высоком влагосодержании
наружного воздуха наблюда-
ется тенденция к повышению
влагосодержания приточного
воздуха
б) регулируемая
по методу точки
росы
Асти
WC — теплопоступления от
вентилятора и через стенки воз-
духоводов. Влагосодержание
приточного воздуха постоянно
и относительная влажность в
помещении не дрейфует. По-
скольку весь воздух охлажда-
ется, а потом частично подогре-
вается,, завышается мощность
холодильной установки
Продолжение табл. 4.2
Система
Схема системы и психрометрическая диаграмма
Пояснение
Зима при переключении глепло-
и хо/юдоснайжения
Система с вентиляторными
доводчиками отличается только
тем, что рециркуляционный воз-
дух вовлекается в циркуляцию
вентилятором, а не эжектнру-
ющими соплами. РР'— тепло,
вносимое вентилятором и через
стенки воздуховодов. Система
применяется в местностях с
четко отличающимися зимним
и летним периодами, тогда хо-
лодная вода подается в тепло-
обменники доводчиков летом, а
горячая — зимой (см. п. 7.8 и
рис. 7.10)
Примечание. На эскизах приняты следующие обозначения: /--калорифер первого подогрева; 2 — центральный воздухоохлади-
тель; 3 — приточный вентилятор; 4 — зональный подогреватель; 5 — зональный охлашпель. 6- калорифер второго подогрева; 7 —спарен-
иы<’ взаимно обратные фасадный и обводной многостворчатые клапаны; 8— воздухоподогреватель; 9 — смесительная коробка; 10 — воздухоох-
ладитель; 11— форсуночная камера; 12 — теплообменник для подогрева и сухого охлаждения рециркуляционного воздуха; 13 — трубопроводы
псаачи холодной или горячей воды; RD — процесс сухого охлаждения при поступлениях явною тепла; SP' — процесс при отсутствии тепло-
поступлений в помещение и выключенном теплообменнике-охладителе; WP — процесс вюр«>го подогрева первичного воздуха для компенсации
•1сП.1опотерь; RD —процесс нодогрена вторичного воздуха вторичной горячен водой длп компенсации геп.чопотерь.
ем этих систем полезная площадь меньше, чем при целиком воз-
душных системах. Они потребляют меньше энергии, поскольку
их вентиляторы затрачивают меньшую мощность на перемеще-
ние воздуха. Однако вследствие децентрализации оборудования
(эжекционных доводчиков) стоимость обслуживания несколько
выше, чем при полностью централизованных системах. При за-
мене эжекционных доводчиков вентиляторными появляет-
ся возможность включения и выключения каждого агрегата.
Недостатки вентиляторных доводчиков — повышенный уровень
шума и затруднительность очистки от пыли. Однако при них от-
падает необходимость в тщательной увязке аэродинамических
сопротивлений сети воздуховодов.
Максимальная ширина здания, обслуживаемого эжекционной
СКВ, равна приблизительно удвоенной дальнобойности воздуш-
ной струи от доводчика.
Радиационные охлаждаемые потолки не приобрели популяр-
ности в Соединенном Королевстве. Змеевики, по которым цирку-
лирует холодная вода, могут быть либо вмонтированы в метал-
лические панели, либо прикреплены к ним зажимами. Панельное
потолочное охлаждение не подходит для помещений с регули-
руемой относительной влажностью, однако с его помощью мож-
но поддерживать среднюю радиационную температуру. Системы
радиационного охлаждения занимают меньшую полезную пло-
щадь, чем воздушные. Капитальные вложения несколько выше.
Температуру охлажденной воды необходимо поддерживать при-
мерно на 2°С выше температуры точки росы внутреннего возду-
ха, что предотвращает конденсацию влаги на поверхности па-
нелей.
4.10. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ СИСТЕМ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
Пример 1. Кондиционируемый ресторан (внутренний объем
1416 м3) обслуживает 300 чел. в три очереди за 2 ч. Наружный
воздух вводится в количестве 0,01 м3/с на 1 чел. (объем отнесен
к состоянию воздуха в помещении). Используя приведенные ни-
же данные, рассчитать: а) поступления явного и скрытого тепла;
б) количество приточного воздуха; в) его влагосодержание;
г) холодильную нагрузку, принимая, что воздух покидает поверх-
ностный воздухоохладитель насыщенным.
Данные для расчета. Параметры внутреннего воздуха 21°С,
60%; параметры наружного воздуха 27 и 22°С по мокрому термо-
метру; четыре электрические плиты мощностью по 2 кВт; нагруз-
ка от освещения 3,5 Вт/м3; теплопоступления через ограждения
6 кВт; рабочая разность температур 10°С; теплопоступления от
человека: явные 90, скрытые 30 Вт; теплопоступления от каждо-
го обеда: явные 10, скрытые 10 Вт; инфильтрация составляет
0,25 объема помещения в 1 ч.
126
Решение.
а) Заметим, что теплопоступления или теплопотери в ваттах
характеризуют выделяющуюся энергию, отсюда упоминание о
двух часах неуместно. Поступления явного тепла составляют:
от людей 100-90=9000, от пищи 100-10=1000, от плит 4-2000 —
= 8000, от искусственного освещения 1416-3,5 = 4950, через нару-
жные ограждения 6000, с инфильтрующимся воздухом
lO3fo,25 0’0* 1— (27 — 211 =705, а всего 29 655 Вт
\ 3600/\0,84оо/ \ /
(0,8455—удельный объем «воздуха при температуре 21°С и
влажности 60,%).
Поступления скрытого тепла составляют: от людей 100-30=
= 3000, от пищи 100-10=1000, с инфильтрующимся воздухом
(1416\/ 2454 \
0,25---II--- (0,01458 — 0,009428) = 1470, а всего 5470 Вт;
3600ДО, 8455/ 1
б) 29,655=т-1,01 • 10; т = 2,96 кг/с;
в) 5,47=2,96 kg 2454; gR = 0,000753 кг/кг; gs=.0,009428—
—0,000753=0,008675 кг/кг;
г) обращаясь к рис. 4.24, находим холодильную нагрузку
Рис. 4.24. К примеру 1
О — наружный воздух (1 м/с) с энталь-
пией 64,35 кДж/кг: R — рециркуля-
ционный воздух (1,96 м3/с) с энталь-
пией 45.07 кДж/кг н удельным объе-
мом 0,8455 м3/кг; 5 — приточный воз-
дух (2.96 м3/с), полностью насыщен-
ный, с температурой 1ГС и энтальпией
31,72 кДж/кг: I — воздухоохладитель;
2 — кондиционируемое помещение
Рис. 4.25. К примеру 2
О — наружный воздух с влагосодержа-
нием 0,007968 кг/кг н удельным объе-
мом 0.8292 м3/кг; R — рециркуляцион-
ный воздух с влагосодержанием
0,01002 кг/кг, энтальпией 47,5 кДж/кг
н удельным объемом 0,8636 мэ/г; W7 —
воздух за охладителем с влагосодер-
жанпем 0,004978 кг/кг, 100%-ной влаж-
ностью и энтальпией 16,5 кДж/кг; S—
приточный воздух с влагосодержанием
0,04978 кг/кг и энтальпией 22,6 кДж/кг;
1 — воздухоохладитель; 2 — калорифер
второго подогрева; 3 — вентилятор;
4 — кондиционируемое помещение
m(h„,—h.s). Из таблицы свойств воздуха /is = 31,72 кДж/кг. Ис-
пользуя уравнение для энтальпии смеси, получаем
/ 1 \ / 1,96 \
----- 64,35 -у(—4— 45,07
(0,8455 / (0,8455 )
hm =--------------—------------- =51,5 кДж/кг,
2. ,Уо
0,8455
тогда холодильная нагрузка равна 2.96(51,5—31,72) =58,5 кВ г.
127
Пример 2. В СКВ часть воздуха из помещения смешивается с
наружным воздухом и затем поступает в воздухоохладитель.
Необходимо, используя таблицы свойств воздуха: а) определить
конечную температуру по мокрому термометру, если 2 м3/с воз-
духа с параметрами 27°С и 44% смешиваются с 1,1 м3/с наруж-
ного воздуха с параметрами 16°С и 70%; б) рассчитать нагрузки
на воздухоохладитель и калорифер второго подогрева, если воз-
дух поступает в помещение с температурами по сухому термо-
метру 10°С и по мокрому 7°С.
Решение (рис. 4.25).
а) Массовые расходы наружного и рециркуляционного возду-
ха соответственно равны 1,1/0,8292= 1,33 и 2,3/0,8636=2,66 кг/с.
Из уравнения смешения температура по сухому термометру и
влагосодержание смеси соответственно равны:
0
т
2,66-27+ 1,33-16
2,66+ 1,33
8м —
2,66-0,01002 + 1,33-0,007968
= 0,00933 кг/с.
2,66 + 1,33
Из таблицы свойств воздуха температура по мокрому термо-
метру 16,9°С, по сухому 17,4°С.
б) Энтальпию и влагосодержание приточного воздуха (S)
можно найти в той же таблице. При отсутствии информации о
коэффициенте байпасирования воздухоохладителя можно при-
нять 100%-ное насыщение после охладителя (W7). Используя
вновь таблицу, устанавливаем величины hu и hw. Тогда нагрузка
на воздухоохладитель составит 3,99(47,5—16,5) = 123,5 кВт,
теплоотдача калорифера второго подогрева 3,99(22,6—16,5) =
= 24,4 кВт.
Пример 3. При наружной температуре 30°С по сухому термо-
метру и 25°С по мокрому СКВ поддерживает в здании 25°С и
50%-ную влажность- Если 1 м3/с рециркуляционного воздуха
(объем отнесен к параметрам внутреннего воздуха) смешивается
с 0,5 м3/с наружного воздуха (объем отнесен к параметрам на-
ружного воздуха), определить: а) суммарный массовый расход
воздуха; б) влагосодержание смешанного воздуха; в) количество
выпадающего конденсата на поверхности воздухоохладителя,
питаемого охлажденной водой, если температура смеси снижает-
ся до 7°С и воздух полностью насыщен.
Решение (рис. 4.26).
Воздухоохладитель
М дш W
Рис. 4.26. К примеру 3
О — наружный воздух с влагосодержа-
нием 0,01802 кг/кг н удельным объе-
мом 0,8832 м3/кг; R — рециркуляцион-
ный воздух с влагосодержанием
9,007857 кг/кг н удельным объемом
0,8434 м3/кг; М — смешанный воздух:
W— воздух после охладителя (в дан-
ном случае приточный), насыщенный,
влагосодержание 0,006236 кг/кг
' ° 0,568 + 1,19
в) При 7°С влагосодержание
0.006235 кг/кг. тогда количество
а) Суммарный массовый расход воздуха zn= (0,5/0,8832) +
+ (1,0/0,8434) = 1,758 кг/с.
0,568 0,01802 + 1,19-0,007857 пп,,,. ,
61 а = —-----------2------1------= 0,01114 кг/кг.
насыщенного воздуха равно
выпадающего конденсата со-
ставит (0,01114—0,006235)1,758=0,00863 кг/с.
Пример 4. СКВ снабжает помещения 1 и 2 с различными
условиями. В помещении 1 надо поддерживать 17°С и 70%-ную
влажность и воздух вводить при 13°С. Для помещения 2 требу-
ются температура 25°С и 40%-ная влажность. Влагосодержание
подаваемого воздуха в обоих помещениях одинаково. Рецирку-
ляционный воздух поступает из общего канала. Отношение ко-
личеств наружного и рециркуляционного воздуха 0,5. Смешан-
ный воздух проходит через воздухоохладитель, имеющий эффек-
тивность 85%, и затем подается в каждое помещение через само-
стоятельные подогреватели. Определить: а) массы воздуха, по-
даваемого в каждое помещение; б) тепловые нагрузки на каж-
дый подогреватель и холодильную нагрузку на общий воздухо-
Рис. 4.27. Схема двухзональ-
ной системы а и процессы об-
работки воздуха, представлен-
ные в психрометрической ди-
аграмме б (к примеру 4)
1, 2 — помещения: 3—зональный по-
догреватель; 4 — приточный венти-
лятор; 5 — воздухоохладитель с ко-
эффициентом байпасснрования 0=
=0,15; 6 — выбросной канал; 7 —
рециркуляцнонно-вытяжной венти-
лятор; О — наружный воздух; Mi —
рециркуляционный воздух после
обоих помещений; — смесь на-
ружного и рециркуляционного воз-
духа; W—воздух после вентилято-
ра; Si, Sj — приточный воздух соот-
ветственно в помещения 1 и 2; Ru
Rz — вытяжной воздух соответствен-
но из помещений / н 2; gвла-
госодержание приточного воздуха;
V — явные теплопоступления
соответственно в помещения / и 2;
f L1 ’ поступления скрытого
тепла соответственно в помещеиия
1 и 2; h h^, hm2 — энтальпии
приточного и смешанного воздуха:
^—энтальпия воздуха после охла-
дителя; е — угол луча процесса в
помещении; 1 — холодильная на-
грузка; II, III — теплоотдача зо-
нальных подогревателей соответст-
венно помещений 2 и 1; IF' — со-
стояние воздуха при температуре
точки росы аппарата (найдено из
выражения коэффициента контакта
теплообменника <х= =
__ Киз ~~
—0.85); состояние приточного воз-
духа $2 определено по форму-
5 Зак. 430
охладитель (построив предварительно процесс на психрометри-
ческой диаграмме).
Данные для расчета. Расчетные температуры наружного воз-
духа по сухому термометру 29°С, по мокрому 23°С. Поступления:
в помещение 1 — явного тепла 4240 Вт, скрытого тепла 2820 Вт;
в помещение 2 — явного тепла 5170 Вт, скрытого тепла 1290 Вт.
Решение (рис. 4.27,а).
a) qsl=mi 1,01(17—13); mi =.4,24/1,01 -4= 1,05 кг/с;
7Li=mt (gRi—gSI)L; (gm—gsl) =2,82/1,05-2450= 1,1-10-3 кг/кг;
gs,= (8,521—1,1) IO"3 = 7,421 • IO-3 кг/кг.
Поскольку в оба помещения подается воздух с одним и тем
же влагосодержанием, qL2—m2(gR2—gs2)L;
1,29
m, = ---------------------- =0,82 кг/с.
(0,008063 — 0,007421) 2450
б) Процесс обработки воздуха показан на рис. 4.27,6. Холо-
дильная нагрузка: (1,05-f-0,82) (1гм2—hw), нагрузка на подогре-
ватель помещения 1 : 1,05 (hS\—йш), нагрузка на подогреватель
помещения 2 : 0,82 (&s2—hw).
Пример 5. В помещении с помощью эжекционного доводчика
поддерживаются 21°С и влажность 50,% • Поступления явного теп-
ла составляют 1465 Вт. Первичный воздух имеет температуру
13°С и влагосодержание 0,007659 кг/кг, его количество равно
0,04 кг/с. Рециркуляционный воздух проходит через теплообмен-
ник и охлаждается на 6°С, а затем смешивается с первичным
воздухом и смесь подается в помещение. Рассчитать: а) тепло,
ассимилируемое первичным воздухом; б) тепло, ассимилируемое
вторичным воздухом; в) массовый расход эжектируемого возду-
ха: г) температуру по сухому термометру приточного воздуха,
поступающего в помещение; д) общую холодильную нагрузку,
если первичный воздух охлаждается от ^с=28°С и = 19°С до
/с=10°С и влагосодержания 0,007659 кг/кг (в охладителе пер-
вичного воздуха) и подогревается в вентиляторе и воздуховодах
на 3°С; е) изменения состояния воздуха на психрометрической
диаграмме.
Решение (рис. 4.28,а).
а) явное тепло, ассимилируемое первичным воздухом, qP =
= 0,04-1,02(21—13) 1000=327 Вт;
б) тепло, отводимое вторичным воздухом, <7S=1465—327=
= 1138 Вт;
в) массовый расход эжектируемого воздуха: 1,138=т-1,02-6;
m = 0,186 кг/с;
г) температура по сухому термометру смеси первичного и ох-
лажденного вторичного воздуха
0,04-13 4-0,186-15
= 14,о С;
5-----0,04 4-0,186
д) энтальпия наружного воздуха 53,5 кДж/кг то же. воз-
130
Рис. 4.28. Схема эжекциоииой
системы а и процессы обработки
воздуха, представленные в псих-
рометрической диаграмме б (к
примеру 5)
1 — воздухоохладитель; 2 — вентиля-
тор; 3 — эжекциоиный доводчик; 4 —
теплообменник доводчика; О — наруж-
ный воздух с энтальпией 53,5 кДж/кг;
W — воздух после охладителя с темпе-
ратурой 10“С, влагосодержанием
0,007659 кг/кг и энтальпией 29,53 кДж/
/кг; Р — первичный воздух: Л — воз-
дух помещения; S — приточный воз-
дух: D — воздух после вторичного воз-
духоохладителя (теплообменника до-
водчика)
духа после охладителя ТГ=29,35 кДж/кг. Тогда суммарная хо-
лодильная нагрузка составит: 0,04(53,5—29,35) +1,1138 =
= 2,079 кВт;
е) процессы обработки воздуха представлены на рис. 4,28,6.
Пример 6. Имеются два помещения. Одно обращено на запад,
используется в качестве конторы и должно кондиционироваться;
другое обращено на восток. Размеры каждого помещения, м :
30X6X3 (высота). Используя приведенные ниже данные, рас-
считать холодильную и тепловую нагрузки при обслуживании
помещений СКВ:
а) эжекционной, снабжаемой холодом по двухтрубной непе-
реключаемой сети трубопроводов;
б) двухканальной: I) обычной и II) регулируемой по методу
точки росы;
в) с вентиляторными доводчиками, питаемыми от четырех-
трубной сети.
Данные для расчета
Показатель Восточная зона Западная зона
Летний период
Поступления явного тепла, кВт:
в 10 ч
в 16 ч
Поступления скрытого тепла, кВт
Температура наружного воздуха., °C
Энтальпия наружного воздуха, кДж/кг
Расчетная температура в помещении, ‘С
14 4
6.,5 16
2,1 2,1
28
57,83
21
Зак. 430
131
Продолжение
Показатель Восточная эона Западная зона
Зимний период
Теплопотери, кВт 7,5 I 11.5
Поступления скрытого тепла, кВт 2,1 1 2,1
Температура наружного воздуха, °C —1
Относительная влажность наружного возду- 100
ха, %'
Расчетная температура воздуха в помещении, 21
Х_« Максимальная точка росы воздуха в помеще- 4,4
нии, °C
Рис. 4.29. Схема двухзональной эжекцнонной системы а и процессы обработ-
ки воздуха в психрометрической диаграмме б (к примеру 6)
/ — воздушный фильтр; 2 — калорифер первого подогрева; 3 — центральный воздухоох-
ладитель; 4 — вентилятор; 5, 5' — зональные подогреватели восточной н западной зон: О—
наружный воздух; Я — воздух после калорифера первого подогрева; W — воздух после
центрального воздухоохладителя; Р, Р' —первичный воздух; Pg —первичный воздух, по-
ступающий в восточную зону; Р — первичный воздух, поступающий в западную зону;
? * ®
— первичный воздух непосредственно после зональных подогревателей (в холод-
ный период) соответственно восточной и западной эон; D — воздух после теплообменник
^нД?0ОДЧИиа: / — канал в западную эону и процесс в холодный период года в запад-
ной зоне; //— канал в восточную зону н процесс в холодный период года в восточной
uij"Г Х0Л0Ди?ьиая нагРУЗка; подстрочные индексы в остальных х-словных обозна-
чениях, 5 — теплый период; w — холодный период
132
6,а. Эжекционная система, снабжаемая холодом по двухтруб-
ной непереключаемой сети трубопроводов (рис. 4.29).
Данные для расчета. Температуры по сухому и мокрому тер-
мометру и влагосодержание первичного воздуха после централь-
ного охладителя соответственно равны 10,6, 10°С, 7,5 г/кг; повы-
шение температуры воздуха вследствие подогрева в вентиляторе
и воздуховодах 4,4°С; количество первичного воздуха 2,54 л/с на
1 м2 пола; удельный объем первичного воздуха у эжекционных
доводчиков 0,8257 м3/кг; максимальная мгновенная холодильная
нагрузка приходится на 16йч.
Рассмотрим западную зону. Ее площадь 30-6=180 м2. Коли-
чество первичного воздуха 180-2,54-10-3=0,457 м3/с.
Увеличение влагосодержания воздуха при поступлении скры-
того тепла:
2,1 (273 + 10,6 + 4,4) . ,
----• = 1,54 г/кг,
0,457 860-----7
Влагосодержание воздуха в помещении: 7,5+1,54 = 9,04 г/кг.
При 21°С и этом влагосодержании относительная влажность воз-
духа в помещении будет около 58%, а энтальпия 44,08 кДж/кг.
Холодильная нагрузка, вызываемая теплом, вносимым наруж-
ным воздухом: 0,457 (57,83—44,08)0,8257=7,6 кВт.
Холодильная нагрузка вследствие подогрева воздуха в венти-
ляторе и воздуховодах: 0,457-1,02(15—10,6)/0,8257=2,48 кВт»
»2,5 кВт.
Суммарная холодильная нагрузка в западной зоне в 16 ч:
16+2,1+7,6+2,5=28,2 кВт.
Энтальпия воздуха после центрального воздухоохладителя
29,56 кДж/кг.
Холодильная нагрузка на этот воздухоохладитель: 0,457Х
X (57,83—29,56)/0,8257= 15,65 кВт. Тогда нагрузка на эжекцион-
ные доводчики составит: 28,2—15,65=12,55 кВт.
Типовым решением является выбор десяти доводчиков, рас-
считанных каждый на подачу 45,7 л/с первичного воздуха при
холодильной нагрузке на теплообменник каждого доводчика
1,255 кВт.
Рассмотрим восточную зону. Максимальная мгновенная на-
грузка на эту зону приходится на 10 ч. Площадь зоны 180 м2.
Количество первичного воздуха 0,457 м3/с; увеличение влагосо-
держания в помещении 1,54 г/кг; влагосодержание воздуха в по-
мещении 9,04 г/кг; энтальпия 44,08 кДж/кг; холодильная нагруз-
ка, вносимая наружным воздухом, 7,6 кВт; холодильная нагруз-
ка, вносимая вентилятором и поступлениями тепла в воздуховоды,
2,5 кВт; суммарная холодильная нагрузка: 14+2,1+7,6+2,5=
= 26,2 кВт. Нагрузка на центральный воздухоохладитель первич-
ного воздуха 15,65 кВт, на воздухоохладители доводчиков 26,2—
— 15,65=10,55 кВт.
В 16 ч поступления явного тепла в восточную зону на 7,5 кВт
133
меньше, поэтому нагрузка на эжекционные доводчики в это вре-
мя составит 10,55—7,5=3,05 кВт.
Максимальная холодильная нагрузка на систему в целом со-
ставит 15,65+12,55+15,65+3,05=46,9 кВт.
Температура точки росы внутреннего воздуха в зимний пе-
риод 4,4°С принята исходя из того, чтобы воспрепятствовать вы-
падению конденсата на поверхности остекления окон при рас-
четных условиях. При более высоких температурах наружного
воздуха температуру точки росы можно поднимать.
В каждой зоне отопительные функции возложены на первич-
ный воздух, вводимый в количестве 0,457-2=0,914 м3/с. Темпе-
ратура первичного воздуха, подаваемого в западную зону,
21 Г 11.5 (273 +15)
Т 1.0,457 ’ 360
,1°С.
Заметим, что 0,457 м3/с отнесены к температуре 15°С.
При температуре 21°С и точке росы 4,4°С влагосодержание
внутреннего воздуха 5,2 г/кг; увеличение влагосодержания по-
прежнему 1,54 г/кг; тогда требуемое влагосодержание первично-
го воздуха 5,2—1,54=3,66 г/кг. Влагосодержание же наружного
воздуха в расчетных условиях зимнего периода (—1°С, 100%)
равно 3,48 г/кг. Таким образом, необходимости в увлажнении
воздуха в этот период нет.
Истинное влагосодержание воздуха в помещении будет 3,48+
+ 1,54=5,02 г/кг, а относительная влажность воздуха 32%.
Температура приточного воздуха, подаваемого в восточную
зону:;
Г 7,6
[б,457
(273 + 15) ]
-— =34,1°С
360 J
Примем, что потери тепла воздуховодами покрываются тепло-
поступлениями от вентилятора, тогда расход тепла на обогрев
помещений в зимний период
Г 360 1 Г 360
0,457 --------(41,1+ 1) + 0,457---—----— (34,1
L (273+15) ' J L (273 + 15)
+ l)j = 24 + 20 = 44 кВт.
6,6.1. Двухканальная обычная система (рис. 4.30). Данные
для расчета. Состояние воздуха после центрального воздухоохла-
дителя прежнее; повышение температуры воздуха: в вентиляторе
на 2,2°С, в воздуховодах на 2,2°С, количество вводимого наруж-
ного воздуха 2,54 л/с на 1 м2 пола; мгновенная максимальная
нагрузка приходится на 16 ч.
Количество холодного воздуха, вводимого в западную зону:
-------------16------- (273 + 10,6 + 2,2) = J
(21 — 10,6 — 2,2)-----360
134
Рис. 4.30. Схема двухканальной системы с обычной воздухопрнготовитель-
ной установкой а и процессы обработки воздуха в психрометрической диаг-
рамме & (к примеру 6.6.1)
1 — приточный вентилятор; 2 — воздухоподогреватель; 3 — воздухоохладитель; 4 — сме-
сительная коробка; 5 — рециркуляционно-вытяжной вентилятор; О — наружный воздух;
R — рециркуляционный воздух; М — смешанный воздух; F, С* — воздух после вентилято-
ра; Н — горячий воздух; С — холодный воздух; S — приточный воздух (подстрочные ин-
дексы; s — теплый период, ш — холодный период); / — холодильная нагрузка; //— тепло-
отдача воздухоподогревателя в холодный период года
Количество холодного воздуха, вводимого в восточную зону
в 10 ч:
14 (273 + 12,8)
(21 — 12,8) 360
= 1,355 м’/с.
Состояние рециркуляционного воздуха будет средним между
135
состояниями в различных зонах. Для рассматриваемого в дан-
ном примере случая примем, что оно такое же, как в помещениях:
2ГС и влагосодержание 9,04 г/кг.
Суммарное количество воздуха: 1,55+1,355=2,905 м3/с (от-
несено к температуре 12,8°С).
Количество наружного воздуха по-прежнему 0,914 м3/с (от-
0,914
несено к температуре 12,8°С) или £^100=31,4%.
Температура смеси наружного и рециркуляционного воздуха:
0,314- 28+0,686 -21 = 23,2°С.
Влагосодержание смеси: 0,314-11,62+0,686-9,04=9,86 г/кг.
Температура приточного воздуха, вводимого в восточную зо-
ну в 16 ч
/ 6,5 \ 273 + 12,8 \
121 ——L—II----21—— | = 17,2*С.
( 1,355/\ 360 /
Если принято, что потери тепла вызывают падение темпера-
туры в 1,ГС, то температура воздуха, поступающего по «горя-
чему» каналу: 23,2+2,2—1,1 = 24,3°С.
Таким образом, для восточной зоны в 16 ч подводится воздух
в объеме (отнесенном к температуре 12,8°С) из горячего канала
(I2~g) 1,355=0,836 м3/с, а из холодного канала 1,355—
—0,836=0,519 м3/с. Количество воздуха, проходящего через ох-
ладитель в 16 ч: 1,55 + 0,519=2,069 м3/с.
Температура воздуха в горячем канале:
. , Г11-5 (273 + 14.1)
+ [1,61 360
То же, в холодном канале: 14,1+2,2= 16,3°С.
Обозначим массовый расход воздуха буквой т (с соответст-
вующими каналам индексами), тогда температура приточного
воздуха для восточной зоны
(тн-26,7) + (те • 16,3)
= 26,7*С.
(4-18)
/пн + тс
С другой стороны, 0s=,21 + =25,25°С (1,355-1,61/
/1,55=1,41 м3/с при 14,ГС).
При расчетных параметрах наружного воздуха (—ГС, 100%)
его влагосодержание равно 0,5 г/кг. Влагосодержание воздуха
перед вентилятором =3,48+0,686-0,5/0,314=4,57 г/кг.
Удельный объем воздуха при температуре 14,ГС и влагосо-
держании 4,57 г/кг равен 0,8194 м3/с, тогда массовый расход воз-
духа, подаваемого в восточную зону, будетт/е+пгс= 1,41/0,8194 =
= 1,72 кг/с.
Подставляя это значение в формулу смешения (4.18), полу-
чим znH26,7+(l,72 — ти) 16,3=25,25-1,72, откуда тв=1,49 кг/с.
Таким образом, объем воздуха, вводимого в восточную зону:
1,49-0,8194=1,22 м3/с (при температуре 14,ГС).
136
Принимаем, что температура в горячем Канале вследствие
теплопотерь снижается на 1,1°С, тогда температура воздуха пос-
ле подогревателя: 26,7+1,1 = 27,8°С.
Теплоотдача подогревателя:
(1,22+ 1,61)(27,8- 16,3)360
273+ 14,1
Холодопроизводительность воздухоохладителя 2,069(50,66—
—29,56)70,8194 =53,4 кВт.
Рис. 4.31. Схема двухканальной системы с кондиционером, регулируемым- по
методу точки росы а, и процессы обработки воздуха в психрометрической
диаграмме б (к примеру б.б.П)
/ — воздухоохладитель; 2 — приточный вентилятор; 3 — воздухоподогреватель; 4 — смеси-
тельная коробка; 5 — рециркуляционно-вытяжной вентилятор (остальные обозначения те
же, что иа рис. 4.30)
’37
Температура приточного воздуха: 10,61+4,4= 15°С.
Количество воздуха, подаваемого в западную зону:
16 (273 + 15)
(21 — 15) 360
= 2,14 мэ/с.
То же, в восточную зону:
14 (273 + 15)
(21 - 15) 360
= 1,86 м3/с.
Суммарное количество приточного воздуха, проходящего че-
рез центральный воздухоохладитель: 2,14+1,86 = 4 м3/с.
Максимальная холодильная нагрузка на воздухоохладитель:
4(50,66—29,56)/0,8194—103 кВт-
6,в. Система с вентиляторными доводчиками (рис. 4.32).
Данные для расчета. Снабжение теплом и холодом производится
Рис. 4.32. Схемы системы с вентиляторными доводчиками а и процессы
обработки воздуха в психрометрической диаграмме б (к примеру 6,в)
/ — воздушный фильтр; 2 —калорифер первого подогрева; 3 — центральный воздухоох*
ладнтель; 4 — вентилятор; 5 — теплообменник доводчика; О — наружный воздух; Я —
воздух после подогревателя; IT — воздух после центрального воздухоохладителя; Р' —
первичный воздух после вентилятора; Р— первичный воздух, подводимый к доводчикам;
R — рециркуляционный воздух; D — воздух после теплообменника доводчика; S — при-
точный воздух (подстрочные индексы: s — теплый период, w — холодный период);
подогрев воздуха в вентиляторе 4
138
по четырехтрубной системе; снабжение вентиляционным возду-
хом— от самостоятельной системы низкого давления; состояние
воздуха после центрального воздухоохладителя прежнее; повы-
шение температуры воздуха в вентиляторе и воздуховодах на
3,3°С; количество вентиляционного воздуха прежнее, т. е. 2,54 л/С
на 1 м2 пола; удельный объем приточного воздуха в летний пе-
риод 0,8228 м3/кг. В режиме охлаждения эта система работает
так же, как ранее рассмотренная эжекцнонная система: количе-
ство вентиляционного воздуха 0,457 м3/с; повышение влагосодер-
жания внутреннего воздуха на 1,54 г/кг; влагосодержание в по-
мещении 9,04 г/кг; энтальпия 44,08 кДж/кг; холодильная нагруз-
ка, вносимая с наружным воздухом: 0,457(57,83—44,08)/0,8228=
= 7,65 кВт; холодильная нагрузка, вносимая вентилятором и
теплопоступлениями через воздуховоды: 0,457-1,02(13,9—10,6)/
/0,8228=,1,87 кВт.
Суммарная холодильная нагрузка для западной зоны: 16+
+2,1+7,65+1,87=27,62 кВт.
Энтальпия воздуха после охладителя: 29,56 кДж/кг.
Холодильная нагрузка на воздухоохладитель:
0,457 (57,83 — 29,56)
-----— ’ оппо = 15,72 кВт.
0,8228
Холодильная нагрузка на теплообменники вентиляторных до-
водчиков: 27,62—15,72=11,9 кВт.
Суммарная холодильная нагрузка для восточной зоны: 14+
+ 2,1+7,65+1,87 = 25,62 кВт.
Холодильная нагрузка на воздухоохладитель 15,72 кВт, а на-
грузка на теплообменники доводчиков в 10 ч: 25,62—15,72=
= 9,9 кВт.
В 16 ч явные теплопоступления в восточной зоне на 7,5 кВт
меньше максимальных, поэтому нагрузка на теплообменники до-
водчиков составит 9,9—7,5=2,4 кВт.
Максимальная холодильная нагрузка на систему; 15,72+
+ 11,9+15,72+2,4=45,14 кВт.
В холодное время года потребность в тепле такая же, как при
эжекционной системе, за исключением того, что нет потерь тепла
воздуховодами. Конечно, имеются потери тепла трубопроводами
системы теплоснабжения.
Система Холод Тепло
Эжекцнонная 46,99 44
Двухканальная:
обычная 53.,4 40,8
регулируемая по методу точки росы .103 40,8
С вентиляторными доводчиками 45,. 14 42,4
139
Суммарная потребность в тепле в холодный период года
представляет собой сумму затрат тепла на отопление и вентиля-
цию: 7,5 + 11,5+[2-0,457(19,9+1)360/(273+21)] =,19 + 23,4=
= 42,4 кВт.
Суммарные холодильные нагрузки и потребность в тепле,
кВт, для рассмотренных систем сведены в таблицу.
Следует иметь в виду, что приведенные выше данные, полу-
ченные для одного частного случая, могут служить только общим
руководящим материалом для оценки систем. Эти данные харак-
теризуют часть эксплуатационных затрат. Однако при выборе
систем необходимо учитывать и капитальные затраты — другой
фактор большой значимости.
ОСНОВЫ АЭРОДИНАМИКИ И ДВИЖЕНИЕ
ВОЗДУХА В КАНАЛАХ
5.1. ДВИЖЕНИЕ ЭНЕРГИИ
Законы движения энергии действуют в границах принци-
па ее сохранения и применимы к микро- и макромасштабам.
Многие процессы распространения энергии зависят от среды.
Воздух движется в каналах потому, что энергия, приложенная к
системе при помощи вентилятора, передается от частиц к части-
цам. В данной главе сосредоточено внимание на распростране-
нии энергии в воздухе систем кондиционирования.
Рассмотрим движение энергии между двумя плоскими по-
верхностями, имеющими потенциалы Фа и Фь. Если Фа>Фь, то
под действием некоторого вне-
шнего агента энергия будет
течь от поверхности а к поверх-
ности Ь. Результирующий по-
ток энергии при этом градиен-
те может быть представлен
функцией тока гр (рис. 5.1).
Энергия будет перемещать-
ся в кратчайшее время, поэто-
му путь ее движения — прямая,
перпендикулярная поверхно-
стям. Таким образом, линии
тока могут быть представлены
Фа
Рис. 5.1. Движение энергии между
двумя плоскими поверхностями
прямыми, пересекающими поверхности с постоянными потенциа-
лами под прямым углом. Математически это может быть выраже-
но комплексной функцией Ф + np, где i—У—1 — мнимая единица,
а гр и Ф — ортогональные функции. Это положение имеет практи-
Таблица 5.1
Потенциальные функции и функции тока
при движении различных форм энергии
Энергия, процесс
Потенциальная функция
Функция тока
Тепловая
Электрическая
Перенос массы
Течение жидкости
Температура
Напряжение
Давление пара
Давление частиц
Поток тепла
Электрический ток
Количество пара
Расход жидкости
141
ческое значение, поскольку течения жидкости и тепла можно изу-
чать экспериментально методом электрической аналогии, при ко-
торой температурные или скоростные потенциалы имитируются
напряжениями, а тепловые потоки или расходы — током. Движе-
ние различных форм энергии может быть выражено физически-
ми величинами с помощью потенциальных функций и функций
тока (табл. 5.1.).
В следующих разделах будет рассмотрен случай движения
жидкости. Под термином «жидкость» понимается как газ, так и
собственно жидкость.
5.2. ОСНОВЫ ДИНАМИКИ ДВИЖЕНИЯ жидкости
5.2.1. Описание движения жидкости. Жидкость можно рас-
сматривать состоящей из частиц, и изучение динамики движения
жидкости сводится к изучению движения ее частиц. Представле-
ние о движении частицы можно составить установлением ее ко-
ординат (х, у, z) в какой-то момент времени t при известных на-
чальных координатах (а, Ь, с). По Лагранжу это означает:
х = х (а, Ь, с, t)t‘
у = у (a, b, с, t)t;
z = z (a, b, с, t)t.
Для полного описания движения жидкости необходимо знать
скорости частиц и, v, w, а также давление и плотность. Для не-
сжимаемых жидкостей (к которым относится большинство жид-
костей) при нормальных температуре и давлении при расчетах
плотность принимают постоянной. Для газов используют законы,
рассмотренные в гл. 3. Компоненты скорости таковы:
и = и (х, у, z, t);
v = v (х, у, z, /);
W =ш (х, у, z,t).
Последние функции называются функциями Эйлера. Если
скорость в точке в любой момент времени относительно данной
системы координат остается одной и той же, то поток называют
устойчивым, в противном случае он считается турбулентным.
5.2.2. Функция тока. Состояние потока жидкости в некоторый
момент времени описывается функцией тока ф. Касательная к
линии тока в некоторой ее точке характеризует направление ско-
рости жидкости в этой точке, отсюда уравнения движения таковы:
d х d у dz
и V 01
Для двухмерного потока vdx — udy=0. Поскольку функции
тока определяются равенствами и =—Oty/dy и v = -j-дф/дл', то
д д ib _ „
- d х -|- - d у = 0 (5.2)
д х оу
(5.1)
142
и
<И> = 0. (5.3)
Интегрирование вдоль линии тока показывает, что ip постоян-
на. Для установившегося движения линии тока — это действи-
тельные пути движения частиц жидкости, в то время как при
турбулентном движении они только указывают направление
движения частиц в данный момент времени.
5.2.3. Неразрывность. Естественно, закон сохранения массы
справедлив и для жидкости. В случае одномерного движения
массовый расход жидкости выражается равенством:
m=fav, (5.4)
где т — массовый расход, кг/с; р — плотность, кг/м3; а — площадь попереч-
ного сечения канала, по которому движется жидкость; v — скорость ее дви-
жения.
Принцип неразрывности состоит также в том, что между час-
тицами жидкости отсутствуют пустоты.
В следующих разделах используются тензорные выражения.
Подстрочные индексы i, j, k соответственно обозначают направ-
ления X, у, Z.
Представим элементарный объем жидкости бУ=6-Тгбл';6л/;.
Согласно закону сохранения массы, d(pdV)/dt=O. Тогда
др д(дУ)
6^ + р~77- = 0-
(5-5)
Для постоянного элемента жидкости
д (6 V) д !д Х{ \ д V;
д t д \ д t ) д Xi
Подставляя уравнение (5.6) в уравнение (5.5), получим
др д V{
dr +р^ = 0-
д t д Xi
(5.6)
Если среда негомогенна, то р неравномерно и
В некоторых учебниках уравнение неразрывности представ-
ляют в векторной форме, т. е.
где V — оператор. Для гомогенной несжимаемой жидкости
р(хй /)=0, тогда du,/<?Xi = 0.
Из уравнешш (5.6) и (5.5):
д Vi
й d V--= 0; р d Xi 6 хь 1 d = const = т
d Xi J
143
Рис. 5.2. К выводу уравнения
Бернулли
что соответствует уравнению
(5.4).
5.2.4. Уравнение энергии. Ес-
тественно, закон сохранения энер-
гии справедлив и для жидкости.
При выводе уравнения энергии
примем, что силами трения мож-
но пренебречь, движение жидко-
сти устойчивое и жидкость гомо-
генна.
Первый шаг — это вывод урав-
нения движения частицы. Обра-
щаясь к рис. 5.2, можем запи-
сать
5 р 1
р + -— б Х( fl А = р 6 xi
. 5 Х{ |
+ P S & xi в A cos v,
откуда
д р dvi б z
— а = ₽ + ₽ £ л •
д Xi at о Xi
Заметим, что для члена, выражающего ускорение, допуска-
ется использование полной производной, поскольку
dvi dvi d Xi д vi
dt d t + d t d Xi '
Если скорость частицы vt имеет меньшее значение, чем ско-
рость dXijdt, то
(5.8)
", , ! др
d t d t d Xi
. dp
+ vi а ’
и X(
। дает
dz 1 d(u^)
— ° RVi ----”— P
' s ‘ d x, 2 1
(5.9)
d vi dv{
dt d t
Следующий шаг — установление изменения полного давле-
ния, которое может произойти во времени и пространстве, т. е.
полной производной давления:
dp dp d xt
d7 =
dp dp
Tt=d~t
Подстановка (5.8) в (5.9)
dp dp
dt rs-‘ dx, 2 r dt
Затем, интегрируя по линии тока, получаем
dp 1 (dp\ 1 d (tf) d t (J dxi
f—-J — + 77
- p -1 p \o t / 2 dt
d z
, , -— di = const.
di dxi
о
144
Если движение устойчиво, то dp/dt=O. Тогда
С— + — о? + gz= const. (5-Ю)
J р . 2
Для несжимаемой жидкости р(хг-, ()>=0. Отсюда
Я °?
----— + z= const (5.11)
?g 2g
Уравнения (5.10) и (5.11) впервые вывел Бернулли. Следует
подчеркнуть, что они применимы только к гомогенной жидкости,
движущейся устойчиво и без трения. Постоянная имеет одно и то
же значение, если поток не вращается (см. разд. 5.2.5). В техни-
ке энергия часто выражается в напорах жидкости. Кинетическая
энергия, характеризуемая членом vj /2g, называется скоростным
напором; энергия давления, характеризуемая членом p/pg, на-
зывается давлением или статическим напором; потенциальная
энергия, характеризуемая членом z, на-
зывается потенциальным напором. Урав-
нение Бернулли устанавливает, что для
устойчивого движения общая энергия в
какой-либо точке пространства и во вре-
мени для данной системы постоянна.
5.2.5. Вихри. Если вращается какой-
нибудь элемент жидкости, то поток счи-
тается вращающимся; если элемент жид-
кости не вращается, то поток безвихревой
(иногда называется потенциальным). Вращательное движение
в данной главе не рассматривается.
5.2.6. Безвихревой поток. Линейный интеграл скорости вдоль
пути между точками А и В (рис. 5.3) записывается так:
в
Ф = j* ocosads. (5.12)
А
Вектор
скорости
Рис. 5.3. К выводу урав-
нения Лапласа
Если линейный интеграл вычисляется для замкнутой кривой,
то результат называется циркуляцией Г:
Г = (j) ocosads. (5.13)
В этом уравнении символ означает линейный интеграл по
замкнутой кривой. Теорема Томсона устанавливает, что для го-
могенной жидкости, движущейся без трения, циркуляция пос-
тоянна. Если движение жидкости начинается с состояния покоя,
то циркуляция для каждого замкнутого пути равна нулю. Это
означает, что интеграл от одной точки до другой не зависит от
пути. Для линейного интеграла
в
Ф = I v cos ads и dx; = ds cos a,
145
откуда
в
Ф = Г vdx{. (5.14)
А
Изменение Ф относительно xt выражается так:
дФ _ _д_
д Xi д Xi
Тогда
в
f v d Xi.
Следовательно, скорость жидкости может быть выражена че-
рез потенциальный градиент, где Ф — потенциал скорости. Этот
результат характеризует силовые поля гравитации, электроста-
тики и гидродинамики. Оператор д/дх* заменяется символом V
или словом град.
Постановка уравнения (5.15) в уравнение неразрывности
(5.7) дает
Или в векторной форме
д о
77 + ? V2® = 0. (5.17)
о i
Если жидкость несжимаема, то
~2Ф=0. (5.18)
Уравнение (5.18) —это уравнение Лапласа, которое примени-
мо для безвихревых силовых полей при отсутствии источников и
наличии гомогенности. При его выводе не приняты во внимание
трение и сжимаемость жидкости. Жидкость течет в направлении,
нормальном к эквипотенциальным поверхностям, и устойчивость
движения характеризуется линиями тока. Линии тока и потен-
циальных функций ортогональны. Таким образом, Vi = d<bjdx, и
Vi—dty/dxj (подстрочные индексы i н j указывают на ортогональ-
ность) . Ясно, что функция тока также удовлетворяет уравнению
Лапласа, т. е. для несжимаемой жидкости
v2ip = o. (5.19)
Здесь V2 — оператор, V2=-д2/<5х2; .
Теорема Томсона ничего не говорит об эффектах прерыви-
стости поверхности. Линии движения внутри жидкости могут
быть перемещены или деформированы так, чтобы избежать воз-
никновения вихрей вследствие прерывистости поверхности.
Существование комплексной потенциальной функции отмече-
но в разд. 5.1. Там же кратко было рассмотрено ее применение
.146
для решения проблем двухмерного потока. Представим комплекс-
ную потенциальную функцию так: да=ф-Нф, а комплексную пе-
ременную z=x+iy. Дифференцирование по х дает
д w d w д г д оу
д х dz 3х dz ’
ПОСКОЛЬКУ — = 1.
Дифференцирование по у дает
d w d w d z d w
dу z d у ‘ dz r
d z
поскольку — =1,
о у
Следовательно,
Приравнивание действительных и мнимых частей дает
3 Ф 3 гр 3ip ЗФ
dy 3 х 3 у d х
Полученные выражения иногда называют условиями Рима-
на — Коши. Примем, что поток двухмерен. Потенциальная функ-
ция w.= Laz-.
Л,
Ф + «Ip = V а (у + ‘ у)2-
Отсюда
ф = у а (х2 — у2) и ip = а х у.
Следовательно, линии тока — равнобокие гиперболы и ско-
рости в направлениях х и у соответственно таковы: и.=ах и ф =
— —ау. В табл. 5.2 приведены некоторые случаи двухмерного
комплексного потенциального течения. Пути движения потоков
ортогональны и называются конформными отображениями.
Теорию нельзя распространить на трехмерный поток вследст-
вие двухмерного характера комплексных чисел.
5.2.7. Законы количества движения. Согласно второму закону
Ньютона, F=md~. В случае сжимаемых жидкостей, т. е. при
d t
изменяющейся во времени плотности, этот закон удобней пред-
ставлятьв формеС= v Произведение mvi — это количество
d t
движения жидкости. Таким образом сила, действующая на мас-
су,, пропорциональна количеству движения. При турбулентном
движении принимается средняя во времени величина щ. В общем
масса и энергия должны сохраняться в системе. Ниже приведены
два примера, иллюстрирующие значение законов количества
движения.
147
ности стенок. Многочисленные эксперименты показали, что ско-
рость жидкости возрастает к оси канала (рис. 5.6).
По сечению канала существует градиент скорости, что озна-
чает перенос количества движения между соседними линиями
тока. Изменение количества движения создает силу вязкости.
Вязкостное напряжение (т. е. сила вязкости, приходящаяся на
единицу площади), характеризуется уравнением
dvt
т = -Н7-. (5.20)
U X j
где ц — коэффициент динамической вязкости, Па-с. Поскольку
х обычно отсчитывается от оси канала, где v максимальна, то
dvildxj отрицательна. Отношение динамической вязкости к плот-
ности называется кинематической вязкостью, м2/с. Энергия, за-
трачиваемая на преодоление сил вязкости, называется трением.
Рейнольдс измерил потерн трения в трубопроводах. На рис. 5.7
показано, что до достижения критической скорости между
удельными потерями на трение Н и скоростью существует линей-
ная зависимость. Такое течение называют ламинарным. При бо-
лее высокой скорости течение турбулентное и зависимость Н от
v нелинейна. Значения критической скорости были установлены
введением в поток воды красной краски. Рейнольдс нашел, что
не только критическая скорость зависит от диаметра трубы, но и
от плотности, а также вязкости жидкости. Все эти параметры
могут быть объединены безразмерным отношением, известным
под названием критерия Рейнольдса (Re):
о v d
Re = 5--- . (5.21)
М-
Этот критерий определяет режим течения (табл. 5.3).
Таблица 5.3
Значения критерия Рейнольдса
Режим
<2000
2000-2500
>2500
Ламинарный
Переходный диапазон
Турбулентный
Приведенные значения справедливы для всех жидкостей при
всех скоростях и температурах.
5.2.9. Расчет потерь от трения. Потери энергии на преодоле-
ние сил вязкости можно рассчитать, приравняв потери давления
силе вязкости. Для элемента жидкости с поперечным сечением .4,
находящегося в соприкосновении с поверхностью воздуховода
площадью PL (где Р— периметр, a L — длина элемента), урав-
нение таково: 1
150
d V;
Ад p + P -— = 0.
d Xj
Здесь dp — падение давления на элементе. Это падение можно
выразить через напор dp=pgH, тогда ogHA + PLpd-^d- = r} или
d х j
где D — эквивалентный диаметр сечения.
Отношение Л/Р называется средней гидравлической глубиной
(т). В этом отношении Р — смоченный периметр. Если канал
полностью заполнен жидкостью, что имеет место в системах кон-
диционирования воздуха, то
0/2 О
Р Л LL ?
Граничные условия таковы: с>г = О при x- = D/2 (т. е. у стенки
канала) и Uj = vmax при ху=О (т. е. на оси канала). После инте-
грирования получаем
2 L р, отах
т ? g D
(5.22)
Расход жидкости однако зависит от средней скорости v.
В теории пограничного слоя принято выражать профиль скорости
в сечении канала через толщину пограничного слоя и скорость
i-'max. Образование пограничного слоя зависит не только от кри-
терия Рейнольдса, но также от шероховатости поверхности кана-
ла k; эта величина служит мерой шероховатости по сравнению с
идеальной гладкой поверхностью (рис. 5.8). Если диаметр кана-
Рис. 5.8. Шероховатость поверхности
1— наружная поверхность трубы: 2 —внутренняя
поверхность трубы; 3 — средняя высота выступа
шероховатости
ла d, то относительная шероховатость k/d. Учитывая все сказан-
ное, можно Ушах выразить как функцию v, Re и k. Тогда
L v2
Н =-----4W(Re,fe). (5.23)
2 т g
Последнее выражение известно как формула Шези. Произве-
дение 4 Ф(Ке, k)=f представляет собой коэффициент трения /.
Тогда
fL у2
2mg
(5.24)
151
В этом виде выражение известно как формула Дарси. Для
круглого воздуховода диаметром d, m = dj'4, а для прямоуголь-
ного со сторонами аяЬ m=ab/2(a-}-b).
Форма функции Ф зависит от режима течения. Никурадзе ис-
следовал влияние шероховатости поверхности на течение жид-
кости. Результаты его экспериментов показали, что коэффициент
трения зависит только от критерия Рейнольдса в диапазоне ла-
минарного течения, а в диапазоне турбулентного течения оказы-
вает существенное влияние и шероховатость. Кольбрук и Уайт по
данным экспериментального исследования вывели следующее
уравнение для определения коэффициента трения
1
/Г
-4 1g
k
3,7 D
1,255 \
Re // )
(5.25)
где D — внутренний диаметр, выражаемый в тех же единицах,
что и А. На рис. 5.9 дана графическая интерпретация уравнения
Рис. 5.9. Диаграмма зависимости между коэффициентом трения, критерием
Рейнольдса и относительной шероховатостью k/D
1 — ламинарное течение; 2 — критический диапазон; 3 — переходный диапазон: 4 — уча*
сток полностью сформировавшейся турбулентности
(5.25). Коэффициент трения находят в точке пересечения задан-
ного значения кривой относительной шероховатости k/’D с орди-
натой, восстановленной из известного значения Re.
15|2
5.3. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРЕМЫ БЕРНУЛЛИ
5.3.1. Истечение из отверстия (рис. 5.10). Для сечений аа и
ЬЬ уравнение Бернулли записывается так:
Ро "L Ро ^ьь
„ + „ +Ава— + + ^4 4.
Pff 2g ?g 2g
где символы имеют обычные значения [см. уравнение (5.11) в
разд. 5.2.4]. Если 5>Л, то и’а .Си%ь, тогда h=haa—hbb = v^b(2g
или
vbb = V2gH. (5.26)
Таким образом, скорость жидкости в сечении ЬЬ такая же,
как скорость падения тела с высоты h. Этот вывод часто назы-
Рис. 5.11. Потери энергии в диаф-
рагме
1 — место, где происходят потери :-нер-
гин; 2 — в сжатом сечении линии тока
становятся параллельными; А, р, v —
соответственно площадь, давление, ско-
рость; Р>РС вследствие наличия ра-
диальных составляющих давления при
входе в отверстие; Q = Cc Cv AV 2gh,
где Сс=Ас/А — коэффициент сжатия;
%
С =---- — коэффициент скорости:
и
СсСъ=С ^—коэффициент выхода из
отверстия
Рис. 5.10. Истечение из патрубка
в стенке бака
S — площадь поверхности в сечении аа;
А — площадь поперечного сечения от-
верстия истечения (треугольником от-
мечен произвольный начальный уро-
вень)
вают теоремой Торичелли. Теоретический расход в сечении ЬЬ
Q=A ~№gH. Вследствие потерь энергии и сжатия струи
(рис. 5.11) фактический расход выражается формулой
Q = CdA^2^H, (5.27)
где Cd — определяемый экспериментально коэффициент выхо-
да (имеются таблицы значений этого коэффициента). Энергия
поглощается вследствие трения и образования вихрей; послед-
ние при движении воздуха создают аэродинамические потери.
153
Уравнение (5.27) можно распространить на большие отвер-
стия и каналы посредством интегрирования по площади попе-
речного сечения. В табл. 5.4 даны некоторые примеры.
5.3.2, Обтекание препятствий (рис. 5.12). В точке X на
плоскости bb жидкость находится в покое. Эту точку назы-
Рис. 5.12. Обтекание препятствия
1 — препятствие; 2 — точка застоя
вают точкой застоя. Уравнение Бернулли для линии тока,
проходящей через точку застоя, имеет вид
р g ' 2 g ?g
Давления можно замерить, а по ним рассчитать скорость
vaa- Величину раа называют статическим давлением, рЬь —
полным давлением, поскольку оно представляет собой сумму
статического и скоростного давлений.
Трубка статического давления Пито (рис. 5.13) —измери-
Рис. 5.13. Стандартная трубка Пито с эллипсоидаль-
ным насадком, разработанная Национальной физиче-
ской лабораторией
/ — отверстие, на которое действует полное давление; 2 —эл-
липсоидальный насадок; 3 — отверстия, на которые действует
статическое давление-, -/ — головка: 5 — дистанционные упоры:
6 — отвод: 7 — стебель; 8— патрубок статического давления:
9 — патрубок полного давления
154
тельный инструмент с отверстием в точке застоя и с отборни-
ками статического давления на определенном расстоянии от
точки застоя на боковой поверхности. С помощью трубки Пи-
то можно непосредственно замерять скоростное давление, по-
скольку оно представляет собой разность полного и стати-
ческого давлений, отмечаемую на манометре. Трубка, как
видно из рис. 5.13, состоит из двух трубок: внутренней—-для
измерения полного давления и внешней — для измерения ста-
тического давления. Инструмент должен быть сконструирован
так, чтобы он не нарушал потока. Подробно вопросы измере-
ния воздушных потоков рассмотрены в работе [25].
5.3.3. Измерение с помощью трубки Вентури и диафрагмы
(рис. 5.14). Обоими инструментами часто пользуются. Уравне-
ние Бернулли для сечений аа и bb выглядит так:
Рис. 5.14. Разрезы через тру-
бы Веитури а и диафрагму б
М — точки отбора давлений
В этом выражении по-прежнему не учтены потери от тре-
ния. Если прибор расположен горизонтально, то haa—Л.г>ь = О и
трубка Вентури измеряет напор
А скорость в сечении аа
2g~h
7~л-Гл—’ (0-3°)
(Aaa/Ab ь)2 — 1
где Л00 и Аьь соответственно площади поперечного сечения в плоскостях аа
п bb.
155
Таблица 5.4
Уравнения расходов в отверстиях и каналах
Я
Q = 2Cdtg0 J -
Открытый сверху тре- т~F\' Ь1 / 0
угольный канал ' -h‘l‘)dh =
= Cdy2^tgdff'^
10
Действительный расход может быть рассчитан по уравне-
нию Q = CdAaa Vaa- Коэффициент выхода Cd указывается в со-
проводительной документации к каждому прибору. Следует
также учитывать Британский стандарт BS 1’042 «Измерение
расходов».
5.4. ИЗМЕНЕНИЕ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
5.4.1. Теоретические положения. Некоторые из рассмотрен-
ных выше положений механики жидкости далее будут прило-
жены к расчету движения воздуха в системах. Основные наи-
более важные положения таковы.
а) Теорема Бернулли (без учета потерь от трения)
Нп = Нет +
бУ Потери от трения при отсутствии утечек и подсосов в
канале постоянного сечения характеризуются потерями давле-
ния
Нп 1 — ^П2=^(^СТ1 — ^СТ ’) + (Н Л q — Нлъ) . (5.31)
где k — коэффициент потерь давления от трения.
156
в) Энергия, подводимая к системе вентилятором, соответст-
вует изменению полного давления на выходе Яп.вых и входе
//п.вх вентилятора:
^п.вент = ^п.вых ^п.вх > (5.32)
^п.вент = (^ст.вых 4" ^д.вых) (^ст.вх 4" ^д.вх )•
Тогда статическое давление вентилятора:
“ст.вент “п.вент пд.вых’
^ст.вент = ^ст.ввП-"п.вх- (5-33)
Измерения Нплх можно выполнять трубкой Пито, а
#ст.вых — трубкой статического давления (см. [25])'.
г) Энергия, подводимая к системе, затрачивается на пре-
одоление сопротивления системы (при движении воздуха че-
рез элементы оборудования вследствие трения и аэродинамиче-
ских потерь).
д) Статическое давление может быть положительным или
отрицательным в зависимости от того, выше ли оно или ниже
давления окружающего воздуха; скоростное давление в на-
правлении движения воздуха всегда положительно.
5.4,2, Скоростное давление (рис. 5.15). Потенциальная энер-
Рис. 5.15. Схема для по-
яснения перехода потен-
циальной энергии жид-
кости в скоростное дав-
ление
Рис. 5.16. Прямой воздуховод
постоянного поперечного сече-
ния
гия жидкости на уровне аа равна pgH- Она трансформируется
в кинетическую энергию на уровне bb. Поскольку скоростное
давление H=to2J2g, то скоростное давление на уровне bb со-
ставляет pgH или р»2/2, Па. Поскольку р~ ~ , где b — баро-
метрическое давление, а Т — абсолютная температура, то ско-
ростное давление можно выразить в величинах, соответствую-
щих стандартному воздуху, — р=,1,2 кг/м3 при 20°С и давлении
760 мм рт. ст. (1,013-102 кПа)'. Таким образом,
Ь (273 4-20) Ь 293
Н, = (0,5-2)— -----—-ц« = 0,6— — иа. (5.34)
я 1 760 Т 760 Т '
157
Здесь Нд — в мм рт. ст., а Т — в К.
Если барометрическое давление выразить в Па, то скорост-
ное давление при стандартных условиях
Для атмосферного воздуха при температуре 20°С
Яд = 0,6 о2.* (5.36)
5.4.3. Потери давления. Потери давления возникают вслед-
ствие трения и образования вихрей. В работе [1] дан широкий
обзор последних исследований потерь давления в тройниках,
отводах и воздухораспределителях и проведено сравнение с бо-
лее ранними работами [2—4]^/Работы Талиева [23], а также
работы [5] и [20] представляют собой ценный вклад в эту об-
ласть исследований.
а) Прямые воздуховоды (рис. 5.16). При отсутствии по-
терь на трение
Яд 1 + ЯСТ1=Яд2-гЯст2.
Поскольку площадь сечения воздуховода постоянна, то
//д1 = //д2*, следовательно, Дст] = Дст2 и Ни\==НД2-
При наличии трения
^д1Н-ЯСт1 = Яд2 + ЯСт2-р Д Яп-
Отсюда
Ядт 1 — 2 = Д • (о.37)
Уравнение (5.37) выведено в предположении постоянства
скорости воздуха. Для воздуховода с площадью поперечного
сечения А количество энергии, проходящей при движении воз-
духа со скоростью v через элемент площади dA, выражается
равенством:
d Е = Hnv d А = Яст v dA + НД vd Л.
Но Нл= fV . Интегрируя по всей площади сечения, полу-
чаем:
Е
А
Нет v d А -}- J р и3 d Л.
о
Энергия выражается равенством: E=HnQ, где Q—гбьем-
1 А
ный расход. Тогда Нп=НСт-\----------— f v3dA, откуда
2 Q о
1 о л
Д Еп = (Я„ 1 Нп 2) = (Нет 1 — Яст 2) + ~~ ~Е~ j" — Ь'Э) d Л. (5.38)
Ч 0
158
A
Если интеграл j (v? — u’) dA=O (т. e. профиль скоростей
о
один и тот же), то ЛНп=АНСт. Можно показать, что если и?’ >
ДЯст, то полное давление будет
>oi' и разность достигнет
возрастать. Этот эффект мо-
жет зозникнуть у приточных
тройников.
б) Сужение сечения воз-
духовода. При уменьшении
площади поперечного сече-
ния воздуховода возрастает
скорость. При отсутствии
трения падает статическое
давление (рис. 5.17). Заме-
тим. что давления за суже-
нием показаны не в самой
НAt,Нет 1,Нт
Рис. 5.17. Сужающийся воздуховод
горловине, а после нее, в
том сечении, где погранич-
ный слой приобретает нормальную толщину. При потерях от
трения и аэродинамических потерях энергетический баланс бу-
дет таким:
Н д 1 + Н ст 1 — ^дг + ^стз + ^^п-
Принято выражать потери полного давления через потери
скоростного давления, т. е. ^Нп=кНл, где k — коэффициент
потеоь скоростного давления.
Таблица 5.5
Значения к при сужении сечения (IHVE Guide, 1970)
Сужение v}iv2 k
30’ — 0,02
45* — 0,04
60’ — 0,07
0,25 0,37
Внезапное сужение 03 0,34
0,35 0,32
0,4 0,28
0,45 0,25
и, — Vt 0,5 0,23
0,55 ОД 9
0,6 0,16
0,65 0,12
0,7 0,09
Ceiiii" ь: 4 отиесеши к Н
159
ЯСТ1 — #ста = Яда — ^д1 + *^да1
A — (1 + Нд а — Нд 1- (5.39)
Значения k зависят от угла, под которым сужается сечение
(табл. 5.5).
%, НЯ1 ----------Нд2, Н„2, Нц2
Рис. 5.18.
вод
Расширяющийся воздухо-
fl) Расширение сечения воздуховода (рис. 5.18). С учетом
потерь от трения и аэродинамических потерь энергетический
баланс выражается уравнением
#д1 + ^ст1 = #да+#ста + А^п-
Таблица 5j6
Значения k при расширении сечения (IHVE Guide, 1970)
Расширение или внутренний угол Vl/»2 k
Внезапное расширение 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 Доля эквивалентного внезапного расширения 0,67 0,6 0,54 0,48 0,43 0Д8 0,33. 0,2» 0,25 0Д1 0,13 0,14
5* . 10* 15* —0 20* 25* 30* 35* 40* 1 1 1 1 1 1 1 1 Круглое сечеиие Прямоугольное сечение
0,13 0„16 0,26 0,4 0,59 0,8 0Д4 1,02 0,.16 0,27 0Д8 05 0,95 1,05
Величины k отнесены к (Л/щ—Яд2 ).
160
Выражая A//n=^(^m—//дц), после подстановки в преды-
дущую формулу получаем:
Hci -2 — ЯСт 1 = Нц 1 — 2 — k (Нц I —
Нет- = {I — k) ьн^.
(5.40)
Возрастание статического давления называют восстановле-
нием статического давления, а множитель (1—k)—коэффи-
циентом восстановления статического давления. Величины k да-
ны в табл. 5.6.
г) Приточные тройники (рис. 5.19). Снова применяем урав-
нение Бернулли
Яд1+Яст1 = Яд2-Н//ст-2 -Л^п.
(5.41)
т. е. баланс энергии тот же, что и при расширении сечения.
Значения k приведены в табл. 5.7.
д) Вытяжные тройники (рис. 5.20). В этом случае /УСт1 от-
рицательно, поскольку тройники устанавливаются на стороне
Таблица 5.7
Значения k для приточных тройников (IHVE Guide, 1970)
Отношение площадей сс-снпй
Д3//11 или /Ь.'.Л,
Сечение тройника и характер двп/кепня воздуха пли *'1 0.13 0.5 । 0.9
0 = 45’ е=9о° 0=45э ; 0=90°
Круглое, воздух проходит в от- 0,6 2,4 3,7 0,66 1,1
вс;плеипе 0,8 1.5 2,3 0.32 ! 0,49 - —
1 1,1 1,7 0,21 1 0,34 —
1,1 0,95 1,5 0,2 1 0,32 —
1,2 0,88 1,3 0,19 i 0,3 —
1,3 0,8 1,3 0,2 1 0,32 —
Прямоугольное, воздух проходит 0,6 — 1,1 —
ответвление 0.8 — 0,65 0,25 0,52
1 — 0,4 — 0,2 0,25
1,1 — 0,4 — 0,18 0,25
1,2 — 0,35 — : 0,18 0,33
1,3 i 0,36 - ! 0,19 —
То же, воздух проходит через 0,6 0,69 i 0,34 0,17
тройник (поямой проход) 0,8 0,38 0.18 0,04
1 0,26 0,09 —
1,1 0.25 0,07 —
1,2 0,23 0,05 —
1 .3 0.22 0,04 —
Значение k отнесено к
д^
!30
Рис. 5.19. Приточный тройник (дав-
ления указаны при учете трения)
Рис. 5.20. Вытяжной тройнии
(давления указаны при учете тре-
ния)
всасывания вентиляторов. Баланс энергии выражается уравне-
нием (5.41). ДДП представим равенством: тогда
Д Нст = Д Нл ~ кНл 2. (5.42)
Значения k получены в работе [6] и приведены в справоч-
нике IHVE Guide (1970).
е) Отводы. В работе [7] показано, что коэффициент по-
терь в отводах зависит от диаметра, формы, радиуса и угла
поворота. Установлено, что различие между потерями в метал-
лических и асбестоцементных отводах одних и тех же диамет-
ров незначительно. Испытания подтвердили надежность вели-
чин коэффициентов потерь, принимаемых на практике. Вели-
чины k, приведенные в Справочнике IHVE Guide, близко сов-
падают с величинами, принимаемыми в европейской практике
[8], но они установлены с точностью ±20%. Потери давления
в отводах представляют собой произведение k на среднее ско-
ростное давление. Величины k для прямоугольных отводов гра-
фически представлены на рис. 5.21.
Таблица 5.8
Величины k для отводов круглого сечения под углом 30°
(IHVE Guide, 1970)
Размеры Число звеньев Отношение г d
0.75 | 1 1.5 2 з
d i г— 3 0,58 0,46 0,4 0,42 0,46
4 0,56 0,42 0,34 0,32 0,34
Г/ 5 0,5 0.36 0,3 0,26 0,26
Плавный отвод 0,45 0,34 0,24 0,23 0,22
Для отводов с углом поворота менее 90° приближенно зна-
чения k можно принимать уменьшенными пропорционально уг-
лу поворота. Если отводы расположены последовательно друг
162
Рис. 5J21. Коэффициенты потерь А
в отводе прямоугольного сечения под
углом 90° [8]
Рис. 5.22. Коэффициенты сопро-
тивления последовательно распо-
ложенных отводов
а — 1,5 А; б —2 А; в — 2,4 *
за другом на близком расстоянии, то k следует принимать с
множителями, указанными на рис. 5.22 на основании данных
IHVE Guide. Значения k для очень коротких квадратных отво-
дов, в том числе с направляющими лопатками, указаны в
табл. 5.9 и, кроме того, содержатся в работе [25].
Таблица 5.9
Значения k для коротких отводов (IHVE Guide, 1970)
«• 3-к. 430
ж) Приточные решетки и другие воздухораздатчики. Коэф-
фиценты потерь обычно включают в себя аэродинамические по-
тери и потери скоростного давления при выходе воздуха в по-
мещение. В некоторых случаях потери на выход не учитывают.
Значения k приводятся в каталогах заводов-изготовителей. Из-
менение давления воздуха в приточных и вытяжных решетках
показано на рис. 5.23.
Рис. 5.23. Распределение давлений в решетках
1 — приточная решетка; 2 — помещение; 3 — вытяжная решетка; падение скоростного
давления зависит от конструкции решетки
з) Воздушные много створчатые клапаны. Значения k в функ-
ции угла открытия б для клапанов параллельного и встречно-
го вращения показаны на рис. 5.24.
О’ 10’ 20° то’ itO’ 50 ’ 60'70'
Рис. 5.24. Коэффициенты сопротивления
многостворчатых воздушных клапанов
[21- -24]
1 — ось воздуховода: 2 — плоскость створки
клапана соответственно встречного / и па-
раллельного // вращения
Угол открытия клапана д
164
и) Оборудование систем. Данные о сопротивлении элемен-
тов систем приведены в каталогах заводов-изготовителей.
5.4.4. Сопротивление системы. Система воздуховодов вклю-
чает в себя все элементы, рассмотренные в разд. 5.4. Если они
соединены последовательно по ходу движения воздуха, то об-
щее сопротивление представляет собой сумму отдельных со-
противлений, т. е.
i—n
2 р = k‘p‘ • • • + knpn-
1=1
Каждое из сопротивлений можно выразить в функции кине-
тической энергии
1=П
V Р = k'-v] 4- . . . - k'n v2 .
z=i
Из закона сохранения массы при постоянной плотности
воздуха следует Q=zzit>;, откуда
2 Р = + • • • + cn) Q2 = с Q'2
/=1
или
R = г,- + . . . + гп, где rn = cn Q2 и
Величину R называют
няется по квадратичному
сопротивлением системы. Оно изме-
закону (рис. 5-25). Постоянные с'
Рис. 5.25. Характеристика сопро-
тивления системы и .характери-
стика центробежного вентилятора
Р- т. — рабочая точка
с" и с'" на кривых относятся к различным площадям попереч-
ных сечений воздуховодов (можно в эти коэффициенты вклю-
чать и различные плотности воздуха). Если нанести на рисунок
также характеристику вентилятора, то точка пересечения с ха-
рактеристикой системы представит собой рабочую точку (р.т.).
Сопротивление системы R с последовательно расположен-
ными отдельными сопротивлениями, как указывалось, пред-:
; 65
n—i
ставляет собой сумму У1г,. Сопротивление параллельно соеди-
ненных элементов системы (рис. 5.26) можно выразить через
эквивалентное сопротивление. Поскольку объемный расход
Рис. 5.26. Схема параллельного соединения элементов сети
воздуха в системе Q = Qi + Q2+ ••• +Qn, а сопротивления вы-
ражаются формулами re = cQ2; ri = CiQ^n rn = cnQ^,
Ввиду того ч£р потеря давления между точками А и В оди-
накова для всех параллельных ветвей, то Г1 = г2=гп = т> ч
5.4.5. Влияние давления в помещении на работу вентилято-
ра. Чтобы поддерживать в помещениях избыточное давление,
при комфортном кондиционировании обычно удаляют 70—85%
подаваемого воздуха, 30—15% выдавливается через неплотно-
сти дверей, окон и других наружных ограждений. Тем самым
предотвращаются поступление в помещения неконднциониро-
ванного воздуха, дутье от окон, проникание пыли и внешнего
шума. На рис. 5.27 показана принципиальная схема системы
и эпюры давлений, соответствующие трем случаям ее работы
при постоянных потерях давления и различных давлениях в
помещении. Из этого рисунка видно, что при избыточном дав-
лении в помещении (соответствует эксфильтрации воздуха)
полное давление приточного вентилятора возрастает, а рецир-
куляционно-вытяжного вентилятора уменьшается. При инфиль-
трации имеет место обратное положение. Оно рассмотрено в
деталях в т.1 настоящей серин монографий.
166
Рис. 5.27. Влияние давления в помещении на характеристики вентиляторов
а — в помещении поддерживается такое же давление, как в атмосфере; б —в помеще-
нии поддерживается избыточное давление и часть воздуха выдавливается наружу через
неплотности ограждений; в — в помещении поддерживается давление ниже, чем в атмо-
сфере, и происходит инфильтрация наружного воздуха через неплотности в ограждениях;
/ — приточный вентилятор; 2 — помещение; 3 — рециркуляционно-вытяжной вентилятор;
4— рециркуляционный воздуховод; пунктиром показано изменение давления в рецирку-
ляционном воздуховоде; VА — атмосферное давление
5.5. РАСЧЕТ ВОЗДУХОВОДОВ
5.5.1. Эквивалентные диаметры воздуховодов круглого и пря-
моугольного сечений. Выбор между воздуховодами круглого и
прямоугольного сечения представляет собой компромиссное ре-
шение. при котором учитывают различные факторы, в том чис-
ле затраты площади в зданиях, капитальные вложения, жест-
кость и прочность воздуховодов. Применение прямоугольных
воздуховодов дает экономию на площади зданий. Одно время
круглые воздуховоды обходились дороже в изготовлении. Теперь
спирально навитые воздуховоды дешевле прямоугольных. Одна-
ко круглые фасонные части по-прежнему дороже прямоуголь-
ных. Ныне можно изготовлять овальные, спирально навитые
воздуховоды. По традиции прямоугольные воздуховоды при-
меняют для низкоскоростных систем, а круглые — для высоко-
скоростных. Однако выбор должен основываться на более ве-
сомых соображениях. Круглые воздуховоды обладают большей
жесткостью, чем прямоугольные, и поэтому могут изготовлять-
ся из более тонкого металла. Кроме того, повышенная жест-
кость снижает вибрацию стенок при движении воздуха.
167
Все воздуховоды рассчитывают вначале как круглые. Для
перехода к прямоугольным используют эквивалентные диа-
метры. Последние принимают исходя из условий: а) равенства
расходов и потерь давления при различных скоростях; б) ра-
венства скоростей и потерь давления при различных расходах.
В практике кондиционирования воздуха чаще применяется
первый принцип. Символы показаны на рис. 5.28.
Рис. 5;28. Воздуховоды круглого а и прямоугольного б поперечных сечений
(оба изготовлены из одного и того же материала н имеют равную длину)
а) Эквивалентный диаметр при равенстве расходов и потерь
давления. Согласно уравнению (5.24), потери давления в пря-
мом воздуховоде H=]L v2j2mg, где m=AjP — гидравлическая
глубина. При длине, равной 1 м, и расходе Q=Av удельная
потеря давления Н=f(Q/A)2/2mg.
Потери давления в круглом и прямоугольном воздуховодах
по условию должны быть равными, т. е.
fc(QclAc)2 _ fr(.Qr/Ary-
2 g mc 2 g mr
где подстрочные индексы cur относятся соответственно к
круглому и прямоугольному воздуховодам. Поскольку равны
и расходы Q, =Qr. то равны и коэффициенты потерь от трения
fc=fr, отсюда
т( /1^ -- mr .4;
ПЛИ
тогда эквивалентный диаметр
Г 43 (аЬ)Л 11/5 Г(аб)3 11/5
d --------- — 1, 2оо ------—
[2 л’- (а + Ь) | [a-yb J
(5.43)
б) Эквивалентный диаметр при равенстве скоростей и по-
терь давления. При этих условияхmc. = mr; Ac/P,;=Ar/Pr и экви-
валентный диаметр выражается формулой
: 68
2 ab
d -- ---- .
a -~ b
(5.44)
5.5.2. Методы расчета воздуховодов. Если подставить фор-
мулу (5.24) в формулу (5.25), то объемный расход можно вы-
разить уравнением
Q,ms/c
0,1 2 Z 4 5?7891 2 J 4 5678910 2 5 9 56189100
.6 Р, ГJ
Рис. 5.29. Номограмма для расчета воздуховодов круглого сечения (авто
РЫ выражают признательность Обществу инженеров по отоплению и венти-
ляции за предоставление этой и следующей номограмм)
1 г>9.
[k DI
где константы ki n kn включают в себя плотность, абсолютную
вязкость, ускорение свободного падения и другие числовые кон-
станты. Уравнение (5.45) можно графически представить но-
мограммами, показанными на рис. 5.29 и 5.30. Эти номограм-
ах 6, мн
too
00
20
10
5
2
1
0,5
0,2
0,1
0,05
0,02
0,01
800* 800
/800* 700
' /700* 700
800*600
700*600
700*500
600*500
700*600
600* 600
700*300
600*600
#£/500* 300
X 600* 250
0,1 2. 3 6 5 6 7891 2 3 6 5 6 78010 2 3 6 : ? 180 100
др, Па
'500*200
300*250
250*250
300* 200
600* 150
ч , /200* 200
^/250* 150
200*150
'250* 100
150* 100
Рис. 5.30. Номограмма для расчета воздуховодов
прямоугольного сечения
мы построены для стандартного воздуха с плотностью 1.2 кг/м3,
соответствующе!: температуре 20с'С. Потери давление _р” дру-
гих температурах 0 можно пересчитывать по формуле
170
Ьр0 = Др (293,273-7 0) С, - (5.46)
где С — поправочный множитель, некоторые значения которого приведены
ниже (по IHVE Guide, 1970):
Температура, *C 50 75 100 125 j 1 150
с 1,014 1,029 1,035 1.045 | 1,054
Если при расчетах необходимо также учитывать изменение
барометрического давления, то для вычисления потерь давления
лучше пользоваться формулой Дарси в несколько измененной
форме
где W — массовый расход воздуха, кг/с.
От давления и температуры зависят коэффициент трения
(функция числа Рейнольдса и степени шероховатости) и плот-
ность воздуха. Для двух различных условий температуры и дав-
ления (0о, До) и (6, р) справедливо соотношение
д ре. р р Г ?е0. р, 1" ,г
—------= —--------- —------- . (5.4/)
а рв,. р, 'е». Ро L р .
После исследований Рейнольдса проделано много других
работ. Изучали характеристики труб из различных материалов.
Было установлено, что коэффициент трения для труб из по-
лиэтилена, пластмасс, перхлорвинила, стекла, асбестоцемента,
алюминия, латуни, меди и свинца можно принимать как для
гладких труб (см. рис. 5.9) или по формулам, приведенным в
работах [9—11].
До 1969 г. в трубах из пластических масс диаметром свыше
100 мм имелась волнистость, но теперь она устранена.
Исследования [12—13] показали, что сопротивление пласт-
массовых труб на 30% меньше сопротивления оцинкованных
стальных труб, и поэтому пластмассовые воздуховоды можно
рассчитывать как гладкие. На рис. 5.31 показан график изме-
Рис. 5.31. Поправочный множитель
к коэффициенту трения для воздухо-
водов из стекловолокна (по данным
фирмы Van den Bosch Ltd)
171
нения поправочного множителя на потери давления в воздухо-
водах из стекловолокна (по сравнению со стальными оцинко-
ванными воздуховодами).
Существуют три принципиальных подхода в расчетах воз-
духоводов: а) уменьшение скоростей по ходу движения при-
точного воздуха; б) соблюдение равных потерь давления;
в) учет восстановления статического давления. Выбор значений
скорости базируется на опыте и представляет собой компро-
мисс между противоположными решениями: принятием высо-
ких скоростей и малых сечений воздуховодов, сопряженных с
экономией площади и капитальных вложений, или принятием
умеренных скоростей, при которых достигается оптимальный
уровень шума и вибраций, а также экономичные давления вен-
тиляторов. Метод учета восстановления статического давле-
ния представляет собой попытку эффективного использования
высвобождающейся энергии. Определенный смысл представля-
ет также учет поступлений и потерь тепла через стенки воз-
духоводов. Потери и поступления тепла возрастают с увеличе-
нием соотношения размеров сторон и уменьшением скорости
воздуха. _________
а) Уменьшение скоростей воздуха от вентиляторов к вы^~'\
пускным отверстиям. Для низкоскоростных систем скорости вы-
бирают по табл. 5.10. Метод пригоден для систем с простыми
схемами. Для увязки расходов по ответвлениям требуется уста-
новка клапанов. Расчет можно производить при наличии опре-
деленного опыта.
Таблица 5.10
Рекомендуемые скорости воздуха, м/с *
Здания и помещения Магистральные возду- ховоды | Ответвления
приточ- ные1 рецирку- ляционные приточные рецирку- ляционные
Жилые 3—5 4 3 3
Тостиницы, номера 5—7 7 6 5
4<6нторы, библиотеки 6—10 7 8 6
Театры, концертные залы 4—7 6 4 4
Учреждения, рестораны, универсаль- ные магазины, банки 7—10 7 4 3
’ Первое значение— по условию борьбы с шумом, второе —по условию потерь на
трение.
б) Соблюдение равных потерь давления в ответвлениях от
узлов. Метод особенно пригоден для симметричных схем. При
нем легче увязываются сопротивления в ответвлениях, чем при
первом методе. В ответвлениях разной длины необходимо до-
пускать различные удельные потери на единицу длины (боль-
172
шие для коротких ответвлений). Максимальная скорость у вы-
ходного отверстия вентилятора принимается исходя из требо-
вания малошумной его работы. Для увязки сопротивлений в
ответвлениях требуются дроссель-клапаны и автоматические
приборы в концевых воздухораздатчиках.
в) Восстановление статического давления. Принцип метода
состоит в использовании восстановленного статического давле-
ния в приточных тройниках (при ответвлении части воздуха)
для покрытия потерь на следующем за каждым тройником уча-
стке. Простой пример показан на рис. 5.32. Размер сечения
Рис. 5.32. Применение метода учета восстановления статического давления
при расчете воздуховодов
воздуховода на участке 0—1 находят по методу «а» или «б».
Коэффициент восстановления статического давления в тройни-
ке R, поэтому полезное восстановление статического давления
в тройнике 1—2 составит RHr. Это давление можно использо-
вать для преодоления потерь от трения на участке 2—3. По-
добный расчет производят для тройника 3—4 и для всех других
тройников и участков магистрали. Одно из преимуществ этого
метода состоит в том, что статическое давление у каждого от-
ветвления одно и то же, что облегчает увязку системы.
5.5.3. Высокоскоростные системы. В этих системах скорость
от 10 до 25 м/с (в некоторых проектах, выполненных в США,
допускали скорость до 40 м/с), Давления вентиляторов состав-
ляют от 2 до 4 кПа. Преимущества этих систем: экономия на
площади, занимаемой воздуховодами; монтажная гибкость; вы-
сокая чувствительность к регулированию расхода, определяе-
мая высоким давлением.
173
Эти преимущества снижаются большей потребностью в энер-
гии, более высоким уровнем создаваемого шума и вибрацией,
высокими требованиями к жесткости воздуховодов и тщатель-
ности их изготовления. Описания различных систем даны в
гл. 6 и 7. Методы аэродинамического расчета те же, что рас-
смотренные в разд. 5.5.2.
5.5.4. Рекомендации по определению размеров воздуховодов.
Абсолютных рекомендаций дать нельзя, поскольку в каждом
случае необходим индивидуальный подход. Для расчета про-
стых схем пригоден, как указывалось, метод «а». Вообще
же следует пользоваться комбинированно всеми методами, в
том числе методом восстановления статического давления. Схе-
мы систем должны быть по возможности симметричными.
5.5.5. Расчет воздуховодов с помощью цифровых вычисли-
тельных машин. Этому вопросу посвящены классические ра-
боты [14—16], а также работы [17—19]. Поэтому здесь будет
дан только краткий обзор и показаны возможности этих рас-
четов.
В начале этой главы отмечалось наличие аналогии между
течениями различных видов энергии. Сравним течение воздуха
и электрического тока. В разд. 5.4.4 сопротивление системы бы-
ло представлено уравнением R = cQ2 или при последовательном
соединении отдельных элементов уравнениями
i=n i=n
/?= 2
4=1 , Z=1
При параллельном соединении отдельных элементов дей-
ствительно уравнение
Для сетей распределения воздушных потоков применимы
уравнения Кирхгофа, предложенные для электрических сетей:
а) сумма количеств воздуха, поступающих и уходящих из
узла, равна нулю:
i=n.
2 Q'=o:
Z==l
б) падение полного давления в замкнутой сети представляет
собой алгебраическую сумму потерь давления в отдельных уча-
стках сети и равно алгебраической сумме перепадов давлений,
создаваемых вентилятором:
2 с,<2а = Др-
174
Если вентилятор отсутствует, то
2 с«<2а = 0-
i=i
Сеть воздуховодов должна удовлетворять этим законам.
Расчет можно производить одним из трех технических приемов:
аналитическим, аналоговым или итеративным.
Аналитический прием состоит в решении системы уравне-
ний, выведенных на основе приведенных выше выражений. Ре-
шение утомительно, отнимает много времени, особенно при
сложных и протяженных" системах.
Аналоговый метод состоит в использовании аналоговых
ЭВМ [16-, 17]. В последнее время большее внимание стали
уделять применению цифровых ЭВМ.
Итеративный метод (прием) представляет собой метод по-
следовательных приближений. Он применяется в различных об-
ластях техники. В работе [14] изложены его основные прин-
ципы.
Падение давления характеризуется уравнением
Др = с (Q + х)л ,
где Q — приближение к объемному расходу; х — ошибка; л — показатель
степени у расхода.
Использование биноминального выражения дает формулу
А р = с [ Qn 4- Q"-1 х 4- -П-^ °- Q"-2 х2 4- • • • ] •
Поскольку x^Q, то членами с х высших стеней можно
пренебречь, тогда
А р — с Qn = — Q ] х.
Поправка на расход составляет: х=Др—cQn/ncQn~', и ее
следует добавить к объемному расходу Q. Рядом последова-
тельных приближений устанавливается правильное значение
расхода Q. Этот прием применяют ко всем второстепенным
кольцам системы. В работе [15] метод итераций получил даль-
нейшее развитие. Были предложены следующие четыре шага:
1) предварительно принимают расходы в ответвлениях, имея
в виду, что в узлах должен соблюдаться баланс;
2) определяют число колец по формуле С = В — 74-1, где
В — количество ответвлений, a J — количество узлов;
3) для каждого кольца рассчитывают поправку х;
4) поправку перерассчитывают после внесенных поправок на
расход. Все это повторяется до тех пор, пока не достигается
требуемая точность.
Обычно показатель степени п = 2, тогда поправка для т-го
кольца
l=in
2 сг<2;-Ар
i=m
2 c/ &
z'=l
В работе [18] приведен пример программирования этого
расчета для ЭЦВМ.
5.6. НЕКОТОРЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ И МОНТАЖУ
ВОЗДУХОВОДОВ
Стоимость изготовления и монтажа воздуховодов со-
ставляет 20—25% общей стоимости СКВ. Поэтому важно рас-
полагать стандартной процедурой конструирования и монтажа
воздуховодов.
Обычно воздуховоды изготовляют из листового металла,
но возможно применение и других материалов. При выборе
материала необходимо учитывать:
а) массу, ибо чем легче воздуховод, тем проще его изготов-
ление и транспортирование;
б) гибкость, поскольку гибкие воздуховоды облегчают мон-
таж в тесных местах и упрощают присоединения;
в) пожарную безопасность; материала должен отвечать тре-
бованиям пожарной безопасности, а на воздуховодах должны
быть установлены в надлежащем количестве противопожарные
клапаны;.,
г) коррозию; материал должен противостоять коррозии при
воздействии влаги или агрессивных примесей к воздуху; может
потребоваться специальная защита от коррозии (например,
эпоксидной резиной);
д) теплопроводность; потери и поступения тепла через стен-
ки воздуховодов должны быть минимальными; при большой
разности температур транспортируемого и окружающего воз-
духа может потребоваться теплоизоляция, которая одновре-
менно предотвращает и конденсацию влаги на стенках воздухо-
водов;
е) коэффициент трения: он и шероховатость должны быть
минимальными;
ж) шум; по воздуховодам может передаваться шум; он воз-
никает также в отводах и при вибрации стенок;
з) статическое электричество; некоторые материалы (на-
пример, пластики) благодаря своим диэлектрическим качест-
вам способствуют накоплению электрических зарядов;
и) стоимость; она должна быть оптимальной, т. е. необходи-
мо учитывать капитальные затраты, амортизационные от-
I /6
числения и затраты на обслуживание при выполнении воздухо-
водами всех намеченных функций.
Учет перечисленных показателей может привести к выбору
пластиков, различных гибких воздуховодов, асбестоцементных
каналов или каналов, выполненных в строительных конструк-
циях. Выбор конструктивного материала для воздуховодов
диктуют условия, свойственные каждой конкретной системе.
Таким образом, не следует больше автоматически выбирать толь-
ко листовой металл.
5.7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Miiller, W., and Stratmann, Н., Sulzer Review, 71, (4), 280 (1971).
2. Kinne, E., Mitteilungen des Hydr. Instituts der T. H., Miinchen, 4 (1931).
3 Petermann, F., Mitteilungen des Hydr. Instituts der T. II., Munchen.
3 (1929).
4. Vogel, Mitteilungen des Hydr. Instituts der T. H., Miinchen, 1 and 2
(1929).
5. Ward-Smith, A. J. Pressure Losses in Ducted Flows. Butterworths, 1971.
6. Konzo, S., et al., Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit. Engrs JI.. 9 35
(1967).
7. Colin, P. E., and Collard, M., Compte Rendu de Recherche, No. 2. Pts I
and II, Centre Scientifique et Technique de la Construction, 1965.
8. Locklin, D. W’., Trans. Am. Soc. Heat. Vent. Engrs, 56, 479 (1950).
9. Lamont, P. A., Proc. Inst. Civil Engrs, Part III, 248 (April 1954).
10. Lamont, P. A., Water and Water Engineering (Januarv and February
1969).
11. Lamont, P. A., Proc. Conference on Plastics Pipes, University of Sout-
hampton, 1970.
12. Tison, G., and Thienpont, P., A. I. G. Quarterly Review, Ghent Univer-
sity, Belgium, 1964.
13. Johnson, D. R., and Brown, D. M., Lab. Report No. 4, Heating and Ven-
tilating Research Association, 1960.
14. Cross, H„ Bull. Illinois Univ. Eng. Exp. Station, 286 (1936).
15. Scott, D. R., and Hinsley, F. B., Colliery Eng., 28, (6), 159, 229, 497
(1951).
16. Scott, D. R., Hudson, and HinslSy, F. B„ Trans. Inst. Mining Engineers,
112, 623 (1952).
17. McPherson, M. J., Mining Engineer, 73 (October 1966).
18. McPherson, M. J., Airconditioning System Design for Buildings (ed
A. F. C. Sherratt), 222, Elsevier, 1969.
19. Hartman, H. L„ and Wang, Y. J. Int. J. Roch. Meeh. Min. Sci., 4, 8
(1966).
20. Williams, R. W., Min. Mag., Lond., 119 (1968).
21. Pohle, R., Brennstoff-Warme-Kraft, 12, 108 (1960).
22. Regenscheit, B., Proc. Congress for Heating, Ventilating and Aircondi-
tioning, Munich, 110, Klepzig, Dusseldorf, 1964.
23. Taliev, V. N., Aerodynamics of Ventilation Systems (3rd edn.), Crociz-
dat, Moscow, 1963.
24. Weisbach, J., Hutte, Part I (28th edn.), 789, Berlin, 1955.
25. Ower E„ and Pankhurst, R. C„ The Measurement of Air Flow, Perga-
mon, Oxford, 1966.
26. Heating and Ventilating Research Association, Information Circular 26,
Pressure Loss Data for Ducting, 1973.
177
'Глава 6
ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
6.1. ВВЕДЕНИЕ
Оборудование для кондиционирования воздуха и вен-
тиляции состоит из вентиляторов, воздуховодов, решеток, диф-
фузоров, концевых комнатных воздухораспределителей (иног-
да с теплообменниками для подогрева и охлаждения воздуха).
Ддавные элементы центральных воздухоприготовительных уста-
новок: воздушные фильтры; воздухоподогреватели; теплообмен-
ники и форсуночные камеры для охлаждения и осушения воз-
духа; различные устройства для увлажнения; шумоглушители;
регулировочные и смесительные воздушные клапаны. В ком-
плект СКВ входят холодильные установки, котлы, водяные и
даровые водоподогреватели, циркуляционные насосы и трубо-
проводы. Вентиляторы, теплообменники, холодильные установ-
ки, приборы автоматики часто объединяют в «агрегатное» обо-
рудование.
Отопительное оборудование, вентиляторы, воздушные
фильтры рассматриваются в других томах данной серии моно-
графий. Однако некоторые положения, относящиеся к приме-
нению .вентиляторов, фильтров и холодильного оборудования,
рассматриваются в настоящей главе. Конструкции и монтаж
воздуховодов описаны в работе [1]. Гл. 6 посвящена главным
образом воздухоподогревателям и воздухоохладителям, форсу-
ночным камерам, градирням, агрегатному оборудованию и кон-
цевым комнатным аппаратам.
6.2. ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛИ
И ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛИ
6.2.1. Расчет и конструирование теплообменников. Тепло-
обменники для подогрева и охлаждения воздуха могут быть
изготовлены из гладких труб. Однако обычно они имеют раз-
витую внешнюю оребренную поверхность. Ребра связаны с тру-
бами механически или представляют одно целое с ними. Глад-
котрубные теплообменники применяют редко, обычно тогда,
когда на поверхности может выпадать иней или осаждаться
пыль.
Теплопередача воздуха к среде, протекающей внутри труб,
затрудняется тремя термическими сопротивлениями: от воздуха
к поверхности трубы или к внешней воздушной пленке; самой
178
трубы; от внутренней поверхности трубы (или пленки жидко-
сти) к жидкости, движущейся внутри трубы. В воздухоподо-
гревателях и воздухоохладителях термические сопротивления
стенки трубы и внутренней пленки малы по сравнению с тер-
мическим сопротивлением внешней воздушной пленки, поэтому
для уменьшения объема, массы и стоимости теплообменника
целесообразно уменьшать термическое сопротивление внешней
воздушной пленки, что весьма надежно достигается развитием
внешней поверхности при помощи ребер.
Математические методы расчета характеристик теплообмен-
ников, в частности воздухоохладителей, работающих в условиях
выпадения влаги из воздуха, предложили Кэррьер и др. [2],
Трелкелд [3] и Балл >[,4].
Теплоотдающая поверхность воздухоподогревателей и охла-
дителей обычно образуется несколькими рядами оребренных
труб, размещенных перпендикулярно направлению воздушного
потока. Теплообменники расположены так, чтобы теплопереда-
ча происходила в условиях противотока взаимодействующих
сред. При противотоке достигается максимальная эффектив-
ность. Поперечный ток имеет место в каждом отдельном ряду
труб. Оребренные трубы обычно расположены горизонтально,
что облегчает отвод конденсата или орошающей внешнюю по-
верхность жидкости. Ряды труб могут быть расположены па-
раллельно или последовательно относительно направления дви-
жения воздуха. Последовательное расположение предпочти-
тельней, так как позволяет достигнуть большей продолжитель-
ности контакта воздуха с трубами и тем самым лучшей тепло-
передачи.
Применяют многочисленные типы ребер, чаще всего спи-
ральные, плоские или гофрированные. Плоские ребра бывают
круглыми или квадратными, насаженными сразу на одну или
несколько труб. Плотный контакт между ребрами и трубами
должен сохраняться в течение всего срока службы теплообмен-
ника. Ребра могут быть связаны с трубами механически или
дополнительно припаяны. В некоторых случаях ребра, как
указывалось, могут быть сформированы из тела самих труб.
Воздухоподогреватели обычно изготовляют из медных труб
с. алюминиевым оребрением. Воздухоохладители, питаемые ох-
лажденной водой или испаряющимися хладагентами, часто
изготовляют из тех же материалов. Однако когда охлаждение
сопровождается осушением воздуха или когда внешняя по-
верхность охладителя орошается водой, тогда предпочитают
применять теплообменники из медных труб с медным же оре-
брением, что сводит к минимуму гальваническую коррозию.
Воздухоохладители, питаемые водными растворами хлористого
натрия или хлористого кальция, изготовляют целиком из ста-
ли. Конденсаторы воздушного охлаждения холодильных машин
179
обычно из медных труб с алюминиевым оребрением, хотя иног-
да их выполняют и целиком из алюминия.
Воздухоподогреватели и воздухоохладители имеют трубы с
наружным диаметром от 10 до 25 мм, ребра в количестве от
120 до 150 шт. на 1 м длины трубы. Расстояние между центра-
ми труб от 25 до 75 мм. Шаг ребер выбирают с учетом воз-
можного накопления волокон, пыли или выпадения инея при
низкой температуре осушения воздуха.
6.2.2. Паровоздушные подогреватели. Для достижения рас-
четных характеристик пар должен равномерно распределяться,
а конденсат и воздух непрерывно отводиться из полости тепло-
обменника. Равномерное распределение пара необходимо для
обеспечения равномерности подогрева воздуха и для уменьше-
ния опасности замерзания конденсата в нижней части подо-
гревателя при невысоких нагрузках.
6.2.3. Водовоздушные теплообменники. В этих теплообмен-
никах также должны быть обеспечены равномерное распреде-
ление воды и отвод из нее воздуха. Существуют различные спо-
собы устройства водяных ходов, обеспечивающих достаточно
равномерное распределение при приемлемом падении давления.
Предохладители, питаемые артезианской водой, должны допу-
скать очистку внутренней поверхности труб от песка и других
посторонних примесей.
Водовоздушные теплообменники иногда оснащают турбули-
заторами, вводимыми внутрь труб для увеличения теплопереда-
чи. Эти теплообменники необходимо защищать водяными филь-
трами для предотвращения загрязнения и закупорки грязью.
Все виды теплообменников должны допускать полный спуск
воды.
6.2.4. Воздухоохладители непосредственного кипения хлад-
агента. В воздухоохладителях, питаемых испаряющимся хлад-
агентом, его распределение исключительно трудно. Желательно,
чтобы теплообменник охлаждался равномерно и эффективно.
Очень важно при этом, чтобы холодильный компрессор, связан-
ный трубопроводом с воздухоохладителем-испарителем, был за-
щищен от попадания в него жидкого хладагента.
Применяют два типа воздухоохладителей непосредственного
кипения: наиболее распространенный — так называемый сухо-
го расширения (испарения) и сравнительно редко использу-
емый— затопленный. Воздухоохладитель первого типа исполь-
зуется совместно с терморегулирующим вентилем, пропускаю-
щим в охладитель хладагент в количестве, соответствующем
изменяющимся нагрузкам, и поддерживающим перегрев на
стороне выхода паров из испарителя в компрессор в заранее
определенных пределах; перегрев хладагента обеспечивает по-
ступление в компрессор только газообразного хладагента. Для
равномерного распределения хладагента по ходам воздухоох-
ладителя обычно используют дистрибютор, размещаемый за
’ 80
терморегулирующим вентилем. Каждый ход состоит из подвод-
ки хладагента от дистрибютора и части труб воздухоохлади-
теля до всасывающего коллектора. Ход рассчитывают так, что-
бы достигнуть хорошей теплопередачи и надлежащего возврата
смазки при разумном падении давления. Подводки от дистри-
бютора обычно выполняют из труб малого сечения равной дли-
ны для того, чтобы потери давления в них для каждого хода
были одинаковыми.
В воздухоохладитель затопленного типа для поддержания
желательного уровня жидкости хладагент подается поплавко-
вым регулятором.
6.2.5. Выбор теплообменника. При выборе теплообменника
необходимо учитывать его назначение (явный подогрев, явное
охлаждение, охлаждение с осушением, возможность выпадения
инея); начальные параметры воздуха (температуры по сухому
и мокрому термометрам; плотность; барометрическое давление
на высоте установки; содержание пыли, агрессивных и опасных
газов); требуемые конечные параметры воздуха; характеристи-
ки тепло- и холодоносителя [начальные температуры и давле-
ления; допустимые падения (или повышения) температур и
давлений]; максимально допустимую скорость воздуха для
предотвращения уноса влаги; допустимую потерю давления по
воздуху, которая влияет на мощность привода вентилятора;
характер подводок тепло- и холодоносителя (размеры, распо-
ложение, вид обвязки, обеспечение удаления воздуха и спуска
жидкости, возможность очистки внутренних поверхностей при
питании артезианской водой); конструкцию присоединения к
воздуховодам; конструктивные особенности собственно тепло-
обменников (материалы коллекторов, труб, оребрения; число
рядов н пх расположение; тип и шаг ребер); дренажные уст-
ройства (поддоны, дренажный лоток, дренажные трубы и отвер-
стия) ; разделение теплообменников на секции для облегчения
регулирования, изготовления и монтажа (число секций и ря-
дов); давление воздуха в месте присоединения к каналам и
утечки воздуха через неплотности кожуха теплообменника, что
особенно важно при установке теплообменника на стороне на-
гнетания вентилятора системы высокого давления; экономиче-
ские соображения во взаимосвязи с системой, т. е. с учетом
расходов, перепадов температур п давлений, затрат мощности
вентилятором и насосом.
Выбор теплообменников для охлаждения и осушения возду-
ха рассмотрен Рамзеем [6—8]. Предложены различные методы
графического и машинного расчета [9—11].
6.2.6. Воздухоподогреватели. Водовоздушные и паровозо-
душные подогреватели обычно рассчитывают, принимая следую-
щие предельные величины: скорость воздуха в фасадном сече-
нии 2,5—3,8 м/с (до 7,6 м/с), конечную температуру воздуха
после калорифера первого подогрева 16°С, после калорифера
181
второго подогрева 21—49°С (до 66°С при эжекционных систе-
мах с непереключаемым холодоснабжением); температуру го-
рячей воды в системах теплоснабжения низкого давления 77—
88°С и до 149°С в системах высокого давления; скорость воды
0,6—2,1 м/с; количество воды в зависимости от температурно-
го иерепада в системе теплоснабжения (И—17°С для систем
низкого давления, около 33®С для систем среднего давления и
около 56°С для.систем высокого давления); сопротивление по
воде обычно до 30 кПа; давление пара 33—172 кПа (до
680 кПа); сопротивление по воздуху 50—125 Па (до 249 Па
в промышленных системах).
Чтобы обеспечить устойчивое регулирование теплопроизво-
дительностн и снизить опасность замерзания при малых на-
грузках, перепад температур по воздуху в калорифере перво-
го подогрева ограничивают 17°С. При необходимости подогрева
на больший перепад устанавливают последовательно два кало-
рифера. Чтобы уменьшить опасность замерзания конденсата в
паровых калориферах, регулируемых по теплоносителю, лучше,
если их площадь поверхности теплоотдачи меньше, а не боль-
ше расчетной. Калориферы первого подогрева обычно одно-
или двухрядные.
Калориферы второго подогрева часто принимают с завы-
шенной на 10—25% площадью теплоотдающей поверхности для
того, чтобы обеспечить быстрый нагрев воздуха при запуске
систем. Количество рядов труб в калориферах второго подо-
грева по ходу движения воздуха обычно не более четырех.
Если требуется подогреть большое количество воздуха на
небольшую разность температур, то может оказаться экономич-
ным использование небольшого по размерам воздухоподогре-
вателя с обводным воздушным каналом, при этом в воздухо-
подогревателе происходит глубокий подогрев.
6.2.7. Воздухоохладители. Воздухоохладители, питаемые ох-
лажденной водой, водой из артезианских скважин или водны-
ми растворами солей, обычно рассчитывают, принимая следую-
щие предельные величины: скорость воздуха в фасадном сече-
нии 1,5—3,5 м/с, при этом исключается вынос конденсирующей-
ся влаги; скорость воздуха в живом сечении 3—7,6 м/с; началь-
ные температуры воздуха по сухому и мокрому термометрам
соответственно 16—43 и 10—27°С; конечные параметры возду-
ха: температура по сухому термометру около 9°С и почти
100%-ная влажность (за исключением низкотемпературных
теплообменников, питаемых растворами или гликолем); темпе-
ратура охлажденной воды 4—13°С (до 16°С при питании арте-
зианской водой); скорость воды 0,6—2,1 м/с; количество воды в
зависимости от перепада ее температур (2,8—б^С). Обычно
на 1 кВт холодопроизводительности приходится 0,042 кг/с во-
ды, что определяет перепад температур в 5,6°1С; сопротивление
по воде — обычно до 3 кПа, хотя может достигать и 6 кПа.
182
Для уменьшения падения давления водяные ходы часто делают
параллельными; аэродинамическое сопротивление 62,5—
188 Па; отношение явного тепла к полному между 0,6 и 1.
Водовоздушные охладители обычно 4—8-рядные, если ох-
лаждение сопровождается осушением, но могут быть и 12-ряд-
ными по ходу воздуха (глубине).
Воздухоохладители-испарители обычно работают при темпе-
ратуре хладагента от —4 до +13°С у выходного всасывающего
отверстия. Здесь для предотвращения попадания жидкого
хладагента в компрессор -перегрев может достигать 6,7°'С. Хо-
лодопроизводительность воздухоохладителя-испарителя должна
быть сбалансирована с холодопроизводительностью компрессо-
ра в расчетных условиях. Следует также анализировать влия-
ние изменения эксплуатационных условий на совместную ра-
боту воздухоохладителя и компрессора [12, 13].
Балл [14] дополнительно приводит следующие конструктив-
ные и теплотехнические характеристики воздухоохладителей:
отношение площади наружной поверхности одного ряда труб к
фасадному сечению 12—24 м2/(ряд-м2); то же, внутренней по-
верхности 1—1,5 м2/(ряд-м2); коэффициент термической эффек-
тивности медных ребер 85—95%.
При расчете и подборе воздухоохладителей-испарителей
следует учитывать разницу в эффективности теплообменника
на выходном участке (вследствие перегрева паров хладаген-
та) по отношению к другим участкам. При противотоке макси-
мальная разность температур между поступающим хладаген-
том и уходящим воздухом практически равна 3,3—4,5° С, т. е.
соизмерима с разностью температур, наблюдаемой при исполь-
зовании форсуночных камер.
6.2.8. Монтаж теплообменников. При монтаже теплооб-
менников следует располагать теплообменники в системе так, что-
бы воздух равномерно распределялся по фасадному сечению и
облегчались демонтаж и обслуживание теплообменника и при-
соединений трубопроводов и воздуховодов; обеспечивать ком-
пенсацию температурных изменений линейных размеров тепло-
обменников при нагреве и охлаждении и предотвращать пере-
дачу возникающих напряжений со стороны присоединенных
трубопроводов; предусматривать сбор и отвод конденсата, вы-
падающего на поверхности воздухоохладителей. Для этого не-
обходимо устанавливать под каждой секцией поддон, присоеди-
ненный к дренажным трубам через трап с достаточно глубоким
гидравлическим затвором (сифоном). Поддоны должны иметь
лючки для чистки; глубина затвора должна быть такой, чтобы
он не опорожнялся под давлением (разрежением), создаваемым
вентилятором. При необходимости дренажные трубопроводы
следует теплоизолировать. Калориферы первого подогрева не-
обходимо располагать за воздухозаборными отверстиями пепед
фильтрами, что предотвращает замерзание влаги на фильтрах.
183
Воздуховод перед подогревателем должен быть теплоизолиро-
ванным. Калориферы второго подогрева следует располагать
за воздухоосушптелями, ибо эти аппараты совместно позволя-
ют поддерживать в помещениях необходимую температуру и
относительную влажность. В однозональных системах калори-
феры второго подогрева для равномерного обдувания их возду-
хом необходимо располагать на стороне всасывания вентиля-
тора, в многозональных и двухканальных системах — на сто-
роне нагнетания. Паровые подогреватели следует снабжать со-
ответствующим образом рассчитанными и подобранными коп-
денсатоотводчиками; при автоматическом регулировании дрос-
селированием расхода пара нужно устанавливать также ваку-
умпрерыватели. Водовоздушные теплообменники часто при-
соединяют к трубопроводам так, чтобы вода входила снизу и
выходила сверху (для удаления воздуха из воды); воздухоох-
ладители-испарители надо располагать так, чтобы они не облу-
чались воздухонагревателями. Потоки горячего воздуха за по-
догревателями не должны омывать электродвигатели вентиля-
торов. Регулировать теплохолодопроизводительность теплооб-
менников можно по теплохолодоносителю, по воздуху и при по-
мощи обводного воздушного канала. Регулирование по тепло-
холодоносителю обычно количественное (дросселированием рас-
хода при помощи двух- или трехходового клапана) или качест-
венное (путем смешения воды с разной температурой или из-
менением температуры другими способами).
6.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ, ГАЗОВЫЕ И НЕФТЯНЫЕ
ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛИ
6.3.1. Электрические подогреватели. Нагревательные эле-
менты электрических воздухоподогревателей могут быть собра-
ны в ряды. Элементы бывают открытыми или защищенными
трубчатыми. Последние бывают гладкими и оребренными. Как
правило, электрические воздухоподогреватели, предназначен-
ные для монтажа в каналах, имеют кожух с фланцами. Сущест-
вуют также погружные подогреватели, вводимые в поток воз-
духа через отверстия в стенках каналов.
Нагревательные элементы открытого типа обладают малой
массой, поэтому при подаче тока спирали сопротивления быст-
ро приобретают рабочую температуру, а после выключения то-
ка быстро остывают. Открытые спирально-проволочные нагре-
вательные элементы очень быстро отзываются на регулиро-
вание.
Элементы изготовляют из хромоникелевой проволоки, свер-
нутой в плотные спирали небольшого диаметра. Поскольку они
непосредственно соприкасаются с воздухом, их температура
ниже, чем элементов защищенного типа; температура
на поверхности значительно выше только там, где открытая
184
спираль заслонена от потока воздуха креплениями и изолято-
рами.
Воздухоподогреватели с открытыми нагревательными эле-
ментами непригодны для установки в непосредственной бли-
зости к оборудованию, в котором распыляется вода или обраба-
тывается влажный воздух, а также в тех случаях, когда в воз-
духе содержатся агрессивные примеси, которые могут вызвать
коррозию спиралей и их повреждение. Следует предотвращать
отложение пылн на нагревательных элементах и проход через
них горючих веществ, поскольку при низкой температуре
вспышки этих веществ температура на поверхности элементов
может оказаться достаточной для поджигания примесей.
Эксплуатационный и обслуживающий персонал должен быть
соответствующим образом защищен от опасности, связанной с
применением открытых нагревательных элементов, в частности
смотровые двери должны быть снабжены блокирующими уст-
ройствами безопасности.
Электроподогревателн трубчатого типа обычно имеют внут-
ренний слой электрической изоляции (керамический), окру-
жающей электрические спирали, и внешнюю гладкую или оре-
бренную оболочку из металлического сплава. Таким образом,
ток по поверхности элемента не течет и опасность поражения им
исключается. Трубчатые электроподогревателн можно устанав-
ливать в каналах, по которым проходит влажный воздух. Со-
ответствующим образом сконструированные теплообменники
можно применять и там, где в атмосфере присутствуют взрыво-
опасные примеси. Кожухи и ребра теплообменников, предназна-
ченных для работы при высокой влажности или в коррозионной
среде, иногда изготовляют из нержавеющей стали.
Накопление грязи на поверхности подогревателей исключа-
ется, поскольку при высокой температуре пыль выгорает. Пи-
тание электроподогревателей возможно однофазным током на-
пряжением 200/240 В или трехфазным переменным током на-
пряжением 400/440 В, иногда применяют и постоянный ток.
Можно применять соответствующие коммутации для того,
чтобы обеспечить ступенчатое регулирование теплопроизводи-
тельности. В мощных воздухоподогревателях используют кон-
такторы, управляемые ступенчатыми регуляторами. Желатель-
но наличие устройства для переключения ступенчатого регуля-
тора в исходное положение при достижении им минимального
положения, например после выключения тока во время аварии.
Для электрических подогревателей необходимы регуляторы,
предохраняющие от перегрева в случае аварии вентилятора или
прекращения движения воздуха. Обычно это верхнепредельный
терморегулятор с ручной настройкой. Дополнительно в цепь
управления электроподогревателем может быть включено реле
потока.
Электрические подогреватели обычно устанавливают в ка-
|«5
налах (воздуховодах). Чтобы подогреватели равномерно омы-
вались воздухом и не было местных перегревов поверхности,
их необходимо располагать на расстоянии не менее двух диа-
метров от поворотов и других местных сопротивлений. Обычно
отвечает условию равномерного обдувания установка электро-
подогревателя на стороне всасывания вентилятора; при уста-
новке на стороне нагнетания расстояние от выхлопного отвер-
стия вентилятора до электроподогревателя должно быть не
менее четырех диаметров.
Поскольку аэродинамическое сопротивление электрических
подогревателей относительно невелико, допускаются скорости
в фасадном сечении 7,6 м/с (сопротивлние при этом не пре-
вышает 25 Па). Существует однако минимальная допустимая
по условию перегрева нагревателей скорость [18]. Ее значение
зависит от типа нагревателей, начальной температуры воздуха
и мощности, приходящейся на единицу площади сечения возду-
ховода.
В СКВ электрические подогреватели обычно используют в
специальных случаях, при которых стоимость потребляемой
электроэнергии относительно не очень важна. Мощность элек-
тровоздухоподогревателей обычно не выше 50 кВт, хотя из-
вестно применение и подогревателей мощностью до 1000 кВт.
Электрическая нагрузка между секциями распределяется не-
равномерно в соотношении, позволяющем получать ряд равных
ступеней регулирования. Так, подогреватель мощностью 6 кВт
можно разделить на три секции..,в соотношении 3:2:1, при со-
ответствующей коммутации можно при этом получить семь сту-
пеней регулирования, а именно 0, 1, 2, 3, 4, 5 и 6 кВт.
Электрические канальные воздухоподогреватели часто ис-
пользуют в качестве местных комнатных или зональных подо-
гревателей СКВ. Их можно также применять в качестве кало-
риферов предварительного подогрева для защиты основных ка-
лориферов первого подогрева от замерзания. Их используют
также в круглогодовых СКВ с выключаемыми на лето котла-
ми; в качестве резервного оборудования СКВ, обслуживающих
помещения, где недопустимо нарушение параметров в случае
аварии системы теплоснабжения (например, СКВ вычислитель-
ных центров). Небольшие электрические воздухоподогревате-
ли применяют в комнатных кондиционерах и тепловых насосах.
Погружные электронагреватели часто применяют для подогре-
ва воды в поддонах форсуночных камер и других увлажни-
тельных аппаратов, для подогрева воды в поддонах градирен в
зимнее время, для подогрева масла в компрессорах, для выпа-
ривания хладагента из картеров компрессоров во время их
стоянки. Электрические кабели сопротивления используют для
защиты от замерзания трубопроводов охлажденной воды и
трубопроводов снабжения конденсаторов водой, а также для за-
186
щиты кожухотрубных испарителей установленных снаружи во-
доохладительных агрегатов.
6.3.2. Газовые и нефтяные воздухоподогреватели. Газовые
воздухоподогреватели устанавливают в воздуховодах и в неко-
торых типах автономных кондиционеров. Они включают в себя
топочное устройство, теплообменник, сборный воздушный ко-
роб и средства регулирования. Сжигать можно природный и
городской (искусственный) газ или сжиженный керосиновый
газ. Газовые воздухоподогреватели не следует применять, если
в воздухе содержатся агрессивные или взрывоопасные примеси.
Газовые воздухоподогреватели с непосредственным огневым
подогревом, работающие на дистиллированных нефтях или го-
родском газе, обычно представляют собой цилиндрический кор-
пус с камерой сжигания, к которой присоединены полые ребра,
образующие собой вторичную теплоотдающую поверхность.
К камере сгорания присоединена газовая или нефтяная толка,
воздух прогоняется осевым или центробежным вентилятором.
Производительность агрегатов по воздуху от 0,47 до 28,3 м3/с;
тепловая мощность агрегата найбольшего размера около
50 кВт.
6.4. ФОРСУНОЧНЫЕ КАМЕРЫ И ИСПАРИТЕЛЬНЫЕ
ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛИ
Форсуночная камера служит для тепловлажностной об-
работки воздуха, дополнительная функция — это очистка воз-
духа, поэтому иногда их называют воздухопромывателями.
Воздухопромыватели бывают двух видов: с форсунками, рас-
пыляющими воду под высоким давлением, вследствие чего
создается большая поверхность контакта, и с форсунками низ-
кого давления, орошающими большую поверхность, создава-
емую волокнами, пластинами или ребрами.
Соотношения между начальным состоянием воздуха и тем-
пературой распыляемой воды определяют ход процесса измене-
ния состояния воздуха (см. гл. 4).
6.4.1. Форсуночная камера. Входной и выходной сепараторы
обычно изготовляют из оцинкованной стали или меди, ныне в
возрастающей степени для их изготовления используют пласт-
массы. Выходной сепаратор иногда для удаления оседающей
грязи орошают специальными форсунками низкого давления.
Стенки и потолок камеры должны быть теплоизолированы для
устранения конденсации влаги на их внешней поверхности.
Днище поддона изолируют слоем пробки, смазанным клеящим
составом. Этот слой укладывают на пол или фундамент до мон-
тажа на нем камеры. Форсуночные камеры, устанавливаемые
снаружи, следует теплоизолировать и покрывать парюводоне-
проницаемыми защитными слоями. Размещать их нужно в по-
!87
мешениях, где шум, создаваемый форсунками, не будет не-
приятным.
Обычно применяют пять типов форсуночных камер, отли-
чающихся одна от другой числом рядов форсунок и направле-
ниями распыления воды (рис. 6.1). Сравнение степени увлаж-
нения [19] в камерах различных типов приведено ниже.
Эффективность увлажнения воздуха в форсуночных камерах
Число рядов форсунок и направление распыления воды
относительно потока воздуха
Один ряд:
по потоку
против потока
Два ряда:
по потоку
против потока
навстречу друг другу
Средняя эффективность
увлажнения, %
60
75
84
95
90-
Рис. 6.1. Пять типов форсуночных камер
а — однорядная с распылением воды против потока воздуха; б — то же, по потоку; в —
двухрядная^ против потока; г — то же, с распылением воды форсунками навстречу друг
Другу; д — то же, по потоку воздуха; / — корпус; 2 — стояки с форсунками; 3 — выходной
сепаратор; 4'— поддон; 5 — насос с электродвигателем
Эффективность форсуночной камеры слегка возрастает с по-
вышением давления воды перед форсунками, уменьшением
скорости движения воздуха, увеличением количества воды на
единицу площади сечения, ростом длины и высоты камеры, т. е.
с увеличением длины пути контакта между воздухом и водяны-
ми каплями.
Большая часть таблиц для подбора камер составлена для
скорости в 2,5 м/с в живом сечении. Было установлено, что
при скорости более 3,8 м/с и менее 1,8 м/с происходит вынос
капель через сепараторы.
Количество воды, распыляемой одной форсункой, —0,075—
0,11 кг/с. Форсунки в камерах расположены так, чтобы в .каж-
дом ряду на 1м3/с воздуха приходилось 0,24—0,63 кг/с воды, а
при двух рядах форсунок 0,48—1,26 кг/с. Это составляет-около
0,6—1,7 кг/(с-м2-ряд) и соответствует плотности размещения
форсунок в живом сечении камеры 5—21 шт/м2.
Дисперсность форсуночных факелов зависит от конструкции
188
форсунки и давления воды перед ней. Давление обычно прини-
мают между 170 и 260 кПа.
Форсунки, орошающие выходной сепаратор (и входной, ес-
ли в воздухе содержится волокнистая пыль), работают при дав-
лении 20—70 кПа и распыляют воду в количестве 0,61—1,2 кг/с
на 1 м ширины камеры.
Длина камер 1,5—3 м в зависимости от числа рядов форсу-
нок и конструкции. Обычно па каждый ряд форсунок приходит-
ся 0,75 м длины, на входной сепаратор 0,3 м, на выходной
0,45—0,6 м. Пластины выходных сепараторов обычно располо-
жены на расстоянии 25—©0 мм друг от друга и имеют 6 лопа-
стей в направлении движения воздуха.
Глубина поддона около 0,45 м, уровень воды поддерживает-
ся на высоте 400 мм, при этом нижняя часть сепараторов по-
крывается на 25—50 мм.
Камеры имеют максимальную ширину 7,3 м и максималь-
ную высоту 3 м, их максимальная пропускная способность по
воздуху 66 м3/с (238 000 м3/ч). Аэродинамическое сопротивле-
ние камеры определяется сепараторами. При скорости набе-
гающего потока воздуха 2,5 м/с сопротивление входного сепа-
ратора около 25 Па, выходного 50—62,5 Па.
Форсунки могут увеличивать или уменьшать сопротивление
камеры в зависимости от направления распыления. Кинетичес-
кая энергия форсуночного факела достигает приблизительно
25 Па при распылении 0,61 кг/с воды и скорости воздуха
2,5 м/с. Сопротивление камеры в целом может меняться от
50 до 125 Па.
Графический метод расчета камер приведен в справочнике
[20].
6.4.2. Высокоскоростная форсуночная камера. Эта камера —
последнее достижение в развитии конструкций камер [21]. Она
состоит из смесительной секции, осевого вентилятора и цилии-
Рис. 6.2. Высокоскоростная форсуночная камера
/ — смесительная секция; 2— осевой вентилятор с электродвигателем: 3— диффузор;
4— форсунки; 5 — цилиндрическая камера: 6 — вращающийся выходной сепаратор; 7—
патрубок для присоединения спускного трубопровода; 8 — форсунка для распыления
пара; н. в — наружный воздух; р. в — рециркуляционный воздух; пр. в. — приточный
воздух
189
дрической форсуночной камеры (рис. 6.2). К последней примы-
кает диффузор. В диффузоре и собственно в камере размещено
до 6 рядов форсунок, работающих при сравнительно высоком
давлении 200—270 кПа. На выходе воздуха установлен вра-
щающийся сепаратор с радиальными металлическими лопастя-
ми, приводимый в движение потоком воздуха, движущимся со
скоростью 12,2 м/с. Влага, оседающая на лопастях сепаратора,
сбрасывается центробежной силой, собирается в нижней части
цилиндрической камеры и отводится через дренажную трубу.
Пропускная способность аппаратов по воздуху от 4,72 до
18,9 м3/с (от 17 000 до 68000 м3/ч), расход воды приблизитель-
но от 4,5 до 25,5 кг/с. При шести рядах форсунок степень ув-
лажнения может достигать 98%.
6.4.3. Ячейковые или капиллярные промыватели. Капилляр-
ный промыватель имеет определенное число ячеек, расположен-
ных в несколько рядов и орошаемых водой под низким давлением
(рис. 6.3). Ячейки обычно заполняют пакетами тонкого стекло-
волокна, общий объем которых составляет около 1,5% объема
ячеек. На входе и выходе ячейки расположены тонкие слои
стекловолокна, причем волокна уложены параллельно фасад-
ному сечению; между этими слоями остальные волокна ориен-
тированы параллельно направлению движения воздуха. При
такой укладке достигаются малое аэродинамическое сопротив-
ление и максимальная эффективность тепло- и массообмена.
Ячейки орошаются форсунками грубого распыления, рабо-
тающими при низком давлении около 40 кПа. Образуются
жрупные капли, которые в ячейках разбиваются и создают на
поверхности волокон стекающую пленку воды. На выходе из
аппарата могут устанавливаться обыкновенные пластинчатые
сепараторы или сепараторы из матов стекловолокна. Скорость
движения воздуха через камеру рассматриваемого промывате-
ля около 2,5 м/с, а через ячейку около 1,8 м/с. Ячейки распо-
ложены так, что возможны как параллельное, так и взаимо-
встречное движение воздуха и пленки воды. Эффективность ув-
лажнения воздуха в промывателях этого типа достигает 97%.
Форсунки обычно располагают с плотностью 5 шт/м2, коли-
чество распыляемой воды составляет 0,65—2,82 кг/с на 1 м2
Рис. 6.3. Капиллярный промыватель
1 — корпус; 2 — форсунка; 3 — ячейка, за-
полненная пакетами тонкого стеклско.лок-
на; 4 — выходной сепаратор: 5 — лсдзом:
6 — циркуляционный насос с электродвига-
теле?!
J9O
фасадного сечения. Общая длина аппарата около 1,5 м. Давле-
ние насоса, подающего воду к форсункам, почти в два раза
меньше, чем у обыкновенных форсуночных камер.
Капиллярные промыватели хорошо очищают воздух, задер-
живают частицы размером до 3 мкм. Однако их следует при-
менять только при малых пылевых нагрузках. Расход воды
должен быть постоянным, что исключает возможность забива-
ния ячеек пылью. Загрязненные ячейки могут быть очищены
добавлением соответствующего смачивающего вещества к воде.
Капиллярные промыватели наиболее подходят для увлажнения
воздуха пли испарительного охлаждения воздуха и воды и ма-
ло пригодны для охлаждения и осушения.
6.4.4. Испарительные воздухоохладители. Охлаждение воз-
духа достигается испарением воды в поток воздуха. При этом:
снижается его температура по сухому термометру, сохраняет-
ся постоянной температура по мокрому термометру и возра-
стает влагосодержание. Этот недорогой способ охлаждения,
без применения холодильных машин, используют в районах с
сухим и жарким климатом и в пустынных местностях, где с
его помощью можно добиться некоторого улучшения самочувст-
вия посредством отвода явного тепла.
В аппаратах прямого испарительного охлаждения наруж-
ный воздух проходит через смоченные поверхности, с которых
испаряется вода, снижает свою температуру и поступает в по-
мещение. Так можно охлаждать воздух и в форсуночных каме-
рах, и в орошаемых насадках из древесной стружки, стекло-
волокна. металлической проволоки и горфированной бумаги.
Три основных типа аппаратов прямого испарительного ох-
лаждения представлены на рис. 6.4. Капельный (или пустын-
ный) охладитель — вентиляторный агрегат с насадкой, по ко-
торой непрерывно стекает вода, подаваемая небольшим насо-
сом. Форсуночный охладитель имеет центробежный распыли-
тель воды, с помощью которого орошается и воздух, и первая
Рис. 6.4. Испарительные воздухоохладители
а — капельный; б — форсуночный; в — роторный; / — орошаемый насадок; 2 — распре*
делительные трубопроводы: 3 — вентилятор с электродвигателем; -/ — поддон; 5 — на-
сос с электродвигателем; £ — орошаемый насадок; 7 — водяной бак с пращевидным*
распылителем воды (возможно применение центробежного распылителя или форсу-
нок); 3 — насадок, выполняющий роль выходного сепаратора; 9 — ротор-насадок; 10 —
электродвигатель (стрелками покачано направление движения воздуха)
192
по направлению движения воздуха насадка. Роторный охла-
дитель имеет вращающуюся насадку в виде колеса, которое
смачивается водой в поддоне и одновременно промывается от
задержанной пыли.
В лучшем из этих охладителей эффективность увлажнения
достигает приблизительно 80%.
В охладителях косвенного действия вода охлаждается в ап-
парате, подобном градирне, после чего пропускается через по-
верхностный теплообменник, в котором охлаждается воздух,
подаваемый в помещение. Посредством установки на входе воз-
духа в градирню теплообменника-предохладителя, питаемого
водой из градирни, можно снизить температуру поступающего в
нее воздуха и температуру охлажденной воды ниже началь-
ной температуры воздуха по мокрому термометру [25].
6.4.5. Орошаемые воздухоохладители (рис. 6.5). Это реб-
ристые теплообменники, поверхность которых орошается из
форсунок низкого давления рециркулирующей водой. Орошае-
мые теплообменники представляют собой эффективное сред-
ство увлажнения, поскольку их смоченная поверхность и по-
верхность форсуночных факелов обеспечивают большую по-
Рис. 6.5. Орошаемый воздухоох-
ладитель
1 — стояк с форсунками; 2 — тепло-
обменник; 2 — выходной сепаратор.
4 — поддон; 5 — циркуляционный на-
сос с электродвигателем
верхность для передачи тепла и влаги. Таким образом, поверх-
ностные теплообменники для охлаждения и осушения воздуха,
работающие в теплый период года на холодной воде, циркули-
рующей по замкнутому контуру, при добавлении орошения
циркулирующей водой по разомкнутому контуру могут быть в
холодный период использованы для увлажнения воздуха. Воз-
дух после теплообменника почти полностью насыщен влагой,
что позволяет осуществлять регулирование влажности по ме-
тоду точки росы при помощи терморегулятора, реагирующего
на температуру по сухому термометру.
Корпус, в котором крепят орошаемый теплообменник,
обычно имеет длину 1,2 м. Плотность расположения форсунок
в сечении корпуса ГО шт/м2, давление воды перед форсунками
50 кПа, вода распыляется в количестве 0,8 кг/(с-м2), эффек-
! 9.2
тивность увлажнения приблизительно равна 50%. Теплообмен-
ники изготовляют из медных труб с медными ребрами, за теп-
лообменниками всегда устанавливают выходной сепаратор.
Насос, подающий воду к форсункам орошения, должен быть
сблокирован с приточным вентилятором, что обеспечивает ра-
боту форсунок только при движении воздуха через аппарат.
Воздухоподогреватели орошать водой не следует, так как
возможно выпадение накипи на их поверхности. В прямоточ-
ных системах, снабжающих первичным воздухом эжекционные
и вентиляторные доводчики^ орошаемые теплообменники часто
устанавливают за калориферами первого подогрева. Орошение
теплообменников обеспечивает некоторую очистку воздуха. Эти
теплообменники можно приспособить для так называемого
свободного охлаждения вторичной воды, подаваемой к эжек-
ционным доводчикам. Поскольку в этом случае воздух несколь-
ко подогревается, то режим «свободного» охлаждения иногда
называют экономичным рабочим циклом. Глубина орошаемых
теплообменников, работающих в этом режиме, обычно не ме-
нее 6 рядов. Имеется графический метод расчета холодопроиз-
водительности орошаемых теплообменников в переходное вре-
мя года [26].
6.5. УВЛАЖНИТЕЛИ
Форсуночные камеры, орошаемые насадки и орошаемые
теплообменники, можно использовать для охлаждения, осу-
шения, подогрева и увлажнения воздуха. Однако часто необхо-
димы аппараты только для увлажнения, иногда с подогревом.
Форсуночные камеры и орошаемые теплообменники содержат
некоторый объем воды, поэтому являются емкостными аппара-
тами. Противни также емкостные аппараты. К увлажнителям,
которые работают без водяной емкости, относятся пароструй-
ные, вращающиеся дисковые распылители, а также распылите-
ли, работающие на сжатом воздухе.
6.5.1. Противневые увлажнители. В своей простейшей фор-
ме увлажнитель этого типа состоит из мелкого сосуда, запол-
ненного водой, уровень которой поддерживается поплавковым
клапаном или другим аналогичным устройством. Увлажнитель
размещают в потоке теплого воздуха после вентиляторного аг-
регата (типично для агрегатов воздушного отопления жилых
домов), и вода испаряется в поток приточного воздуха. Часто в
противень вводят перпендикулярно направлению движения
воздуха фитили, с помощью которых увеличивают поверхность
испарения. Общее количество испаряющейся воды может до-
стигать 45 кг/сут.
Противневые увлажнители больших моделей не имеют фи-
тилей, но снабжаются погружными электрическими (рис. 6.6)'
или паровыми подогревателями (давление пара около 30—
7 Зак. 430
193
70 кПа). Аппараты этого типа иногда снабжают встроенными
вентиляторами. Производительность стандартных увлажните-
лей по испаряемой влаге при электроподогревателе мощностью
8 кВт 2,9-10—3 кг/с, а при паровом подогревателе (избыточное
Рис. 6.6. Противень с. электро-
подогревателем
1 — электроподогреватель; 2 —
противень; 3 — подпиточный ба-
чок; 4 — поплавковый кран; 5 —
{воздуховод
давление пара 70 кПа) до 8,9-10~3 кг/с. Для исключения галь-
ванической коррозии противни часто изготовляют из нержа-
веющей стали или латуни, а паровые змеевики из меди.
6.5.2. Паровые увлажнители. Прямое введение острого пара
в движущийся по каналу воздух—- простой и дешевый способ
увлажнения, часто подходящий для производственных условий.
Возможность появления запахов препятствует применению это-
го способа в комфортных системах.
В простейшем виде пар можно выпускать из трубы с про-
сверленными отверстиями, введенной в воздуховод. Однако при
этом могут возникнуть затруднения, вызываемые коррозией,
размножением бактерий, появлением запаха и удалением кон-
денсата.
В идеале пар должен быть сухим, что может быть достиг-
нуто при использовании вентиля с паровой рубашкой, сепари-
рующей камеры с асбестовым фитильным глушителем, и раз-
даточного трубопровода с паровой рубашкой, связанной с от-
водным устройством [27]. Увлажнитель можно оснастить ре-
гулятором и клапаном, обеспечивающими пропорциональное
регулирование. Пропускная способность стандартных агрега-
тов этого типа при снабжении паром с избыточным давлением
200 кПа до 0,215 кг пара в 1 с. Аппараты с меньшей пропуск-
ной способностью могут иметь встроенные вентиляторы и уста-
навливаться непосредственно в помещениях.
Существуют агрегаты со встроенным автоматическим
электрическим парогенератором. Последний представляет со-
бой цилиндр с решетчатыми электродами. Пар выпускается в
воздуховод через перфорированную трубку. Производитель-
ность увлажнителей этого типа может достигать 11,2 кг/с при
подводе 30 кВт энергии.
6.5.3. Механические увлажнители (рис. 6.7). Центробежный
увлажнитель состоит из корпуса, герметичного электродвига-
194
теля, вращающего диск и насосную (всасывающую) трубу, и
поплавкового клапана, поддерживающего уровень воды в ре-
зервуаре корпуса. При вращении всасывающая труба забирает
поду из резервуара, поднимает ее на поверхность диска, вра-
Рис. 6.7. Механические увлажнители
а — центробежный с горизонтальным вращающимся диском-распылителем: б — с рас-
пылителями, вращающимися в вертикальной плоскости; 1— диск; 2 — электродвига-
тель. вращающий диск н всасывающую трубу; 3 — неподвижная дробящая решетка;
4 _ капли; 5 — подводка от водопровода; 6 — поплавковый край; 7 — резервуар; 8 —
воздуховод; 9 — аппарат с вращающимся вертикальным диском; 10 — выходные се-
параторы; 11—спускной патрубок; w — место присоединения к водопроводу
щающегося с большой частотой. Под действием центробежной
силы вода стекает с диска и разбивается на капли о непод-
вижную ячеистую решетку. Воздух, входящий в аппарат под
диском, захватывает капли и несет их в кондиционируемое по-
мещение или в поток воздуха, перемещаемый по каналу, где
капли испаряются. Производительность крупного аппарата это-
го типа достигает 3-10-3 кгс/с (в том случае, когда встроен
вентилятор). Такой аппарат имеет два электродвигателя: для
привода диска мощностью 100 Вт и для привода вентилятора
мощностью 250 Вт. Создаваемое избыточное давление воды
достигает 500 кПа.
В увлажнителе, показанном на рис. 6.7,6, имеются вращаю-
щиеся в частотой до 2800 об/мин вертикальные диски. Вода
стекает с дисков в виде тонкой пленки под действием центро-
бежной силы и при ударе о зубчатое кольцо разбивается на
капли, размер которых часто соизмерим с размерами аэро-
золей. В стандартном аппарате один диск с двигателем мощ-
ностью 0,2 кВт распыляет до 25,3 кг/с и создает избыточное
давление воды до 100 кПа. Степень увлажнения может до-
стигать 90%. В общей камере располагают несколько дисковых
увлажнителей подобно форсункам. Выходной сепаратор выпол-
няют обычно из волокнистых матов.
При жесткой воде необходимо предусматривать ее обработ-
ку для исключения выноса и осаждения солей в кондициони-
руемых помещениях.
6.5.4. Сепараторные увлажнители. Эти аппараты работают
на сжатом воздухе или воде. В аппаратах первого типа ежа-
7* Зак. 430
195
тый воздух под высоким давлением выходит из сопел и распы-
ляет воду на мелкие капли; в аппаратах второго типа вода под
высоким давлением выходит из трубопровода через сопла,
ударяется на выходе о цилиндрический или спиральный кор-
пус, из отверстий которого выходит в виде мелких капель.
Примерно такой же принцип используется в форсуночных ми-
шеневых увлажнителях [30]. В этих увлажнителях из сопла
выходит с большой скоростью вода, при этом она ударяется о
твердую поверхность и разбивается на капли. При избыточном
давлении 200 кПа распыляется в 1 с около 0,06 кг воды на
каждый кубометр воздуха и достигается эффективность увлаж-
нения в 50%.
6.6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИСПАРИТЕЛЬНОГО
ОХЛАЖДЕНИЯ ВОДЫ
В СКВ для отвода тепла от конденсаторов холодильных
машин часто пользуются водой, преимущественно оборотной,
охлаждаемой в различных аппаратах, работающих на принци-
пе испарительного охлаждения.
Простейший и наиболее дешевый способ охлаждения во-
ды— это ее испарение с большой площади охлаждающего пру-
да. Эффективность последнего может быть повышена при рас-
пылении воды форсунками, расположенными на расстоянии
нескольких метров над поверхностью воды, чем увеличивается
площадь поверхности испарения. Декоративные фонтаны и
бассейны также относятся ж этой категории охладителей.
Градирни с естественной тягой (иначе называемые атмо-
сферными) действуют в основном под влиянием ветра. Воздух
проходит через изготовленную из дерева полую конструкцию,
внутри которой расположенными наверху форсунками распы-
ляется вода, или через орошаемые форсунками жалюзи, благо-
даря которым увеличиваются смоченная поверхность и продол-
жительность контакта воздуха и воды.
В гиперболоидных градирнях воздух проходит через насад-
ку под влиянием тяги (как в дымовой трубе) навстречу падаю-
щим каплям воды (рис. 6.8).
Большей частью в холодильных установках СКВ при кон-
денсаторах водяного охлаждения применяют вентиляторные
градирни.
6.6.1. Вентиляторные градирни. Эти градирни наиболее
компактны и обладают меньшей массой. Часто они представ-
ляют собой наиболее экономичный вид оборудования для ох-
лаждения воды, отводимой от конденсаторов холодильных
установок СКВ. Градирня состоит из резервуара для воды,
корпуса, водораспределительной системы (насадки) и венти-
ляторно-моторного агрегата. Применение вентиляторов обеспе-
чивает возможность регулирования количества пропускаемого
196
Рис. 6.8. Оборудование для испарительно» о охлаждения' виды
а — охлаждающий пруд; б — пруд с форсуночным распылением воды; в —градирня с
естественной тягой н форсуночным распылением воды; г — градирня с орошаемой на-
садкой; д — гиперболоидная градирня с насадкой; / — иасос с электродвигателем;
2 — форсунки; 3 — насадка
через градирню воздуха. Градирня может быть расположена
на стороне нагнетания или на стороне всасывания вентилято-
ра. Вентиляторы обычно центробежные или пропеллерные. В
нагнетательных градирнях вентиляторы обычно размещены
внизу у входного отверстия; они продувают воздух через гра-
дирню с насадком и выбрасывают его сверху. Во всасывающих
градирнях вентиляторы расположены в выходном отверстии,
обычно в верхней части (хотя иногда и в боковых стенках), и
протягивают воздух снизу вверх через насадку.
По признаку взаимных направлений движения воздуха и
воды градирни можно подразделить на противоточные, парал-
лельно-точные и перекрестноточные (рис. 6.9). Наиболее рас-
а) S) в)
Рис. 6.9. Вентиляторные градирни
а — параллельно-точиая; б — перекрестиоточная; в — противоточная; 1 — поддон; 2 —
иасос с электродвигателем; 3 — форсунки; 4 — вентилятор с электродвигателем; 5 —
насадка
197
пространены всасывающие противоточные и перекрестноточные
градирни с осевыми вентиляторами.
Материалы для изготовления градирен рассмотрены в ра-
ботах [32, 33]. Насадки градирен предназначены для получе-
ния большой площади поверхности контакта между водой и
воздухом. Следует добиваться создания большой площади при
малом аэродинамическом сопротивлении. Насадка не должна
разрушаться и вызывать гальваническую коррозию. Кроме то-
го, она должна быть стойкой против воздействия кислот и ще-
лочей, не способствовать отложению накипи, размножению жи-
вотных и растительных организмов. Обычно насадки изготов-
ляют из специально обработанного кедра. Используют также
мягкую оцинкованную сталь, твердый анодированный алюминий
и нержавеющую сталь.
Ныне широко применяют пластмассы — полистирин, полипро-
пилен и полиэтилен высокой плотности. Полистирин не следует
использовать в тех случаях, когда вода содержит масла или рас-
творители.
Корпуса градирен обычно изготовляют из оцинкованной
стали и окрашивают. Иногда применяют пластмассу или
пластмассу, армированную сталью. Материалом для поддонов
служит оцинкованная сталь или бетон (в этом случае поддон со-
оружается на месте, строительства). В первом случае под-
дон — составная часть градирни.
6.6.2. Выбор градирен. Мощность градирни прежде всего
зависит от количества охлаждаемой воды, начальной темпера-
туры воды, начальной температуры воздуха по мокрому тер-
мометру и высоты расположения. При выборе градирни могут
оказаться важными и температура воздуха по сухому термо-
метру (ее экстремальные значения), а также учет ограниче-
ний — высоты градирни, занимаемой ею площади, массы, соз-
даваемого шума, требований к материалам (вследствие загряз-
нения атмосферы, содержания в ней коррозионных газов или
специфических качеств воды), к внешнему виду градирни и к
питанию электрическим током.
Градирню следует подбирать для работы при максималь-
ной температуре воздуха по мокрому термометру или близко к
ней согласно местным метеорологическим данным. Из эконо-
мических соображений допустимо принимать несколько мень-
шее значение расчетной температуры по мокрому термометру,
идя тем самым на некоторое небольшое по продолжительности
превышение этой температуры в течение года [33].
Характеристики градирен выражаются терминами «диапа-
зон охлаждения воды» и «приближение». Диапазон охлажде-
ния— это разность начальной и конечной температур воды,
приближение — это разность между конечной температурой во-
ды и начальной температурой воздуха по мокрому термо-
метру.
198
Опыт показал, что для обеспечения экономичного выбора
конденсаторов холодильных машин, водоводов и градирен для
компрессионных холодильных установок диапазон охлаждения
воды должен быть примерно 5,5—8,3°С. При использовании аб-
сорбционных холодильных установок часто бывает выгодным
применять более широкий диапазон (порядка 11°С), что объяс-
няется большим отводом тепла от установок этого типа.
6.6.3. Монтаж градирен. Градирни следует размещать от-
крыто, чтобы обеспечить хороший (беспрепятственный) вход и
выход воздуха. Удаляемый из градирни воздух на своем пути
не должен отклоняться так, чтобы стало возможным «короткое
замыкание» между входом и выходом, поскольку при нем ухуд-
шаются условия работы. Градирни следует располагать с уче-
том предотвращения возможности конденсации влаги из вы-
брасываемого ими воздуха на ограждениях близлежащих зда-
ний и прилегающей площади. Их надо размещать в отдалении
от потенциальных источников загрязнений (дымовых труб) или
выделения коррозионных сред (газов от вытяжных систем
промышленной вентиляции). Там, где это невозможно, следует
предусматривать на входах в градирни установку воздушных
фильтров.
Расположение градирен должно быть удовлетворительным
в отношении шума, создаваемого воздухом и водой — он не
должен проникать в соседние здания. В противном случае мо-
жет оказаться необходимой установка шумоглушителей на
входе или выходе или и на входе и на выходе воздуха, рассчи-
танных на поддержание требуемого уровня шума. Борьба с шу-
мом от градирен широко рассмотрена в работах [34—35] и ос-
вещена в книге «Шум, здание и люди», которая войдет в дан-
ную серию монографий.
В градирне должны сочетаться необходимые архитектур-
ные и конструктивные качества (внешний вид, занимаемая
площадь, высота, масса и ее распределение). Помимо этого
градирня должна отвечать местным правилам, в том числе
противопожарным. Виброизоляция требуется редко, но бывают
случаи, когда она необходима.
Регулирование производительности. Если сильно меняются
холодильные нагрузки, то необходимо регулировать темпера-
туру воды после градирни и тем самым обеспечивать работу
конденсаторов в заданных пределах. Возможно регулирование
при помощи двухскоростного вентилятора, пропорциональ-
ное— многостворчатыми воздушными клапанами и двухпози-
ционное — включением и выключением вентилятора. Послед-
ний способ может применяться вместе с обводными трубопро-
водами или с дросселирующими вентилями на трубопроводах
к градирне.
Защита от замерзания. Риск замерзания в рабочем режиме
уменьшается при надлежащем регулировании производитель-
199
ности. Градирни круглогодового действия можно защитить по-
средством установки дополнительного сборного бака в отап-
ливаемом помещении. Более часто используют погружные
электроподогревателн, вводимые в поддон градирни. Можно
также использовать змеевики, обогреваемые паром. Наружные
водоводы, подверженные замерзанию, защищают от коррозии
при помощи электропроводящей ленты, по которой пропускают
ток, и теплоизоляции.
Потери на испарение в градирнях (или испарительных кон-
денсаторах) составляют примерно 1% общего количества цир-
кулирующей воды (в расчете на диапазон охлаждения 5,5°С).
Унос мелких капель ветром составляет от 0,1 до 0,3% обще-
го количества циркулирующей воды в градирнях с механичес-
кой тягой(и до 0,1% в испарительных конденсаторах). Раство-
ренные минеральные вещества также уносятся под влиянием
ветра.
Для ограничения накопления грязи в открытых системах,
где рециркулирует вода, в том числе в форсуночных камерах,
необходима периодическая продувка, на которую расходуется
около 1 % воды.
Открытые рециркуляционные системы подвержены корро-
зии, в них откладывается накипь. Поэтому во время летнего
осмотра может потребоваться очистка от грязи и водорослей.
Обработка и кондиционирование воды должны проводиться
под наблюдением специалиста.
6.7. СОРБЦИОННЫЕ ОСУШИТЕЛИ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА
6.7.1. Процессы адсорбции. Для производственных це-
лей в тех случаях, когда требуется воздух с низкой влаж-
ностью и низким влагосодержанием, может быть применена
осушка с помощью адсорбентов. Наиболее распространенные
из них силикагель и активированный алюминий.
Осушительный аппарат (рис. 6.10) состоит из полок для ад-
сорбента, вентилятора для продувки влажного воздуха через
адсорбент и источника тепла для реактивации (удаления пог-
Рис. 6.10. Адсорбционный осу-
шитель воздуха
/, 8 — вентиляторы с электродви-
гателем; 2 — воздушный переклю-
чающий клапан (с — закрыт, о —
открыт); 3 — канал для выброса
воздуха в атмосферу; 4 — дейст-
вующий осушитель; 5 —реакти-
вируемый осушитель; 6 — канал
для подачи сухого воздуха; 7 —
воздухоподогреватель; 9 — канал
забора воздуха на реактивацию;
сплошными линиями показан
путь осушаемого воздуха, пунк-
тирными—путь воздуха, исполь-
зуемого для реактивации осуши-
телей; вл. в — влажный воздух
200
лощенной влаги и повторного использования адсорбента). Пол-
ки дублируют друг друга: одна работает в режиме осушения,
другая в режиме реактивации, затем охлаждается для повтор-
ного использования.
6.7.2. Процессы абсорбции [38]. При распылении водных
растворов хлористого лития или триэтиленгликоля влага из
воздуха удаляется (даже если его температура выше темпе-
ратуры точки росы). Это происходит потому, что парциальное
давление водяных паров над поверхностью раствора меньше,
чем над поверхностью чистой воды.
6.7.3. Теплоутилизационные аппараты. При утилизации
возможна передача тепла (или холода) от удаляемого возду-
ха (и, вероятно, загрязненного) или газов потоку наружного
воздуха, вводимого в здание. В одном из утилизационных
устройств применен большой медленно вращающийся с часто-
той около 20 об/мин цилиндр (рис. 6.11) [39], заполненный
Рис. 6.11. Утилизатор тепла или
холода
1 — канал подвода наружного возду-
ха; 2 — электродвигатель; 3 — вра-
щающийся теплообменник; 4—канал
подогретого воздуха; 5 — канал теп-
лого загрязненного воздуха; 6 — раз-
делительная пластина; 7— канал
удаляемого охлажденного (или подо-
гретого) воздуха
теплопоглощающими металлическими телами, которые прохо-
дят сначала через удаляемый поток и поглощают тепло, а за-
тем через поток холодного приточного воздуха, которому от-
дают поглощенное тепло.
6.8. ВЕНТИЛЯТОРЫ
Вентиляторы, их типы, теория работы,расчет и подбор,
вопросы прочности, испытания, электродвигатели, приводы и
пускатели подробно рассмотрены в работе [40] и в двух хоро-
шо известных справочниках заводов-изготовителей [41, 42].
6.8.1. Центробежные вентиляторы. Их широко применяют в
СКВ и в автономных кондиционерах. Вентиляторы с загнуты-
ми вперед лопатками обладают тем преимуществом, что для
обеспечения равной по сравнению с вентиляторами других ти-
пов производительности нуждаются в меньшей частоте вра-
щения. Или, иными словами, для данной производительности
их размеры могут быть меньшими. Вентиляторы с загнутыми
вперед лопатками широко применяют в подоконных вентиля-
торных доводчиках и в автономных кондиционерах, при
конструировании которых особенно важно соблюдение требо-
ваний экономии площади и обеспечения дешевизны. Вентиля-
торы с радиальными лопатками обычно предназначены для
систем промышленной вентиляции и пневматического тран-
201
спорта, для перемещения воздуха с примесью агрессивных га-
зов и абразивных частиц. Для них характерны самоочищение,
значительная прочность, а следовательно, и высокое давление.
Вентиляторы с загнутыми назад лопатками наиболее мало-
шумны и эффективны. Их характеристика такова, что боль-
шим изменениям давления в системе соответствуют относи-
тельно малые изменения объема подаваемого воздуха, а харак-
теристика потребления мощности позволяет подбирать один и
тот же двигатель для покрытия всех рабочих условий без опа-
сения перегрузки. Модификацией основного типа вентилятора
с загнутыми назад лопатками является вентилятор высокой
эффективности, лопатки рабочего колеса которого выполнены
в форме крыла самолета. Вентиляторы этого типа предназна-
чены для систем высокого давления, их применение дает эко-
номию энергии. Их характеристика крутопадающая, что опре-
деляет необходимость тщательного подбора для выполнения
частных задач. Данные вентиляторы применяют в различных
высокоскоростных системах с рабочими давлениями 1,26—
3 кПа.
В вентиляторах других конструкций иногда применяют ло-
патки двух типов, например загнутые вперед и радиально
оканчивающиеся у выхода.
Центробежные вентиляторы бывают одностороннего всасы-
вания одинарной ширины и двустороннего всасывания двойной
ширины. Последние предназначены для перемещения больших
объемов воздуха и для тех случаев, когда стремятся умень-
шить высоту вентиляторов. В автономных кондиционерах часто
применяют два рабочих колеса -на общем валу. Их приводят
во вращение клиноременными передачами (в агрегатах боль-
шой мощности) или непосредственно от двигателей (в комнат-
ных агрегатах).
6.8.2. Осевые вентиляторы (рис. 6.12). Лопатки рабочего ко-
леса этих вентиляторов бывают плоскими или закрученными,
одинарной или двойной толщины. Большая часть высокока-
Рис. 6.12. Осевой вентилятор
1 — цилиндрический корпус; 2 —
направляющие лопатки; 3— элек-
тродвигатель; 4 — рабочее колесо
чественных осевых вентиляторов имеет лопатки, выполненные
по форме крыла самолета.
Осевые вентиляторы создают меньшие давления, чем цент-
29Q
робежные одного с ними диаметра и при одной скорости. Дав-
ление осевого вентилятора может быть повышено с помощью
направляющего аппарата на стороне нагнетания или всасыва-
ния и последовательной многоступенчатой установкой вентиля-
торов. Осевые вентиляторы могут иметь характеристики, до-
пускающие и не допускающие перегрузки. Они приводятся во
вращение клиноременными передачами (редко) или непосред-
ственно от двигателей.
Осевые вентиляторы весьма подходят для установок, в ко-
торых требуется перемещать большие объемы воздуха при от-
носительно невысоких сопротивлениях. Главные преимущества
осевых вентиляторов — это их высокая эффективность, ком-
пактность и простота монтажа. Прямоточное движение возду-
ха позволяет легко встраивать их в воздуховоды. Однако труд-
но создать эффективное соединение по воздуху между вентиля-
тором и другим оборудованием больших размеров, например
теплообменниками и фильтрами. Из этих соображений осевые
вентиляторы особенно подходят для применения в вытяжных
п рециркуляционных системах.
6.8.3. Другие типы вентиляторов. В системах вентиляции и
СКВ применяют также пропеллерные и тангенциальные венти-
ляторы и вентиляторы со смешанным движением воздуха.
Рабочее колесо пропеллерного вентилятора вращается с
довольно большим зазором в обечайке. Колесо обычно непо-
средственно соединено с электродвигателем. Пропеллерные
вентиляторы преодолевают небольшое сопротивление (макси-
мум 125 Па), и поэтому обычно их используют при отсутствии
воздуховодов (например, для притока или вытяжки через от-
верстия в окне, стене или покрытии), в качестве настольных и
подвесных потолочных вентиляторов для приведения воздуха в
движение. Они могут быть применены в различных видах обо-
рудования. Относительно малые вентиляторы используют в
отопительных и охладительных агрегатах, сравнительно боль-
шие— в градирнях (диаметром 2 м и более) и в конденсато-
рах воздушного охлаждения.
Тангенциальные или поперечноточные вентиляторы имеют
рабочее колесо, вмонтированное в корпус с заглушенными
торцами. Оно расположено так, что воздух входит по перифе-
рии, проходит через колесо и выходит с другой стороны. Ло-
патки колеса обычно загнуты вперед, и колесо непосредствен-
но соединено с электродвигателем. Типичное применение тан-
генциальных вентиляторов — небольшие домашнее электрод
подогреватели.
Вентиляторы со смешанным движением лучше всего назы-
вать осевоцентробежными. У такого вентилятора рабочее ко-
лесо центробежного типа смонтировано в трубчатом корпусе
пли корпусе осевого вентилятора. Воздух входит в вентилятор
в осевом направлении, внутри колеса движется в радиальном
203
направлении и выбрасывается по существу в осевом направле-
нии. Основное преимущество этого вентилятора — это то, что
развиваемое давление соизмеримо с наибольшим давлением,
создаваемым осевыми вентиляторами. Вентиляторы смешанно-
го движения воздуха в возрастающей степени применяют в ка-
честве вытяжных в крышном исполнении на объектах, где соп-
ротивление присоединяемых воздуховодов относительно велико.
6.8.4. Характеристика вентилятора в системе. Характерис-
тики вентиляторов должны отвечать требованиям их примене-
ния в системах. Кривая характеристики системы выражает
квадратичный закон, т. е. сопротивление изменяется пропор-
ционально квадрату объема перемещаемого воздуха. (На
практике для данной системы при заданном объеме воздуха
расчетом устанавливают одну точку кривой, остальные точки
находят, пользуясь квадратичным законом.)
В точке пересечения характеристики вентилятора и харак-
теристики сети давление вентилятора равно сопротивлению се-
ти и количество воздуха в системе равно производительности
вентилятора. Если действительный расход воздуха не равен
требуемому расчетному, то либо должна быть изменена харак-
теристика вентилятора (обычно изменением частоты враще-
ния), либо должна быть изменена характеристика системы
(обычно перестановкой воздушного клапана). Увеличением
частоты вращения вентилятора, как видно из рис. 6.13, переме-
Объем перемещаемого воздуха
Рис. 6.13. Характеристика вентилятора
1—характеристика вентилятора при задан-
ной частоте вращения; 2 — то же, при по-
вышении частоты вращения; 3— то же, при
понижении частоты вращения; 4— характе-
ристика системы при заданном сопротивле-
нии; 5 — то же, при уменьшении сопротив-
ления системы; 6 — то же, при повышении
сопротивления системы; р.т —рабочая точка
щают рабочую точку вправо вверх, а уменьшением частоты
вращения — влево вниз.
Графические методы выбора могут быть полезны при расче-
те и испытании вентиляторов, при решении вопросов о парал-
лельной работе вентиляторов или о применении вентилятора
для системы, в которой сопротивления значительно изменяются
вследствие загрязнения фильтров, наличия мокрых поверхност-
ных теплообменников, воздушных клапанов пропорционального
регулирования и тому подобных элементов. В частности, вен-
тиляторы с крутопадающими характеристиками подходят для
систем с высокими скоростями движения и постоянным объе-
мом перемещаемого воздуха, в которых изменение сопротивле-
ния приводит к малому изменению объема подаваемого возду-
204
ха. С другой стороны, для систем с количественным регули-
рованием, нужны вентиляторы с пологими характеристиками,
такими, чтобы на широком диапазоне изменения объема воз-
духа давление оставалось почти постоянным.
|Вентилятор должен устойчиво работать в системе. «Неус-
тойчивость»—это пульсация или колебания, которые могут
наблюдаться, "при пересечении характеристики системы с ха-
рактеристикой вентилятора в двух или более точках. Это воз-
можно/ в частности, при работе двух вентиляторов с загнуты-
ми вперед лопатками параллельно на одну сеть. Работу вен-
тилятора можно считать устойчивой, если рабочая точка не
меняет своего положения или лишь несколько перемещается
после малого временного нарушения равновесия в системе.
6.8.5. Выбор и установка вентилятора. Выбор вентилятора
для систем вентиляции и СКВ состоит в определении наименее
дорогостоящей комбинации размеров, типа и конструкции, от-
вечающей требуемой задаче, обеспечивающей устойчивую ра-
боту, приемлемые КПД и уровень шума.
Выходную скорость воздуха не следует принимать в каче-
стве критерия для оценки уровня шума, создаваемого вентиля-
тором. Лучшие акустические характеристики достигаются
обычно при максимальном статическом КПД. У вентиляторов
высокого давления это обычно наблюдается при скоростях вы-
хода, превышающих скорости выхода для систем низкого дав-
ления.
Необходимо также принимать во внимание следующие
влияющие на выбор вентилятора факторы: объем воздуха; со-
противление системы; термодинамическое состояние входяще-
го воздуха; наличие в нем пыли или абразивных частиц, корро-
зионно опасных паров или воспламеняющихся газов; иногда —
состояние окружающего воздуха и его воздействие на электро-
двигатель, привод и т. д.; барометрическое давление и высоту
местности над уровнем моря; тип системы (комфортная, тех-
нологическая, уровень шума); возможные изменения характе-
ристики системы (т. е. загрязнение фильтров, наличие агрега-
тов с переменным объемом воздуха); располагаемую площадь
для установки вентилятора и допустимые нагрузки на кон-
струкции; расположение вентилятора, его входного и выходно-
го отверстий и направление выброса воздуха; тип и конструк-
цию соединений вентилятора с сетью; расположение и тип при-
вода, требования к настройке привода, регулированию частоты
вращения и к резервированию вентиляторов; особенности
устройства вентиляторов (смотровые двери, спускные отвер-
стия, тип подшипников, ограждения приводов, направляющие
аппараты на входе или дроссель-клапаны на выходе, виброизо-
ляторы, гибкие вставки); специальные конструктивные особен-
ности: наличие разъемных корпусов для облегчения сборки (у
больших центробежных вентиляторов), защитной окраски, об-
205
лицовки изнашивающихся лопаток, спрямляющих аппаратов,
сальников, валов, охлаждающих устройств, «всепогодных» ук-
рытий приводов и электродвигателей при размещении вне
зданий.
Присоединение вентиляторов к системе должно обеспечи-
вать плавное течение воздуха и малое падение давления. Вен-
тиляторы двустороннего всасывания с колесами двойной ши-
рины следует размещать в камерах так, чтобы расстояние от
плоскостей всасывания до ближайших препятствий было не
менее 0,75 диаметра колеса.
Для исключения передачи шума и вибрации по системе
воздуховодов или по конструктивным элементам зданий венти-
ляторы должны иметь антивибрационные основания под опо-
рами или станинами, электродвигателями и приводами. При-
соединения со сторон входа и выхода должны быть гибкими,
электрические провода к двигателям должны иметь гибкие
петли.
Все точки смазки следует заполнять смазочными материа-
лами в строгом соответствии с инструкциями заводов-изгото-
вителей. Если вентилятор больших размеров длительное вре-
мя не работал, то за период бездействия смазка может разло-
житься, поэтому перед запуском ее необходимо сменить. Рабо-
чее колесо рекомендуется провернуть с частыми интервалами
для исключения постоянного «биения» вала.
6.9. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА
Воздушные фильтры подразделяют на атмосферные и
промышленные. Первые используют в СКВ и системах венти-
ляции при содержании пыли в пределах 0,1 — 1 мг/м3, вторые —
для очистки воздуха в системах промышленной вентиляции и
технологических установках.
Размеры загрязняющих воздух частиц могут быть от раз-
меров молекул до 500 мкм. При фильтрации воздуха обычно
имеют дело с частицами размером от 0,1 до 200 мкм. Пыль,
копоть и дымы представляют собой твердые материальные
частицы.
Пыль — обычно частицы размером менее 80 мкм. Она мо-
жет представлять собой сажу, копоть, минеральные и металли-
ческие частицы, частицы органического происхождения
(шерсть, волосы, волокна, плесневые споры и пыльцу ра-
стений) .
Копоть (размер частиц около 0,3 мкм и меньше) — суспен-
зии мелких частиц, получающихся при неполном сгорании ор-
ганических веществ (например, угля и дров) или тонком из-
мельчении химических веществ.
Дымы (размеры частиц менее 1 мкм)—твердые частицы,
образующиеся при конденсации паров.
206
К загрязнениям воздуха относятся пары, конденсирующие-
ся при нормальных давлениях н температурах, а также газы,
из которых наиболее вредны для здоровья, зданий и оборудо-
вания различные окислы серы, в частности двуокись (SO2),
образующая при соединении с влагой кислотные растворы.
.Легкость и эффективность очистки воздуха от загрязнений
зависит от размеров, формы, плотности, концентрации и харак-
теристик поверхности частиц. Характеристики особенно важ-
ны, так как частицы с масляной, нерегулярной или электри-
чески заряженной поверхностью стремятся агломерироваться.
6.9.1. Характеристики фильтров. Фильтр обычно рассчиты-
вают на пропуск определенного объема воздуха при заданной
скорости воздуха в фасадном сечении.
Сопротивление фильтра—это падение статического давле-
ния при пропуске расчетного объема воздуха с заданной ско-
ростью в фасадном сечении. Поскольку сопротивление фильт-
ра меняется в течение периода его работы вследствие осажде-
ния загрязнений, указывают сопротивления в «чистом» (на-
чальном) и «загрязненном» (к концу периода полезной служ-
бы до замены или обновления) состояниях.
Эффективность (задерживающая способность) фильтра —
мера его способности улавливать загрязнения из воздуха. Она
выражается отношением
начальная концентрация — конечная концентрация
£ = -----.
начальная концентрация
Концентрации могут быть выражены через количество или
массу частиц или через светопропускную способность. Эффек-
тивность данного фильтра зависит как от концентрации за-
грязнений, так и от их характеристик.
Проскок — термин, используемый применительно к фильт-
рам высокой эффективности или «абсолютным» фильтрам. Его
можно выразить в %: проскок =100—Е, где Е— эффектив-
ность.
Пылеемкость — это масса частиц, задерживаемых фильт-
ром расчетной пропускной способности за период нарастания
сопротивления от его значения в чистом состоянии до произ-
вольного сопротивления в «грязном» состоянии. Этот термин
нельзя применять к автоматическим самоочищающимся фильт-
рам. Пылеемкость — это мера полезной службы фильтра до за-
мены, обновления или очистки.
Для определения эффективности воздушных фильтров ис-
пользуют различные методы испытаний [45]: с помощью голу-
бого метилена согласно Британскому стандарту БС 2831, гра-
внеметрический метод [БС 2831], испытание натриевым пламе-
нем [БС 3928], диоктилфталатное испытание (ДОР), испыта-
ние на черноту и испытание на фракционную эффективность.
6.9.2. Типы фильтров. В фильтрах ударно-вязкостного типа
применяется грубый фильтрующий материал (волокна, экраны,
207
проволочная сетка, отходы от штамповки или пластинки),
покрытый вязким веществом, например маслом или жиром.
Панельные или ячейковые модели бывают постоянными (реге-
нерируемыми) или выбросными и работают при скоростях в
фасадном сечении 1,5—2,5 м/с и сопротивлениях порядка 50 Па
в чистом состоянии и 125 Па в загрязненном. Пылеемкость
этих фильтров велика, эффективность при испытании с по-
мощью голубого метилена около 10%.
Фильтры вязкостные движущегося занавесочного типа бы-
вают с ручным и автоматическим приводом, при автоматиче-
ском приводе они могут работать непрерывно или периодиче-
ски. Все показатели (рабочая скорость, сопротивление и эф-
фективность) такие же, как у панельных фильтров.
Фильтры с сухим фильтрующим материалом состоят из ра-
мы и сухого сменного фильтрующего материала из целлюло-
зы, асбеста или стекловолокна, специально обработанной бу-
маги, хлопка, шерстяного фетра или синтетических материа-
лов. Фильтры панельного типа обычно сменные и работают
при скорости воздуха 1,3—2,5 м/с и сопротивлении в пределах
25—187,5 Па в чистом состоянии и 125—250 Па в загрязнен-
ном. Эффективность при испытании голубым метиленом 30—
80%. Жировые фильтры используются в кухонных вытяжных
зонтах [46].
Сухие подвижные занавесочные фильтры (рис. 6.14) по
своим характеристикам сравнимы с движущимися вязкостны-
навесочного фильтра
1 — барабан; 2 — фильтрую-
щий материал; 3— чистый
материал; 4 — грязный мате-
риал
Рис. 6.15. Схема электростатического
воздушного фильтра
I — ионизационная секция; II — пылеосади-
тельная секция; 1 — проводниц, на который
обычно подается постоянный ток напряже-
нием 12—13 кВ; 2 — положительно заряжен-
ные пластины, на которые подается посто-
янный ток напряжением 6,5 кВ; 3 — земля;
4 — положительно заряженные пылевые час-
тицы, осаждаемые па отрицательно заря-
женных пластинах; «+» — положительный
заряд, «—» — отрицательный
208
ми фильтрами. Эффективность первых может меняться в зави-
симости от выбранного фильтрующего материала, обычно в
соответствии с его плотностью.
Абсолютные фильтры — сменные, работают при скорости
воздуха 2,5 м/с, сопротивление в чистом состоянии до 250 Па,
а в загрязненном до 625 Па. Эффективность может превышать
99,8% при, испытании голубым метиленом. Абсолютные фильт-
ры довольно дороги. Их защищают предфильтрами.
^Электростатические фильтры рассмотрены в работе [47]. В
фильтрах ионизационного типа (рис. 6.15) частицы пыли про-
ходят ионизирующую зону и затем осаждаются на противопо-
ложно заряженных пластинах осадительной зоны. Эти пласти-
ны могут быть покрыты клейким составом. Обычная эффектив-
ность 85^95% при испытании на черноту. Скорость воздуха в
фасадном сечении 1,5—2,5 м/с. Поскольку сопротивление ни-
чтожно, то для равномерного распределения воздуха по сече-
нию часто предусматривают установку экранов. Очистка обыч-
но производится распылением горячей воды под высоким дав-
лением или вручную (при выключенном токе).
Фильтры с заряженным материалом — это панельные
фильтры с электростатически заряженным сменным фильт-
рующим материалом. Они работают при скорости 1,3 м/с с
сопротивлением 25 Па в чистом и 125 Па в загрязненном со-
стоянии и с эффективностью приблизительно 60% при испыта-
нии голубым метиленом.
Фильтры адсорбционного типа состоят из активированного
угля или другого подобного материала. Они иногда применя-
ются для поглощения различных газов и запахов, реактивиру-
ются подогревом. Для задержания пыли необходимы пред-
фильтры.
Общие замечания. Фильтрующие материалы могут быть об-
работаны для предохранения от загорания или воздействия на-
секомых.
Если характер загрязнения наружного и рециркуляционно-
го воздуха различен, то их можно очищать самостоятельно на
различных фильтрах.
Для выбора фильтров надо располагать сведениями о кон-
центрациях, размерах и характеристиках частиц, содержащих-
ся в наружном и рециркуляционном воздухе; установить раз-
меры частиц, подлежащих улавливанию, и требуемую сте-
пень очистки. При выборе фильтров надо учитывать занимае-
мую ими полезную площадь, их массу, продолжительность ра-
боты, капитальные и эксплуатационные затраты (принимая
во внимание с-нижение затрат на уборку и отделку обслужи-
ваемых помещений), потребность в квалифицированном и не-
квалифицированном персонале для обслуживания, очистки и
ремонта.
209
6.10. ХОЛОДИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕПЛОВЫЕ
НАСОСЫ
6.10.1. Методы охлаждения. Ныне в СКВ применяют
механическое (парокомпрессионное) и абсорбционное (тепло-
использующее) охлаждение. Другие методы — использование
природного или искусственного льда, эжекторных и пароэжек-
торных, а также воздушных холодильных машин (используе-
мых в авиации) — распространения не получили.
Достижения в термоэлектрическом охлаждении [48] пока-
зали, что при некоторых обстоятельствах оно будет эконо-
мичным. Уже существуют небольшие по мощности установки.
Продолжаются исследования вихревых труб [49], которые в
будущем также найдут применение.
В компрессионном цикле (рис. 6.16) используется эффект
испарения жидкого хладагента; при этом поглощается тепло и
снижается температура среды, пропускаемой через испаритель.
Компрессор нагнетает получающийся газ в конденсатор, где
пары хладагента сжимаются,, а отводимое тепло передается
окружающей среде. Дросселирующий прибор или расшири-
тельный вентиль дозирует поток хладагента в испаритель.
В абсорбционном цикле (рис. 6.17) используются погло-
щающий раствор и хладагент, который кипит при низком дав-
лении и при этом охлаждает-
ся. Абсорбент — обычно бро-
мистый литий, а хладаген-
том служит вода. Она впры-
скивается в испаритель, в
котором поддерживается
глубокий вакуум, при этом
Концентрация бромистого лития
Рис. 6,16. Парокомпрессиоиный
цикл в диаграмме давление —
энтальпия
АВ — расширение; ВС — испарение;
С£)— перегрев; DE — сжатие; ЕА —
конденсация
Рис. 6.17, Абсорбционный холо-
дильный цикл в диаграмме дав-
ление — концентрация
АВ — абсорбция; ВС — подогрев в
теплообменнике; Cfi — подогрев в
генераторе; DE — кипение в генера-
торе; EF — охлаждение в охладителе
жидкости; FA — смешение и охлаж-
дение
210
часть воды испаряется, отнимая тепло от остальной части.
Затем водяные пары поглощаются раствором бромистого ли-
тия в абсорбере и получающийся раствор для отвода погло-
щенной влаги подогревается в генераторе. Влага перед тем,
как вернуться в испаритель, сжижается в конденсаторе. Для
повышения эффективности цикла предусмотрен теплообменник.
6.10.2. Холодильные компрессоры. Существуют четыре ос-
новных типа компрессоров: поршневые, центробежные, винто-
вые и роторные. В СКВ обычно применяют компрессоры пер-
вых двух типов. Однако л ближайшем будущем область при-
менения винтовых компрессоров, вероятно, расширится.
Поршневые компрессоры [50] обычно одностороннего дей-
ствия и могут иметь до 16 цилиндров, расположенных наподо-
бие латинских букв V или VW. Снижение холодопроизводитель-
ности больших машин достигается выключением цилиндров. Хо-
лодопроизводительность компрессоров на фреоне-12 достигает
425 кВт, а на фреоне-22 при частоте электрического тока
50 Гц — 565 кВт (и частоте вращения 24 об/с). При подводимой
к компрессору мощности свыше 38 кВт предпочтителен непо-
средственный привод от электродвигателя открытого или гер-
метичного типа.
Центробежные компрессоры [51] бывают одно- или много-
ступенчатыми. Они часто приводятся в движение через повы-
сительные передачи от электродвигателей. Существуют откры-
тые машины холодопроизводительностью до 16 000 кВт. Стан-
дартные герметичные агрегаты имеют холодопроизводитель-
ность до 7000 кВт. Снижение холодопроизводительности до
10% и меньше достигается при помощи направляющих аппара-
тов, устанавливаемых на всасывающих отверстиях.
Частота вращения компрессоров может быть от 50 до
300 об/с. Обычно машины приводятся в движение от электро-
двигателей, иногда — от газовых и паровых турбин, газовых и
дизельных двигателей внутреннего сгорания. Хладагентами в
СКВ служат хладоны Rll, R12, R13 и R14.
Винтовой компрессор [53] — высокоскоростная машина вы-
тесняющего типа, пригодная для большинства хладагентов.
Компрессия достигается при взаимодействии двух винтовых
роторов. Ныне изготовляется вариант машины с эжекцией мас-
ла в открытом или герметичном исполнении. Холодопроизводи-
тельность до 1750 кВт. Возможны снижение производительно-
сти до 10% и запуск в незагруженном состоянии.
6.10.3. Испарители (рис. 6.18). Как указывалось в п. 6.2,
испарители для охлаждения и осушения воздуха обычно бы-
вают непосредственного кипения. Иногда применяют и затоп-
ленные испарители. Испарители используют также для охлаж-
дения жидкостей, в основном воды. Степень приближения к
температуре замерзания воды ограничена опасностью по-
вреждения труб и зависит от типа испарителя. Пригодны че-
211
fra ф
Рис. 6.18. Кожухотрубиый испаритель (с разрешения Dunham Bush Ltd)
/ — патрубок для входа хладагента; 2 — то же, для выхода; 3 — то же, для
входа воды; 4— то же, для выхода хладагента
тыре типа испарителей ;[53]. Первые два из нижерассмотрен-
ных испарителей в настоящее время применяют в СКВ.
Кожухотрубные испарители непосредственного кипения
состоят из сварного цилиндрического корпуса, в котором нахо-
дятся гладкие или оребренные прямые трубы (расположенные
между двумя концевыми решетками), образующие теплопе-
редающую поверхность. С торцов корпус имеет съемные крыш-
ки для чистки труб. Хладагент течет по трубам, а вода по
корпусу. Имеются испарители на холодопроизводительность
до 1750 кВт. Они часто используются для охлаждения воды до
4°С. Заряд хладагента в них невелик, но терморегулирующий
расширительный вентиль ограничивает снижение холодопроиз-
водительности до 40%. Для более глубокого регулирования
применяют несколько вентилей и соответствующую трубопро-
водную обвязку.
Кржухотрубный затопленный. испаритель сконструирован
так же, как вышеописанный. Вода протекает по трубкам, а
хладагент по корпусу. При больших количествах отнимаемого
тепла может работать в подтопленном состоянии. Испаритель
этого типа пригоден для работы при холодопроизводительно-
сти 14 000 кВт. Он допускает широкое изменение нагрузок в
случае применения расширительного устройства, чувствитель-
ного к изменению уровня хладагента. В составе центробежной
холодильной машины з испарителе этого типа можно охлаж-
дать воду до 3°С.
Охладители Baudelot состоят из ряда водоохлаждающих
испарителей-теплообменников, смонтированных над водяным
баком, разделенным на холодную и теплую секции, и циркуля-
ционного насоса, который перемещает воду от потребителя че-
рез теплообменники в холодную секцию. В СКВ эти охладите-
ли применяют редко, поскольку они дороги и занимают боль-
шой объем. В них может быть получена вода с температурой
до 2°С.
Погружные испарительные теплообменники представляют
собой блок гладких трубчатых испарительных теплообменни-
ков, погруженных в бак холодной воды. Последнюю, как пра-
212
вило, необходимо перемешивать. В СКВ эти теплообменники
применяют сравнительно редко. В них также может быть по-
лучена вода с температурой 2°С.
6.10.4. Конденсаторы. Тепло от конденсаторов можно отво-
дить водой, воздухом или обеими средами. В малых установ-
ках допустимо использование воды из водоемов (рек, озер, мо-
рей). Обычно же применяют рециркулирующую воду, охлаж-
даемую^ в градирнях или другом устройстве. Парокомпрессион-
ные холодильные машины при перепаде температур воды в
конденсаторе 5,6СС расходуют на 1 кВт холодопроизводитель-
ности около 0,053 кг/с воды.
Водоохлаждаемые кожухозмеевиковые конденсаторы — это
сварные сосуды с теплообменной поверхностью в виде труб,
смонтированных в трубных решетках, или в виде змеевиков.
Вода течет по трубкам. Конденсаторы этого типа обычно при-
меняют в автономных кондиционерах холодопроизводитель-
ностью до 53 кВт.
Водоохлаждаемые кожухотрубные конденсаторы конструи-
руют так же, как кожухотрубные испарители. Вода течет по
трубкам, хладагент по корпусу. Трубы медные и расположены
так, что возможна их механическая очистка. Если вода соле-
ная или агрессивная, трубы изготовляют из специальных ма-
териалов. Имеются конденсаторы этого типа, рассчитанные на
холодопроизводительность до 14000 кВт.
Испарительные конденсаторы конструктивно аналогичны
вентиляторным градирням с той разницей, что в качестве на-
садки служит трубная поверхность. Имеются конденсаторы
мощностью до 7000 кВт. Чтобы уменьшить длину трубопрово-
дов хладагента, их обычно располагают возможно ближе к ком-
прессорам. При частичных нагрузках и работе в условиях низ-
кой температуры окружающей среды необходимо регулировать
давление конденсации [54]. Испарительные конденсаторы
должны питаться подготовленной водой, иметь продувочное
устройство и часто устройства для защиты от замерзания.
Конденсаторы воздушного охлаждения — обычно теплооб-
менники из медных труб с алюминиевыми или медными реб-
рами. Теперь существуют циликом медные и целиком алюми-
ниевые теплообменники, которые применяют для обеспечения
стойкости против коррозии. Конденсаторы этого типа представ-
ляют собой единый аппарат с вентиляторным агрегатом. При
необходимости такие аппараты устанавливают в виде блоков.
При малых нагрузках и низкой температуре окружающей сре-
ды необходимо регулировать давление конденсации [5].
6.10.5. Агрегатные холодильные машины. Эти машины при-
меняют для охлаждения жидкостей, обычно воды. Поршневые
холодильные машины включат в себя поршневой компрессор,
Двигатель, водоохлаждаемый конденсатор и затопленный испа-
ритель или испаритель непосредственного кипения, собранные
213
на обще.м основании с соединительными трубопроводами, при-
борами автоматики, а иногда и пускателями. В итоге полу-
чаются автономные холодильные машины. Их рассчитывают
на работу на хладагентах R12, R22, R502. Холодопроизводи-
тельность достигает 105 кВт, охлаждаемые воздухом водоох-
ладительные машины имеют холодопроизводительность до
350 кВт.
Центробежные охладители представляют собой агрегат из
центробежного компрессора, двигателя, водоохлаждаемого кон-
денсатора и затопленного кожухотрубного испарителя с соеди-
нительными трубопроводами и автоматикой. Мощность от 175
до 17 500 кВт. Поршневые машины мощностью менее 525 кВт
обычно дешевле.
Абсорбционные охладители включают в себя генератор, кон-
денсатор, абсорбер и испаритель, образующие в сборе единый
или двухкорпусный агрегат с небольшими насосами для цирку-
ляции хладагента и раствора. Обычно вода служит хладаген-
том, а раствор бромистого лития — абсорбентом. Теплоносите-
лем может быть пар низкого давления или горячая вода. При
максимальной мощности потребление пара составляет около
0,7-10—3 кг/с на 1 кВт. Потребление воды для конденсации
хладагента может достигать 0,065 кг/с на 1 кВт при перепаде
температур воды в 10°С. Существуют абсорбционные охлади-
тели холодопроизводительностью до 3500 кВт. В некоторых мо-
делях применены герметичные насосы и автоматика, позволяю-
щая снижать производительность приблизительно до 10%.
6.10.6. Тепловые насосы.^Тепловым насосом называют холо-
дильную машину, используемую для подачи тепла в кондицио-
нируемое помещение в режиме отопления и отвода избыточно-
го тепла в режиме охлаждения. Теория, расчет, применение и
экономика теплонасосных циклов, оборудования и систем рас-
смотрены в работе [56].
Когда тепловой насос работает в режиме отопления, он от-
нимает тепло от источника с низкой температурой, например
от наружного воздуха или артезианской ‘воды, и отдает его
вместе с теплом сжатия в кондиционируемое помещение. Когда
же он работает в режиме охлаждения, то забирает тепло из
кондиционируемого помещения и отдает его вместе с теплом
сжатия приемнику тепла.
Существуют агрегатные тепловые насосы мощностью до
35 кВт, использующие воздух в качестве источника тепла. Эти
агрегаты могут быть снабжены электроподогревателями для
дополнительного догрева при низких наружных температурах
и подогрева приточного воздуха во время оттаивания испари-
теля.
Изготовляются комнатные теплонасосные агрегаты «вода —
воздух». Они рассмотрены в гл. 7.
Мощные тепловые насосы можно эффективно применять
214
там, где имеется источник низкопотенциального тепла (напри-
мер, от технологического процесса) и где в течение большей
части года примерно равны объемы потребления тепла на ото-
пление и холода на охлаждение.
Использование герметичных центробежных холодильных
машин в качестве тепловых насосов в этих условиях рассмотре-
но в работе [57]. Типичная модификация тепловых насосов —
это применение в них двухконтурного конденсатора, у которого
один трубный пучок присоединен, как обычно в холодильных
машинах, к градирне, а другой — к потребителю тепла.
*
6.11. АГРЕГАТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Агрегатное или автономное оборудование представляет
собой один или несколько изготовленных на заводе агрегатов,
рассчитанных на выполнение функций , перемещения, очистки,
охлаждения и осушения, подогрева и увлажнения воздуха.
В агрегатном оборудовании обычно применяется только меха-
ническое охлаждение (но иногда предусматривается и тепло-
насосное действие). Воздухоохладители либо непосредствен-
ного кипения, либо водовоздушные. В комплект входят ком-
прессорно-конденсаторный агрегат, вентиляторы, средства авто-
матики, трубопроводы и электропроводка. Изготовляются в ши-
роком ассортименте агрегаты различных типов и мощностей.
Оборудованию придают внешний вид и отделку, допускающие
их открытую установку в обслуживаемых помещениях. Обору-
дование для обработки воздуха может быть скомпоновано в
виде автономных кондиционеров в одном или двух корпусах.
Двухкорпусные кондиционеры называют раздельными. Возмож-
ны следующие варианты компоновки раздельных кондиционе-
ров: а) вентилятор, теплообменник и компрессор в одном кор-
пусе, а конденсаторный агрегат в другом; б) вентилятор с те-
плообменником в одном корпусе, компрессорно-конденсатор-
ный агрегат в другом; в)вентилятор с теплообменником в одном
корпусе, комплектная водоохладительная машина в другом.
Преимущества агрегатного оборудования: легкость подбора,
низкая стоимость, простота монтажа и демонтажа, полная за-
водская готовность к монтажу. Агрегатным оборудованием
можно пользоваться для охлаждения в теплый период года, им
можно оборудовать существующие здания, имеющие системы
отопления. Раздельные кондиционеры позволяют снизить уро-
вень шума в помещениях, исключить передачу вибраций, упро-
стить обслуживание.
Элементы оборудования обычно рассчитаны исходя из того,
что через теплообменник-испаритель на 1 кВт холоднопроизво-
дительности должно проходить 0,04—0,07 м3/с воздуха при от-
ношении явного тепла к полному от 0,65 до 0,85.
Существуют автономное оборудование холодопроизводи-
215
тельностью до 210 кВт, раздельные автономные кондиционе-
ры до 265 кВт.
Следует заметить, что в каталогах США производитель-
ность оборудования указывается при частоте переменного тока
60 ГЦ; если частота равна 50 Гц, то производительность надо
умножить на коэффициент 50/60 = 0,83.
Существует агрегатное оборудование, предназначенное для
установки в помещении и снаружи. При наружной установке
оборудование снабжается защитными устройствами от воздей-
ствия атмосферных явлений. Часто оборудование размещают в
подвалах и на покрытиях, подвешивают к потолкам. При этом
следует предусматривать защиту от передачи шума и вибра-
ций, а также от замерзания. Холодопроизводительность обычно
регулируют включением и выключением компрессора, выклю-
чением отдельных цилиндров, снижением расхода хладагента
или количества охлаждаемой воды, проходящих через тепло-
обменники, или догревом воздуха. Регулирование сдвоенными
взаимнообратными воздушными клапанами воздухоохладителей
автономных кондиционеров, как правило, невозможно. При ма-
лых (частичных) нагрузках и низких температурах наружного
воздуха необходимо регулировать давление конденсации.
6.12. КОМНАТНЫЕ КОНЦЕВЫЕ АППАРАТЫ
Концевые аппараты разделяют на воздушные и водо-
воздушные. Воздушные аппараты в свою очередь бывают двух-
канальными и одноканальными. . Они поддерживают в помеще-
ниях требуемые параметры либо смешиванием воздушных по-
токов, либо изменением количества приточного воздуха. В во-
довоздушных концевых аппаратах внутренний рециркуляцион-
ный воздух проходит через питаемый водой теплообменник,
побуждаемый к этому движению эжекцией (в эжекционных до-
водчиках) или вентилятором (в вентиляторных доводчиках).
В эжекционных доводчиках используется первичный воздух,
вытекающий через сопла. К концевым аппаратам относятся
также конечные догреватели, распределяющие воздух и при-
дающие ему надлежащую температуру в теплообменнике, пи-
таемом паром или электричеством, а также автономные ком-
натные кондиционеры и комнатные воздухоосушители.
6.12.1. Двухканальные и одноканальные смесители. Двух-
канальный смеситель — это размещаемый в помещении воздуш-
ный смесительный аппарат, к которому подводятся воздухово-
ды от магистральных каналов холодного (температура ниже,
чем в помещении) и горячего (температура выше, чем в поме-
щении) воздуха. В смесителе горячий и холодный воздух сме-
шивается в пропорции, необходимой для поддержания задан-
ной температуры в помещении.
216
Для экономии на материале воздуховодов и занимаемой ими
площади в зданиях горячий и холодный воздух перемещаются
с относительно высокими скоростями — до 25,4 м/с. Статиче-
ское давление вентилятора в системе составляет 1,5—2,5 кПа.
Смеситель действует как редуктор давления и перед входом
воздуха в помещение снижает давление до нормальной вели-
чины.
Существуют, два основных типа двухканальных смесителей.
В смесителях первого типа регулируется только температура,
а количество подаваемого воздуха меняется в зависимости от
изменений давления в подводках и магистралях. Несколько
уменьшить колебания давлений можно с помощью регуляторов
статического давления в приточных каналах. Обычно приме-
няют смесители второго типа, при помощи которых в помеще-
ния подается постоянное количество воздуха (с точностью
±2%) при переменной температуре. Статическое давление у
смесителя составляет 125—1500 Па, В смесителях обоих типов
предусматривается глушение шума.
Двухканальные смесители бывают вертикальные, предназ-
наченные для установки под окнами, и горизонтальные, пред-
назначенные для установки в пространстве над подвесным по-
толком. Пропускная способность вертикальных смесителей ог-
раничивается архитектурными и акустическими требованиями
и не превышает 0,28 м3/с, горизонтальные смесители имеют
пропускную способность от 0,047 до 1,9 м3/с. Горизонтальные
смесители часто обслуживают несколько помещений, причем
воздух от смесителя проходит по приточным каналам с низкой
скоростью.
Различные способы регулирования двухканальных смесите-
лей показаны на рис. 6.19. Как правило, наиболее удовлетво-
рителен метод, схема которого показана на рис. 6.19,а, при ко-
тором терморегулятор воздействует на пневматический испол-
нительный механизм или электродвигатель, перемещающий
входные клапаны .в подводках горячего и холодного воздуха
(клапаны могут быть механически связаны друг с другом для
вращения в противоположных направлениях). С их помощью
достигается желательная температура в помещениях. Постоян-
ство объема приточного воздуха поддерживается отдельным
механическим регулятором (пружинным или шторчатым). Вто-
рой метод состоит в том, что терморегулятор воздействует
только на исполнительный механизм клапана горячего воздуха
(рис. 6.19,6), а регулятор расхода (дифференциальный регуля-
тор давления) для поддержания постоянства объема приточ-
ного воздуха независимо перестанавливает клапан холодного
воздуха. Третий метод регулирования (рис. 6.19,в) отличает-
ся тем, что клапаны горячего и холодного воздуха механически
связаны между собой и управляются двумя исполнительными
механизмами, один из которых присоединен к терморегулятору,
217
di
Рис. 6.19. Двухканальные смесители
а — со взаимно обратными спаренными клапанами горячего н холодного воздуха н с
регулятором постоянства общего количества подаваемого воздуха; б —с регулятором
постоянства подачн горячего воздуха; в —с регулятором постоянства подачи горя-
чего нехолодного воздуха; г— с регулятором постоянства объема воздуха н селектор-
ным реле; 1 — комнатный терморегулятор; 2 — исполнительный механизм; 3 — регуля-
тор объема; 4 — пружины; 5 — глушитель; 6 — дифференциальный регулятор давления;
7 — селекторное реле; 8— подводка горячего воздуха; 9 — то же, холодного
а другой — к дифференциальному регулятору давления (регуля-
тору расхода).
При втором п третьем методах система должна быть рас-
считана и налажена так, чтобы давление у клапана горячего
воздуха не становилось слишком низким, иначе может быть
утрачена тепловая производительность аппарата. Такая воз-
можность полностью исключается при методе, схема которого
дана на рис. 6.19, г. В систему регулирования введено реле,
которое «разрешает» терморегулятору перенастроить диффе-
ренциальный регулятор давления и закрыть клапан холодного
воздуха.
Одноканальный прямоточный аппарат предназначен для од-
ноканальной высокоскоростной системы и выполняет функции
редуктора давления и концевого шумоглушителя. Бывают кон-
струкции этих аппаратов, предназначенные для подачи постоян
кого и переменного объема воздуха; для этого их оснащают со-
218
ответственно механическим регулятором расхода или мотор-
ным входным клапаном.
Общеизвестные затруднения в применении систем с коли-
чественным регулированием по воздуху (так называемых си-
стем с переменным объемом) могут быть преодолены при ис-
пользовании концевых аппаратов, допускающих количествен-
ное регулирование [58]. Такой аппарат для двухканальных си-
стем (рис. 6.20) имеет два регулятора объема, которые снижа-
Рис. 6.20. Двухканальный сме-
ситель с количественным регу-
лированием
1 — регуляторы объема: 2 — пнев-
матический исполнительный меха-
низм; 3 — комнатный терморегу-
лятор; 4 — подводка холодного
воздуха; 5—подводка горячего
воздуха
Рис. 6.21. Эжекционный смеситель (с раз-
решения Barber and Colman Ltd)
/ — термочувствительный элемент; 2 — отверстие
для подачн приточного воздуха; 3 — канал; 4 —
подводка приточного воздуха; 5 — транзистор-
ный преобразователь н исполнительный меха-
низм; 6 — смесительная коробка; 7 — канал по-
дачи холодного воздуха от центральной уста-
новки; 8 — поток теплого воздуха от светиль-
ника; 9 — светильник с люминесцентными лам-
пами
ют расход воздуха до 40—50% от максимального. Существуют
и одноканальные аппараты, в которых использован этот же
принцип.
Во внутренних зонах зданий, где в течение всего года име-
ются теплоизбытки, применяют одноканальные эжекционные
смесители [59] (рис. 6.21). Такие аппараты обычно размещают
в пространстве над подвесным потолком кондиционируемого
помещения и снабжают первичным охлажденным воздухом от
центральной воздухоприготовительной установки с вентилято-
ром высокого давления. Комнатный терморегулятор воздейст-
вует на моторный клапан аппарата, с помощью которого меня-
ются количества первичного и эжектируемого теплого воздуха
из надпотолочного пространства. Общий объем приточного воз-
духа остается постоянным, а объем первичного воздуха может
колебаться от 100 до 50%, если количество эжектируемого воз-
духа меняется от 0 до 100% (коэффициент эжекции обычно
равен 1, но зависит от статического давления у входа в короб-
ку и сопротивления за ней). При необходимости может быть
предусмотрено переключающее устройство на подачу теплого
воздуха в зимний период.
219
Поскольку количества первичного и удаляемого воздуха
переменны, соответствующие вентиляторные установки должны
быть оборудованы регулирующими направляющими аппарата-
ми, с помощью которых обеспечивается постоянство давления
первичного и эжектируемого воздуха на входе в аппарат.
6.12.2. Эжекционные доводчики. Это доводчики бывают пол-
ностью воздушными и водовоздушными (рис. 6.22). В водовоз-
1
Рис. 6.22. Схематический разрез через эжекцнон-
иый доводчик с воздухоподогревателем (с раз-
решения Carrier Corporation, Syracuse, New Vork)
1— подводка первичного воздуха; 2 — камера первич-
ного воздуха; 3 — клапан; 4 — устройство для настрой-
ки клапана; 5 — шумоглушитель; 6 — сопла; 7 — поток
вторичного (рециркуляционного) воздуха; 8 — возду-
хоподогреватель; 9 — выходное отверстие; 10 — тепло-
звукоизоляция
душных доводчиках кондиционированный воздух (охлажден-
ный и осушенный) смешивается с эжектируемым комнатным
воздухом, который, если требуется, то подогревается, проходя
через теплообменник аппарата, и подается с необходимой
температурой в помещение. Воздухоподогреватель может быть
паровым или электрическим. Температура в помещении регу-
лируется изменением степени подогрева в теплообменнике.
Первичный воздух, подводимый к эжекционному доводчику
от центрального кондиционера, может представлять собой
смесь наружного и рециркуляционного воздуха; его влагосо-
держание поддерживается в кондиционере по методу темпера-
туры точки росы. Количество и параметры первичного воздуха
должны быть рассчитаны на ассимиляцию максимальных те-
плоизбытков или покрытие максимальных теплопотерь в по-
мещении.
Если теплообменник в эжекционном доводчике используется
только для нагрева или догрева воздуха, то такой аппарат на-
зывают концевым догревателем. Концевой догреватель рабо-
тает при относительно низком давлении; система, к которой он
присоединяется, может быть системой низкого или среднего
давления. Обычно аппараты этого типа имеют пропускную спо-
собность по смешанному воздуху 0,047—0,7 м3/с, давление пе-
220
ред соплами 25—250 Па, теплопроизводительность до 7,3 кВт
при обогреве паром или водой низкого давления.
В условиях естественной циркуляции внутреннего воздуха
через теплообменник (т. е. ночью при выключенном централь-
ном кондиционере) теплопроизводительность до 1,2 кВт при
обогреве паром и 0,9 кВт при обогреве горячей водой. Расход
воды 0,938—0,11 кг/с при потере давления 8,96 кПа. В ряд ап-
паратов входят шесть типоразмеров. Длина корпуса 0,75—
1,85 мм, ширина 0,2—0,25 м, высота около 0,6 м.
В другом типе водо-воздушного аппарата используется пер-
вичный воздух высокого давления (обычно только наружный),
который приготовляется в центральном кондиционере и пода-
ется к соплам эжекционного аппарата через шумоглушитель-
ную камеру. Вторичный (комнатный) воздух под действием эжек-
ции проходит через теплообменник (или два теплообменника
в аппаратах больших размеров), который питается горячей
или охлажденной водой в зависимости от сезона и режима ра-
боты системы.
Количество типоразмеров и габариты этих водовоздуш-
ных аппаратов сравнимы с вышерассмотренными аппаратами,
за исключением того, что некоторые предприятия изготовляют
модель высотой 0,3 м. Другие типовые характеристики таковы:
пропускная способность по воздуху 0,0095—0,07 м3/с; давление
первичного воздуха перед соплами 25—1000 Па; холодопроиз-
водительность до 3,5 кВт при первичном воздухе с температу-
рой 13°С и вторичной воде с температурой 11°С; теплопроизво-
дительность около 7 кВт при воде с температурой 82°С и ра-
боте центрального кондиционера и около 2,6 кВт в режиме
естественной циркуляции воздуха; теплопроизводительность при
работе в непереключаемой системе на воздухе с температурой
около 54°С примерно 3 кВт; расход воды 0,075—0,18 кг/с; по-
тери давления по воде около 8,96 кПа, но для некоторых мо-
делей могут быть в два раза больше (включая потери в клапа-
нах) .
Существуют конструкции прямоточных эжекционных довод-
чиков, у которых рециркуляционный воздух не проходит через
аппарат. Такие приборы применяют в больничных палатах, где
не допускается осаждение пыли на ребрах теплообменников.
В одной из таких конструкций в корпусе размещен ребристый
теплообменник, через который проходит только первичный воз-
дух. В другой конструкции вторичный воздух эжектируется вне
аппарата струей первичного воздуха, настилающейся на глад-
кий панельный теплообменник (вместо ребристого). Этот тепло-
обменник, таким образом, выполняет роль радиационной тепло-
отдающей поверхности и воздухораспределительного устройст-
ва. Холодопроизводительность этого аппарата относительно
мала, что объясняется малой теплоотдающей поверхностью
теплообменника.
221
Производительность эжекционных доводчиков обычно регу-
лируют вручную или автоматически изменением расхода вто-
ричной воды, протекающей через теплообменник; применяется
также регулирование по рециркуляционному воздуху с по-
мощью обводного клапана у теплообменника. В некоторых ап-
паратах применяют регуляторы прямого действия, восприни-
мающие изменение давления в воздуховоде первичного возду-
ха. Эти регуляторы могут быть приспособлены для работы с
переключением режимов и без переключения, как указано в
разд. 7.8.
6.12.3. Комнатные вентиляторные конвекторы. Изготовляются
вертикальные островные, подоконные и горизонтальные подвес-
ные аппараты. Оба типа аппаратов бывают с декоративными
корпусами (для открытой установки непосредственно в поме-
щениях) и без них (для скрытой установки).
Комнатные вентиляторные конвекторы имеют один или боль-
ше центробежных вентиляторов с электродвигателями, регене-
рируемый или выбросной воздушный фильтр, оребренный тепло-
обменник (питаемый водой или хладагентом),’приемный клапан
наружного воздуха и средства автоматизации. Сопротивление
теплообменника по воде 3,7—8,96 кПа; электродвигатели вентиля-
торов обычно однофазные, двух- или трехскоростные, мощностью
до 150 Вт с наивысшей частотой вращения 15 об/с при токе с
частотой 50 Гц. Размеры аппаратов такие же, как у эжекцион-
ных доводчиков. Номинальная производительность вентилято-
ров 0,094—0,28 м3/с. Имеются аппараты, у которых на 1 м3/с
производительности по воздуху приходится 18,8 Вт холодопроиз-
водительности и 43,5 Вт теплопроизводительности.
Комнатные вентиляторные конвекторы могут работать пол-
ностью на рециркуляционном воздухе или на его смеси с наруж-
ным, забираемым через отверстия в наружных стенах. Обычно
количество наружного воздуха составляет 25% общего количе-
ства, но в некоторых аппаратах в теплый период года может
доходить до 100%. Объем вводимого наружного воздуха регули-
руется вручную. Эти конвекторы можно использовать и совме-
стно с центральной приточной системой, от которой воздух под-
водится либо непосредственно к аппаратам, либо в помещение.
Наиболее экономично регулировать производительность кон-
векторов ручным переключением частоты вращения вентилято-
ров; может быть применено ручное или автоматическое регули-
рование расхода воды, а также совместное регулирование рас-
хода воды и частоты вращения вентиляторов. Агрегаты иногда
оснащают двумя теплообменниками, присоединяемыми к само-
стоятельным системам снабжения горячей и охлажденной водой,
т. е. к четырехтрубной системе, для обеспечения возможности
одновременного отопления и охлаждения помещений. В агрега-
тах больших типоразмеров установлено до четырех вентилято-
ров, и при работе на наружном воздухе их общая производитель-
222
ность достигает 0,7 м3/с. Такого рода аппараты часто исполь-
зуют в США в школьных зданиях. На выходе из агрегатов мо-
гут быть смонтированы протяженные каналы, распределяющие
воздух по всей ширине окон.
6.12.4. Автономные комнатные кондиционеры. Это небольшие
агрегаты, обычно с конденсаторами воздушного охлаждения,
холодопроизводительностью от 1,7 до 7 кВт. Агрегаты больших
размеров иногда оснащаются конденсаторами водяного охлаж-
дения. Оконные и стенные кондиционеры имеют конденсаторы с
воздушным охлаждением. При этом обеспечивается удобный под-
вод охлаждающего воздуха'и отвод выпадающего в испарителях
конденсата. Как правило, кондиционеры состоят из герметично-
го компрессора, работающего на хладагенте R12 или R22, испа-
рителя-воздухоохладителя с вентилятором, конденсатора с вен-
тилятором, воздушного фильтра, пусковых устройств и средств
автоматизации.
Вентиляторы испарителя и конденсатора бывают пропеллер-
ного или центробежного типа и приводятся в действие конденса-
торными или скрытополюсными электродвигателями. Вентилятор
конденсатора снабжается пращевым распылителем воды, стекаю-
щей из поддона испарителя. Поступление хладагента в испари-
тель-воздухоохладитель чаще регулируется капиллярной трубкой,
а не терморегулирующим вентилем. В кондиционер может быть
вмонтирован сравнительно малогабаритный электрический воз-
духоподогреватель (поскольку размещение паровоздушных или
водовоздушных теплообменников весьма затруднительно).
6.12.5. Комнатные воздухоосушители. Комнатные воздухоосу-
шителп — это автономные холодильные агрегаты (рис. 6.23), че-
Рпс. 6.23. Комнатный воздухоосу-
шитель
I — холодильный компрессор; 2 — конден-
сатор; 3 — вентилятор с электродвигате-
лем; 4 — испаритель; 5 — тележка
рез которые вентилятором прогоняется комнатный влажный воз-
дух. После соприкосновения с поверхностью воздухоохладителя,
температура которого ниже точки росы, воздух охлаждается и
осушается, а затем в конденсаторе вновь подогревается и по-
ступает в помещение с уменьшенным влагосодержанием. Влага
спускается в резервуар, который соединен с дренажным трубо-
проводом или периодически (ежедневно) опорожняется вручную.
Продолжительная рециркуляция комнатного воздуха приводит
к постепенному снижению его влагосодержания и относительной
влажности. Последняя обычно регулируется в пределах 20—80%.
22.3
Производительность комнатных воздухоосушителей 5,5—11 кг
воды в сутки. Их габаритные размеры приблизительно такие:
ширина около 0,3 м, глубина 0,5 м, высота 0,6 м.
6.13. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Cowell, Е. F., Construction, Manufacture and Installation of Sheet Metal
Ductwork, J. Instn Heat. Vent. Engrs, 32, 85 (1964).
2. Carrier, Cherne, Grant, and Roberts, Modern Air Conditioning, Heating
and Ventilating (3rd edn.), Chap. 16, Pitman.
3. Threlkeld, J. L., Thermal Environmental Engineering (1st edn.), Chap. 12,
Prentice-Hall, 1962.
4. Bull, L. C., Coils for Cooling and Dehumidifying Air, J. Instn Heat. Vent.
Engrs, 27, 1 (1959).
5. Brown and Marco, Introduction to Heat Transfer (3rd edn.), Chap. 11,
Sect. 11/7—11/9, McGraw-Hill.
6. Ramsey, M. A., How to Figure Cooling Colis, in Design Problems in Air
Conditioning and Refrigeration, Industrial Press, New York, 1966.
7. Ramsey, M. A., Coils that Cool and Dehumidify, in Design Problems in
Air Conditioning and Refrigeration, Industrial Press, New York, 1966.
8. Ramsey, M. A., Sizing Coils Without Catalogues, in Design Problems in
Air Conditioning and Refrigeration, Industrial Press, New York, 1966.
9. Handbook of Air Conditioning System Design, 6—22, McGraw-Hill, 1965.
10. Cooling Soils, Bulletin DS365, Trane, USA, 1954.
11. Harper, G. N., Automated Analysis and Design of Cooling Coils, Heat.
Pip. Air Condit., 38, (4), 165 (1966).
12. Trane Reciprocating Compressor Manual, Chap. 3, Trane Co., USA, revi-
sed 1964.
13. Dossat, R. J., Principles of Refrigeration (1st edn.), Chap. 13, Wi-
ley, 1963.
14. Bull, L. C., Cooling Coil Performance, J. Instn Heat. Vent. Engrs, 28,
313 (1960).
15. Handbook of Air Conditioning System Design, 3—81, McGraw-Hill, 1965.
16. Draining and Venting Preheat and Reheat Coils in Ventilation Systems,
Bulletin 254-A, Armstrong Machine Works, USA.
17. Thompson, J. M., Where to Locate Vacuum Breakers for Steam Heating
Coils, Heat. Pip. Air Condit., 35, (11), 140 (1963).
18. Barron, W. R., The Facts about Electric Duct Heaters, Air Condit. Heat.
Vent., 64, (10), 59 (1967).
19. Fan Engineering (6th edn.), Buffalo Forge Co., USA, 1961.
20. Trane Air Conditioning Manual, Trane Co., USA, revised 1965.
21. Humidifiers, Air Washers and Evaporative Air-Cooling Equipment, Am.
Soc. Heat. Refrig. Air-Condit. Engrs Guide, Chap. 38, 1963.
22. Severns and Fellows, Air Conditioning and Refrigeration (1st. edn.), 339,
Wiley, 1958.
23. Instn Heat. Vent. Engrs Guide, Sect. 15F, London, 1965.
24. Furse, F. G., Design Breakthrough: How to Select Air Washers, Heat.
Pip. Air Condit., 37, (10), 142 (1965).
25. Agnon, S„ Evaporative Cooling System Design, Heat. Pip. Air. Condit.,
38, (11), 143 (1966).
26. Conduit Induction System Design Manual, Chap. 3, Carlyle Air Condit.
and Refrig. Ltd. London, 1963.
224
27. The Armstrong Humidification Book, Cat. 502, Armstrong Machine
Works, USA.
28. Technical Data on Humidification, Techn. Manual 13A, Walton Labs
Inc., USA.
29. Disc Humidifier Publications DH100 and DH101, Copperad Air Condit.
Ltd, Coinbrook, Bucks.
30. Carrier, Cherne, Grant, and Roberts, Modern Air Conditioning, Heating
and Ventilating (3rd edn.), Chap. 16 Pitman. ,
31. Berman, L. D., Evaporative Cooling of Circulating Water (trans, from
the Russian), Pergamon Press, 1961.
32. Nelson, J. A., Selecting Materials, Coatings for Water Cooling Towers.
Heat. Pip. Air Condit., 38, (2), 109 (1966).
33. Cotter, I. A., Water Cooling Towers, Heating and Ventilating Engineer
(Dec. 1962 and Jan. 1963).
34. The Noise of Cooling Towers, Bull. 250, Baltimore Aircoil Co. Inc.,
USA, 1962.
35. Seelbach, Jr., H., and Oran, F. M., Cooling Tower Noise, Heat. Pip. Air
Condit., 35, (6), 150 (1963).
36. Cooling Tower Engineering Manual, Bull. 241, Baltimore Aircoil Co. Inc.,
USA, 1964.
37. Handbook of Air Conditioning System Design, Part 5, Water Conditio-
ning, McGraw-Hill, 1965.
38. Carrier, Cherne, Grant, and Roberts, Modern Air Conditioning, Healing
and Ventilating (3rd edn.), Chap. 16, Pitman.
39. Therm-O-Wheel, Rotary Air-to-Air Heat Exchanger, Bull, EG-200, Sout-
hern Indust. Solaronics Inc., USA.
40. Osborne, W. C., Fans (1st edn.), Pergamon Press, 1966.
41. Fan Engineering (6th edn.), Buffalo Forge Co. USA, 1961.
42. Woods Practical Guide to Fan Engineering, Woods if Colchester Ltd,
1956.
43. Trane Air Conditioning Manual, 281, Trane Co., USA, revised 1965.
44. Carrier, Cherne, Grant, and Roberts, Modern Air Conditioning, Heating
and Ventilating (3rd edn.), 271, Pitman.
45. Instn Heat. Vent. Engrs Guide, Sect. 15D, London, 1965.
46. Pasch, R. M., Design and Application of Grease Filters, Am. Soc. Heat.
Rei'rig. Air-Condit. Engrs JI, 6, (6), 64 (1964).
47. Penrose, M. O., Electrostatic Air Filtration, J. Instn Heat. Vent. Engrs.
29. 113 (1961).
48. Thermoelectric Cooling, Chap. 2, Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit.
Engrs Guide, 1963.
49. Jordan and Priester, Refrigeration and Air Conditioning (2nd edn.),
128, Constable, London, 1956.
50. Reciprocating Compressor Manual, Trane Co., USA, 1964.
51. Rayner, R. E., Compressors: Heart of a Refrigeration Machine, Heat. Pip.
Air Condit., 38, (12), 100 (1966).
52. Soumerai, H., Large Screw Compressor for Refrigeration, Am. Soc. Heat.
Refrig. Air-Condit. Engrs JI, 8, (3), 38 (1967).
53. Evaporative Condenser Engineering Manual, Bull. 143. Baltimore Air-
eoil Co., USA, 1960.
54. Dossat, R. J., Principles of Refrigeration, Chap. 11, Wiley, New York,
1961.
55. Dossat, R. J., Principles of Refrigeration, Chap. 14, Wilev, New York,
1961.
56. Ambrose, E. R., Heat Pumps and Electric Heating, Wilev, New York,
1966.
57. Landman, W., Hermetic Centrifugals as Heat Pumps, Air Condit. Heat.
Vent., 63, (10), 65 (1966).
58. VAV Terminal Units, Air Condit. Heat. Vent., 63, (3), 60 (1966).
59. Coyne, R F., New Economy for Interior Zones, Air Condit. Heat. Vent.,
60, (5), 52 (1963).
"J Зак. 430
99S
60. Room Air Conditioners and Dehumidifiers, Am. Soc. Heat. Refrig. Air-
condit. Engrs Guide, Chap. 56, 1963.
61. Handbook of Air Conditioning System Design, 8—17, McGraw-Hill, 1965.
62. Instn Heat. Vent. Engrs Guide, Stet. 16, London, 1965.
63. Axford, D. G. E., Auxiliary Electrical Equipment Associated with Mecha-
nical Services, J. Instn Heat. Vent. Engrs, 32, 195 (1964).
64. Pascoe, J., The Selection of Control Panels for Heating and Air Conci-
tioning Installations, J. Instn Heat. Vent. Engrs, 32, 235 (1964).
Глава 7
СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
ВОЗДУХА
г. ..р
7.1 V ВВЕДЕНИЕ
_ ^.'НазнаЧенйе СКВ — создание и поддержание искусствен-
*окружающей среды в здании, обеспечивающей комфортное
*“1ст£иё’^юдей,' высокую производительность и эффектив-
^Йологйчёских .процессов или качество и сохранность
. 6вн(с&^аздГ 1.7 гл. 1). Полное круглогодовое кондицио-
н'йрованиёувозДуха позволяет поддерживать в помещениях одно-
временно темпер'атуру воздуха по сухому термометру, относи-
тельную влажность, чистоту воздуха, его скорость и уровень шу-
ма, а также вводить в помещения необходимое для вентиляции
количество наружного воздуха. Эти системы могут также обес-
печивать контроль над температурой поверхностей ограждений.
Пока еще не общепринято регулирование содержания в воздухе
положительных и отрицательных ионов. Как правило, СКВ в
зимнее время подогревают и увлажняют воздух, а в летнее, ох-
Лажддют и осуШ^Убт^ёго^Г‘всегда подают“нео5хо д йм‘6ё количё:
ство обработа'ййогб наружного воздуха.
СКВ классифицируют по виду используемых тепло- и холо-
доиосителей. Холрдоносителями могут служить охлажденная
.вода, водные растворы~Солё~й и хладагенты; теплоносителями —
пар^горячая вода, электричестаёРТГ газ?~~ ”
“Ныне применяются СКВ,"в которых используются специаль-
ные методы распределения воздуха (разд. 7.14 и 7.15), тради-
ционные источники энергии (разд. 7.16 и 7.17) и методы рас-
пределения холодоносителя (разд. 7.18). Рассматриваются
также системы, над которыми ведется работа, но которые смо-
гут найти применение в будущем (разд. 7.19 и 7.20).
7.2 . ТРАДИЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Традиционные системы состоят из центрального конди-
ционера и распределительных воздуховодов, подведенных к об-
служиваемым помещениям. Скорость воздуха в каналах обычно
меньше 10 м/с, а потери давления в системе менее 750 Па. Эти
системы иногда называют низкоскоростными. Их применяют
для обслуживания помещений с достаточно постоянными и оди-
наковыми теплопоступлениями или теплопотерями, где не тре-
буется точного поддержания температуры и влажности. Одна-
ко их можно выполнить и так, чтобы в специальных случаях
Зак. 430
227
поддерживать параметры воздуха с очень малыми отклоне-
ниями. В подобных случаях система обслуживает только одно
главное помещение или ограниченное число помещений, каж-
дое со своим зональным регулированием. Традиционные си-
стемы подразделяют на два вида: с постоянным объемом при-
точного воздуха и переменной его температурой; с перемен-
ным объемом приточного воздуха и постоянной его темпера-
турой.
Первая более гибка и обладает лучшими регулировочными
характеристиками; вторую только начали применять в Соеди-
ненном Королевстве, поскольку стали изготовлять удовлетво-
рительные воздухораздатчики.
7.2.1. Система с постоянным объемом и переменной темпе-
ратурой приточного воздуха. Принципиальные достоинства
этой системы: простота проектирования, монтажа и эксплуа-
тации, а также относительно низкие капитальные затраты. Все
механическое оборудование размещается вдали от обслуживае-
мых помещений, что облегчает борьбу с передачей шума и виб-
рации. Обслуживание системы централизовано, так как все
оборудование сосредоточено в одном месте. Систему можно за-
проектировать так, чтобы в переходное время года использовать
для охлаждения холодный наружный воздух без включения хо-
лодильной машины. Кондиционировать можно либо одно боль-
шое помещение, либо для удобства регулирования несколько
зон. Регулирование температуры возможно следующими мето-
дами: изменением холодопроизводительности; при помощи
сдво.енных взаимно обратных' фасадных и обводных клапанов
у теплообменников; изменением”глубины второго подогоева.
(Система с переменным объемом и постоянной температурой
приточного воздуха большей частью работает с регулировани-
ем количества приточного воздуха.)
7.2.2. Регулирование холодопроизводительности. Простей-
шая форма регулирования летнего охлаждения — это включе-
ние и выключение небольшого холодильного компрессора при
помощи терморегулятора, размещенного в потоке рециркуля-
ционного воздуха. В период бездействия холодильной машины
влажность в помещении растет. Небольшое занижение мощно-
сти холодильной машины увеличивает продолжительность пе-
риода ее работы и приводит к уменьшению колебаний влаж-
ности.
Малые и средние установки мощностью до 70 кВт обычно
с непосредственным кипением хладагента в испарителях-возду-
хоохладителях; установки мощностью от 70 до 475 кВт бывают
или с непосредственным кипением, или водоохлаждающие;
установки мощностью свыше 475 кВт обычно водоохлаж-
дающие.
Холодопроизводительность поршневых компрессоров может
регулироваться путем включения и выключения одного или
Г". п с
нескольких .агрегатов, при помощи многоскоростных электро-
двигателей, изменением мертвого объема, выключением ци-
линдров, изменением прохода в цилиндры, подъемом всасы-
вающих клапанов или перепуском горячего газа — байпасиро-
ванием. Подъем всасывающих клапанов, когда газообразный
хладагент проходит через цилиндр без сжатия, сопряжен с ми-
нимальными потерями мощности, и этот метод наиболее упот-
ребителен. ,
ли Центробежные компрессоры можно регулировать направ-
ляющими^аппаратами; дросселированием расхода воды, посту-
пающей 'В конденсатор; изменением скорости вращения или
перепуском газа. Наиболее часто применяют первые два мето-
да. С их помощью можно изменять потребление энергии про-
порциональдо,' изменению холодильной нагрузки до 10% от
расчетной. ,
•s.f 7АЗ.Т Регулирование воздухоохладителей. Регулирование
холодопроизводительности холодильных машин может соче-
таться с регулированием отпуска холода воздухоохладителю,
расположенному в потоке приточного воздуха, при помощи
сдвоенных фасадного и обводного воздушных клапанов, изме-
нением расхода холодоносителя и глубины второго подогрева
(рис. 7.1). Действие систем автоматического регулирования с
использованием этих методов рассмотрено в разд. 9.16 и 9.19.
У
Рис. 7.1. Регулирование
а — спаренными фасадными
воздухоохладителей
и обводными клапанами
после смешения: б — то же,
при пропуске рециркуляционного воздуха через обводной канал; в — изменением
расхода охлажденной воды: г— выключением части теплообменников непосредствен-
ного кипения; д — догревом воздуха; / — исполнительный механизм спаренных воз-
душных клапанов; 2 — воздухоохладитель; 3 — автоматический трехходовой смеситель-
ный клапан; 4 — настраиваемый вручную вентиль для выравнивания гидравлических
сопротивлений; 5—трубопровод подачи жидкого хладагента; б — соленоидный клапан;
' — секционный воздухоохладитель непосредственного кипения хладагента; 8 — регу-
лировочный клапан на трубопроводе теплоносителя; 9 — воздухоподогреватель; ОА,
RA, МА и А — соответственно наружный, рециркуляционным, смешанный н приточный
воздух
229
Регулирование сдвоенными фасадным и обводным клапана-
ми (рис. 7.1,а) потока смешанного воздуха позволяет удовлетво-
рительно изменять температуру •приточного воздуха и поддер-
живать. необходимую температуру по сухому термометру в по-
мещении. Однако при высокой температуре наружного воздуха
по мокрому термометру и большом относительном количестве
наружного воздуха перепуск его по обводному каналу приво-
дит к подъему влажности в помещении часто до нежелательно
высокого уровня. Регулирование по методу, показанному на
рис. 7.1,6, часто именуемое пропуском рециркуляционного
воздуха через байпасе, обеспечивает пропуск (и осушение)
всего количества наружного воздуха через воздухоохладитель,
поэтому его часто предпочитают первому методу.
Как дросселирование расхода воды (рис. 7.1,в), так и вы-
ключение отдельных секций воздухоохладителей непосредст-
венного кипения (рис. 7.1,г) обеспечивают соответствующее ре-
гулирование температуры, но при частичных нагрузках влаж-
ность в помещениях может повышаться. Вопросы регулирова-
ния воздухоохладителей рассмотрены в работе [1]. Лучший
способ регулирования температуры и влажности в помеще-
нии— это изменение глубины второго подогрева (рис. 7.1,6).
В комфортных СКВ частичные нагрузки появляются тогда,
когда изменяются отношения явного тепла к полному. Обыч-
но уменьшаются явные теплопоступления и практически не
меняются скрытые ' теплопоступления. Для отвода скрытого
тепла необходимо, чтобы температура точки росы приточного
воздуха оставалась на расчетном уровне. Это означает, что
воздухоохладитель должен выполнять необходимое осушение,
но при этом будет отводиться и большое количество явного
тепла, что ведет к переохлаждению приточного воздуха. Ка-
лорифер второго подогрева в этом случае и вносит недостаю-
щее (чрезмерно отведенное) количество явного тепла и восста-
навливает расчетное отношение явного тепла к полному.
7.2.4. Система с переменным объемом и постоянной темпе-
ратурой приточного воздуха. Эта система редко применяется в
Соединенном Королевстве. Она хорошо подходит для объектов
с относительно постоянной холодильной нагрузкой в течение
года (например, для внутренних зон административных зданий
п универмагов) и для существующих зданий, оборудованных
удовлетворительно работающими системами отопления.
Система, показанная на рис. 7.2, применяется для указан-
ных выше внутренних зон. Центральный кондиционер приго-
товляет и подает либо смесь наружного и рециркуляционного
воздуха, либо только наружный воздух к комнатному концево-
му аппарату. Индивидуальное регулирование температуры в
помещении достигается изменением количества приточного
воздуха в соответствии с теплоизбытками в помещении. Это
выполняет по команде комнатного нереверсивного терморегу
230
8
фильтр; 3 — воздухоосушитель-охладнтель; "/ — воздухоподогреватель; 5 — направляю-
щий аппарат; S — приточный вентилятор; 7 — зональный воздушный клапан: 8 — ком-
натный терморегулятор; 9 — приточный канал в зону; ОА. RA, МА н S/1 — соответст-
венно наружный, рециркуляционный, смешанный н приточный воздух
лятора исполнительный механизм, перестанавливающий воз-
душный клапан в приточном воздуховоде. Один терморегулятор
может управлять несколькими моторными клапанами. Система
не нуждается в зонировании. Вследствие того что воздухопри-
готовительное оборудование централизовано, облегчается борь-
ба с создаваемым им шумом и упрощается обслуживание. Си-
стема сравнительно дешева и экономична в эксплуатации, по-
скольку объем воздуха уменьшается в соответствии с нагруз-
ками и снижаются затраты энергии. Система при подаче
100% наружного воздуха допускает работу в переходный пе-
риод в режиме «свободного» охлаждения. Обычно необходимо
регулировать с помощью направляющих аппаратов как при-
точный, так и рециркуляционно-вытяжно?! вентиляторы. Иног-
да для обеспечения «фонового» (дежурного) отопления и
быстрого натопа помещений может потребоваться дополни-
тельный калорифер второго подогрева.
Система, как указывалось, очень подходит для внутренних
зон. Интерес к ней в США и Соединенном Королевстве возрос
в связи с недавним появлением улучшенных высоко- и низко-
скоростных концевых воздухораздатчиков. Расчет систем ныне
значительно облегчен тем, что имеются программы расчетов иа
ЭВМ воздуховодов при переменных количествах воздуха с
учетом восстановления статического давления.
7.3. СИСТЕМЫ С КОНЦЕВЫМИ ДОГРЕВАТЕЛЯМИ
В системе с концевыми догревателями или в воздушной
эжекциоиной системе с постоянным объемом приточного воз-
духа применяют комнатные концевые аппараты с теплообмен-
231
никами — нагревателями, описанными в разд. 6.12. Схема ти-
пичной системы показана на рис. 7.3. Первичный воздух, по-
даваемый от центрального кондиционера, вводится при по-
стоянной температуре точки росы и ассимилирует максималь-
ные теплоизбытки. Второй подогрев происходит в комнатном
аппарате при проходе рециркуляционного воздуха через возду-
хоподогреватель.
Рис. 7.3. Система с концевыми догревателями
/ — воздушный фильтр; 2 — воздухоосушитель-охладителъ; 3 — приточный вентилятор:
4— концевой догревательный зжекциоиный аппарат, через теплообменник которого
проходит рециркуляционный воздух; 5 —канал первичного воздуха; 6 —система
снабжения теплообменников горячей водой с попутным движением теплоносителя (бук-
венные обозначения те же, что на рис. 7.2)
Рассматриваемая система нашла применение в малых и
средних многокомнатных зданиях, особенно в тех, где требу-
ются протяженные горизонтальные воздуховоды и трубопрово-
ды. Она подходит для помещений с высокими нагрузками по
скрытому теплу (например, лабораторий или зданий с относи-
тельно малыми избытками явного тепла); для существующих
зданий с паровыми или водяными системами отопления (на-
пример, модернизируемых гостиниц); для новых зданий, в ко-
торых на первом этапе предполагается осуществлять только
отопление и вентиляцию, а охлаждение — в более позднее вре-
мя (в перспективе) посредством добавления воздухоохладите-
ля и холодильной машины в центральной воздухоприготови-
тельной установке. Систему с концевыми догревателями нет
необходимости зонировать, поскольку каждая обслуживаемая
комната представляет собой зону. Централизация оборудова-
ния для приготовления воздуха облегчает борьбу с шумом и
упрощает обслуживание. Первичный воздух по своим парамет-
рам в равной мере пригоден для подачи как во внутренние,
так и во внешние зоны. Воздухораспределение по каналам
можно производить с малыми и со средними скоростями (до
15 м/с) в зависимости от особенностей зданий. Регулирование
температуры в помещении может осуществляться вручную или
автоматически с помощью регулятора прямого действия или
232
нереверсивного терморегулятора, управляющего водяным кла-
паном. .
Дежурное отопление в ночное время и выходные дни мож-
но осуществлять путем запуска системы, питающей теплом до-
греватели, . при выключенном центральном кондиционере. В
последнем может быть предусмотрено увлажнение воздуха; в
переходный период он может работать целиком на наружном
-воздухе.
При'.определении холодильных нагрузок может оказаться,
г’гговдля небольшого количества помещений требуется более
|виз£ая ^температура точки росы аппарата, чем для болыпин-
гСТ£)Д£РСхальцых помещений. В этом случае следует из эконо-
ШЙчёСкйхсоображений рассчитывать воздухоохладитель на
'среднюю температуру точки росы, допуская тем самым неболь-
шое повышение относительной влажности при пиковых нагруз-
ках в меньшей части комнат.
7.4. МНОГОЗОНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
При этой системе воздух приготовляется в одном или
нескольких центральных (обычно автономных) кондиционерах.
Многозональный кондиционер, показанный на рис. 7.4, — нагнета-
Рис. 7.4. Многозональная система
исполнительный механизм смесительных воздушных клапанов ; 2 — воздушный
фильтр; 3 приточный вентилятор; 4 — воздухоосушнтель-охладитель; 5 — воздухопо-
догреватель; 6 — исполнительный механизм воздушных смесительных клапанов каждой
из зон; 7 — приточный канал в каждую зону; 3 — комнатный терморегулятор (бук-
венные обозначения те же, что на рис 7 2)
тельного типа. Воздухоподогреватель и воздухоохладитель
установлены параллельно на стороне нагнетания вентилятора.
За этими теплообменниками находятся смесительные воздуш-
ные клапаны, отдельные для каждой из зон обслуживания.
Таким образом, система работает с постоянным объемом и пе-
233
ременной температурой приточного воздуха. Скорости воздуха
в каналах обычные, воздухораздатчики стандартные. Рецирку-
ляционный воздух подается отдельным вентилятором.
Смесительными клапанами каждой зоны управляет само-
стоятельный терморегулятор. Клапаном V/ на линии подачи
холодоносителя к воздухоохладителю-осушителю управляет
терморегулятор Т1, который поддерживает желательную тем-
пературу точки росы. Клапаном V2 на линии подачи теплоно-
сителя к воздухоподогревателю управляет терморегулятор Т2,
который поддерживает желательную температуру горячего
воздуха. Терморегулятор Т2 может перенастраиваться термо-
регулятором ТЗ, размещенным в канале наружного воздуха.
Моторные воздушные клапаны можно настроить на работу в
«экономичном цикле» (см. разд. 9.12).
7.5. ДВУХКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
Двухканальные системы —• это полностью воздушные
системы, в которых приготовленный в центральной установке
воздух обычно с высокими скоростями подается по двум па-
раллельным каналам к кондиционируемым' помещениям. По
одному каналу перемещается холодный воздух, по другому —
горячий. У каждого помещения имеется коробка, в которой по
команде комнатного терморегулятора происходит смешивание
потоков в пропорции", необходимой для поддержания заданной
температуры в помещений. Двухканальные смесители и их ре-
гулирование рассмотрены Й разд. 6.12.
Двухканальная система особенно подходит для применения
при, сильно меняющихся нагрузках по явному теплу и необхо-
димости обеспечения индивидуального регулирования темпе-
ратуры в помещениях или зонах. Такими объектами являются
многоэтажные многокомнатные здания, например админи-
стративные, гостиницы и большие лабораторные корпуса.
Двухканальная система экономична для зданий со степенью
остекления наружных стен около 60%, при большей степени
остекления может оказаться более экономичной водовоздушная
система. Для достижения максимальных преимуществ от при-
менения двухканальных систем рабочая разность температур
(между температурами помещения и приточного воздуха) в
режиме охлаждения должна быть наибольшей, что сводит к
минимуму количество воздуха.
Основные схемы центральных кондиционеров двухканаль-
ных систем показаны на рис. 7.5—7.7. Главное различие между
ними состоит в точности, с какой регулируется влажность. В
установке, показанной на рис. 7.5, минимальное количество
наружного воздуха летом при частичной нагрузке может про-
ходить по каналу горячего воздуха (этот канал по существу в
данный период работает как обводной канал воздухоохладите-
234
; Двухканальная систем^ с воздухоохладнтелем-осушнтелем в канале
холодндго воздуха
гДЯлЛутиыУН 'фильтр;'1 2 — приточный вентилятор; 3 — воздухоподогреватель; 4 —
ьЛЧьНуо^чдРиичиль-лгушитель: 5— канал горячего воздуха; 6—смесительная коробка;
7^Пйм5)ЮЯМЙОГО воздуха; ОА и ЯД — наружный и рециркуляционный воздух
Рис. 7.6. Двухканальная система с воздухоохладителем-осушителем в ка-
нале минимального количества холодного воздуха
/ — канал минимального количества наружного воздуха; 2 — канал максимального
количества наружного воздуха; 3 — калорифер первого подогрева (если требуется);
•/ — воздухоохладитель-осушитель минимального количества наружного воздуха; 5 —
воздушный фильтр; 6 — приточный вентилятор; 7 — воздухоподогреватель; 3 — воздухо-
охладитель-осушитель: 9 — канал горячего воздуха; 10 — смесительная коробка; // —
канал холодного воздуха (буквенные обозначения те же, что на рис. 7.5)
Рис. 7.7. Двухкаиальная система, в которой весь воздух охлаждается и осу-
шается
/ — воздушный фильтр; 2 — воздухоохладитель-осушитель; 3 — приточный вентилятор;
4— воздухоподогреватель; 5 — канал горячего воздуха; о — смесительная ко-
робка; 7— канал холодного воздуха (буквенные обозначения тс же. что на рис. 7.5)
235.
ля), и нежелательная влага будет поступать в помещение.
Влажность в помещении можно поддерживать в заданных пре-
делах догревом воздуха в горячем канале по соответствующей
программе. При этом для достижения желательной температу-
ры в помещении система потребляет в основном холодный
(осушенный) воздух, а пропуск через канал горячего воздуха
минимизируется. Функции управления воздухоподогревателем
в канале горячего воздуха принимает на себя влагорегулятор,
размещенный в потоке рециркуляционного воздуха. Подогрев
воздуха в летнее время, естественно, приводит к увеличению
стоимости эксплуатации в этом режиме. Установка и работа
предохладителя в канале забора минимального количества на-
ружного воздуха (рис. 7.6) исключают возможность байпаси-
рования неосушенного воздуха по горячему каналу при ча-
стичных нагрузках.
Лучше схема, показанная на рис. 7.7, при которой весь
воздух осушается, а подогрев в горячем канале применяется
только при необходимости. По этой схеме обеспечивается
очень хорошее регулирование влажности в зонах.
Схемы, показанные на рис. 7.5 и 7.6, можно модифициро-
вать посредством применения двух связанных между собой
воздуховодами приточных вентиляторов, каждый из которых
рассчитан на подачу 50% общего объема воздуха (один венти-
лятор в горячем канале, другой — в холодном). Преимущество
такой схемы состоит- в том, что в ночное время и в выходные
дни зимой можно включать только один вентилятор горячего
.канала.
При всех схемах следует уделять внимание поддержанию
кондиций в слабонагруженных и ненагруженных зонах. Про-
цессы обработки воздуха для различных двухканальных сис-
тем и режимов их работы при полных и частичных нагрузках
рассмотрены Шаталовым [2] и другими авторами {3—4] (см.
также гл. 4).
Для эффективной работы двухканальных систем и исклю-
чения шума важно правильно проектировать воздухопригото-
вительные установки и воздуховоды. Основные руководящие
принципы таковы: подавлять шумы в источниках, т. е. в венти-
ляторах и воздухоприготовительных установках; ограничивать
скорость воздуха в каналах и раздавать воздух с малой ско-
ростью; для обеспечения максимальной гибкости систем и
учета возможных в будущем изменений нагрузок в связи с пе-
рестановкой перегородок в помещениях ограничивать до мини-
мума скорости в распределительных каналах за смесителями;
прибегать к высоким скоростям только там, где ограничивает-
ся площадь под воздуховоды; снижать скорости, где только
возможно; конструировать воздуховоды так, чтобы исключить
грохотание их стенок при движении воздуха; использовать
плавные фасонные части и воздухозаборные устройства;
236
исключать применение клапанов — гасителей избыточного дав-
ления в распределительных воздуховодах; рассчитывать систе-
мы так, чтобы избыточные давления гасились в смесительных
коробках; особое внимание уделять помещениям, расположен-
ным вблизи вертикальных воздуховодов (стояков), от которых
ответвляются горизонтальные воздуховоды, поскольку в сте-
сненных условиях в этих местах затруднены пересечения, наб-
людаются повышенные потери давления, а следовательно, и
повышенный уровень шума. Если необходимо, то следует про-
кладывать два горячих стояка и один холодный и тем самым
избежать пересечений; не завышать сечение горячего канала,
поскольку это ведет к возникновению ряда затруднений в ре-
гулировании смесительных коробок (см. разд. 6.12).
Преимущества двухканальных систем состоят в их гибко-
сти и быстрой реакции на изменения теплоизбытков в помеще-
ниях, что объясняется наличием горячего и холодного воздуха
у каждой смесительной коробки. Система пригодна как для
внешних, так и для внутренних зон зданий; разбивка системы
на зоны обслуживания требуется очень редко. Исключение
составляют иногда северные зоны, для которых требуется ма-
лое охлаждение и достаточно интенсивное отопление, т. е. вы-
сокая температура в горячем канале. Вследствие централиза-
ции оборудования обслуживание систем относительно простое,
переключение систем с летнего на зимний режим работы и
наоборот сводится к остановке или запуску холодильных ма-
шин. В случае переключения системы на подачу только наруж-
ного воздуха и использования тем самым его холодосодержа-
ния можно достигнуть экономии на эксплуатационных за-
тратах.
7.6. СИСТЕМЫ С ПЕРЕМЕННЫМ ОБЪЕМОМ
ПРИТОЧНОГО ВОЗДУХА
В воздушных системах эффект охлаждения пропорцио-
нален количеству вводимого в помещения воздуха и рабочей
разности температур (между температурами помещения и при-
тока). Рассмотренные выше системы при частичных нагрузках
обеспечивают регулирование температуры посредством догре-
ва или смешивания воздушных потоков, что сопряжено с по-
терями энергии. Таким образом, в непиковые периоды системы
перемещают больше воздуха, чем необходимо.
Системы с переменным объемом приточного воздуха [6, 7]
созданы для того, чтобы иметь возможность снижать объем
приточного воздуха при уменьшении холодильных нагрузок и
получать максимум преимуществ от учета коэффициента одно-
временности нагрузок. Концевые аппараты систем с перемен-
ным объемом приточного воздуха (СПО) рассмотрены в
разд. 6.12. Их изготовляют для двухканальных и одноканаль-
237
ных воздушных систем, а также для одноканальных систем с
концевыми догревателями. Типичная область применения
СПО — лабораторные здания, в которых резко меняются теп-
ловыделения от оборудования и прерывисто работают вытяж-
ные зонты и шкафы, что вызывает переменную подачу приточ-
ного воздуха.
СПО с концевыми догревателями может быть применена
для внешних зон здания. С ее помощью можно уменьшать
приток воздуха в помещения в зависимости от снижения хо-
лодильной нагрузки. Однако опыт показывает, что объем при-
точного воздуха исходя из условия создания необходимой ско-
рости воздуха в помещении должен быть не меньше четырех-
кратного объема помещений. Дальнейшее уменьшение холо-
дильных нагрузок можно компенсировать догревом приточно-
го воздуха. Внутреннюю зону того же здания можно обслужи-
вать СПО без догрева. Другую возможность представляет
применение двухканальной СПО для внешней зоны и однока-
нальной СПО с концевыми догревателями для внутренней
(рис. 7.8).
Если от концевого аппарата одноканальной СПО требуется
охлаждение меньшее, чем минимальная ожидаемая холодиль-
ная нагрузка (или если требуется обогрев помещения), а под-
водится к аппарату холодный воздух с постоянной температу-
рой, то такой аппарат выпадает из регулирования.
При тщательном учете коэффициентов одновременности
применение СПО может дать экономию на капитальных за-
Рис. 7.8. Характеристики двухканальион и одиоканальной систем с пере-
менным объемом приточного воздуха
’ — количество горячего воздуха, поступающего в смесительную коробку двухканаль-
нон системы или в концевой догреватель одиоканальной системы; 2 — количество
холодного воздуха; 3 — максимальное количество воздуха; 4 — минимальное количест-
во воздуха; 5 — максимальная холодильная нагрузка; 6 — максимальная нагрузка
отопления
238
тратах на центральные кондиционеры и воздуховоды (по
сравнению с двухканальной СКВ). Ее главное преимуще-
ство— экономия на эксплуатационных затратах вследствие
сокращения расхода энергии на привод вентилятора при ча-
стичных нагрузках и уменьшения энергетических потерь из-за
минимизации потерь при смешивании и догреве. В некоторых
случаях исключение перемещения излишних количеств возду-
ха в зимний период может также принести определенные вы-
годы.
Недостатками СПО, преодолимыми при правильном проек-
тировании, являются неустойчивая работа системы при измене-
нии статического давления, вызываемого изменениями расхо-
да; температурное расслоение или дутье из комнатных возду-
хораздатчиков вследствие изменения температуры или расхо-
да; генерирование шума при дросселировании расхода. В не-
давно созданных конструкциях улучшенных концевых коробок
и воздухораздатчиков эти недостатки устранены.
7.7. ДВОЙНЫЕ ВОЗДУШНЫЕ СИСТЕМЫ
Двойная или двухпроводная система (рис. 7.9) подает
в помещения два воздушных потока; один из них называют
первичным, другой — вторичным. Система предназначена для
обслуживания помещений с так называемыми реверсивными
Рас. 7.9. Двойная система
/ — направляющий аппарат; 2—рециркуляционно-вытяжной вентилятор; 3 — канал
выброса воздуха в атмосферу: 4 — воздушный фильтр; 5 — воздухоохладнтель-осушитель;
о — вентилятор вторичного воздуха; 7 — регулятор расхода воздуха; 8 — концевой аппа-
рат вторичного воздуха; 9 — терморегулятор; 10— канал вторичного воздуха; 11 —
смесительная коробка; 12— канал первичного воздуха; 13 — концевой аппарат пер-
вичного воздуха: 14 — вентилятор первичного воздуха; /5 — воздухоподогреватель;
О/l и RA — наружный и рециркуляционный воздух
239
трансмиссионными нагрузками, т. е. теплопотерями в холод-
ный период года .и теплопоступлениями через наружные ограж-
дения в теплый период. Система запатентована.
Объем первичного воздуха постоянен, а температура меня-
ется в зависимости от характера трансмиссионной теплопере-
дачи, т. е. с помощью первичного воздуха в холодный период
осуществляется отопление, а в теплый — охлаждение. Объем
вторичного воздуха меняется, а его температура в течение все-
го года постоянна; вторичный воздух предназначен для борь-
бы с переменными теплоизбытками от солнечной радиации,
искусственного освещения и людей.
Центральная воздухоприготовительная установка может
иметь самостоятельные воздухоохладители-осушители и при-
точные вентиляторы для каждого из потоков (см. рис. 7.9) или
могут быть установлены общий воздухоохладитель-осушитель,
самостоятельные приточные вентиляторы и воздухоподогрева-
тель первичного воздуха. Воздухоподогреватель предназначен
для придания первичному воздуху температуры, необходимой
для покрытия теплопотерь в холодный период года.
Установка вторичного воздуха подает только рециркуляци-
онный воздух, только наружный воздух или их смесь, но тем-
пература притока всегда постоянна. Поскольку объем приточ-
ного воздуха меняется, вентилятор снабжен направляющим
аппаратом.
К концевым аппаратам воздух подается с высокой или
средней скоростью. Аппараты первичного воздуха одноканаль-
ного типа с акустической облицовкой, редуктором давления и
балансным клапаном. Аппараты вторичного воздуха также с
акустической облицовкой и устройством для регулирования
объема, приспособленным для автоматического управления.
Двойная система может быть применена в зданиях с боль-
шим числом зон обслуживания, которые имеют реверсивные
трансмиссионные нагрузки и нуждаются в индивидуальном
регулировании температуры. Преимущества системы: центра-
лизованное расположение основного оборудования, а отсюда
простота его обслуживания; легкость переключения с летнего
на зимний режим работы (посредством остановки или запуска
холодильной установки); индивидуальное регулирование тем-
пературы в помещениях; относительно небольшие сечения воз-
духоводов. В ночное время и выходные дни может работать
только установка первичного воздуха. Систему можно нала-
дить на забор 100% наружного воздуха для свободного охлаж-
дения в переходный период. Поскольку оба потока обособлены,
первичный воздух можно подавать из-под подоконников для
борьбы с ниспадающими холодными токами, а вторичный воз-
дух — через потолок.
Основной недостаток системы — изменение общего объема
240
приточного воздуха, что влияет на скорость воздуха в помеще-
ниях. Область применения системы аналогична области при-
менения двухканальных СКВ, но капитальные затраты ниже.
7.8. ЭЖЕКЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Эжекционные системы — водовоздушные. Они специ-
ально предназначены для периметральных помещений глуби-
ной 3—6 м в многокомнатных многоэтажных зданиях (напри-
мер, конторских, гостиничлых, жилых). Периметральные зоны
подвергаются относительно постоянным теплопоступлениям от
освещения, людей, иногда от оборудования и крайне меняю-
щимся поступлениям от солнечной радиации. Летом имеются
также поступления тепла вследствие теплопередачи и ин-
фильтрации через наружные ограждения. В зимнее и переход-
ное время одна из составляющих тепловых балансов — тепло-
поступления через массивные ограждения — реверсирует, т. е.
становится трансмиссионными теплопотерями. Для поддержа-
ния в помещениях температуры по сухому термометру при
этих сильно меняющихся явных теплопоступлениях, которые
сочетаются с относительно малыми, но постоянными поступле-
ниями скрытого тепла от людей, требуется система со значи-
тельной эксплуатационной гибкостью. Устройство и принцип
работы эжекционных доводчиков описаны в разд. 6.12. Дл'я
обеспечения требуемой гибкости в эжекционных системах ис-
пользуются два воздушных потока.
Поток первичного воздуха (обычно 100% наружного возду-
ха) очищается, подогревается или охлаждается, увлажняется
или осушается (в зависимости от того, что требуется) в
центральной воздухообрабатывающей установке. Этот конди-
ционированный вентилирующий воздух по высокоскоростным
воздуховодам подается к комнатным эжекционным аппаратам.
Количество первичного воздуха равно (или несколько превы-
шает) количеству, требующемуся для вентиляции.
Вторичный воздух (рециркулируемый из помещения) эжек-
тируется первичным воздухом, вытекающим из сопел, посту-
пает в аппарат, проходя через питаемый водой теплообменник,
где подогревается или охлаждается в зависимости от темпера-
туры воды. Объем вторичного воздуха определяется коэффи-
циентом эжекции и обычно составляет 4—6 объемов первич-
ного воздуха.
Оба потока могут быть или холодными для удовлетворения
максимальной потребности в охлаждении, или горячими для
удовлетворения потребности в отоплении, или один из потоков
горячим, а другой холодным для обеспечения охлаждения или
отопления (по выбору) в переходное время года.
Таким образом, первичный профильтрованный воздух обес-
печивает вентиляцию, регулирование влажности, отопление или
241
охлаждение в соответствии со способом работы системы и яв-
ляется движущей силой эжекции вторичного воздуха.
Вторичная горячая или холодная вода к теплообменникам
аппаратов может подаваться :по двухтрубной системе. Систе-
мы обычно рассчитывают так, чтобы летом эжекционный ап-
парат отводил только явное тепло (это означает, что темпера-
тура поверхности теплообменника аппарата выше температуры
точки росы вторичного воздуха), поэтому теплообменник рабо-
тает в режиме сухой теплопередача. Если все же воздух осуша-
ется, то теплообменник работает во влажном режиме, и тогда
необходимо отводить от теплообменника выпадающий конден-
сат. Расчет и действие эжекционной системы базируются на
отношении количества первичного воздуха А к общему коли-
честву тепла Т, проходящему через наружные ограждения
данной комнаты, обслуживаемой эжекционным аппаратом.
Т — это удельные суммарные теплопотери в установившемся
состоянии (на 1°С) через наружные окна, стены и покрытие.
Систему рассчитывают так, чтобы количество воздуха, пода-
ваемого в данную комнату, было пропорционально трансмисси-
онной теплопередаче в этой комнате. При использовании отно-
шения А/Т комната, теплопотери в которой на 50% выше, бу-
дет получать на 50% больше первичного воздуха. Таким обра-
зом, догрев для всех помещений, входящих в зону, можно за-
проектировать в соответствии с изменениями температуры на-
ружного воздуха по сухому термометру. Порядок расчета теп-
ловых и холодильных нагрузок, выбора аппаратов, расчета коли-
чества первичного воздуха’ вторичной воды и системы ав-
Рис. 7.10. Графики изменения температур первичного воздуха и вторичной
воды в непсреключаемой а и переключаемой б эжекционных системах
/ — первичный воздух; 2 — момент начала подогрева первичного воздуха; 3— вторич-
ная вода; 4 — период бездействия холодильной установки (период «свободного» ох-
лаждения); 5 — период работы холодильной установки; 6 — расчетная температура
зимнего периода; 7 — то же, летнего; 8 — момент максимальных теплопоступленнй от
солнечной радиации: 9 —диапазон температур, при котором происходит переключе-
ние с режима на режим; 10 — момент, когда отсутствуют теплопоступления от сол-
нечной радиации: // — летний период: /2 — переходный период; 13 — зимний период
242
томатизации рассмотрен в работах [8—11]. Однако важно от-
метить, что эжекционные системы должны быть запроектиро-
ваны так, чтобы выполнялся один из двух графиков изменения
температур первичного воздуха и вторичной воды, представ-
ленных иа рис. 7.10.
В переключаемой системе (рис. 7.10,6) в летний период пе-
ремешаются холодный первичный воздух и холодная вторич-
ная вода. С падением температуры наружного воздуха первич-
ный воздух догревается, чтобы покрывались теплопотери. Ког-
да достигается равенство теплопотерь и теплопоступлений, си-
стема переключается на работу в зимнем периоде, в течение
которого вторичная вода подается горячей, а первичный воздух
несколько более холодным, чем летом. Трубопроводы вторич-
ной воды необходимо зонировать по каждому фасаду, так как
температуры переключения для них различны и зависят от
теплопоступлений от солнечной радиации. Переключать систе-
му с режима на режим можно вручную или автоматически.
Непереключаемая система (рис. 7. 10,а) работает одинаково
в летний и переходный периоды, но вместо переключения при
температуре баланса между теплопоступлениями и теплопотеря-
ми первичный воздух постепенно подогревается для покрытия
возрастающих теплопотерь. Вторичная вода в течение всего года
имеет постоянную низкую температуру. В зимний период хо-
лодильная установка выключается и происходит «свободное» ох-
лаждение воды наружным воздухом, что дает экономию энер-
гии. Система зонируется по воздуху. Температура первичного
воздуха, подаваемого в каждую зону, может быть различной и
зависит от интенсивности, солнечной радиации.
Для дежурного отопления в обеих системах можно исполь-
зовать вторичную горячую воду. Таким образом, несмотря на
свое название, непереключаемая система в режиме дежурного
отопления фактически переключается с холодной на горячую во-
ду.
Схема обычной переключаемой эжекционной системы пока-
зана на рис. 7.11. Холодильная машина охлаждает первичную
веду, которая сперва проходит через орошаемый воздухоохла-
дитель-осушитель, а затем подводится ко вторичным зональным
насосам с более высокой температурой.
Единовременные затраты на непереключаемую систему мень-
ше, ее легче эксплуатировать. Если применяются ручные регули-
ровочные клапаны у эжекционных доводчиков, то в рабочем ре-
жиме ими всегда пользуются одинаково, т. е. с повышением тем-
пературы в помещении уменьшают подачу холодной воды, а с
понижением увеличивают. В переключаемой системе направле-
ния перемещения регулировочных клапанов меняются в зависи-
мости от режима эксплуатации системы, что путает часть неос-
ведомленных потребителей. Непереключаемая система с нормаль-
ным количеством первичного воздуха при низких расчетных
243
Рис. 7.11. Переключаемая эжекционная система
/ — канал подачи первичного воздуха к эжекцнонным доводчикам; 2 — эжекциониый
доводчик; 3 — подающая труба системы теплохолодоснабжения вторичной водой; 4 —
обратная труба этой системы: 5 —- водоохладитель-испаритель холодильной машины;
6 — кольцо циркуляции первичной воды; 7 — насос первичной воды; 8— зональный
водоподогреватель; 9 — автоматический трехходовой смесительный клапан; 10 — зо-
нальный насос вторичной воды; 11 — неподвижная жалюзийная решетка; 12 — мотор-
ный приемный клапан; 13 — калорифер первого подогрева; 14 — воздушный фильтр,
/5 — орошаемый воздухоохладитель-осушитель; 16 — калорифер второго подогрева;
17 — приточный вентилятор; 18 — шумоглушитель; ОА — наружный воздух
наружных температурах и больших теплопотерях может ока-
заться непригодной. Однако для большинства районов Соеди-
ненного Королевства, где расчетная наружная температура ред-
ко ниже —2°С, она подходит.
Переключаемым системам обычно свойственны меньшие эк-
сплуатационные затраты, но переключение с режима на режим
в переходный период может быть затруднительным.
Эжекционные системы широко применяют для кондициони-
рования внешних зон зданий с большими остекленными поверх-
ностями и легкими навесными стенами. Преимущества систем
состоят в том, что они требуют меньших затрат площади на
размещение воздуховодов, трубопроводов и центральных конди-
ционеров. Для большей части конторских зданий достаточно
удовлетворительно индивидуальное регулирование температуры
в помещениях в сочетании с зональным регулированием влаж-
244
ности. Для регулирования расхода вторичной воды в качествен-
ных системах используют управляемые комнатными терморегу-
ляторами автоматические клапаны у каждого эжекционного
доводчика или их групп. Опыт показал, что в больших системах
более экономично применять пневматические приборы, чем
электрические, установка которых обходится дороже.
7.9. СИСТЕМЫ С ВЕНТИЛЯТОРНЫМИ
КОНВЕКТОРАМ^!
Эту систему обычно применяют в периметральных помеще-
ниях многокомнатных многоэтажных зданий, но ее можно при-
менять и для внутренних зон. Вентиляторные конвекторы рас-
смотрены в разд. 6.12. Система с вентиляторными конвекторами
в» многом аналогична эжекционным системам. Основное раз-
личие состоит в том, что вместо сопел для перемещения воздуха
через питаемые водой теплообменники используют небольшие
вентиляторы. Самое большое преимущество системы с вентиля-
торными конвекторами — это'ее гибкость.
Вентиляторные конвекторы бывают вертикальными и гори-
зонтальными, для открытой и скрытой установки. Вертикальные
подоконные конвекторы лучше подходят для работы в зимнее
время в районах с холодным климатом, поскольку с их помощью
можно устранить дутье от окон. Вентиляторные конвекторы
обычно питаются по двухтрубным зонированным системам (го-
рячей водой в зимнее время и холодной в летнее), переключае-
мым с .режима отопления на режим охлаждения и наоборот
вручную или автоматически.
Наружный воздух, необходимый для вентиляции, может вво-
диться различными путями (рис. 7.12). При работе вентилятор-
ных конвекторов полностью на рециркуляции и при отсутствии
притока наружный воздух поступает только в результате ин-
фильтрации, вызываемой действием ветра, естественной тяги и
Рис. 7.12. Схемы воздухоснабжения помещений при установке в них вен-
тиляторных конвекторов
а — от отдельной приточной системы; б—-.от приточной системы, питающей непосред-
ственно вентиляторные конвекторы; в — через индивидуальные воздухозаборные уст-
ройства у каждого вентиляторного конвектора; г — инфильтрацией, вызываемой дей-
ствием вытяжки; 1 — вентиляторный конвектор; 2, 3 — приточные каналы; 4 — канал
вытяжкой вентиляции; 5 — поток инфильтрующегося воздуха
245
механической вытяжки из уборных и ванных комнат. Однако
надлежащая вентиляция не обеспечивается.
Забор наружного воздуха может осуществляться через от-
верстия в наружных стенах за вентиляторными конвекторами.
Однако этот метод вентиляции непригоден для зданий высотой
свыше 6 этажей, так как на работе вентиляторов сказывается
действие ветра и естественной тяги в здании. В местностях с
сильно загрязненным наружным воздухом этот метод также ма-
лоприемлем, так как вызывает необходимость дорогостоящего
обслуживания многочисленных индивидуальных воздушных
фильтров. В тех случаях, когда позволяют место и экономические
соображения, предпочтителен метод подачи вентиляционного
воздуха от центральное! воздухоприготовительной установки не-
посредственно к вентиляторным конвекторам (рис. 7.12,6) или
в помещение (рис. 7.12,а). При этих двух методах первичный
воздух в зимнее время подогревается л увлажняется, а в лет-
нее охлаждается и осушается в центральной установке и там
же очищается от пыли. Если на комнатные вентиляторные кон-
векторы возлагается задача отвода скрытого тепла, то необхо-
димо предусматривать дренаж конденсата. Центральные уста-
новки приготовления первичного воздуха и вторичной воды мож-
но регулировать так же, как при эжекционных переключаемых
системах. Систему с вентиляторными конвекторами зонируют по
воде.
Преимущества системы с вентиляторными конвекторами,
снабжаемыми воздухом от'центральных установок, состоят в
индивидуальном регулировании температуры в помещениях, ре-
циркуляции внутреннего воздуха в пределах каждого помеще-
ния и в обеспечении круглогодовой подачи вентиляционного
воздуха. Недостатками являются небольшая эффективность и
малый коэффициент мощности многочисленных мелких электро-
двигателей, вращающих вентиляторы аппаратов. По капиталь-
ным затратам система с вентиляторными конвекторами дешевле
других систем с комнатными аппаратами, хотя в больших здани-
ях эжекционные системы могут оказаться более конкурентоспо-
собными, чем системы с вентиляторными конвекторами, снабжа-
емыми воздухом от центральной установки.
7.10. ТРЕХ- И ЧЕТЫРЕХТРУБНЫЕ СИСТЕМЫ
В трехтрубной, системе [13, 14] холодная и горячая вода под-
водится к каждому эжекционному или вентиляторному довод-
чику с помощью различных запатентованных устройств [15].
Типовая схема, подобная показанной на рис. 7.13, предусматри-
вает самостоятельное регулирование каждого доводчика. Горя-
чая и холодная вода на стороне подачи смешиваться не может,
так как там установлены несмешивающие пропорциональные
водяные клапаны (см. разд- 9.7). Однако некоторые потерн от
смешивания происходят в общем обратном трубопроводе. Вели-
46
Рис. 7.13. Трехтрубная система
1— комнатный вентиляторный конвектор или эжекциониый доводчик; 2— подающий
трубопровод горячей воды; 3 — то же, холодной; 4 — стояки горячей и холодной во-
ды; 5 — водоподогреватель; 6—водоохладитель: 7 — насосы горячей н холодной во-
ды; 8 — общий обратный трубопровод; Т — комнатный терморегулятор; MSV —про-
порциональный несмсшнваюший трехпроходной клапан
чина потерь зависит от конструктивных особенностей системы,
колебаний превалирующих нагрузок и принятого графика регу-
лирования.
Основные преимущества этой системы — гибкость и быстрая
реакция (по сравнению с двухтрубной системой), что объясня-
ется подводом к каждому доводчику в течение круглого года хо-
лодной и горячей воды от центральных источников. Необходи-
мость в зональном переключении с режима на режим исключает-
ся. Можно эффективно управлять системой при переменных на-
грузках от освещения и людей и при перемещающихся тенях от
соседних зданий. Имеются сведения о том, что и эксплуатация
обходится дешевле [16], но не всегда [17].
Для регулирования влажности воздуха в помещениях можно
однозональную центральную установ-
использовать одну
ку приготовления первичного воздуха, работающую в
течение круглого года при постоянной температуре
точки росы. Холодная вода может циркулировать по
зависимой или независимой (т. е. через водоводя-
ной теплообменник) системе трубопроводов. Независимую си:
стему применяют в высотных зданиях, когда необходимо сни-
зить статическое давление на водоохладительную установку. Зо-
нированием обратного трубопровода можно снизить потери на
смешивание и получить экономию на эксплуатационных затра-
тах. Экономично в переходный период использовать в качестве
источника холодоснабжения градирню или орошаемый воздухо-
охладитель при неработающей холодильной машине, а также
другие методы охлаждения [18]. Регулирование трехтрубных
систем рассмотрено в работе [19].
В четырехтрубной системе подающие и обратные трубопрово-
ды горячей и холодной воды самостоятельны, поэтому на под-
водках к каждому эжекционному доводчику устанавливается
по два регулировочных клапана (рис. 7.14). В системе, показан-
Рис. 7.14. Четырехтрубиая система при одном а и при двух б теплообменни-
ках в каждом доводчике
I — теплообменник; 2, 3 — подающие трубопроводы соответственно холодной и горячей
воды; 4 — терморегулятор; 5 — автоматический смесительный клапан; 6 — автоматиче-
ский . делительный клапан; 7, 8— обратные трубопроводы соответственно холодной и
горячей воды; 9—автоматический проходной клапан
ной-на рис. 7.14,а, в каждом доводчике один теплообменник и
согласованно работающие смесительный клапан на подающей
подводке и делительный — на обратной. На схеме рис. 7.14,6 в
каждом доводчике два самостоятельных теплообменника и сог-
ласованно работающие два регулировочных проходных клапа-
на. Регулирование четырехтрубных систем рассмотрено в рабо-
те [20].
Главное преимущество четырехтрубных систем — полное ис-
ключение потерь на смешивание, свойственное трехтрубным си-
стемам. Выбор между этими системами следует производить на
основании экономического сравнения эксплуатационных затрат и
дополнительных капитальных вложений на автоматику и про-
кладку четвертой трубы. Для облегчения этих расчетов можно
использовать компьютеры [21].
7.11. ПАНЕЛЬНО-ВОЗДУШНЫЕ СИСТЕМЫ
Эта система состоит из потолочных радиационных водо-
охлаждаемых, обычно металлических панелей и приточной
системы, подающей осушенный воздух. Температура воды при-
248
нимается такой, чтобы температура поверхности панелей была
выше температуры точки росы внутреннего воздуха и влага не
конденсировалась на поверхности панелей. Таким образом, па-
нели отводят только явное тепло. Подобно панелям радиацион-
ного отопления, охладительные панели работают на холодоносп-
теле, температура которого меняется на небольшую величину.
Панелям обычно придают вид противней, плотно прикрепляе-
мых к охлаждающим трубным решеткам (регистрам) при помо-
щи пружинных зажимов. В панелях другого типа в алюминиевые
пластины запрессованы медные трубы, чем обеспечивается по-
стоянный тепловой контакт. Панели обычно монтируют вместе
с теплозвукоизоляцией в виде матов. Возможно их использова-
ние совместно с водоохлаждаемыми светильниками с люмине-
сцентными лампами (см. разд. 7.14).
Этот тип систем в наибольшей степени удовлетворяет требо-
ванию поддержания комфортных условий — средней радиаци-
онной температуры и скорости воздуха. Расчет и характеристи-
ки систем детально исследованы в работах [22, 23].
Особое внимание следует уделять расчету трубопроводов.
Скорость воды должна быть достаточно высокой, чтобы в тру-
бах не осаждались взвеси, и достаточно низкой, чтобы не созда-
вался шум (надо иметь в виду, что панели действуют как ре-
зонаторы). Вследствие большого 'количества соединений в си-
стеме необходима тщательность изготовления и монтажа труб-
ных регистров.
Опыт [23] подсказывает, что перепад температур воды в ин-
дивидуальных кольцах должен быть от 1,7 до 2,8°С. При таком
перепаде экономически уравновешиваются затраты на переме-
щение воды и эффект улучшения тепловых характеристик. Для
сведения к минимуму возможности выпадения конденсата реко-
мендуется, чтобы температура охлажденной воды была не ме-
нее чем на 1,7°С выше точки росы воздуха в помещении.
Обычно отводится охлаждаемььм потоком тепло в количестве
142 Вт/м2 при разности температур помещения и панелей в
5,5°С. Воздух для вентиляции вводится с рабочей разностью
температур также в 5,5°С в количестве 0,26 м3/.с на 100 м2 пола
[23].
Преимущества панельно-воздушных систем таковы: приме-
нение в качестве холодоносителя воды приводит к экономии
площади по сравнению с воздушной системой; большой отвод яв-
ного тепла не сопровождается повышенными скоростями возду-
ха в помещениях, что позволяет применять эту систему в поме-
щениях с высокими теплопоступлениями от освещения и солнеч-
ной радиации; градиент температур по вертикали невелик.
Недостатки состоят в сложности конструкции панелей, тру-
бопроводов и клапанов, что влечет за собой относительно высо-
кие капитальные затраты (за исключением больших зданий).
249
Эти системы трудно применить для специальных помещений,
например конференц-залов, кухонь и других, где необходима
усиленная вытяжная вентиляция.
7.12. СИСТЕМЫ С ТЕПЛООБМЕННИКАМИ
НЕПОСРЕДСТВЕННОГО КИПЕНИЯ ХЛАДАГЕНТА
Трубопроводы этих систем монтируют на месте строитель-
ства. Ими соединяют поршневые компрессоры, конденсаторы,
воздухоохладители-испарители, а иногда водоохладители с кон-
денсаторами воздушного или испарительного охлаждения. Агре-
гатное или раздельное оборудование с непосредственным кипе-
нием соединяется между собой трубопроводами для транспорти-
рования хладагента, собираемыми на месте монтажа. Холодо-
производительность подобных систем с поршневыми компрессо-
рами обычно меньше 525 кВт; при большей холодопроизводи-
тельности применяют центробежные и абсорбционные холодиль-
ные машины.
Системы с теплообменниками непосредственного кипения
экономически выгодны, если компрессор, конденсатор и воздухо-
охладитель расположены близко друг к другу и соединительные
трубы короткие. При протяженных трубопроводах и оборудова-
нии, расположенном на различных уровнях, стоимостные пока-
затели и связанные с прокладкой трубопроводов для хладагента
технические проблемы становятся такими, что комбинация пор-
шневой холодильной машины с градирней, вероятно, более эко-
номична. Использование единственного компрессора и конден-
сатора обходится дешевле по единовременным затратам, требу-
ет меньшей площади и упрощает проектирование трубопроводов.
Каждый компрессор может быть укомплектован собственными
конденсатором и секцией воздухоохладителя, связанными тубо-
проводами в независимое кольцо. Однако наиболее часто для
того, чтобы обеспечить достаточную мощность установок л их
резервирование, ограничить пусковые токи или облегчить работу
при частичных нагрузках, устанавливают ряд компрессоров с
одним или многими конденсаторами, соединенными в общее
кольцо с испарителем-воздухоохладителем. Проектирование
трубопроводов холодильных установок рассмотрено детально в
работах [24—27]. некоторые важные соображения изложены
ниже. Чтобы свести до минимума расход энергии и потери хо-
лодопроизводительности, систему рассчитывают на минималь-
ное падение давления. Холодильные агенты, обычно используе-
мые в поршневых машинах (а именно R12, R22 и R500), в жид-
ком состоянии смешиваются со смазочным маслом, которое по-
этому циркулирует по системе вместе с хладагентами. Газооб-
разный хладагент и масло не смешиваются, но если скорость
хладагента достаточно высока, то масло увлекается им и пере-
носится по системе. Следует предусматривать меры против на-
25-0
капливания масла в каких-либо точках системы как во время
работы, так и при бездействии холодильной машины.
Схема простой системы с воздухоохладителем непосредствен-
ного кипения показана на рис. 7.15. Компрессор под .высоким
Рис. 7.15. Система с воздухоохладителями непосредственного кипения
/ — выхлопной клапан: 2 — гибкая антивибрационная вставка; 3 — сепаратор масла;
4— глушитель на линии горячего газа; .5 — предохранительный клапан; 6 — запорный
вентиль на линии жидкого хладагента; 7 — зарядный вентиль; 3 — ресивер; Я —смот-
ровое стекло; 10— стеклянная вставка для наблюдения за течением жидкого хлада-
гента; 11 — осушитель; 12 — теплообменник для передачи тепла от горячей жидкости
к всасываемому э компрессор газу; 13— фильтр; 14 — соленоидный клапан; 15 — тер-
морегулнрующнй вентиль; 16 — запорный вентиль; /7 — трубопровод возврата масла;
18—манометры для измерения давлений всасывания, выхлопа и масла; 19 — дроссе-
лирующий клапан: 20 — виброизоляторы: И — испаритель; Конд. — конденсатор; К —
компрессор; Э — электродвигатель
давлением выталкивает в конденсатор газообразный хладагент
по трубопроводу горячего газа вместе с частицами масла в виде
тумана. В конденсаторе хладагент сжижается, смешивается с
маслом 'И течет по жидкостному трубопроводу под высоким
давлением к расширительному вентилю, который пропускает
смесь хладагента с маслом при низком давлении в испаритель.
Жидкий хладагент превращается в газ и отделяется от масла,
и оба текут через всасывающий трубопровод к компрессору.
Трубопроводы горячего газа, жидкости и всасывания должны
быть запроектированы и смонтированы с учетом экономических
соображений. Трубопроводы горячего газа от выхлопа компрес-
сора до конденсатора следует рассчитывать на малое падение
давления, но скорости должны быть достаточными для транс-
портирования масла при минимальных холодильных нагрузках
(т. е. при разгруженных цилиндрах компрессора) как в горизон-
тальных, так и в вертикальных участках. Жидкостные трубо-
проводы обычно рассчитывают на малое падение давления, уде-
ляя особое внимание существенным потерям на трение и изме-
25!
нениям статического давления (вследствие подъемов). Может
оказаться необходимым увеличить переохлаждение жидкости
для предотвращения вскипания в жидкостной линии. Трубопро-
воды к испарителям следует подводить так, чтобы обеспечивать
надлежащее распределение хладагента.
Линия всасывания от испарителя к компрессору должна
быть рассчитана на возвращение масла при минимальных нагруз-
ках (также как линия выхлопа), причем система регулирования
испарителя устроена так, чтобы жидкий хладагент не попадал в
компрессор.
Для обеспечения скоростей, необходимых для переноса мас-
ла при всех нагрузках, может быть применена система с двумя
стояками [24—27] (в вертикальных трубопроводах горячего га-
за и всасывания). Типовые рекомендации по расчету линий хлад-
агента таковы:
трубопроводы горячего газа и всасывания: минимальные ско-
рости в горизонтальных линиях 3,8, в вертикальных 7,5 м/с;
максимальные — 15 м/с; наибольшее падение давления в лини-
ях горячего газа 20, в линиях всасывания 7 кПа;
жидкостные трубопроводы: максимальное падение давления
20 кПа.
При параллельном соединении компрессоров всасывающие
трубопроводы должны быть устроены так, чтобы все компрес-
соры работали при одном и том же давлении всасывания и мас-
ло к ним возвращалось в пропорции, соответствующей рабочим
давлениям.
Выхлопные трубопроводы следует соединять в общий коллек-
тор, чтобы конденсат из горячего газа, который может появить-
ся в период выключения, не попадал обратно в компрессор
(впоследствии жидкость при запуске машины может его повре-
дить) и масло из работающего компрессора не проникало в не-
работающий.
Между картерами компрессоров должны быть устроены
уравнительные линии, чтобы масло находилось на одном уровне
и компрессоры смазывались одинаково. Для выравнивания дав-
ления во многих конденсаторах и во избежание попадания горя-
чего газа в жидкостную линию также необходима уравнитель-
ная линия горячего газа. Трубопроводы и арматура показаны на
рис. 7.15.
Ручные запорные вентили служат для отключения отдель-
ных частей системы при обслуживании.
Зарядные вентили обычно находятся на жидкостной линии и
служат для зарядки системы необходимым количеством хлад-
агента.
Ресиверы жидкости служат для сбора и хранения запаса
хладагента, если конденсатор не обладает достаточной емкостью
и система «спускает» давление. Они всегда необходимы при ис-
пользовании испарительных конденсаторов.
252
Фильтры предотвращают засорение вентилей и повреждение
компрессоров посторонними частицами.
Соленоидные вентили регулируют течение хладагента к рас-
ширительным вентилям.
Расширительные вентили пропускают хладагент в испарите-
ли или воздухоохладители в соответствии с нагрузкой.
Теплообменники (в системах, заряженных R12) передают
тепло от жидкого хладагента к всасываемому газу, что повы-
шает эффективность машин, препятствует вскипанию жидкости
и ее попаданию в компрессоры.
Осушители и дегидраторы удаляют влагу из систем, препят-
ствуют замерзанию и закупорке отверстий, например в расшири-
тельных вентилях.
Глушители на линии горячего газа иногда используют для
устранения пульсаций в выхлопных линиях, уменьшения шума и
вибрации. Их не применяют, если имеются масляные сепарато-
ры.
Сепараторы масла служат для отделения масла от хладаген-
та и возвращения масла в компрессоры. Они могут быть исполь-
зованы взамен двух стояков, однако эффективность сепарато-
ров недостаточно высока. Имеются и другие вспомогательные
устройства и приборы, однако перечисленные применяются на-
иболее часто. В одной установке эти приборы редко применя-
ются все вместе.
7.13. СИСТЕМЫ С КОМНАТНЫМИ ТЕПЛОВЫМИ
НАСОСАМИ
В запатентованной теплонасосной системе утилизации
тепла (рис. 7.16) применяют комнатные агрегатные герметичные
тепловые насосы, работающие по схеме вода — воздух. Агрега-
ты могут либо охлаждать помещения, отводя тепло в водяной
контур' (холодильный цикл), либо отапливать помещения, из-
влекая тепло из воды, циркулирующей в водяном контуре (цикл
теплового насоса).
Зимой при работе тепловых насосов ими может подаваться
около */з необходимого тепла. Полное покрытие потребности в
тепле достигается подводом его от котла или другого источника.
Летом при работе агрегатов в нормальном холодильном цикле
избыточное тепло отводится в градирне. Экономия на эксплуа-
тации достигается в переходный период, когда нарушаются теп-
ловые балансы в отдельных частях зданий (например, облуче-
ние одной из зон солнцем в то время, как другие находятся в
тени; наличие теплоизбытков во внутренних зонах при тепло-
потерях во внешних и т. п.). Рассматриваемая система позволя-
ет утилизировать избыточное тепло в одних помещениях и пере-
давать его по водяному контуру в другие помещения (зоны),
где требуется отопление. Кроме того, можно дополнительно ути-.
253
Рис. 7.16. Система с агрегатными комнатными тепловыми насоса;мн
/ — комнатные тепловые насосы; 2 — подающий трубопровод; 3 — водоподогреватель:
4 — автоматический регулирующий водяной клапан; 5 — котел; о — отопительный насос;
7 — насос, осуществляющий постоянную циркуляцию воды в водяном контуре; 8 —
автоматический регулирующий клапан; 9 — градирня; 10 — обратный трубопровод
лизировать тепло воздуха, удаляемого системами вытяжной вен-
тиляции.
Наружный воздух, требующийся для вентиляции, можно вво-
дить отдельно с помощью небольшой системы с центральным
кондиционером, оборудованным аппаратами для фильтрации,
подогрева и увлажнения воздуха в холодный период года. Зада-
ча комнатных агрегатов, таким образом, состоит в охлаждении
помещения и наружного воздуха или дополнительном подводе
тепла в помещения, что позволяет упростить эксплуатацию и
максимально утилизировать теплоизбытки в здании.
Зонировать 'систему не надо, и она может одновременно об-
служивать как внешние, так и внутренние зоны. Каждый агре-
гат автоматизирован и имеет устройства для настройки и в лю-
бое время года может подавать тепло или холод.
7.14. СОВМЕЩЕННЫЕ ВОЗДУШНО-
ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
Кроме эстетических соображений при устройстве совме-
щенных воздушно-осветительных систем преследуется цель -сни-
зить теплопоступления и удалить тепло, выделяемое светильни-
254
ками, а это позволяет уменьшить нагрузки на холодильные ма-
шины и утилизировать тепло на нужды самих систем, снизить
эксплуатационные и, по возможности, капитальные затраты. Все
это достигается пропуском рециркуляционного воздуха через
утопленные в потолок светильники с люминесцентными лампа-
ми. Светильники частично входят в надпотолочное пространство,
которое образует рециркуляционно-вытяжной воздуховод. По
нему с воздухом удаляется тепло, выделяемое лампами и пуско-
выми устройствами светильников. Светильники некоторых типов
позволяют пропускать через* них часть или полное количество
приточного воздуха, необходимого для компенсации удаляемого.
Рассматриваемые системы можно применять для внутренних и
внешних зон зданий. Теплоизбытки во внутренних зонах практи-
чески постоянны, поэтому всегда необходимо охлаждение. Теп-
лый рециркуляционный воздух можно прямо использовать для
подогрева наружного воздуха без уменьшения общего количест-
ва приточного воздуха в каждую комнату при помощи специ-
альных смесительных аппаратов, снабжаемых первичным возду-
хом, которые рассмотрены в разд. 6.12. Эти аппараты дают воз-
можность отказаться от установки местных догревателей.
При правильном размещении светильников и надлежащем
выборе количеств воздуха может быть отведено до 64% тепла,
выделяемого светильниками. В надпотолочном пространстве при
интенсивности освещения 32 Вт/м2 пола и расходе рециркуля-
ционного воздуха 0,5 м3/с на 100 м2 пола температура может
подняться на 3,3°С. Вообще же возможен подъем температуры
по сравнению с температурой в помещении на 2,7—5,4°С. Отда-
ча тепла и характеристики воздушно-осветительных светильни-
ков подробно рассмотрены в работах [29—31].
Рассматриваемые системы могут быть также использованы
для покрытия теплопотерь в периметральных зонах (рис. 7.17)
непосредственно или с догревом. Они представляют собой уст-
ройства, которые позволяют в целях экономии балансировать
энергетические потребности внешних и внутренних зон, поэтому
их особенно целесообразно применять совместно с тепловыми
насосами, использующими внутренние источники тепла (см.
разд. 7.16).
Функции приточной системы периметральной зоны состоят в
том, чтобы покрывать теплопотери или ассимилировать теплопз-
бытки в периметральной части здания, которые изменяются по
линейному закону от разности температур наружного и внутрен-
него воздуха.
Смесительные аппараты внешней зоны предназначены только
для борьбы с избыточным теплом (правда, на верхних этажах
может потребоваться и отопление для покрытия теплопотерь по-
толка). При отсутствии солнечной радиации эти аппараты могут
уменьшать количество подаваемого воздуха. Аппараты внутрен-
них зон предназначены только для ассимиляции теплоизбытков.
255
Рис. 7.17. Совмещенная воздушно-осветительная система
1 —'надпотолочное пространство, служащее каналом для рециркуляции внутреннего
воздуха; 2 — смесительная коробка; 3 — совмещенный приточно-вытяжной светильник;
4—канал рециркуляционного воздуха; 5 — рециркуляционно-вытяжной вентилятор;
6 — приточный вентилятор внешней н внутренней зон; 7 — воэдухоохладитсль-осушн-
тель; 8 — воздухоподогреватель; 9— приточный вентилятор периметральной зоны; 10 —
периметральный приточный аппарат; // — периметральная зона; 12 — внешняя зона;
/3 — внутренняя эона; 14 — вытяжной светильник; ОА, RA, ЕА и S4 — соответственно
наружный, рециркуляционный, удаляемый в атмосферу и приточный воздух; МВК —
моторные воздушные клапаны на воздухозаборных каналах и на канале выбрасы-
ваемого воздуха
Совмещенные воздушно-осветительные системы обладают
светотехническими преимуществами; люминесцентные лампы
дают наибольшую светоотдачу и имеют наивысший КПД при
температуре 24—27°С; при воздушном охлаждении температура
в светильниках составляет 27—29°С против 38°С в обычных; воз-
растает срок службы ламп и меньше изменяется цвет светового
потока.
Используют также и светильники, охлаждаемые одновремен-
но и воздухом и водой [33], а также незамерзающим водным
раствором и охлажденной водой, пропускаемыми соответственно
через светильники и радиационные панели потолка; осушенный
воздух подается отдельно.
256
7.15. СИСТЕМЫ С ВЕНТИЛИРУЕМЫМИ ПОТОЛКАМИ
Воздух подается в пространство над подвесным потол-
ком, в котором создается относительно небольшое избыточное
давление, необходимое для обеспечения равномерного распреде-
ления. В помещение воздух вводится через перфорацию (рис.
7.18) при сравнительно высокой скорости так, чтобы в рабочей
зоне скорость составляла 0,12—0,25 м/с и не ощущалось дутье.
Для обеспечения равномерного давления в надпотолочном
пространстве необходимо учитывать следующие три причины
возможных помех и выхода воздуха из щелей потолка в
различных количествах: потери на трение в надпотолочном про-
странстве, потери давления при обтекании препятствий (напри-
мер, балок, корпусов светильников, подвесок потолка и т. п.) и
восстановление статического давления при уменьшении скоро-
сти. Методы расчетов распределения давления в надпотолочном
пространстве и поддержания давления в приемлемых пределах
рассмотрены в работах [34, 35]. Эти методы предотвращают
образование зон отрицательных давлений и обратных потоков (в
надпотолочное пространство) вблизи ответвлений от магист-
рального канала или препятствий.
В вентилируемых потолках могут быть использованы перфо-
рированные акустические плиты (с общей площадью отверстий,
составляющих около 2% площади плит), плиты со щелями или
щелевые решетки [36]. Желательные объемы приточного возду-
ха и равномерность его распределения могут быть достигнуты
путем изменения отношения площадей вентилируемых и невенти-
лируемых плит, настройки подвижных заслонок, расположенных
непосредственно над воздухораспределительными щелями, или
лопастей в решетках.
7.17
Рис. 7.18. Система с вентилируемым потолком
/— приточный канал с ответвлением и клапаном для регулирования расхода; 2 — пол
вышележащего этажа; 3 — несущая конструкция; 4 — надпотолочное пространство с
избыточным по отношению к помещению давлением; 5— утопленный в потолок све-
тильник; 6 — вентилируемый потолок; 7 — ограждение помещения
9 Зак. 430 2 57
Конструкция потолка должна быть такова, чтобы не допус-
кать утечки воздуха и сводить к минимуму теплопередачу. Утеч-
ки не должны превышать 1 %, общего объема воздуха. Если свер-
ху надпотолочное пространство прилегает к покрытию, то его
следует теплоизолировать, чтобы коэффициент теплопередачи
К был бы не менее 0,86 Вт/(м2-°С), а в некоторых случаях и зву-
коизолировать. Для зонирования подачи воздуха в целях регу-
лирования надпотолочное пространство можно разделять пере-
городками.
Рециркуляцию необходимо организовать так, чтобы воздух
транспортировался по специальным отсекам потолка или прохо-
дил через стенные или напольные решетки в вытяжные воздухо-
воды из каждой комнаты и далее по воздуховодам, проложен-
ным в коридоре. В последнем случае сопротивление решеток
должно быть невелико, и в помещениях нельзя создавать избы-
точное давление, нарушающее воздухораспределение. Живые се-
чения решеток должны составлять не менее 80%, живого сечения
участка потолка, приходящегося на каждую решетку. Расчет
воздуховодов и их компоновка производятся обычным порядком.
Они могут быть рассчитаны на перемещение воздуха с высоки-
ми или низкими скоростями, но ответвления в надпотолочное про-
странство должны быть рассчитаны на низкую скорость и снаб-
жены клапанами для настройки расхода воздуха. Ответвления
следует располагать так, чтобы обеспечить равномерное давле-
ние в надпотолочном пространстве. Необходимая информация о
способах обеспечения этих требований приведена в инструкциях
изготовителей подвесных потолков.
7.16. СИСТЕМЫ С УТИЛИЗАЦИЕЙ ТЕПЛА
ОТ ВНУТРЕННИХ ИСТОЧНИКОВ
(ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ)
С помощью тепловых насосов можно использовать теп*
лопоступления от освещения, людей, солнечной радиации и ма-
шин для покрытия теплопотерь. Эти системы обычно работают
только на электроэнергии и могут быть выполнены так, чтобы
накапливать энергию в непиковые периоды, когда действуют
пониженные тарифы на оплату электроэнергии. Применение
центробежных холодильных машин в качестве тепловых насосов
возможно в зданиях площадью минимум 3700 м2. Холодильные
машины с поршневыми и винтовыми компрессорами можно при-
менять для этой цели в зданиях меньшей площади, а также в
больших зданиях, где устанавливается много машин. Перед тем
как применить центробежные машины в качестве тепловых на-
сосов при частоте тока 50 Гц вместо 60 Гц, необходимо прокон-
сультироваться с изготовителями оборудования. Отвод тепла от
конденсатора в закрытый водяной контур может быть организо-
ван так, чтобы вода имела температуру около 38°С и могла слу-
258
жить теплоносителем для теплообменников СКВ, которые сле-
дует соответственно рассчитывать.
В современных зданиях генерируется достаточно тепла для
частичного покрытия теплопотерь помещений, прилегающих к
внешней оболочке зданий. СКВ таких зданий одновременно дол-
жны обеспечить отопление внешних зон и охлаждение внутрен-
них. В зависимости от интенсивности солнечной радиации может
потребоваться переключение с отопления на охлаждение и на-
оборот ежедневно и даже ежечасно.
Системы с тепловыми насосами, использующие внутренние
источники тепла, могут передавать тепло из внутренних зон в по-
мещения, где требуется отопление. Тепловой насос может также
обеспечить необходимый для регулирования влажности догрев
в летнее время.
Теплопотери состоят из трансмиссионных потерь и потерь на
нагрев вентиляционного и инфильтрующегося воздуха. Внутрен-
ние поступления тепла, которые могут покрыть эти потери, со-
стоят из выделений от искусственного освещения, деловых ма-
шин, электродвигателей вентиляторов СКВ и насосов, а также
тепла, извлекаемого из удаляемого воздуха; тепловыделений
лифтовых двигателей, трансформаторов и т. д. Тепловыделения
людей можно не учитывать, что создает известный «запас». При
определении мощности оборудования не надо особенно рассчи-
тывать на поступление тепла от солнечной радиации. Теплопоте-
ри и теплопоступления следует рассчитывать на крайние усло-
вия и широкий диапазон промежуточных условий. Построение
балансовых тепловых графиков и методы проектирования си-
стем с тепловыми насосами, использующими внутренние источ-
ники тепла, а также анализ капитальных и эксплуатационных
затрат приведены в работе [38]. Особое значение в определении
пригодности этих систем представляет отыскание точки балан-
са, т. е. наружной температуры, при которой внутренние тепло-
выделения становятся равными теплопотерям здания.
Рассматриваемые системы применимы для зданий с большим
отношением внутренних тепловыделений к потерям тепла (чем
ближе точка баланса к расчетной зимней температуре, тем луч-
ше), где потребление электрической энергии сравнимо с потреб-
лением тепла и где зимние и летние расчеты нагрузки примерно
равны.
7.17. СИСТЕМЫ ПОЛНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
Системы с единым источником энергии потребляют один
вид энергии или топлива для удовлетворения потребностей зда-
ния или комплекса зданий. Источниками энергии могут быть
электричество, природный, искусственный или жидкий газ, твер-
дое или дизельное топливо, солнечная энергия. Системой полного
энергоснабжения называют систему, не нуждающуюся в подве-
Э* Зак. 430
259
дении электроэнергии со стороны и обеспечивающую все энер-
гетические потребности здания. Ее можно также называть мест-
ной энергетической системой [39]. Термин «система полного
энергоснабжения» относится к системе, в которой источником
энергии служит природный газ, подводимый к первичному дви-
гателю, с помощью которого получается электроэнергия, исполь-
зуемая для отопления, кондиционирования воздуха, освещения,
привода машин и горячего водоснабжения (рис. 7.19). Первич-
Рис. 7.19. Система полного энергоснабжения
/ — трубопровод природного газа; 2 — газовая турбина; 3 — электрогенератор; 4 —
провода силового тока; 5 — провода тока на освещение; 6 — поток отходящих газов;
7 — котел-утилнзатор; 8— паропровод; 9— абсорбционная холодильная машина; 10 —
трубопровод охлажденной воды; 11— водоподогреватель; 12 — трубопровод системы
горячего водоснабжения
ным двигателем может быть газовый поршневой двигатель, но
больше подходит газовая турбина. В турбине можно сжигать
различные виды газообразного топлива, она имеет низкий показа-
тель отношения массы к мощности и большой ресурс (обычно
20 000 ч между капитальными ремонтами) и на практике показа-
ла себя очень надежной.
Экономика рассматриваемых систем весьма сложна. Первич-
ная энергия, затрачиваемая на получение электричества, долж-
на быть достаточно дешевой и позволять осуществлять утилиза-
цию отходящего тепла с небольшими затратами. Представля-
ется возможным утилизировать 70—80 % тепла, подводимого к
турбине, однако соотношение между отопительной, охладитель-
ной и электрической нагрузками должно быть таким, чтобы
можно было достигнуть их разумного балансирования и избе-
жать при этом потерь энергии.
В типовой схеме системы, показанной на рис. 7.19, в каче-
стве источника энергии служит природный газ, подводимый к
260
газовой турбине, вращающей электрогенератор. В котле-утили-
заторе тепло отходящих газов от турбины используется для по-
лучения пара, расходуемого на отопление, приготовление горя-
чей воды и охлаждение воды для СКВ в абсорбционной холо-
дильной машине. Если тепла на отопление потребляется больше,
чем можно получить от отходящих газов, то природный газ по-
дают прямо в топку водогрейного котла. Успешная утилизация
отходящего тепла — ключ к повышению эффективности систем
и представляет собой фактор, определяющий экономическую це-
лесообразность применения» систем полного энергоснабжения
[40] (см. т. 6 настоящей серии монографии «Полное энерго-
снабжение»).
7.18. РАЙОННЫЕ СИСТЕМЫ СНАБЖЕНИЯ
ОХЛАЖДЕННОЙ ВОДОЙ
Районной называется система, в которой от центральных
установок охлаждения и перекачки охлажденной воды снабжа-
ются здания, расположенные в большом районе. Главное досто-
инство этой системы при большой ее мощности (свыше 53 000
кВт) — значительное уменьшение установочной мощности вслед-
ствие учета неравномерности распределения пиковых нагрузок
между зданиями.
При проектировании систем районного холодоснабжения не-
обходимо учитывать расстояния между зданиями, суммарную
пиковую нагрузку, коэффициент одновременности пиковых на-
грузок и средний коэффициент нагрузки. Следует также прини-
мать во внимание типы применяемых в зданиях установок кон-
диционирования воздуха, поскольку от них зависит расчет кон-
тура первичной воды и насосных установок системы холодо-
снабжения (расходы воды могут быть постоянными или меня-
ющимися в зависимости от СКВ). Для уменьшения капитальных
и эксплуатационных затрат в системах районного холодоснабже-
ния целесообразно принимать большие перепады температур
воды. Например, применение перепада в 10°С вместо 6,7°С, ха-
рактерного для децентрализованных систем, позволяет снизить
расход воды на */з- Поскольку стоимость распределительной се-
ти трубопроводов составляет около 27,5%, всех затрат [41], сни-
жение расхода воды, а следовательно, и уменьшение диаметров
труб может дать существенную экономию денежных средств.
Экономическое исследование [42] показало, что по сравнению с
децентрализованной районная система по капитальным затра-
там на 25% дешевле. Поскольку стоимость водоохладителей со-
ставляет 20—25% стоимости системы, указанная экономия до-
стигается, во-первых, вследствие уменьшения установочной мощ-
ности, возможной при центральном холодоприготовлении, а во-
вторых, вследствие меньшей удельной стоимости мощных и бо-
лее эффективных холодильных машин, приходящейся на едини-
261
цу холодопроизводительности. Например, 25 децентрализован-
ных СКВ ico своими собственными холодильными установками с
общей установленной холодопроизводительностью в 23 000 кВт,
если учесть коэффициент одновременности, могут снабжаться
холодом от районной системы с пятью холодильными машина-
ми общей холодопроизводительностью 17 600 кВт. Эксплуатаци-
онные затраты при использовании районных систем холодоснаб-
жения сокращаются примерно на 20%.. При этом облегчается
обслуживание и уменьшается потребность в обслуживающем
персонале. Становится возможным централизованно размещать
холодильную станцию, градирни, насосы и средства автоматиче-
ского регулирования, что сообщает системе архитектурные и аку-
стические преимущества и упрощает распределение электроэнер-
гии, подводимой к компрессорам.
Системы централизованного снабжения охлажденной водой
применяют в больших районах, таких, например, как аэропорты
и промышленные комплексы. Первая система централизованно-
го тепло-и холодоснабжения ряда зданий смонтирована в Харт-
форде (штат Коннектикут, США) [41] в 1962 г. Ее первоначаль-
ная мощность 23 300 кВт холода и 13,6 кг/с пара; ожидается, что
холодопроизводительность возрастет до 53 000 кВт.
В США проявляется большой интерес к районным сетям па-
роснабжения, так как одни и те же котлы в летнее время могут
быть использованы для питания паром абсорбционных холодиль-
ных машин районной системы холодоснабжения.
7.19. ОТОПИТЕЛЬНО-ОХЛАДИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ,
ПИТАЕМЫЕ ПАРАМИ ХЛАДАГЕНТА
Недостаток систем воздушного отопления и охлаждения со-
стоит в том, что воздух обладает малой массой и небольшой
удельной теплоемкостью. Поэтому требуются большие объемы
воздуха и, (следовательно, воздуховоды значительного сечения.
Использование водовоздушных систем приводит к уменьшению
затрат полезной площади зданий, поскольку, например по 25-
миллиметровой трубе можно передать столько же холода, как
и по высокоскоростному воздуховоду диаметром 300 мм.
Биллингтон [44] предложил систему, в которой тепло- и хо-
лодоносителем служит хладагент. Посредством изменения дав-
ления хладагента одни и те же трубопроводы используют для
отопления зимой и охлаждения летом. Хладагент может кон-
денсироваться в развитых теплообменниках (радиаторах, кон-
векторах пли панелях) зимой и испаряться летом. Такая система
подходит главным образом для климатических районов в зда-
ниях с умеренными холодильными нагрузками (меньшими, чем
отопительные). Успешно выполняет свои функции швейцарская
система [45], в которой хладо- и теплоносителем служит хлада-
гент 7? 144 с температурой замерзания —94°С, температурой ки«
262
пения 3°С при атмосферном давлении и 99°С при давлении 1550
кПа (рис. 7.20). В холодный период года градирня, компрессор
и расширительный вентиль отключаются, тепло передается к
хладагенту горячей водой, циркулирующей через котел и тепло-
обменник. Горячие пары хладагента проходят через радиаторы
вследствие подъема давления при нагреве. Летом котел отклю-
чается, а градирня, компрессор и расширительный вентиль вклю-
чаются и система работает в обычном парокомпреосионном
цикле.
Рис. 7.20. Отопительно-охладительная
система, заряженная хладагентом
1 — отопительный котел (летом не работает):
2 — водоподогреватель (зимой) илн конден-
сатор (летом); 3 — расширительный вентиль
(зимой отключен): 4— сеть трубопроводов,
по которым зимой движется горячий пар
хладагента, а летом •— холодный; 5 — ком-
натные панели (зимой нагревательные, ле-
том охладительные); б — холодильный ком-
прессор (зимой отключен); 7 — поплавковый
клапан; <9 —градирня (зимой отключена);
9— насос, перекачивающий зимой горячую
воду, летом воду на охлаждение конденса-
тора
Особое внимание; при монтаже должно быть уделено удале-
нию влаги из трубопроводов для транспортирования хладаген-
та, что необходимо для предотвращения замерзания трубопрово-
дов первичной воды во время эксплуатации и конденсации вла-
ги на теплообменниках в цикле охлаждения.
7.20 ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Эффект Пельтье состоит в поглощении и выделении теп-
ла на спаях двух различных материалов при прохождении через
них электрического тока. Открытый в 1834 г. эффект Пельтье
только теперь начали использовать для охлаждения благодаря
производству соответствующих материалов (полупроводников).
Термоэлектрическая система (рис. 7.21) аналогична пароком-
преосионной системе, что видно из следующего сопоставления:
Парокомпрессионная система
Компрессорно-моторный агрегат
Конденсатор
Испаритель
Трубопроводы
Хладагент
Расширительный вентиль
Термоэлектрическая система
Батарея
Горячий спай
Холодный спай
Электропровода
Электроны
Разность потенциалов
263
Кроме того, потери в компрессорно-моторном агрегате мож-
но сравнить с потерями в батарее и термоэлектрических.матери-
алах. Регулирование мощности можно осуществлять изменени-
ем силы электрического тока, а работу в цикле теплового насо-
са — изменением направления тока.
Рис. 7.21. Термоэлектрическая система
/ — батарея; 2— электропровод; 3 — поток электронов;
4 — горячий спай; 5 — полупроводник; 6 — холодный
спай; 7 — полупроводник; 5 —разность потенциалов
Характеристики термоэлектрических материалов и принципы
их применения в холодильной технике и кондиционирования воз-
духа рассмотрены в работах [46, 47], а оборудование для тер-
моэлектрического охлаждения (без изменения влажности)—в
работах [48—51].
Термоэлектрические системы получили ограниченное приме-
нение на объектах, где придается большое значение объему, за-
нимаемому оборудованием, а также на объектах, где охлади-
тельное оборудование подвергается вибрациям и должно рабо-
тать в различных положениях (т. е. на морских судах, лета-
тельных и космических трансрортных средствах).
Капитальные вложения в термоэлектрические системы при-
мерно в два раза превышают капитальные вложения в обычные
системы, а эксплуатационные затраты в три раза [51]. Со сни-
жением стоимости термоэлектрических материалов и с увеличе-
нием их производства в ближайшие годы термоэлектрические
системы будут применять в возрастающей степени для специа-
лизированных установок малой мощности.
7.21. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ramsey, М. A., Tested Solutions to: Design Problems in Air Conditioning,
Sect. 9, Industrial Press, New York, 1966.
2. Shataloff, N. S., High Velocity Dual Duct Systems, Air Condit. Heat.
Vent., 61, (12), R1 (1964).
3. Dual Duct Systems, Chap. 2, Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit. Engrs
Guide, 1964. 1
4. Handbook of Air Conditioning System Design, IO, McGraw-Hill, New
York, 1965.
5. Cerami, V. V., and Shataloff, N. S., Quiet High Velocity Air Distribution,
Air Condit. Heat. Vent, 61, 8, 71 (1964).
264
6 Variable Air Volume (VAV) Systems (5 Papers), Air Condit. Heat. Vent.,
63, (3), 56 (1966).
7. Handbook of Air Conditioning System Design, 10, McGraw-Hill, New-
York, 1965.
8. Handbook of Air Conditioning System Design, 11, McGraw-Hill, New
York, 1965.
9. Induction Unit Systems, Chap. 3, Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit.
Engrs Guide, 1964.
10. Conduit Inductionaire System Design Manual, Carlyle Air Condit. and
Refrig., London, 1963.
11. Design of High Pressure Induction Air Conditioning Systems, booklets
1—6, Trane Co., USA, 1965. »
12. UniTrane Engineering Manual, Bull. D-420, Trane Co., USA, 1955.
13. Blum, R., Two, Three and Four Pipe Air Conditioning Systems, Air
Condit. Heat. Vent., 63, (4), 57 (1966).
14. Fan-Coil Conditioner Systems, Chap. 4, Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Con-
dit. Engrs Guide, 1964.
15. What Do You Mean — A Three-Pipe System? (booklet), A. I. McFarlan
Inc., New York.
16. Gupta, H. C., Comparative Air Conditioning Operating Costs, ASE, 67
(1959).
17. Stockford, W. E., Operating Cost Comparison Between a Three-Pipe
System and a Conventional iwo-Pipe System, ASE, 4, No. 1 (July 1960).
18. Three-Pipe Air Conditioning Systems, Sect. 2, As Applied with Induction
Conditioners. Form K120.05—Ab2 (962), York Corp., USA, 1962.
19. Barth, R. M., Three-Pipe Control Considerations, Am. Soc. Heat. Refrig.
Air-Condit. Engrs JI, 5, (11), 63 (1963).
20. Spethman, D. H., Four-Pipe System Control, Am. Soc. Heat. Refrig.
Air-Condit. Engrs JI, 5, (9), 32 (1963).
21. Bocke, 4. W„ New Developments in the Computer Design of Air Condi-
tioning Systems, J. Instn Heat. Vent. Engrs, 35, 195 (1967).
22. Raber, B. F., and Hutchinson, F. W., Panel Heating and Cooling Analy-
sis, Wiley, New York, 1947.
23. Panel-Air-Systems for Air Conditioning, Chap. 5, Am. Soc. Heat. Refrig,
Air-Condit. Engrs Guide, 1964.
24. Reciprocating Compressor Manual, Trane Co., USA, 1964.
25. Ramsey, M. A., Tested Solutions to: Design Problems in Air Conditio-
ning, Sect. 6, 80, Industrial Press, New York, 1966.
26. Handbook of Air Conditioning System Design, 3, McGraw-Hill, New
York, 1965.
27. Refrigeration Piping, Session 2, Air Conditioning Clinic, Trane Co.,
USA, 1957.
28. The Temkon Versatemp System of Air Conditioning for Miltiriom Buil-
dings (brochure), Temperature Ltd., London.
29. Quin, M. L., and Bradley, R. C., Preprint No. 37 of Illuminating Eng.
Soc. of USA (Sept. 1961).
30. Quin, M. L., and Kennedy, W. W., Preprint No. 1 of Illuminating Eng.
Soc. of USA (Sept. 1959).
31. Roberts, G. G. M., The Problem of Heat Gain from High Levels of Illu-
mination, J. Instn. Heat. Vent. Engrs, 31, 349 (1964).
32. Winston, J. R., Control Design Considerations for Heat-of-Light System,
Barber-Colman, USA.
33. Meckler, G„ Hoertz, A. E., and Meckler, M., Dynamically Integrated
Lighting and Air Conditioning, Heat. Pip. Air Condit., 35, 4, 124 (1963).
34. Plenum Engineering Procedures (booklet), Armstrong Cork Co., USA,
1963.
35. Mariner, T., Plenum Engineering — ’A key to Success with Ventilating
Ceilings, Heat. Pip. Ar Condit., 34, 10, 131 (1962).
36. A Report on Plenum Leakage (booklet), Armstrong Cork Co., USA, 1963.
265
37. Ventilating Ceilings, Air Condit Heat. Vent., 63, 5, 80 (1966).
38. Szabo, B. S., Internal-Source Heat Pump Systems, Air Condit. Heat.
Vent, 63, (5), 51, 70 (1966).
30. What You Should Know About Onsite Energy Systems, Heat. Pip. Air
Condit., 36, (7), 159 (1964).
40. Finding Cost Feasibility of Onsite Energy Systems, Heat. Pip. Air
Condit., 37, (3), 161 (1965).
41. Smith, L., The Hartford Story, Heat. Pip. Air. Condit., 36, 9, 115 (1964).
42. Wilson, M. J., Campus Chilled Water Plants—District vs Centralized,
Heat. Pip. Air Condit., 36, 11, 106 (1966).
43. NDHA Consders Chilled Water as a Utility, Heat. Pip. Air. Condit., 36,
8, 112 (1964).
44. Billington, N. S., The Next Decade and After, Theme 2/1, Proc, of In-
ternational HEVAC Conference, 1961.
45. Lieberg, O. S., Refrigerant Vapour Heating — Cooling Systems, Air
Condit. Heat. Vent., 61, (9), 62 (1964).
46. Threlkeld, J. L., Thermal Environmental Engineering, 118, Prentice-Hall,
London, 1962.
47. Thermoelectric Cooling, Chap. 2, Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit.
Engrs Guide, 1963.
48. Newton, A. B„ Thermoelectric Systems of Cooling and Heating: Mate-
rials and Performance, Heat. Pip. Air Condit., 35, 10, 123 (1963).
49. Newton, A. B„ Power and Control Systems, Heat. Pip. Air Condit., 35,
(11), 152 (1963).
50. Newton, A. B., How They Are Being Applied, Heat. Pip. Air Condit., 35,
(12), 125 (1963).
51. Sheard, A. R., Thermoelectricity, and Air Conditioning, J. Inst Heat.
Vent. Engrs, 33, 373 (Jan. 1965).
Глава 8
КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА
В ЗДАНИЯХ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
8.1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТУ СИСТЕМЫ
При заданных наружных условиях и внутренних нагруз«
ках предлагаемая СКВ должна хорошо сочетаться с обслужива-
емыми помещениями, а также с другими системами инженерно-
го оборудования здания. Кроме того, необходимо, чтобы систе-
ма справлялась с суточными и годовыми изменениями темпера-
туры, влажности, воздействием ветра и солнечной радиации; от-
зывалась на изменения внутренних нагрузок в соответствии с
передвижением людей и работой машин, оборудования и искус-
ственного освещения; соответствовала максимальным тепловым
и холодильным нагрузкам и удовлетворительно работала при ча-
стичных нагрузках (большую часть года она работает на пони-
женных нагрузках и в течение относительно короткого време-
ни— на максимальных); была способна управлять изменяющи-
мися и отличающимися от максимальных расчетных нагрузок
соотношениями явного и скрытого тепла; обеспечивала вентиля-
цию помещений в течение всего года, не вызывая ощущений «ду-
хоты» и «дутья» и не производя шума или вибрации.
Инженер-проектировщик должен иметь в виду назначение
здания и финансовые аспекты, связанные с предлагаемой систе-
мой, при этом могут потребоваться предварительные технико-
экономические расчеты.
Первоначальные затраты на СКВ включают стоимость соб-
ственно системы, связанного с ней механического и электриче-
ского оборудования, дополнительных строительных работ (уст-
ройство фундаментов, виброизоляции и т. п.), стоимость площа-
ди и машинных залов, занимаемых элементами систем и их
вспомогательным оборудованием, и расходы на эксплуатацию и
обслуживание.
8.2. ФАКТОРЫ, УЧИТЫВАЕМЫЕ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
Проектировщик должен учитывать факторы, характери-
зующие здание и окружающую среду.
Расчетные наружные температуры и влажность следует при-
нимать по местным метеорологическим данным с учетом эконо-
мических соображений и возможных последствий при отклоне-
нии от заданных параметров внутреннего воздуха (см. т. 5 на-
267
'стоящей серии монографий). Можно допустить некоторые
отклонения внутренних параметров за нормальные пределы в
немногие зимние и летние дни с экстремальными наружными па-
раметрами, поскольку такие дни бывают настолько редко, что до-
полнительные затраты на оборудование большой мощности не
будут оправданы. Следует учитывать скорость и направление
ветра, ориентацию здания, его планировку и конструкцию, на-
грузку от инфильтрации некондиционированного воздуха.
Теплопоступления от солнечной радиации зависят от, геогра-
фического расположения (в частности, от широты) и ориента-
ции здания и меняются по часам и суткам в течение года. Коли-
чество поступающего тепла изменяется в зависимости от загряз-
нения воздуха в данной местности промышленными выброса-
ми, затенения соседними зданиями и отражения от прилегаю-
щих поверхностей, например воды.
Следует принимать во внимание местное загрязнение атмос-
феры, учитывать стандарты на фильтрацию и допустимое пыле-
содержание внутреннего воздуха. На выборе мест забора и уда-
ления воздуха может сказаться шум наземного транспорта и
особенно шум в близлежащих аэропортах.
Внутреннюю окружающую среду характеризуют температу-
ра, влажность, температура на поверхности ограждений, чистота
и скорость (пульсации и изменения направления) воздуха, коли-
чество вентиляционного воздуха, шум и вибрации, освещение и
его цвет, связи между помещениями и распределение простран-
ства, допустимые отклонения от расчетных величин.
Здание характеризуют материалы и толщина стен, покрытия
пола и перегородок и относительное расположение отдельных
слоев в конструкции; коэффициенты тепло- и влагопередачи;
площадь и тип остекления; внешняя отделка и цвет здания и их
влияние на поступление тепла от солнечной радиации; солнце-
защитные устройства и степень уменьшения ими поступления
лучистого тепла и света; масса здания и особенно ее влияние на
тепловую мощность системы.
Наружные ограждения кондиционируемых зданий оказыва-
ют главное влияние на вид и величину нагрузки, вызываемой
наружными условиями: температурой, влажностью, ветром и
солнечной радиацией. Наружные стены и покрытие здания со-
ставляют оболочку, внутри которой СКВ и система освещения
поддерживают искусственную окружающую среду. Оболочка
действует как климатический выравниватель. В период охлаж-
дения тепло, влага и солнечная радиация передаются в конди-
ционируемое пространство через оболочку здания. Мгновенные
теплопоступления снаружи составляют долю общих поступлений
в кондиционируемое пространство, однако общая тепловая на-
грузка на СКВ меньше, чем мгновенная, вследствие аккумули-
рующего эффекта здания. Водяные пары передаются в резуль-
тате разности между парциальными давлениями водяных паров
268
снаружи и внутри, зависящей от влагопроницаемости конструк-
ций. Дополнительно в_летнее время влажный воздух проникает
под действием ветра через неплотности окон и дверей. Солнеч-
ная радиация проникает в здания через остекленные поверхно-
сти. Интенсивность радиации зависит от географического распо-
ложения здания, его ориентации, широты местности, времени
суток и года, облачности, атмосферного тумана и содержания
водяных паров, типа стекла и солнцезащитных устройств. Тепло
солнечной радиации поступает также через непрозрачные на-
ружные ограждения, такие, как стены и покрытия. Радиация, па-
дающая на их поверхности, частично отражается (в зависимо-
сти от состояния и цвета наружных поверхностей), частично
поглощается и накапливается в конструкциях, а частично про-
ходит через них с некоторым запаздыванием.
Радиация, поступающая через остекленные поверхности, по-
глощается массивными конструкциями, часть ее отдается окру-
жающему воздуху конвективным путем, остальная часть накап-
ливается в них и отдается в помещения позднее. Таким образом,
теплопоступления от солнечной радиации, часто составляющие
большую долю холодильной нагрузки, сильно зависят от способ-
ности строительных конструкций поглощать и аккумулировать
тепло.
Влияние массы здания состоит в том, что она снижает ин-
тенсивность нагрузки от солнечной радиации и сдвигает ее во
времени. Чем выше теплоаккумулирующая способность конст-
рукции, тем ниже пиковая нагрузка и тем в большей степени
теплопоступления запаздывают в кондиционируемое помещение.
Важно также расположение теплоизоляции в многослойных кон-
струкциях, так как оно влияет на температурный перепад, а
отсюда и на среднюю температуру поверхности: конструкции в
рассматриваемой стене или покрытии [1]. Оно может оказать
значительное влияние на время «натопа» или «нахолаживания»
здания. Все это показывает важность расчетов холодильных на-
грузок в нестационарном переходном состоянии в отличие от
расчета теплопотерь, которые обычно производят для стацио-
нарных условий. Аккумулирующий эффект строительных конст-
рукций и тепло, подлежащее отводу и подводу СКВ, следует
тщательно рассчитывать. Поскольку холодильная установка мо-
жет работать с перерывами (т. е. только в дневное время), то
«пусковой момент» при утреннем запуске может оказаться зна-
чительным, и поэтому для его снижения часто необходимо пред-
охлаждение конструкций задолго до заполнения помещений
людьми.
Тепло- и влагопоступления от людей зависят от температуры
окружающего воздуха и степени активности каждого человека.
Количество и плотность расположения людей следует тщатель-
но анализировать.
Теплопоступления от искусственного освещения необходимо
269
определять с учетом типа ламп (накаливания, люминесцент-
ных, скрытых) и коэффициента одновременности их работы.
При использовании люминесцентных светильников принимают
во внимание тепло, выделяемое пускателями.
Следует тщательно рассчитывать тепло- и влагопоступления
от машин, оборудования и бытовых приборов, вводя поправки
на одновременность их действия. Нужно определять возможно-
сти минимизации этих нагрузок посредством местных отсосов.
При установлении тепловыделений от двигателей надо учиты-
вать разницу между подводимой и номинальной мощностью.
Необходимо принимать во внимание тепло, выделяемое па-
ровыми или водяными трубопроводами, проходящими через кон-
диционируемые помещения, а в производственных зданиях —
влагу, испаряющуюся с открытой поверхности баков.
Для производственных зданий следует тщательно рассчиты-
вать тепло и влагу, выделяющиеся или поглощаемые сырьем и
продукцией. Тепло и влага могут поступать из соседних некон-
диционируемых помещений вследствие разности температур, а
также под влиянием инфильтрации, вызываемой естественной
тягой, создаваемой зданием.
Тепло- и влагопоступления могут иметь место от установок
кондиционирования воздуха и воздушных потоков. Главные
источники теплопоступлений обычно вентиляторы и насосы СКВ
[2], которые передают часть энергии воздушным и водяным по-
токам. При охлаждении тепло может поступать через стенки при-
точных и рециркуляционных воздуховодов, проходящих по не-
кондиционируемым помещениям. Эффект охлаждения может те-
ряться вследствие попутных утечек кондиционированного возду-
ха из приточных каналов; подсосы некондиционированного воз-
духа в рециркуляционные каналы дополнительно увеличивают
холодильные нагрузки. Зимой теплопотери и попутные утечки
воздуха в распределительной сети воздуховодов увеличивают
потребление тепла системой.
8.3. ОБОРУДОВАНИЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ
УСТРОЙСТВА СИСТЕМ
Расчеты нагрузок на СКВ создают основу для выбора
оборудования и вспомогательных устройств и существенно ска-
зываются на выборе системы. Оборудование, размещаемое в по-
мещениях, следует рассчитывать так, чтобы можно было регу-
лировать пиковые отопительные и холодильные нагрузки данно-
го помещения. Зональное оборудование необходимо рассчиты-
вать на пиковые зональные нагрузки, оборудование для здания
в целом (т. е. холодильную установку) —на максимальную
холодильную нагрузку здания. Нормально предполагается, что
во всех комнатах данной зоны пиковые нагрузки возникают од-
новременно и зональная нагрузка представляет собой сумму пи-
270
новых нагрузок всех комнат зоны. Исключение составляют слу-
чаи, когда происходит перемещение людей, различаются режи-
мы пользования искусственным освещением или оказывает
влияние затенение от соседних зданий, вызывающее необходи-
мость введения понижающего коэффициента на суммарную зо-
нальную нагрузку. Однако общая нагрузка для здания (систе-
мы) в целом никогда не является суммой зональных нагрузок,
поскольку солнечная радиация воздействует на отдельные зо-
ны в разное время суток. Время наступления пиковой нагрузки
на систему обычно совпадает с пиковой нагрузкой на главную
зону, однако оно может наступать и в другое время, отличающе-
еся от времени наступления пиковых нагрузок в любой из зон.
Время наступления пиковой холодильной нагрузки может быть
установлено комбинированным рассмотрением отдельных влия-
ющих факторов, расчетами и опытом. В сложных случаях может
оказаться необходимым выполнение расчетов для различных пе-
риодов суток и различных суток в году. Расчетные сутки для оп-
ределения пиковых нагрузок обычно те, во время которых совпа-
дают максимальные наружные температуры по сухому и мокро-
му термометрам, имеют место максимальные теплопоступления
от солнечной радиации и нормальные внутренние нагрузки. В
многоэтажных зданиях Соединенного Королевства, в которых
преобладающую часть нагрузок составляют теплопоступления
от солнечной радиации, пиковые нагрузки в отдельных зонах на-
ступают в совершенно определенное время суток.
Для конторского здания с навесными стенами, с одинарным
остеклением, составляющим 5QO/O| или более площади поверхно-
сти стен, с внутренними занавесями на облучаемых окнах пико-
вые нагрузки в восточной зоне обычно приходятся на 9—10 ч
утра по солнечному времени в июне или июле, в северной зоне
между 12 и 15 ч, в западной зоне между 16 и 17 ч. Время на-
ступления максимальных нагрузок в южной зоне следует опре-
делять особенно тщательно, поскольку часто они могут наблю-
даться не в июне или в июле, а позже или раньше. Действитель-
но, солнечная радиация достигает максимума в феврале или
в октябре, но поскольку наружные температуры в эти месяцы
ниже, чем максимальные, то пиковые нагрузки в южной зоне
обычно бывают около полудня в августе или сентябре. Комнат-
ное оборудование для зон следует выбирать, а системы проек-
тировать и эксплуатировать с учетом этого обстоятельства, ина-
че может происходить перегрев помещений. Для сравнения при-
водим следующий пример. В одноэтажном производственном
здании с большой площадью покрытия пиковые холодильные
нагрузки приходятся на 15 и 17 ч в июне или июле. Максималь-
ная солнечная радиация падает на покрытие около полудня, но
благодаря аккумулирующей способности конструкции не прояв-
ляется как максимальная нагрузка до середины послеполуден-
ного периода или позднее.
271
Внутренние зоны многоэтажных зданий имеют в известной
степени постоянную в течение года холодильную нагрузку, вы-
зываемую теплопоступлениями от освещения и людей. Макси-
мальная величина нагрузок бывает на верхнем этаже между 15
и 17 ч в июне или июле, когда максимальны поступления теп-
ла через покрытие.
После определения пиковых нагрузок следует выбирать обо-
рудование систем кондиционирования мощностью, достаточной
для их преодоления, и гибкостью, необходимой для удовлетвори-
тельной работы при частичных нагрузках. Подаваемый в поме-
щения воздух должен обладать кондициями, необходимыми для
ассимиляции явного и скрытого тепла (см. гл. 4).
Главное соображение, которым руководствуются при выборе
оборудования и вспомогательных устройств для кондициониро-
вания воздуха, а также СКВ, — это достижение желательных
характеристик в экономически целесообразных пределах. Кроме
того, необходимо успешно сочетать систему со зданием, прини-
мая во внимание архитектурные, конструктивные, акустические
и эксплуатационные требования.
Создание экономичных инженерных систем зданий, особенно
СКВ, зависит от надлежащей кооперации с проектировщиками
других специальностей, участвующими в проектировании объекта.
Часто можно сэкономить средства без нарушения требований
стандартов [3].
Надлежащий аналцз всех факторов на ранних стадиях про-
ектирования позволяет создать лучшую СКВ при экономии де-
нежных средств. »
8.4. КОНТОРСКИЕ ЗДАНИЯ
В Соединенном Королевстве СКВ в конторских зданиях
стали широко применять только в последние годы. Это вызвано
развитием современной архитектуры и осветительной техники,
стремлением к улучшению условий работы и необходимостью
защиты от уличного шума и загрязнений атмосферы. Современ-
ные здания отличаются всевозрастающими размерами, увели-
ченной площадью поверхностей остекления и часто применением
легких стен навесной конструкции. Поэтому их аккумулирующая
способность мала, а солнечная радиация быстро поглощается и
превращается во внутренние теплопоступления. Многие контор-
ские здания ныне имеют герметизированное .двойное остекление'
для борьбы с шумом-й~пНЛЬТб, что делает необходймой ме.хани-
чёскую вентиляцию. Теплопоступления-от солнечной радиации,
высокая интенсивность искусственного освещения, применение
в зданиях электрических машин сказываются на увеличении
теплоизбытков, которых нельзя избежать только посредством
использования двойного остекления и хорошей теплоизоляции.
Холодильные нагрузки во внешних зонах зданий часто имеют
272
место в течение продолжительного времени, а во внутренних зо-
нах — в течение всего года.
Противопожарные и другие правила обычно ограничивают
глубину привычных в США конторских зданий с внутренними
зонами. В Соединенном Королевстве СКВ можно предусматри-
вать только для внешних зон конторских зданий.
Значительное влияние на выбор экономичной СКВ могут
оказать следующие требования: обеспечение планировочной
гибкости (особенно когда желательно индивидуальное регули-
рование температуры в каждом помещении), исключение непри-
ятного воздействия ниспада'ющих холодных токов воздуха, об-
ратной радиации к остеклению в холодном климате.
В больших многоэтажных зданиях со значительной поверх-
ностью остекления по экономическим соображениям часто при-
нимают одноканальные водовоздушные высокоскоростные эжек-
ционные системы.
Возможную экономию по сравнению с двухканальной систе-
мой можно показать на частном примере конторского здания
площадью 2800 м2 (50%-ное остекление фасада), имеющего
только периметральные помещения, ориентированные на се-
вер — юг. Холодильная нагрузка для этого здания составляет
около 132 Вт/м2 пола, а в целом для здания 370 кВт. Объем
приточного воздуха, приходящегося на 100 м2 пола, — 0,76 м3/с
для двухканальной системы и 0,2 м8/с для эжекционной.
Суммарное количество обрабатываемого воздуха при двух-
канальной высокоскоростной системе 212 м3/с (рециркуляцион-
ный воздух в объеме 189 м3/с перемещается с малой ско-
ростью) .
В эжекционной системе первичный воздух подается с высо-
кой скоростью в объеме 57 м3/с и с малой скоростью перемеща-
ется в вытяжных системах в объеме 51 м3/с (90% объема при-
точного воздуха).
Диаметр воздуховодов двухканальной системы при макси-
мальной скорости 20 м/с 1,1 м для холодного воздуха и 1,02 м
для горячего, рециркуляционный воздуховод диаметром 1,4 м
(потери давления 25 Па/м).
При эжекционной системе приточный воздуховод имеет диа-
метр 0,59 м, а низкоскоростной вытяжной воздуховод — 0,87 м
(потери давления 0,84 Па/м). Для эжекционной системы тре-
буются четыре трубопровода (по два на каждую зону) диамет-
ром около 75 мм. Потери давления в эжекционной системе со-
ставят 375—500 Па, что несколько превышает потери давления
в двухканальной системе и объясняется повышенным давле-
нием перед соплами доводчиков.
Достоинством двухканальной системы является возмож-
ность одновременного обслуживания внешних и внутренних
зон. Двухканальная система может оказаться экономичной для
зданий с малой площадью поверхности остекления (40% и
273
меньше); со сложными фасадами и при переменном затенении
от соседних зданий, вызывающем усложнение регулирования;
для зданий, в которых не требуется зонирование. При этой си-
стеме в переходный период можно для охлаждения использо-
вать наружный воздух, не включая в действие холодильную
установку.
Руководящий принцип при выборе системы таков: водовоз-
душные системы следует применять для объектов с малым ко-
личеством людей и сильно изменяющимися теплопоступления-
ми извне, а целиком воздушные системы — для объектов с
большим количеством людей и мало изменяющимися теплопо-
ступления'ми извне.
Факторы, которые следует учитывать при выборе и проекти-
ровании СКВ для конторских зданий, рассмотрены в разд.
3.1—8.4, а также в работах [3—5]. Преимущества и недостатки
различных систем рассмотрены в гл. 7.
В Соединенном Королевстве наибольшее применение в кон-
торских зданиях получили водовоздушные эжекционные систе-
мы, как правило, с непереключаемой системой холодоснабже-
ния. За ними следуют двухканальные системы. Системы с вен-
тиляторными конвекторами, широко распространенные в США,
не получили большого применения. Во многих конторских зда-
ниях среднего размера смонтированы одноканальные высоко-
скоростные системы, которым отдано предпочтение перед двух-
канальными из экономических соображений, хотя в техниче-
ском отношении они уступают двухканальным. В возрастаю-
щей степени используют системы с количественным регулиро-
ванием.
8.5. ЖИЛЫЕ ДОМА
В Соединенном Королевстве в многоквартирных домах,
за исключением небольшого количества домов высокого клас-
са, кондиционирование воздуха не применяется. Рост спроса на
кондиционирование воздуха рассмотрен в гл. 1. В США и тро-
пических местностях мира кондиционеры воздуха применяют
в -многоквартирных и индивидуальных жилых домах.
Задача СКВ заключается в отоплении, охлаждении и вен-
тиляции трех-четырех комнат квартиры или дома. Может ока-
заться значительным переменное влияние незанятых квартир,
расположенных под, над млн по соседству с данной квартирой,
особенно в режиме отопления. Однако часто этим, влиянием в
проектах пренебрегают. Холодильные нагрузки в комнатах
дневного пребывания обычно около 2,6—3,5 кВт, в спальнях
1,7 кВт.
Простейшее решение представляет собой применение авто-
номных комнатных кондиционеров или тепловых насосов, но
им свойственны такие недостатки, как шум и трудность обслу»
274
живания. Можно применить различные типы воздушных си-
стем, однако в крупных зданиях размеры воздуховодов стано-
вятся весьма большими, что в некоторой степени объясняется
невозможностью выключения и включения отдельных квартир
и учета тем самым коэффициента одновременности действия
различных приборов. Из этих соображений часто применяют
вентиляторные конвекторы—доводчики, которые могут вклю-
чать и выключать жильцы. В этом случае вентиляционный воз-
дух поступает .вследствие инфильтрации или через наружные
воздухопрнемные отверстия, присоединенные сзади к агрегатам.
В системах высшего класса первичный воздух может посту-
пать по каналам от центральных кондиционеров. Горячая и хо-
лодная вода подается по трубопроводам от центральных источ-
ников или районных систем. Вытяжная вентиляция устранва-
ется для удаления воздуха из туалетов, ванн и кухонь. Рестора-
ны, магазины и конторы обычно обслуживаются самостоятель-
ными системами.. Для оборудования индивидуальных жилых
домов изготовляются разнообразные автономные, оконные и
сундучные кондиционеры и тепловые насосы в моноблочном и
раздельном исполнении.
Системы индивидуальных жилых домов должны работать
непрерывно. Конденсаторы воздушного охлаждения следует
располагать так, чтобы они не портили внешний вид домов и
не создавали шумя, неприятного для соседей, особенно по
ночам.
8.6. ГОСТИНИЦЫ И РЕСТОРАНЫ
Днем номера в гостиницах обычно не заняты, что объек-
тивно позволяет вводить коэффициенты одновременности дей-
ствия на нагрузки. В частности, пиковая солнечная радиация
и максимальная наружная температура могут прийтись не на те
часы, когда в номерах находятся люди. Обычно холодильные
нагрузки составляют для однокомнатного номера 1,7—2,6 кВт,
для двухкомнатного 2,6—3,5 кВт. Желательно индивидуальное
регулирование температуры при помощи простого регулятора,
допускающего настройку на пониженную температуру, в част-
ности в зимний период. Система должна работать бесшумно
и обладать малой инерционностью.
В Соединенном Королевстве в гостиницах обеспечивают
температуру 21°С (допускается настройка, но не колебания,
на 3°С выше или ниже этой величины), максимальную отно-
сительную влажность 55% и нормативный уровень шума NR 30
или ниже. Для исключения слышимости разговоров в соседних
комнатах приток в каждую комнату производится по самостоя-
тельному ответвлению, а центральная рециркуляция не устраи-
вается. Эти типовые правила вынуждают к выбору систем с
эжекционными или вентиляторно-конвекторными доводчиками
275
или автономных кондиционеров, которые можно устанавливать
под окнами или крепить к потолку в ванных комнатах. Вслед-
ствие влаговыделений в ванных комнатах необходимо преду-
сматривать отвод конденсата от воздухоохладителей.
Для восполнения объема воздуха, удаляемого из ванных
комнат, желательно предусматривать приток в размере 0,33 м3/с
(вытягивается же из однокомнатного номера 0,23 м3/с). В си-
стемах высокого класса предусматривают самостоятельную
приточно-вытяжную вентиляцию для коридоров.
Здания гостиниц очень часто бывают в виде башен. Конди-
ционеры и градирни устанавливают на покрытии, а котельные
и холодильные установки — в подвале. Поэтому необходимо
принимать достаточные меры против шума и вибраций аэро-
динамического (вихревого) происхождения, которые могут про-
никнуть через воздухозаборные и выбросные устройства.
В Соединенном Королевстве обш£ственные_ помещения в
гостиницах (исключая рестораны) обычно_имеют_холодильную
нагрузку около ПО—190 Вт/м2 полаГС ней можно успешно бо-
роться воздушными системами, снабжаемыми холодной водой
от центральной установки. Применяют и агрегатное унитарное
оборудование. Объемы вводимого воздуха приблизительно со-
ставляют 0,76—1,27 м3/с на 100 м2 пола.
Для мотелей (одноэтажные или малоэтажные широкие зда-
ния) предпочтительна система с вентиляторными конвектора-
ми-доводчиками и забором наружного воздуха через решетки в
наружных стенах и с трех- или четырехтрубной системой тепло-
холодоснабжения. Возможно применение автономных конди-
ционеров и тепловых насосов’ ’
Рестораны, кафетерии, бары (встроенные или отдельные)
обычно характеризуются острыми пиками нагрузок в обеденное
время или в другую часть суток. Нагрузка от освещения и лю-
дей должна быть тщательно подсчитана. Тепловыделения от
пищи принимают в размере по 8,9 Вт явного и скрытого тепла
на 1 чел. Время наступления внутренних пиковых нагрузок сле-
дует тщательно определять и убеждаться в том, не совпадает
ли оно с пиковыми теплопоступлениями снаружи. Холодильные
нагрузки изменяются в пределах от 150 до 265 Вт/м2 пола. Для
борьбы с дымом, распространением кухонных запахов во всех
помещениях необходима хорошая вентиляция. Желательна, но
не всегда экономична подача наружного воздуха в объеме
0,094—0,14 м3/с на 1 чел.
Поскольку ресторан или бар нередко находится внутри зда-
ния или в подвале, доля поступающего скрытого тепла часто
весьма велика, что приводит к низкому значению коэф-
фициента явного тепла (менее 0,7) и к снижению температуры
точки росы за контактным тепло- и массообменным аппаратом.
Все это определяет необходимость тщательного расчета и вы-
бора оборудования.
276
Там, где зал ресторана прилегает к кухне, необходимо обес-
печивать движение воздуха из зала в кухню. Последняя обычно
имеет собственную вытяжную вентиляцию через зонты и нахо-
дится под разрежением для того, чтобы запахи из кухни не
проникали в соседние помещения. Приток в ресторан, вытяжка
или рециркуляция должны быть соответственно сбалансирова-
ны с вытяжкой из кухни, что обеспечивает необходимое направ-
ление движения воздуха и удовлетворительную работу си-
стемы.
8.7. БОЛЬНИЦЫ И ОПЕРАЦИОННЫЕ
При кондиционировании воздуха и вентиляции больниц
наиболее.важно достигнуть бактериологической чистоты возду-
ха. Именно этим объясняется наличие предписаний по фильт-
рации воздуха, использованию рециркуляции, применению от-
дельных систем и способов их зонирования. Чтобы ограничить
распространение стафилококков и других микроорганизмов,
особый акцент делается на проектировании воздухообрабаты-
вающих установок.
В Соединенном Королевстве больничные здания полностью
кондиционируются редко, так как это связано с относительно
большими капитальными вложениями. Но в таких отделениях,
как операционные, устанавливается механическое охлаждение.
Воздухоприготовительные установки с механическим охлажде-
нием или без него подают только наружный воздух. Системы
работают или на выдавливание отработанного воздуха, или
совместно с механической вытяжкой. Разрешаемый объем ре-
циркуляции строго ограничен. Во многих отделениях преду-
сматривается движение воздуха в направлении от «чистых» по-
мещений к «грязным».
Палаты кондиционируются только тогда, когда это требует-
ся местными правилами или вызывается планировкой здания
(например, при глубоких помещениях и больших по площади
внутренних зонах; при расположении больниц в городских
районах с интенсивным шумом от транспорта и самолетов и
значительным загрязнением атмосферы, что вынуждает при-
менять двойное герметичное остекление).
В наиболее жарких штатах США больничные палаты кон-
диционируются, при этом используют системы обыкновенные
низкоскоростные, эжекционные, с вентиляторными конвекто-
рами, двухканальные, а также автономные кондиционеры. В
Соединенном Королевстве врачи выступают против использова-
ния рециркуляционных комнатных агрегатов из-за возможно-
сти осаждения грязи на ребристых теплообменниках, поэтому,
вероятно, будут применять двухканальные системы или систе-
мы с количественным регулированием по воздуху. Возможные
варианты: прямоточная система с концевыми подогревателями
или эжекцнонная система с доводчиками, имеющими плоские
277
радиационные панели вместо ребристых теплообменников. В
системах необходимо предусматривать возможность их обслу-
живания и некоторые устройства для центрального дистанцион-
ного контроля.
В Соединенном Королевстве операционные обычно конди-
ционируются в соответствии с рекомендациями, приведенными
в документе [26]. Главные требования к состоянию воздуха в
операционных таковы: температура 18,3—21,1°С±1,ГС, отно-
сительная влажность 55% (для уменьшения опасности образо-
вания статического электричества), эффективность очистки or
пыли с размерами частиц 5 мкм не менее 95%. Подают один
наружный воздух, создавая двадцатикратный обмен. Воздух по-
ступает в верхнюю зону помещения и удаляется снизу в
«грязный коридор» через клапаны избыточного давления. В
анестезионную воздух также подают в верхнюю зону и уда-
ляют из нижней. Вытяжка осуществляется самостоятельной
взрывобезопасной механической системой. Типовая- установка
кондиционирования воздуха для операционной представлена на
рис. 8.1.
Рис. 8.1. Установка кондиционирования воздуха для операционной
/ — воздухозаборная решетка; 2 — приемный воздушный клапан с электроприводом;
3 — калорифер первого подогрева; 4 — воздушный4 фильтр первой ступени очистки (пред*
фильтр);' 5 — увлажнительная камера с вращающимися дисковыми распылителями во*
ды; 5 — воздухоохладитель, питаемый охлажденной водой; 7 — калорифер второго по*
догрева; 5 — приточный вентиляторный агрегат; Р — ручной настроечный клапан; 10 —
шумоглушитель; 11 — высокоэффективный воздушный фильтр второй ступени очистки
(послефильтр); 12 — многостворчатый воздушный клапан <хлопушка>; ОА и SX — со*
ответственно наружный и приточный воздух
При бездействии установки приемный и лепестковый клапа-
ны закрыты. Увлажнительная камера может быть оснащена
форсунками или вращающимися дисками; рециркуляция воды
не рекомендуется. В качестве увлажнительных устройств ис-
пользуют также обогреваемые паром противни и непосредст-
венный выпуск пара в воздух. Воздухоохладители питаются
охлажденной водой, что лучше, чем применение воздухоохла-
дителей непосредственного кипения хладагента, поскольку во-
довоздушный воздухоохладитель легче настроить только на
работу в сухом режиме, т. е. на отвод одного явного тепла.
Калорифером второго подогрева управляет терморегулятор по-
мещения. Последний по ходу воздуха элемент установки— вы-
сокоэффективный воздушный фильтр (часто «абсолютный») —
устанавливают на стороне нагнетания вентилятора, где невоз-
278
можны присосы необработанного воздуха. Для обеспечения
взрывобезопасности система автоматизации установки должна
быть пневматической, исключающей искрение в комнатных
командных приборах.
8.8. МАГАЗИНЫ
В Соединенном Королевстве небольшие торговые учреж-
дения редко кондиционируют, если только в них нет необычно
больших теплопоступлений. Универсальные магазины часто
имеют большие внутренние помещения, в которых велика плот-
ность расположения людей и интенсивно искусственное деко-
ративное освещение. В частности, большая часть подвальных
помещений имеет круглогодовую холодильную нагрузку. В со-
ответствии с вероятным использованием каждого этажа необ-
ходимо тщательно анализировать тепловые и влажностные на-
грузки. Может оказаться необходимым допустить избыточную
мощность системы на возможную в будущем перепланировку
помещений или увеличение теплопоступлений от освещения.
Количество вентиляционного воздуха обычно очень велико.
Его следует подавать без дутья, имея в виду удовлетворение
требований как персонала, так и покупателей [8]. Предпочи-
тают применять целиком воздушные системы, поскольку они
позволяют большую часть года вводить только наружный воз-
дух и длительное время не включать холодильную установку.
В универсальных магазинах с большими внутренними поме-
щениями и интенсивным освещением может оказаться оправ-
данным применение утилизаторов тепла (см. разд. 7.16), одна-
ко необходимы предварительный детальный анализ и экономи-
ческие расчеты.
Воздухоприготовительные установки каждого этажа, отде-
ления или зоны следует рассчитывать на ассимиляцию пиковых
теплоизбытков. Особое внимание следует уделять участкам,
прилегающим к входным дверям, где может потребоваться
отопление, в то время как другие части магазина нуждаются в
охлаждении. Особое внимание надо уделять также определе-
нию количеств вентиляционного воздуха и его движению в от-
делениях продовольственных товаров, кафетериях и кухнях.
При кондиционировании воздуха в больших магазинах са-
мообслуживания, как правило, удобно применять автономные
кондиционеры моноблочного или раздельного типа. Выбор СКВ
для торговых центров зависит от типа магазина. Выбор можно
делать между индивидуальными агрегатами, установками для
каждого магазина с местными холодильными машинами и си-
стемой подачи охлажденной воды по трубопроводам, от цент-
рального источника. Специфическая планировочная особен-
ность торговых центров — наличие крытого перехода, соеди-
няющего различные магазины и залы, в котором можно под-
279
держивать несколько более высокую температуру, однако
большей частью переход используют как вытяжной воздуховод
из магазинов.
8.9. ТЕАТРЫ И АУДИТОРИИ
В холодильных нагрузках этих объектов наибольшая
доля приходится на тепло, отводимое от охлаждаемого и осу-
шаемого вентиляционного воздуха, а также на теплопоступле-
ния от людей. Отсюда значительная доля скрытого тепла и ма-
лое значение коэффициента явного тепла, обычно около 0,7
(т. е. 70% явного и 30%, скрытого), что в свою очередь приво-
дит к необходимости поддерживать низкую температуру точки
росы приточного воздуха. Чтобы избежать второго подогрева,
приходится поддерживать влажность на уровне 55%.
Основные факторы, подлежащие учету, таковы:
режим использования помещения ( непрерывный или перио-
дический) и время наибольшего заполнения его людьми;
аккумуляция тепла строительными конструкциями и время
запаздывания теплопоступлений;
неравномерность температуры в высоких помещениях;
возможность предохлаждения здания до прихода посетите-
лей для снижения мощности холодильной установки;
вентиляционные требования и допустимость курения;
требования местных, правил к количеству вентиляционного
воздуха и мерам, пожарной безопасности;
распределение воздуха в задах, цирках, на сценах, исключе-
ние дутья, отвод табачного дыма;.
Рис. 8.2. Распределение воздуха в зале театра или в аудитории
/ — сцена; 2 — зал; 3 — машинный зал, где установлены кондиционеры; 4 — коридор;
5 — балкон; ОА, RA и ЗА — соответственно наружный, рециркуляционный н приточный
воздух
280
профилактика шума и вибраций и исключение шума, созда-
ваемого движением воздуха.
Характер объектов сам собой подсказывает необходимость
применения целиком воздушных систем, в частности с рецирку-
ляцией, обводным каналом или вторым подогревом. Желательно
предусматривать возможность подачи 100% наружного воздуха
для использования его холодосодержания в переходный период.
Типовой пример организации воздухообмена в зале по схеме свер-
ху— вниз показан на рис. 8.2.
Мощность установки и способ ее регулирования должны быть
такими, чтобы она гибко отзывалась на возможные изменения
степени заполнения зала. Рекомендуется предусматривать огра-
ничение нижней предельной температуры приточного воздуха,
чтобы не происходило переохлаждения при минимальных нагру-
зках!.
8.10. БИБЛИОТЕКИ И МУЗЕИ
В этих зданиях кондиционирование воздуха предназначе-
но для сохранения предметов искусства, картин, музыкальных ин-
струментов, книг и документов, т. е. носит технологический ха-
рактер. Удовлетворение требований комфорта для посетителей и
персонала играет второстепенную роль.
Библиотеки и музеи размещены главным образом в больших
городах, и поэтому коллекции подвергаются вредному воздейст-
вию загрязненной атмосферы. На многие материалы оказывают
вредное воздействие содержащиеся в воздухе пыль и двуокись
серы. Многие материалы очень чувствительны к влажности-
Большая часть рассматриваемых зданий — существующие мас-
сивные сооружения, в которых устройство кондиционирования
воздуха осложняется конструктивными затруднениями и высо-
кой стоимостью размещения оборудования и воздуховодов.
Обычно аккумуляция тепла массивными конструкциями умень-
шает количество переключений с режима отопления на режим ох-
лаждения при изменениях наружных метеорологических усло-
вий. Помещения в этих зданиях акустически обработаны, тем не
менее надо принимать соответствующие меры к соблюдению при-
емлемого уровня шума при работе СКВ.
Обычно для обеспечения нужного регулирования СКВ раз-
бивают на зоны. Особенно тщательно проектируют воздухорас-
пределение. В некоторых библиотеках книжные полки высотой
от пола до потолка и малая высота помещений затрудняют про-
кладку воздуховодов, при которой необходимо сохранить осве-
щенность и удобство доступа к книжным стеллажам. Чтобы ис-
ключить дутье, особое внимание следует уделять выбору возду-
хораспределителей и увязке давлений в ответвлениях к ним.
Книги и документы следует защищать от разрушающего воз-
действия содержащихся в воздухе газов (особенно SO2), солнеч-
281
ного света, излишней сухости воздуха и излишней его влажно-
сти, которая вызывает размножение плесени. Шелк, хлопок и
шерсть являются объектами этих разрушающих воздействий;
шерсть к тому же может подвергаться вредному воздействию
насекомых. Картины нуждаются в постоянной относительной
влажности. Исключение ее колебаний улучшает хранение дере-
вянной мебели. Могут возникать затруднения при хранении де-
ревянных панелей, обращенных одной стороной к холодной сте-
не, а другой в помещение (изменяются размеры).
Результаты обширных исследований [10, 11] показали, что
для хранения бумаги, пергамента и предметов из кожи, дерева
и металла относительная влажность воздуха в помещениях кру-
глогодично должна поддерживаться постоянной в пределах 45—
55%. Эта влажность исключает появление плесени, пересушива-
ние, изменение размеров или растрескивание гигроскопических
материалов. Опасность образования плесени при нормальной
температуре увеличивается при повышении влажности сверх
60,%. Требование круглогодичного поддержания влажности на
среднем уровне в 50% может вызвать конденсацию влаги в зим-
нее время на одинарном остеклении. Поэтому система автомати-
ческого регулирования должна включать в себя защитные при-
боры для предотвращения переувлажнения при любых условиях.
Нормальная комнатная температура подходит для большинства
материалов, однако выходить за пределы температур 16—29°С не
следует. Особое внимание необходимо уделять борьбе с ЭОг,
пропуская воздух через фильтры из активированного угля и
(или) через завесы, создаваемые распыляемой водой. Последняя
должна иметь слегка щелочной состав (рН = 8,5—9). Очень же-
лательна установка высокоэффективных фильтров для улавли-
вания Микроскопических частиц.
8.11. ШКОЛЫ
Школы, как правило, имеют системы водяного отопления
и не кондиционируются. Исключение составляют аудитории и
лекционные залы некоторых колледжей и университетов, а также
школы в жарком климате.
Характеристики школьных зданий и помещений сильно зави-
сят от их назначения и заполнения. Классные комнаты, лекцион-
ные и актовые залы отличаются большими теплопоступлениями
от людей. Гимнастические и обеденные залы, лаборатории могут
эксплуатироваться в часы, когда классные комнаты не заняты.
Необходимо автоматическое регулирование температуры в по-
мещениях и центральной установке. В США нормативными доку-
ментами (кодами) предъявляются самые различные требования
к вентиляции: одними разрешается устройство естественной вен-
тиляции, другими регламентируется устройство механической
приточно-вытяжной вентиляции, способной подавать 0,24 м3/с
282
воздуха на одного учащегося. В целях снижения эксплуатацион-
ных затрат отдают предпочтение системам, которые позволяют
вводить 100% наружного воздуха, тогда когда его температуры
достаточно низки и можно не включать холодильные установки.
Этому условию отвечают полностью воздушные системы и вен-
тиляторные конвекторы, рассмотренные в разд. 6.12. Идеально,
если система охлаждения может быть использована для отоп-
ления в холодный период года.
8.12. ЛАБОРАТОРИИ „
Лаборатории обычно предназначены для выполнения од-
ной из следующих функций: исследования, поиска, испытания
или калибровки. Лабораторией может быть комната, замкнутое
пространство внутри комнаты или здания или целое здание. В
лаборатории требуется регулирование одного или нескольких
параметров воздушной среды: температуры, влажности, давле-
ния, скорости, чистоты, а также шума и вибраций. Кондициони-
рование воздуха необходимо либо для обеспечения комфорта, ли-
бо для регулирования химических или биологических реакций,
либо для регулирования влагопоглощения гигроскопическими ма-
териалами. В общем каждое лабораторное здание представляет
собой самостоятельную проблему и СКВ для него следует выби-
рать с учетом его специфики. При этом необходимо рассматри-
вать следующие факторы:
требуемые метеорологические условия в помещениях: темпе-
ратуру, влажность и допустимые пределы их изменения;
специальные требования, такие, как регулирование давления
воздуха, обеспечение скорости воздуха и очистку от пыли, огра-
ничение шума и вибраций;
вентиляционные требования (к притоку и вытяжке), постоян-
ство нли изменение объемов;
внутренние нагрузки, распределение выделений явного и
скрытого тепла, их постоянство или изменения во времени;
пиковые отопительные и охладительные нагрузки, количества
приточного и удаляемого воздуха, коэффициенты одновременно-
сти;
присутствие подлежащих удалению агрессивных газов, кон-
струкцию и материалы вытяжных систем;
опасности, возникающие при использовании взрывчатых, воз-
горающихся, радиоактивных, отравляющих или вредных ве-
ществ.
При надлежащей кооперации между проектировщиками раз-
личных специальностей еще на стадии проектирования можно
уменьшить стоимость СКВ и систем вентиляции. Например, мож-
но располагать лаборатории со значительными тепловыделения-
ми у северного фасада здания (в северных широтах), тем самым
исключая теплопоступления от солнечной радиации, или разме-
щать их на верхнем этаже для сокращения протяженности вы-
283
тяжных воздуховодов, по которым перемещаются большие объе-
мы воздуха.
Наибольшую трудность представляет обычно обеспечение
надлежащего воздухораспределения и его регулирование, т. е.
сохранение воздушного баланса и направлений движения воз-
душных потоков между соседними помещениями. Количества
приточного воздуха могут быть определены из условий ассимиля-
ции теплоизбытков или компенсации вытяжки; количества уда-
ляемого воздуха устанавливаются из условий отвода тепла, вла-
ги, запахов и различных загрязнений (дымов, паров, патогенных
бактерий, радиоактивных частиц или других вредностей).
Для защиты персонала от воздействия токсичных или опас-
ных веществ следует осуществлять принцип прямоточности [13].
Он состоит в подаче и удалении 100% наружного воздуха (без
рециркуляции) и в поддержании постоянства расходов посредст-
вом одновременного (и непрерывного) действия всех вытяжных
устройств, причем воздушные потоки должны двигаться в направ-
лении от помещений с меньшей загрязненностью к помещениям
с большей загрязненностью. Выброс в атмосферу опасных ве-
ществ предотвращается фильтрацией удаляемого воздуха и
(или) их улавливанием.
В рабочих проемах вытяжных шкафов необходимо создавать
скорости, достаточные для удаления вредностей при любых ус-
ловиях эксплуатации, предотвращения опрокидывания тяги и вы-
носа дымов в помещение местными вихрями у острых краев ук-
рытий или конвективными токами. Прерывистая работа вытяж-
ных шкафов вызывает необходимость регулирования объема при-
точного воздуха. Эксплуатационные проблемы, возникающие при
Рис. 8.3. Система с регулированием объема воздуха в лаборатории
/ — двухпозициоиный выключатель вытяжки; 2 — зонт; 3 — двойной вытяжной шкаф?.
4—вытяжной вентилятор; 5 — направляющий аппарат; 6 — вытяжной вентилятор; 7 —*
одинарный вытяжной шкаф; 8 — комнатный терморегулятор; 9— исполнительный ме*
ханнзм; 10— канал горячего воздуха; 11— смесительная коробка; /2 —канал холодно*
го воздуха; 13 — приточный воздухораспределитель двухкаиальной системы с перемен-
ным объемом
284
этом, могут быть решены путем подачи подогретого и (если необ-
ходимо) очищенного воздуха непосредственно к каждому шкафу
независимой системой. В этом случае система, обслуживающая
помещение, не подвержена влиянию переменного количества
удаляемого воздуха. Можно также применить систему с перемен-
ным расходом приточного воздуха, рассмотренную в разд. 7.6 в
исполнении, представленном на рис. 8.3.
В вивариях, особенно в тех, где ведут экспериментальные ис-
следования, в лабораториях для испытания двигателей и в «чис-
тых» комнатах требуются специальные решения СКВ.
Чистые или белые комнаты — помещения, в воздухе которых
содержание материальных частиц поддерживается в чрезвычай-
но ограниченных пределах. В таких помещениях обычно изготов-
ляют или собирают электронные приборы или узлы механизмов
(например, транзисторы). Источниками загрязнений являются
приточный воздух, персонал, его одежда, испытываемые образцы
или продукция, конструктивные элементы здания, оборудование.
Весьма важно регулировать движение воздуха и соблюдать тре-
бования стандартов на очистку воздуха, допустимые уровни за-
пыленности, перепады давлений между соседними помещениями
и воздухораспределение. Фильтры должны обладать эффектив-
ностью 99,9% при размере частиц 0,3 мкм. Часто применяют ме-
тод ламинарного воздухораспределения [14], при котором при-
точный воздух проходит через помещение со скоростью, предва-
рительно тщательно рассчитанной на условие минимального вов-
лечения в циркуляцию пылевых частиц и последующее их неже-
лательное оседание на изготавливаемых или собираемых узлах
(см. гл. 2).
8.13. ПОМЕЩЕНИЯ ДЛЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Компьютеры и их периферийное оборудование во время
работы выделяют большое количество тепла. Первые модели
ЭВМ, в которых применяли электронные лампы, выделяющие
большое количество тепла, ныне в значительной мере вытесне-
ны машинами на полупроводниках. Миниатюризация привела к
увеличению электрических нагрузок. Без механического охлажде-
ния ЭВМ температура в помещениях поднялась бы сверх допу-
стимого уровня. Теперь кондиционируют машинные залы вычи-
слительных центров и такие вспомогательные помещения, как
комнаты для печатных устройств, библиотеки магнитных лент,
склады запасных частей и ремонтные мастерские. Температуру
поддерживают на уровне 21±1,7°С, хотя иногда допускают от-
клонения в ±1,1°С. Некоторые изготовители ЭВМ рекомендуют
скорость изменения температуры не более 2,2°С/ч. Машины с
перфокартами удовлетворительно работают при температуре в
пределах 18,3—26,7°С, а машины с магнитными лентами при
18,3—21,1°С и допустимом отклонении ±1,7°С от выбранного
285
уровня. Относительная влажность должна поддерживаться в
пределах, обеспечивающих комфортное самочувствие персонала.
Отклонения влажности могут способствовать порче лент и пер-
фокарт. Высокая влажность влечет за собой конденсацию влаги
на поверхностях оборудования, низкая может причинить непри-
ятности, связанные с возникновением разрядов между деталями
с различными электрическими потенциалами. Изготовители ЭВМ
часто рекомендуют поддерживать в помещениях влажность
50±5%, а иногда 45±5%. Иногда допускаются колебания влаж-
ности ±10,%. Для предотвращения конденсации влаги на окнах
в зимнее время необходимо двойное остекление.
Для безотказной работы ЭВМ следует предотвращать воз-
можность оседания пыли на лентах и электрических деталях,
поэтому весь воздух, вводимый в помещение системой, должен
быть очищен в фильтрах определенной степени, отвечающей
требованиям заводов-изготовителей машин. Обычно минималь-
ная эффективность фильтров находится в пределах 95% при ча-
стицах пыли размером 5 мкм. Они должны улавливать как мини-
мум 90% частиц размером 1 мкм. Следует принимать соответ-
ствующие меры против проникания пыли в машины от других ис-
точников, т. е. с нефильтрованным воздухом из окружающих
помещений, от обуви и одежды персонала и т. д.
Поскольку для ассимиляции значительных теплоизбытков
подают большие объемы воздуха, надо эффективно его распреде-
лять, обращая внимание на минимизацию температурных гради-
ентов, исключение появления ^теплых точек» и дутья, которые
вызывают дискомфортные ощущения у персонала. Предпочти-
тельна скорость воздуха в помещении в пределах 0,19—0,25 м/с.
Замкнутые системы воздушного охлаждения ЭВМ. с приточ-
ными и вытяжными воздуховодами, присоединенными непосред-
ственно к стойкам ЭВМ, как правило, не применяют. Теперь ма-
шины снабжают рециркуляционными вентиляторами, которые
через отверстия в нижней и верхней части стоек перемещают воз-
дух, забираемый и выбрасываемый в кондиционируемое поме-
щение.
Типовая схема воздухораспределения в машинном зале вы-
числительного центра показана на рис. 8.4. Кондиционирован-
ный воздух вводится в помещение сверху, а удаляется вверху или
внизу. В отдельных случаях его подают снизу, а удаляют сверху.
По возможности воздух следует выпускать вблизи главных ис-
точников тепловыделений. Для предотвращения инфильтрации
некондиционированного и неочищенного воздуха из соседних по-
мещений или снаружи машинный зал должен находиться под не-
которым избыточным давлением. Следует всеми мерами снижать
уровень шума и вибрации, вызываемые работающей СКВ, во вре-
мя действия и бездействия ЭВМ. Уровень шума, создаваемого
оборудованием машинного зала, обычно около 70 дБ (А), уровень
шума от печатных и перфорационных машин достигает 80 дБ (А).
286
Рис. 8.4. СКВ машинного зала вычислительного центра
/ — воздушный смесительный клапан; 2 — воздушный фильтр; 3 — воздухоохладитель-
осушитель; 4 — воздухоподогреватель; 5 — увлажнительное устройство; 6 — приточный
вентилятор; 7 — шумоглушитель; 8 — приточный воздуховод; 9 — подвесной потолок;
/О — фальшпол; ОА, RA и SA — соответственно наружный, рециркуляционный и при-
точный воздух
Собственно ЭВМ., как правило, обслуживается отдельный
кондиционером. Холодильная установка может быть также не-
зависимой. Иногда холодоснабжение производится и от цент-
ральной водоохлаждающей станции здания. Следует предусмат-
ривать круглогодовой источник теплоснабжения. Если на лета
выключаются котельные установки, то необходимо пользоваться
электрическим воздухоподогревателем для второго подогрева.
Для дежурного отопления желательно предусматривать отдель-
ные комнатные электрические воздухоподогреватели на случай
выхода из строя котлов и кондиционеров. Градирни или воздуш-
ные конденсаторы СКВ должны допускать работу в зимнее вре-
мя. Для устранения выноса в помещения и ЭВМ солей жесткости
из увлажнительных устройств не должна уноситься вода. Элек-
трическое оборудование не должно создавать колебаний напря-
жения в электрической сети, которые могут повлиять на работу
ЭВМ. Вредные влияния колебаний напряжений следует подав-
лять в соответствии с британским стандартом BS 800. При не-
обходимости ЭВМ и кондиционеры следует присоединять к ава-
рийной сети электроснабжения.
В соответствии с требованиями заказчика следует тщательна
рассматривать вопрос о резервировании оборудования СКВ-
Обычно” холодильная нагрузка распределяется между двумя или
несколькими холодильными машинами. Рекомендуется устанав-
ливать не менее двух машин, каждая на 66% общей холодопро-
изводительности. Общепринято предусматривать запасные элек-
тродвигатели для вентиляторов. Эти двигатели надо устанавли-
287
вать так, чтобы можно было быстро включить их в действие.
Следует предусматривать устройства, допускающие замену воз-
душных фильтров без остановки кондиционера. В ответственных
вычислительных центрах допускается дублирование систем авто-
матического регулирования.
Часто предусматривают сигнализацию о нежелательном по-
вышении или понижении температуры и влажности воздуха с
аварийными выключателями, а также самописцы. Следует иметь
запасные выключатели для остановки кондиционера при пожаре
или повреждении электросети. Необходимы также противопо-
жарные меры [15].
Для обеспечения успешной работы проект СКВ должен быть
согласован с другими частями проекта вычислительного центра,
а законченная система укомплектована и испытана.
8.14. РАДИО- И ТЕЛЕСТУДИИ
При проектировании СКВ в этих студиях возникает ряд
задач по обеспечению необходимого уровня шума и вибраций от
оборудования систем вентиляции и СКВ. Кроме того, в телесту-
диях представляет определенную трудность отведение больших
количеств тепла, выделяемого освещением. Как правило, студии
звукоизолированы и не имеют окон. Отопление этих помещений
никаких трудностей не представляет, поскольку в течение всего
года имеются теплоизбытки. Акустический расчет СКВ следует
проводить на удовлетворение, жестких требований (NR15-25).
Большие телестудии характеризуются значительными и пере-
менными теплопоступлениями от освещения, камер и оборудова-
ния. Эти нагрузки следует тщательно анализировать на стадии
проектирования и всеми возможными способами сводить к ми-
нимуму или вовсе исключать.
Необходимо, чтобы система воздухораспределения была иск-
лючительно гибкой в эксплуатации. Предпочтительны устройст-
ва, допускающие регулирование и направление воздушных пото-
ков в места с временно высокими локальными тепловыми нагруз-
ками. Приточный воздух не должен вызывать колебание деко-
раций. Система автоматического регулирования должна допу-
скать местную настройку, чтобы удовлетворять меняющимся тре-
бованиям и условиям использования. Стойки электронного обо-
рудования могут вентилироваться пропуском очищенного на-
ружного воздуха с последующим его выбросом в атмосферу.
Кондиционеры обычно располагают в центральной части зда-
ния. Они могут быть автономными или секционными, снабжае-
мыми теплом и холодом от центральных источников.
8.15. КЕГЕЛЬБАНЫ
В кегельбанах обычно устраивают точечное охлаждение. В
зоне, занимаемой зрителями и играющими, происходят значи-
"288
тельные выделения явного и скрытого тепла. Тепловыделения че-
ловека могут достигать 141 Вт явного и 284 Вт скрытого тепла.
Кондиционируют только зону зрителей и участков бросания
шаров. Типовая схема показана на рис. 8.5. Согласно этой схеме,
кондиционируется только левая часть помещения до линии пуска
шаров. Над этой линией к потолку подвешивается завеса, удер-
живающая воздух в кондиционируемой части помещения. Часть
удаляемого воздуха может направляться к установочной машине
и попутно ассимилировать тепло на этом участке.
Рис. 8.5. Схема распределения воздуха в кегельбане (
/ — кондиционер; 2 — приточный воздуховод; 3 — завеса; 4 — участок установочной ма-
шины; 5 — вытяжной вентилятор; 6 — дорожка; 7 — линия пуска; 8 — игровая площад-
ка; 9 — площадка для зрителей; ОА, RA, S4 и ЕЛ — соответственно наружный, ре-
циркуляционный, приточный и удаляемый воздух
Активность играющих и сильное курение зрителей вызывают
необходимость в подаче больших количеств наружного воздуха —
минимум 0,007 м3/с на 1 чел., лучше 0,012 м3/с. Отсюда нагрузка
на охлаждение и осушение воздуха представляет собой заметную
часть общей холодильной нагрузки системы. В среднем нагрузка
составляет 3,5 кВт, количество приточного воздуха 0,21 м3/с на
одну аллею. Обычно кегельбаны обслуживаются центральными
или автономными кондиционерами (последние по возможности
раздельного типа).
8.16. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ
ВОЗДУХА
Обеспечение комфортных условий в этом случае — задача
вторичная, главное же — создание и поддержание параметров воз-
духа, необходимых для осуществления технологических процес-
сов и обеспечения качества продукции. Требования к температу-
ре и влажности, необходимым для хранения различных товаров
и для изготовления и обработки продукции, приведены в гл. 1
и в работах [24, 25].
Промышленное кондиционирование воздуха может оказаться
необходимым для удовлетворения следующих требований: под-
держания чистоты воздуха, единообразия и точности продукции,
предупреждения коррозии и повреждения металлических по-
верхностей; регулирования поглощения влаги; предупреждения
10 Зак. 430
289
образования статического электричества; регулирования течения
химических и биологических реакций или процессов кристаллиза-
ции.
При установлении требований к чистоте воздуха необходимо
принимать во внимание эффект осаждения мельчайших частиц
пыли на изготавливаемой продукции (например, электронных де-
талях) и требования защиты кондиционируемых помещений
от других загрязнений.
Температуру, влажность и чистоту воздуха следует точно
контролировать в производстве инструмента, станков и прибо-
ров. При изготовлении таких предметов, как линзы высокого ка-
чества, может потребоваться, кроме того, защита от расширения
и сжатия. Точные параметры воздуха важно поддерживать в
производстве и при хранении различных пищевых продуктов (на-
пример, кондитерских), металлических изделий. Важно также
предупреждать выделение пота на пальцах рук, поскольку кисло-
ты и соли, выделяемые человеком, могут вызвать коррозию хо-
рошо отполированных поверхностей. Необходима также тща-
тельная очистка воздуха от пыли для предохранения от абразив-
ного повреждения поверхностей.
Температура и влажность воздуха играют важную роль в про-
изводстве и обработке гигроскопических материалов и могут по-
влиять на массу^ прочность, внешний вид и качество определен-
ных видов продукции (например, бумаги, текстильных изделий,
пищевых продуктов, табака).
Гигроскопические материалы адсорбируют влагу до тех пор,
пока не наступает равновесие3 с окружающим воздухом. Влаго-
поглощение выражается в процентах сухой массы материалов.
Материал выделяет явное тепло, эквивалентное скрытому теплу
адсорбированной влаги. Цель кондиционирования вещества со-
стоит в достижении желательного выделения (или поглощения)
влаги для регулирования физических свойств вещества. Осуше-
ние— это отведение как свободной, так и гигроскопической вла-
ги. И кондиционирование, и осушение материала можно приме-
нять для регулирования конечного содержания влаги в такой
продукции, как текстиль и табак (процессы осуществляют в тон-
нелях или камерах).
Сведение к минимуму статического электричества желательно
при выполнении многих процессов в легкой промышленности
(например, при изготовлении текстильных волокон и бумаги),
а также там, где в воздухе присутствуют взрывоопасные газы,
пары и пыль. Оно достигается поддержанием относительной
влажности в 55% и более.
При таких процессах, как оксидирование, регулирование тем-
пературы и влажности необходимо для контроля за течением хи-
мических реакций (например, сушка лака). При процессах фер-
ментации регулирование параметров окружающего воздуха обес-
печивает надлежащее течение биохимических реакций (напри-
290
мер, изготовление теста). При процессах покрытия сахаром пи-
люль температуру и влажность приточного воздуха необходимо
регулировать потому, что от степени охлаждения зависят степень
кристаллизации и размеры кристаллов.
При расчетах поступлений явного и скрытого тепла от людей,
освещения, оборудования, двигателей и продукции необходимо
проводить тщательный анализ колебаний нагрузок и одновремен-
ности их действия. Для снижения нагрузок следует использовать
местные отсосы, вытяжные зонты, радиационные завесы и другие
устройства, а также предусматривать точечное охлаждение ра-
бочих мест.
8.17. ПРОМЫШЛЕННАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ1
Промышленную вентиляцию можно рассматривать как
средство регулирования состояния окружающей среды. Она
включает в себя приточную и вытяжную вентиляцию и сушиль-
ные устройства. Регулирование состояния окружающей среды в
промышленности необходимо для достижения эффективности
труда, обеспечения безопасности и охраны здоровья рабочих, ре-
гулирования содержания в воздухе газов, паров тепла, пыли и
дымов.
Промышленные объекты бывают «горяче-сухими» (печные,
кузнечные, прокатные цехи), где выделяются большие количест-
ва явного и радиационного тепла, и «горяче-влажными», где
выделяются явное и скрытое тепло. Горяче-влажные объекты по-
тенциально более вредны для рабочих, поскольку высокая влаж-
ность воздуха снижает отдачу тепла организмом человека испа-
рением.
Тепловое взаимодействие между человеком и окружением за-
висит от температуры воздуха, радиационной температуры ог-
раждений, влагосодержания и скорости воздуха. Все эти фак-
торы различными путями приводят к тепловым стрессам различ-
ной степени [26, 27]. Регулирование тепловых воздействий может
осуществляться контролем за источниками, местной вытяжкой,
экранированием от радиации, общеобменной (растворяющей)
или местной естественной вытяжной вентиляцией [27, 28, 29].
8.18. ДАННЫЕ ДЛЯ ОРИЕНТИРОВОЧНЫХ РАСЧЕТОВ
Данные, характеризующие возможные холодильные на-
грузки в различных зданиях, сведены в таблицу. Они могут слу-
жить для грубой проверки расчетных величин и технико-эконо-
мических расчетов. Для быстрого определения количества при-
точного воздуха можно использовать следующие данные.
Для целиком воздушных систем (высокоскоростных и низко-
скоростных, одноканальных и двухканальных) конторских зда-
1 См. также т. 8 настоящей серии монографий.
10* Зак. 430
291
ний во внешние зоны следует подавать 0,51—0,89 м3/с на 100 м1 2
пола, во внутренние зоны 0,41—0,51 м3/с на 100 м2 пола; в машза-
лы ЭВМ 1—2 м3/с на 100 м2 пола; в номера гостиниц 0,38—0,51
м3/с, в общественные помещения 0,76—1,27 м3/с на 100 м2 пола;
в рестороны 1,27—1,78 м3/с на 100 м2 пола; в банки 1 м3/с на
100 м2 пола; в театры 0,0094 м3/с на 100 м2 пола.
Для водовоздушных систем (например, с эжекционными илщ
вентиляторными доводчиками) в конторских зданиях 0,13—0.23
м3/с на 100 м2- пола; в одинарном номере гостиницы 0,022—0,033
м3/с, в двойном 0,033—0,057 м3/с.
Удельное потребление холода в различных зданиях
Объект Потребление холода, Вт/м2
Конторское здание:
внешняя зона при относительном остек-
лении:
25%
50%
75%
внутренняя зона
конференц-зал
вычислительный центр
Гостиница:
одинарный номер
двойной »
общественные помещения
ресторан
. коктейльный бар
Универсальный магазин:
подвальный и первый этажи
верхние этажи
Магазин
Холл банка
Квартира
Театр и аудитория
Промышленное одноэтажное здание об-
легченное с плоской или наклонной крышей
и малым остеклением
Кегельбан
Мотель
Универсам
94
132
• 150
86.
150—190
190—380
1,7 кВт на комнату
2,6 кВт на комнату
114—190-
150—265 (около 0,7 кВт на че-
ловека)
150—190
13,2—150
94—132
150
132—176 1
76—94
0,18 кВт на место
94
3,5—42 кВт на аллею
76—94
94—132
8.19. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Billington, N. S., Thermal Properties of Buildings, Cleaver-Hume Press,
1952.
2. Roberts, В. M., Air Canditioning System Gains, J. Instn Heat. Vent.
Engrs, 28, 342 (1961).
292
3. Jaros, A. L., The Economic Design of Services for Office Buildings, Proc.
InternationaFHEVAC Conference, Theme 3/7, 282 (1961).
4. Fowler, K-, Air Conditioning of Large Buildings, paper read before Inst,
of Refrig., April 4th, 1963.
5. Knight, J. C., and Knight, J. L., The Air Conditioning of Multi-Room
Buildings, J. Instn Heat. Vent. Engrs, 30, 1 (1962).
6. Operating Department, Hospital Building Note No. 26, Ministry of Health,
HMSO, London, 1967.
7. Bibliography LB23, Heating and Ventilating Research Association.
8. Martin, P. L. M., J. Instn Heat. Vent. Engrs, 38, 99 (1970).
9. Bibliography LB23, Heating and Ventilating Research Association.
10. Libraries and Museums, Chap. 28, Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit.
Engrs Guide, 1964. »
11. Libraries and Museums, Air Condit. Heat. Vent., 61, (4), 63 (1963).
12. Schools, Chap. 20, Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit. Engrs Guide, 1964.
13. Laboratories, Engine Testing Facilities, Computer Rooms and Clean
Rooms, Chap. 25, Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit. Engrs Guide, 1964.
14. Design Criteria for Clean Room Air Conditioning Systems, Heat. Pip.
Air Condit., 35, (11), 165 (1963).
15. Recommendations for the Protection of Computer Installations against
Fire, The Fire Officers’ Committee, Jan, 1966.
16. Air Conditioning for Computer Installations (booklet), Instn Heat. Vent.
Engrs, 1966.
17. Heard, J. A. E., Air Conditioning of the BBC Television Centre, J. Instn
Heat. Vent. Engrs, 30, 377 (1963).
18. Air Conditioning Bowling Centres, Handbook of Air Conditioning, Hea-
ting and Ventilation (2nd edn.), p. 11, Industrial Press, New York, 1965.
19. Still, E. W., Into Thin Air, Normalair Ltd, Yeovil, 1957.
20. Air-Cycle Equipment, Chap. 31, Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit. Engrs
Guide, 1963.
21. Marine Air Conditioning, Thermotank Ltd, dist. by Pergamon Press.
22. McDonald, R„ Marine Air Conditioning, Geo. Newnes, London, 1964.
23. Ships, Chap. 23, Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit. Engrs Guide, 1964.
24. Process and Product Air Conditioning, Chap. 24, Am. Soc. Heat. Refrig.
Air-Condit. Engrs Guide, 1964.
25. Industrial Air Conditioning, Chaps. 55, 56, 57, 58 and 59 of ASHRE
Data Book (Applications) (1954—5).
26. Physiological Principles, Chap. 8, Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit.
Engrs Guide, 1963.
27. Ventilation of the Industrial Environment, Chap. 34, Am. Soc. Heat.
Refrig. Air-Condit. Engrs Guide, 1964.
28. Industrial Ventilation Manual, American Conference of Governmental In-
dustrial Hygienists, 1958.
29. Drying and Related Processes, Chap. 20 in Fan Engineering (6th edn.),
Buffalo Forge Co., 1961.
СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Integrated Building Design, Air Condit. Heat. Vent. 62, (12), 49 (1965).
Daryanani, S., Integratd Building Design, Air Condit. Heat. Vent.. 62,
(5), 65 (1965).
Integrated Ceilings, Air Condit. Heat. Vent., 63, (5), 72, Parts 1—7 (1966).
Black, M., Industrial Design and its Application to Heating and Ventila-
ting Equipment and Installations, J. Instn Heat. Vent. Engrs, 31, 201 (1963).
The Economics of Sensible Heat Control, Pub. No. 5-IN-2460, Owens-Cor-
ning Fiberglas Corp., USA, 1963.
Operating Costs for Transporting Heat — Water vs Air, Heat. Pip. Air
Condit., 37, (10), 128 (1965).
Air Conditioning Buildings, Reinhold, USA.
293
Joedicke, J., Office Buildings, Crosby Lock wood and Son, London, 1962.
Trends in Apartment Air Conditioning, Air. Condit. Heat. Vent., 61, (8),
49 (1964).
Tully, R. E., Mechanical Engineering Services in a Modern Hotel, J. Instn
Heat. Vent. Engrs, 29, 417 (1962).
Stead, K., and Rose, В. T., Planning of Mechanical Services for Hospitals,
J. Instn Heat. Vent. Engrs, 29, 157 (1961).
Department Stores, Air Condit. Heat. Vent., 61, 4 (Apr. 1963).
Small Stores, Chap. 43, ASRE Data Book (1954—5).
Variety Chain Stores, Chap. 45, ASRE Data Book (1954—5).
Department Stores, Chap. 47, ASRE Data Book (1954—5).
Theatres, Chap. 49, ASRE Data Book (1954—5).
In Search of a Clean Room, Heat. Pip. Air Condit., 35, (1), 187 (1963).
Yeh, H., Air Conditioning for Computer Areas, Air Condit. Heat. Vent., 61,
(5), 70 (Mar. 1964).
Air Conditioning Design for a Colour Television Studio, Engineering Bul-
lent, Trane Co., USA, 1965.
Van Dorp, В. A. M., The Vara-Radio Building — Hilversum, J. Instn Heat.
Vent. Engrs, 28, (12), 293 (1960).
Surface Transportation, Chap. 21, Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit. Engrs
Guide, 1964.
Laub, J. M., Air Conditioning and Heating Practice, Chap. 9, Automobile
Air Conditioning, Holt, Rinehart and Winston, New York, 1963.
Coulson, D., The Air Conditioning of Motor Vehicles, J. Instn Heat. Vent.
Engrs, 33, (2), 337 (1966).
Industrial Exhaust Systems, Chap. 35, Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit.
Engrs, Guide 1964.
Industrial Drying Systems, Chap. 31, Am. Soc. Heat Refrig. Air-Condit.
Engrs, Guide 1964.
Clark, J. H., Practical Industrial Ventilation, Reinhold, USA.
Глава 9
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ
9.1. ВВЕДЕНИЕ
В установках отопления, вентиляции и кондиционирова-
ния воздуха системы автоматического регулирования (САР) при-
меняют для выполнения функций;
регулирования, т. е. поддержания температуры, влажности
или давления на желательном уровне в заранее заданных пре-
делах;
безопасности, т. е. предупреждения выхода температуры,
влажности или давления за безопасные пределы и предотвраще-
ния работы оборудования вне безопасных пределов;
управления, т. е. остановки и запуска систем в нужные мо-
менты в заранее заданной (сблокированной) последовательности
для обеспечения экономичной работы.
Автоматическое регулирование температуры, влажности и
других параметров в кондиционируемом помещении необходимо
для улучшения или поддержания условий комфорта и эффектив-
ной работы людей, правильного протекания различных производ-
ственных процессов, обеспечения целостности и качества храни-
мых продуктов; для предотвращения перегрева п переохлаждения,
ведущих к неоправданным потерям, и обеспечения экономии теп-
ла и электроэнергии; для предоставления возможности обита-
телям помещений определять свои личные требования к темпе-
ратуре в заранее установленных разумных пределах.
Существенно важно, чтобы СКВ и САР проектировались сов-
местно. Воздухоподогреватели и воздухоохладители и их регу-
лировочные клапаны и заслонки должны быть правильно подоб-
раны. Эффект запаздывания в САР и установке следует анализи-
ровать.
По существу САР состоит из контроллера, регулируемого при-
бора и источника энергии1.
Контроллер — это прибор, который измеряет изменения пара-
метра и производит соответствующее действие пли дает импульс
для передачи регулируемому прибору команды противодейство-
вать изменениям параметра. Примеры контроллеров — терморе-
гуляторы и влагорегуляторы.
Регулируемый прибор (корректирующий агрегат) реагирует
1 Здесь и в дальнейшем сохранена принятая авторами терминология.
(Прим, перев.)
295
на сигнал, полученный от контроллера, и изменяет расход регу-
лируемой среды. Примеры регулирующих приборов — клапаны,
заслонки, электрические реле и электродвигатели вентиляторов
и насосов.
Ниже приведены основные термины, применяемые в технике
автоматизации.
Регулируемым агентом называется среда, течение которой
меняет регулирующий прибор; этой средой может быть вода или
пар, проходящие через клапан, воздух, движущийся через за-
слонку, и т. д.
Регулируемая переменная (регулируемое условие, конди-
ция) — это параметр, подлежащий регулированию.
Желательное значение — это значение регулируемого пара-
метра.
Точка настройки (настроечное значение)—это значение, на
которое настроен регулятор, оно обычно представляет желатель-
ное значение регулируемой переменной. Однако точка настройки
может отличаться от желательною значения (разницу часто на-
зывают измеряемым отклонением).
Регулируемая точка — это действительное значение регули-
руемой переменной, при которой контроллер выполняет свою
функцию.
Отклонение — это разность между точкой настройки и значе-
нием регулируемой переменной в некоторый момент времени (ча-
сто называется истинным отклонением).
Сдвиг — это длительное отклонение между точкой настройки
и действительным значением ^регулируемой переменной в уста-
новившихся условиях.
Дифференциал в применении к двухпозиционному регулиро-
ванию означает разность между настройками, при которых кон-
троллер работает в крайних положениях. При «плавающем» про-
порциональном регулировании дифференциал — это изменение
регулируемого параметра, необходимое для перемещения по ко-
манде контроллера регулирующего прибора из одного крайнего
положения в другое.
Неустойчивость (или цикличность)—это периодическое из-
менение регулируемой переменной от одного значения к другому.
Многоступенчатое (или согласованное) регулирование — это
работа регулирующих ступеней в заранее заданном порядке. Оно
может потребоваться при регулировании температуры в помеще-
нии изменением течения двух или более сред. Согласованное ре-
гулирование при кондиционировании воздуха в общем случае
может состоять в управлении: отоплением при помощи клапана
на трубопроводе подачи теплоносителя к воздухоподогревателю;
вентиляцией — соотношением количеств наружного и рециркуля-
ционного воздуха при помощи смесительных воздушных клапа-
нов; охлаждением — при помощи клапана на трубопроводе пода-
чи охлажденной воды к воздухоохладителю.
296
Компенсационное регулирование — метод регулирования, при
котором параметры в какой-либо точке автоматически настраи-
ваются, если меняются условия в другой точке. При «летней
компенсации» температура в помещении может подниматься с
увеличением температуры наружного воздуха. Другими формами
этого регулирования являются «зимняя» компенсация и «компен-
сация притока».
График регулирования (или регулируемое переключение) —
заданная программа, при которой допускается изменение одного
параметра по заранее установленному порядку при изменении
другого параметра. Этот термин часто применяют для компенса-
ционного регулирования (например, зимний график, летний гра-
фик).
Авторитет — термин, выражающий отношение компенсацион-
ного терморегулятора к основному. Так, при 10%-ном авторитете
изменение температуры у компенсатора на 10°С вызывает изме-
нение температуры на 1°С у контроллера.
Ступени переключения — настроечная основа многоступенча-
тых систем, обеспечивающая «мертвую зону» или «перекрыва-
ние» дросселирующих диапазонов пропорциональных ступеней
или дифференциалов двухпозиционных ступеней.
Мертвая зона — интервал между окончанием одной стадии и
началом следующей, в течение которого допускается изменение
регулируемой переменной на заранее установленную величину
без корректирующего действия. Часто используется для эконо-
мии на эксплуатационных расходах перед переходом к стадии
охлаждения воздуха.
Перекрывание — совместное действие двух регулирующих
приборов, эффект которых противоположен (например, открыва-
ние клапана теплоносителя до закрытия клапана холодоноси-
теля).
Запаздывание — время задержки реагирования одной части
системы на изменение условия в другой части; включает в себя
запаздывание контроллера и запаздывание системы. Запазды-
вание контроллера состоит главным образом из запаздывания
измерения, например передачи тепла к чувствительному баллону
регулятора температуры, но в него входит также и запаздывание
в работе регулирующего прибора.
Каждая часть системы вносит свою долю в общее запаздыва-
ние, которое может быть значительным, особенно при запуске
(например, при следующей «цепочке»: по команде на отопление
нефтяная топка начинает подогревать воду в котле; нагреваемая
вода циркулирует через воздухоподогреватель, установленный в
канале системы, по которому вентилятором перемещается воз-
дух; тепло передается воздуху, вводимому в помещение; измене-
ние в поступлении тепла обнаруживается терморегулятором).
Для точного и надежного регулирования в некоторых случа-.
ях необходимо предварительно выявить время запаздывания в
297
системе нагрева или охлаждения и соответственно подоирать
средства регулирования, с помощью которых можно преодолеть
запаздывание. Это особенно важно в тех случаях, когда время
запаздывания здания мало сравнительно с временем запаздыва-
ния системы (например, когда значительно остекление наружных
стен, мала теплоаккумулирующая способность строительных
конструкций, что при изменении наружных условий, в частности
солнечной радиации, быстро вызывает изменения в холодильной
нагрузке). В большинстве случаев, если контроллер установлен
в канале рециркуляционного воздуха и кратность воздухообменов
в помещении не менее 8 1/ч, обеспечивается удовлетворительное
регулирование температуры.
Система регулирования работает так. Измерительный эле-
мент контроллера ощущает изменение регулируемой перемен-
ной; регулирующий элемент превращает это изменение в измене-
ние силы или энергии и передает его по связующим частям регу-
лирующей цепи (электрическим проводам, трубопроводам сжа-
того воздуха или рычажному механизму) к регулирующему при-
бору. Сила или энергия используется для перемещения конечно-
го регулирующего элемента и вызывает изменение регулируемо-
го параметра. Измерительный элемент обнаруживает окончание
корректирующего изменения, и система ограничивает команду на
корректирующее действие. Большая часть систем регулирования
закрытого типа, т. е. контроллер измеряет и отзывается на изме-
нения регулируемой переменной и воздействует на регулирую-
щий прибор для того, чтобы "вызвать противоположное измене-
ние, вновь измеряемое контроллером. Передача информации о
результатах регулирующего действия обратно к источнику назы-
вается обратной связью. Закрытая система с обратной связью
показана на рис. 9.1.
Рис. 9.1. Закрытая система регу-
лирования температуры воды с
обратной связью
/ — измерительный элемент (дистан-
ционный термопатрон); 2—воздуховод;
3 — обратная связь; 4 — воздухоподо-
________ греватель; 5 — трубопровод подачи ре-
’xj_____гулируемого агента (пар); 6 — регули-
.4 . , ------ рующий клапан; 7 — контроллер (тер-
\ / мостат); 8 — подводка источника эиер-
4 7 гии
Открытая система — это система без обратной связи. Исполь-
зуется иногда для регулирования. Примером может служить
наружный терморегулятор, изменяющий поступление тепла в
здание пропорционально теплопотерям при изменении наружной
температуры. Эта система осуществляет регулирование в соот-
ветствии с заданным соотношением между температурой наруж-
ного воздуха и поступлением тепла в здание. Действительные
параметры в помещении не оказывают влияния на контроллер,
и так как обратной связи нет, регулятор может только корректи-
ровать изменения комнатной температуры по ее теоретической за-
висимости от температуры наружного воздуха.
298
9.2. ТИПЫ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ
Система прямого действия (автономная) соединяет в се-
бе контроллер и регулирующий прибор и использует силу, раз-
вивающуюся в измерительном элементе, для выполнения требуе-
мого регулирующего действия.
Гидравлическая система использует в качестве источника
энергии для привода регулирующих приборов жидкость, обычно
масло под давлением. Применяется, когда для перемещения ре-
гулирующих приборов требуются большие усилия, например в
некоторых поршневых холодильных компрессорах для регулиро-
вания холодопроизводительности путем разгрузки цилиндров.
Электрическая система использует переменный ток напряже-
нием НО—1-20 В или 200—250 В пли низкого напряжения 20—
24 В. Подача электрической энергии к регулирующему прибору
регулируется контроллером непосредственно или через реле.
Электронная система для привода стандартных регулирую-
щих приборов использует электрическую энергию через элек-
тронные усилители малых изменений напряжения в измеритель-
ных элементах.
Пневматическая система в качестве источника энергии ис-
пользует сжатый воздух. Контроллер получает воздух из магист-
рали при избыточном давлении 100—160 кПа и подает его при
изменяющемся давлении по ответвлению к регулирующему при-
бору.
Электронно-пневматическая система через соответствующие
реле использует чувствительность и скорость реагирования элек-
тронного регулятора для приведения в действие пневматических
регулирующих приборов.
В системах вентиляции и кондиционирования воздуха приме-
няют электрические, электронные и пневматические системы и
различные их комбинации.
9.3. ТИПЫ РЕГУЛИРУЮЩИХ ДЕЙСТВИЙ
Регулирующее действие — соотношение между отклоне-
нием н изменением выходного сигнала от контроллера.
Прерывистое регулирующее действие —действие контролле-
ра, выходной сигнал от которого является прерывистой функцией
отклонения (например, регулирование по способу «открыто-за-
крыто») .
Непрерывное регулирующее действие — действие контролле-
ра, выходной сигнал от которого служит непрерывной функцией
отклонения (например, пропорциональное регулирование).
Двухпозиционное регулирование (или «открыто-закрыто») —
это регулирование, при котором регулирующий прибор находится
только в максимальном и минимальном положениях, т. е. откры-
том или закрытом. Примером может служить контроллер, запу-.
299
скающий или останавливающий вентилятор при изменениях тем-
пературы.
Временное двухпозиционное регулирование — вариант просто-
го двухпозиционного регулирования, при котором продолжитель-
ность периода «открыто» предварительно укорочена. Этот прин-
цип действия применен только в некоторых комнатных терморе-
гуляторах, которые в течение периода «открыто» на «подъемном»
участке температурного цикла для уменьшения дифференциала
питают энергией встроенный нагревательный элемент.
Плавающее регулирование заключается в том, что регулятор
перемещают регулирующий прибор обычно на постоянную вели-
чину в направлении открытия или закрытия. Между двумя этими
положениями, как правило, существует нейтральная зона, поз-
воляющая останавливаться регулирующему прибору в некото-
ром положении при достижении установленного значения регу-
лируемого параметра. Такое регулирование известно как одно-
скоростное плавающее действие. Некоторые контроллеры для
плавающего регулирования снабжаются механизмами, позволя-
ющими подобрать время реагирования контроллера по времени
реагирования регулируемой установки для того, чтобы регули-
рующий прибор не переместился полностью в крайнее положение
прежде, чем измерительный элемент обнаружит изменение, вне-
сенное в регулируемое условие. Типичные примеры — регулиро-
вание статического давления заслонками и температуры в много-
ступенчатых водоохладительных холодильных машинах при от-
сутствии емкости.
Пропорциональное регулирование — действие, при котором
регулируемый прибор перемещается в прямой пропорции с па-
раметром, измеряемым контроллером. Это регулирование часто
называют модулирующим (в электрических системах) и диф-
ференциальным (в пневматических). Примером пропорциональ-
ного регулирования может служить изменение подачи пара в
воздухонагреватель при помощи автоматического клапана, уп-
равляемого контроллером, измеряющим температуру приточного
подогретого воздуха.
Пропорциональное регулирование с интегральным действи-
ем— это регулирование, при котором применяют контроллер сов-
местно с прибором для уменьшения свойственного системе про-
порционального регулирования сдвига. Интегральное, или «пе-
рестановочное» действие автоматически и постоянно перенаст-
раивает контроллер на уменьшение сдвига. Автоматическая пере-
настройка действует медленно, и ее следует применять только
тогда, когда изменения нагрузок происходят за достаточно дли-
тельные периоды.
Производное регулирование—-регулирование, при котором
через регулирующий прибор пропорционально скорости отклоне-
ния осуществляется корректирующее действие, вследствие чего
учитывается скорость изменения нагрузки.
300
9.4. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
9.4.1. Типы элементов для измерения температуры. Биме-
таллические элементы изготовляют из двух тонких полос метал-
ла с различными коэффициентами линейного удлинения. Их сва-
ривают и придают им различную форму — прямых пластин, U-
образную, спиральную. Изменение температуры вызывает де-
формацию элемента и изменение его положения в; приборе.
Трубчато-стержневой элемент представляет собой металли-
ческую трубку с высоким коэффициентом линейного удлинения,
внутри которой расположен малоудлиняющийся стержень, один
конец которого закреплен в дне трубки так, что температурные
изменения вызывают движение свободного конца.
Герметичный емкостный элемент — это вакуумированный и
заряженный жидкостью, газом или парами сосуд, который пере-
мещается или развивает усилие вследствие изменения темпера-
туры окружающей среды, вызывающего изменение объема или
давления заполнителя.
Дистанционный патронный элемент — это герметичная ем-
кость или диафрагма, к которым при помощи капиллярной
трубки присоединен патрон, а вся система заполнена жидкостью,
газом или паром. Температурные изменения у патрона передают-
ся в виде давления или изменения объема по капиллярной трубке
к емкости или к диафрагме.
9.4.2. Типы элементов для измерения влажности. Предпочти-
тельны элементы из органических веществ, так как они гигро-
скопичны. Их обычно изготовляют из человеческих волос, бу-
маги, шелка, животных пленок или других материалов, которые
изменяют свою длину с изменением влагосодержания. Таким об-
разом, изменения относительной влажности заставляют элемент
удлиняться или сжиматься.
Элемент сопротивления применяют в электронных системах.
Обычно он состоит из двух слоев решеток из золотой фольги,
каждая из которых присоединена к клемме и смонтирована на
тонкой плите изоляционного пластика, покрытого гигроскопиче-
ским составом (хлористым литием). Электрическое сопротивле-
ние соседних полос изменяется с поглощением влаги пленкой ад-
сорбента. Элемент следует подбирать для ожидаемого интервала
изменения температур (около 5°С). Его не следует применять
при наличии в воздухе пыли или химических веществ.
Существует элемент, состоящий из внешней влагочувстви-
тельной поверхности и внутреннего малочувствительного сердеч-
ника, в который введены соединительные части из электропро-
водного материала. Изменения влажности вызывают расширение
внешней поверхности или, наоборот, ее сжатие, вследствие чего
меняется напряжение в сердечнике и электрическое сопротивле-
ние соединительных частей.
9.4.3. Элементы для измерения давления. Измерительные эле-
301
менты низкого давления для низкого положительного давления
или вакуума (например, статического давления в воздуховоде)
обычно представляют собой большую слабую диафрагму или
гибкую емкость. В одном типе регулятора статического давления
соединены рычагом два колокола, размещенные в баке с маслом.
При изменении давления под одним из колоколов он и рычаг пере-
мещаются и электрическая цепь замыкается. Большая часть эле-
ментов для измерения давления реагирует на перепад давления
и при соединении с трубками Пито, дафрагмами, трубками Вен-
тури могут быть использованы для измерения скорости, расхода
или уровня.
Измерительные элементы высокого давления или вакуума (в
диапазоне сотен килопаскалей) обычно представляют собой ем-
кости, диафрагмы или трубки Бурдона. Если один конец эле-
мента сообщается с атмосферой, то он становится пригодным для
измерения давлений больше или меньше атмосферного.
9.4.4. Специальные измерительные элементы. Для полного
автоматического регулирования и сигнализации в СКВ часто не-
обходимы различные специальные чувствительные элементы.
Так, реле потока воздуха в виде плавниковой пластинки может
быть соединено с электровоздухоподогревателем для его защиты
от перегрева при возможной аварии вентилятора. Применяют-
ся и другие элементы для измерения содержания окиси и двуоки-
си углекислоты, обнаружения дыма и огня.
9.5. РЕГУЛИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Регулирующие элементы работают на электричестве или
сжатом, воздухе и различаются характером производимого ими
действия.
Электрические элементы могут производить несколько обыч-
ных регулирующих действий и работать на токе высокого и низ-
кого напряжения. Линейное напряжение однофазного переменно-
го электрического тока, подводимого к терморегуляторам, обыч-
но 200—240 В. В Соединенном Королевстве напряжение посте-
пенно стандартизируется и будет 240 В. В случае применения при-
боров для низкого напряжения устанавливают трансформатор,
снижающий напряжение до 24 В или ниже-
При двухпозиционном регулировании электрический регули-
рующий элемент может включать или выключать электрические
контакты запуска двигателя вентилятора, насоса или воздушного
клапана. Примерно похожий тип элемента включает один кон-
такт, выключая другой, и служит для регулирования реверсивных
двигателей. Оба типа могут быть использованы для обеспечения
временного двухпозиционного действия при добавлении неболь-
шого нагревателя сопротивления.
При пропорциональном регулировании используется контакт,
движущийся по потенциометру. При этом изменяется напряже-
302
ние перед балансным реле, которое регулирует работу реверсив-
ного двигателя и восстанавливает баланс после перемещения
регулирующего прибора. Балансирующий потенциометр разме-
щен в корпусе пропорционального двигателя и в электрическом
отношении идентичен потенциометру регулятора (рис. 9.2).
Рис. 9.2, Пропорциональный двигатель с
балансирующим потенциометром: Двига-
тель находится в состоянии покоя, систе-
ма в уравновешенном состоянии (с разре-
шения Honeywell Controls Ltd)
1 — контроллер; 2 — балансное реле; 3 — тран-
сформатор; 4 — вал электродвигателя; 5 — ба-
лансирующий потенциометр двигателя; 6 — то
же, контроллера; Rl, R2, R3, R4 — сопротивле-
ния; Ci и Са —катушкн реле; и UZ2 — об-
мотки электродвигателя
При плавающем регулировании используют два контакта
со средней нейтральной зоной, в которой нет контактов. Такую
схему обычно применяют для привода реверсивных клапанов
или заслонок.
Электронный регулирующий элемент имеет электронный уси-
литель, который получает малые электрические сигналы от из-
мерительного элемента, усиливает их и усиленные сигналы пере-
дает для приведения в действие одного или нескольких реле. Для
двухпозиционного, плавающего или пропорционального регули-
рования могут быть применены различные усилительно-релейные
устройства.
Электронно-пневматические регулирующие элементы включа-
ют в себя электронный усилитель с электропневматическим
(ЭП) реле различных типов и устройства, производящие либо
двухпозиционное, либо пропорциональное действие.
Пневматический регулирующий элемент по своим свойствам
является пропорциональным (модулирующим), а дифференци-
альный или пропорциональный контроллер плавно изменяет дав-
ление в ответвлении при определенном давлении для каждого
значения параметра измеряемой среды. Пневматический регули-
рующий элемент может быть применен и для двухпозиционного
действия. Пневматические контроллеры подразделяются на при-
боры прямого и обратного действия, с истоком и без истока воз-
духа.
303
В модифицированном варианте основной пневматической си-
стемы используют дистанционный чувствительный или регулиру-
ющий элемент, который при небольшом изменении давления в
чувствительной линии производит относительно большое измене-
ние давления в ответвлении к регулирующему прибору. Для регу-
лирования температуры обычно применяют чувствительные эле-
менты трубчато-стержневого типа, для регулирования влажно-
сти— нейлоновые. Оба прибора представляют собой пневмати-
ческие усилители, работающие на принципе уравновешивания
усилий.
Пневматический контроллер с утечкой (нерелейный) снаб-
жается сжатым воздухом в сравнительно малом объеме (рис.
9.3). Воздух вытекает через сопло или отверстие, прикрываемое
Рис. 9.3. Пневматический конт-
роллер с клапаном утечки
1—соПло; 2—заслонка: 3 — термочув-
ствительный элемент прямого дейст-
вия; 4 — то же. обратного; 5 — ответ-
вление пневмопровода к регулирующе-
му прибору; 6 — тройник; 7 — ограни-
читель расхода воздуха; 8 — трубопро-
вод сжатого воздуха
Рис. 9.4. Пневматический релей-
ный контроллер без клапана утеч-
ки
1 — термочувствительный элемент; 2 —
рычаг прямого действия; 3 — ось: 4 —
диафрагма; 5 — камера; 6 — ответвле-
ние пневмопровода к регулирующему
прибору; / — клапан выпуска воздуха
в атмосферу; 8 — рычаг; 9 — пружина
клапана: 10— трубопровод сжатого
воздуха; И — основная пружина регу-
лятора
заслонкой, смонтированной на измерительном элементе. В зави-
симости от степени прикрытия сопла (отверстия) меняется дав-
ление сжатого воздуха в ответвлении к регулирующему прибору.
Контроллеры этого типа применяют на объектах, где общий рас-
ход сжатого воздуха не велик.
Пневматический контроллер без утечки (релейный) включает
в себя клапаны питания и удаления воздуха (рис. 9.4), устроен-
ные так, что клапан удаления закрывается раньше, чем откры-
вается клапан питания. Когда измерительный элемент «требует»
изменения давления в ответвлении к регулирующему прибору, то
оба клапана закрыты. Контроллеры этого типа используют воз-
дух только при повышении давления в ответвлении.
Контроллер прямого действия увеличивает давление сжатого
304
воздуха в ответвлении к регулирующему прибору с ростом регу-
лируемой переменной. Контроллер обратного действия в этих
же условиях уменьшает давление сжатого воздуха.
Существуют контроллеры с показывающими и регистрирую-
щими устройствами и без них.
9.6. ТИПЫ КОНТРОЛЛЕРОВ
9.6.1. Термостаты (контроллеры температуры). Различа-
ют термостаты комнатные; вставные (в воздуховоды); погруж-
ные (в трубопроводы и бакй); поверхностные для измерения
температур поверхностей; дневные-ночные комнатные, переклю-
чаемые дистанционно с помощью часового механизма или вруч-
ную, или со встроенным реле времени; зимне-летние; дистанци-
онные; управляющие настройкой других терморегуляторов и со-
ответственно управляемые; дифференциальные дистанционные,
в которых имеются два термобаллона, измеряющие температуры
в различных точках; многоступенчатые, предназначенные для ра-
боты на двух или более последовательных ступенях.
9.6.2. Гумидостаты (контроллеры влажности). Изготовляют
приборы комнатного и вставного типов. Для уменьшения влаж-
ности воздуха в помещении в холодный период и предотвраще-
ния конденсации влаги на окнах можно применять комнатный
гумидостат, управляемый наружным термостатом. Для точного
регулирования влажности часто пользуются двумя термостата-
ми, один из которых работает по принципу мокрого термометра,
а другой — по принципу сухого термометра. Первый термостат
снабжают фитилем, смачиваемым дистиллированной водой из
небольшого резервуара.
9.6.3. Контроллеры давления. Контроллеры давления и стати-
ческого давления в воздуховодах в частности монтируют непо-
средственно на трубах или воздуховодах так, что их измеритель-
ные элементы испытывают давление внутри труб и воздуховодов.
Возможен монтаж и на панелях.
9.7 РЕГУЛИРУЮЩИЕ ПРИБОРЫ
9.7.1. Автоматические регулирующие клапаны. Приборы
состоят из корпуса с отверстием для прохода регулируемой сре-
ды, рабочего органа и исполнительного механизма (электродви-
гателя или пневмопривода). При правильном подборе клапанов
поддерживаются необходимые параметры, обеспечиваются эко-
номичность работы и продолжительность срока службы.
9.7.2. Составные части клапанов. Собственно клапан — под-
вижная часть, которая вступает в контакт с седлом в корпусе в
закрытом положении и меняет площадь для прохода среды. Кла-
паны обычно выполняют с отверстиями V-образной формы. Кон-
турный клапан обычно изменяет расход регулируемой среды кон-
цом специальной формы, часто называемым пробкой. Нижняя
305‘
Соленоиды применяют для двухпозиционного регулирования
потоков газа, воды или хладагента через клапаны относительно
малых размеров.
Электродвигатели перемещают клапаны с помощью зубча-
тых или рычажных передач. Их классифицируют по напряже-
нию, виду тока, нагрузочным характеристикам, исполнению и
монтажным положениям. Существуют электродвигатели неревер-
сивные, реверсивные, с возвратной пружиной (применяются для
двухпозиционного регулирования).
Пневматические приводы состоят из диафрагмы или гармо-
никообразной мембраны (сильфон), соединенной со штоком
клапана, и возвратной пружины.
Регулирующий клапан с пневматическим или электрическим
приводом может быть «нормально открытым» или «нормально
закрытым». Нормально открытый клапан открыт при отсутствии
рабочего усилия; применяется на трубопроводах питания возду-
хоподогревателей, в частности первого подогрева. Нормально
закрытый клапан закрыт при отсутствии рабочего усилия; при-
меняется на трубопроводах питания воздухоохладителей-осуши-
телей.
9.7.6. Автоматические регулирующие воздушные клапаны.
При выборе автоматических регулирующих воздушных клапанов
(заслонок) следует уделять внимание расходным характеристи-
кам, соотношению максимального и минимального расходов, па-
дению давления и оснащению соответствующим приводом с не-
обходимыми характеристиками,—настройкой, ходом, моментом.
В некоторых каталогах приведены площади клапанов и указаны
соответствующие типы приводов.
В многостворчатых клапанах рамы стальные (для воздуха с
агрессивными примесями их изготовляют и из других материа-
лов), створки шириной 0,13—0,26 м вращаются в шариковых
подшипниках, металлических или пластмассовых втулках. Для
плотного закрытия края створок могут быть облицованы фетром
или неопреном. Многостворчатые клапаны больших площадей
сечения состоят из двух или более связанных между собой сек-
ций с общим приводом. Последний может быть размещен снару-
жи пли внутри воздуховода. Створки могут вращаться парал-
лельно или навстречу друг другу. Смесительные клапаны образу-
ются соединением двух взаимно обратных клапанов.
Одностворчатые клапаны обычно малых размеров, поскольку
они не обеспечивают точного регулирования. Для круглых воз-
духоводов они конструктивно подобны клапану «бабочка».
9.7.7. Приводы воздушных клапанов. Они могут быть элект-
рическими с рычажными передачами, нереверсивными, реверсив-
ными или с возвратной пружиной. Пневмоприводы принципиаль-
но такие же, как у водяных клапанов, но имеют больший ход. Су-
ществуют пневмоприводы для воздушных регулирующих клапа-
нов, которые часто называют поршневыми или домкратными. С
308
помощью пневмоприводов возможно как двухпозиционное, так и
пропорциональное регулирование.
9.8. РЕГУЛИРОВАНИЕ РАСХОДОВ
Успешная работа СКВ зависит от соответствующего из-
менения с помощью регулирующих приборов, управляемых кон-
троллерами, расходов пара, воды или воздуха. Во многих СКВ
не достигнуты желательные результаты, поскольку не было уде-
лено достаточное внимание выбору регулирующих приборов.
Номограммы для определения размеров клапанов приведены в
работах [1—3].
9.8.1. Регулирование расхода пара. Размер автоматического
парового клапана определяется его требуемой максимальной
пропускной способностью. Последняя выражается формулой
W = AC(pi-p,)V2 ,
где W — расход пара; А — площадь сечения проходного отверстия; pi, р2 —
соответственно начальное и конечное абсолютные давления пара; С — по-
стоянная для данного типа проходного сечения и начального давления Pi-
Клапаны двухпозиционного действия должны быть рассчита-
ны на пропуск максимального количества пара при малом пере-
паде давлений pi—рг.
Клапаны для пропорционального регулирования необходимо
тщательно подбирать, что позволяет добиться устойчивого регу-
лирования. Не следует вводить излишние запасы. Выбор клапана
должен основываться на принятии действительного начального
давления Р\ непосредственно у клапана. Важно, чтобы это давле-
ние все время поддерживалось постоянным в разумных преде-
лах и, если необходимо, то при помощи редуктора.
Теплоотдача парового теплообменника зависит от начального
давления рх. Нежелательные изменения рг можно устранить по-
средством подбора клапана, поддерживающего рг на максималь-
ном уровне или вблизи него, или на уровне давления, соответст-
вующего критической скорости пара при открытом клапане. На
практике падение давления в клапане принимают равным 40%
(точнее 42%) от абсолютного р\ так, чтобы давление рг все же
было выше атмосферного. При известной требуемой пропускной
способности, данных рх и (р}—рг) клапан можно подобрать по
таблицам заводов-изготовителей.
Часто стабильное регулирование достигается параллельной
установкой двух автоматических клапанов (особенно у больших
теплообменников), один из которых рассчитан на пропуск 1/з на-
грузки, а другой на остальные 2/з. Второй клапан включается
в действие только после полного открытия первого клапана.
Для надежного регулирования диаметры подающей и конден-
сационной подводок к теплообменнику должны быть равны диа-
метрам его присоединительных патрубков. Из теплообменника
309
следует надлежащим образом отводить конденсат, предусматри-
вая устройства для предотвращения образования пониженного
давления или вакуума в теплообменнике при движении через не-
го холодного воздуха и закрытом клапане. В противном случае
конденсат останется в теплообменнике, что приведет к гидравли-
ческому удару при повторном открытии клапана.
Для обеспечения необходимого отпуска тепла мощность воз-
духоподогревателя следует рассчитывать при действительном
давлении пара перед теплообменником, обычно приблизительно
равном р2. Частая ошибка состоит в том, что размеры теплооб-
менника определяют при начальном давлении рь забывая о па-
дении давления пара при его проходе через регулирующий:
клапан.
9.8.2. Регулирование расхода воды. Пропускная способность
клапана пропорционального регулирования расхода воды зави-
сит от перепада давлений в клапане. Поскольку вода несжимае-
ма, давление на входе не оказывает большого влияния на про-
пускную способность. Важно отношение перепада давлений в
клапане при открытом его положении к общему падению давле-
ния в кольце, а также увеличение перепада давлений при закры-
том положении.
Если общее сопротивление кольца составляет 20 единиц, в том
числе одна приходится на открытый клапан, то при закрытом
клапане падение давления в нем составит 20 единиц и отношение
будет 20:1. Такое повышение потери давления в клапане будет
сказываться на характеристике центробежного насоса. Поэтому
желательно сводить к минимуму^отношение подъема в потере
давления в клапане в закрытом положении к потере
давления при полностью открытом клапане. Наиболее просто
этого можно достигнуть увеличением расчетной потери давления
в открытом клапане. Так, при четырех единицах потерь отноше-
ние при закрытом клапане будет уже 20:4, или 5:1, что сильно
скажется на улучшении характеристик клапана. Целесообразно
принимать потери давления в клапане минимум в размере 10%
потерь в кольце и соответственно рассчитывать давление насоса.
Необходимо учитывать, что теплоотдача к воздуху от теплооб-
менника, питаемого горячей водой, в условиях вынужденной кон-
векции не меняется пропорционально расходу воды [4]. Вслед-
ствие того что увеличивается перепад температур по воде, соот-
ветственно уменьшению расхода воды уменьшается теплоотда-
ча.
Для теплообменников типично следующее изменение:
Расход, % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
Теплоотда- ча, % 100 98 96 95 93 90 85 75 65 48
3IO
Типичное падение температуры воды при начальной ее тем-
пературе 104°С таково:
Расход, % 100 45 25 15
Перепад температур, °C 11 22 33 44
Характеристики подобного типа наблюдаются для воздухо-
охладителей, питаемых охлажденной водой. В обоих случаях
лучшая работа клапанов достигается, когда принимаются боль-
шие перепады температур и выбираются клапаны практически
минимально возможных размеров.
Особое внимание следует уделять проектированию водяных
сетей с переменными расходами, вызываемыми работой клапанов
(в большей мере дросселирующих, нежели смесительных), по-
скольку в таких сетях могут колебаться давления и напорно-рас-
ходные характеристики насосов. Желательно предусматривать
средства для регулирования давления в таких системах. Этого
можно достигнуть с помощью дифференциального контроллера,
воздействующего на автоматический клапан, который перепуска-
ет воду со стороны нагнетания на сторону всасывания насоса.
9.8.3. Регулирование расхода воздуха. Ранее было показано,
что автоматические регулирующие клапаны для пара и воды це-
лесообразно рассчитывать на пропуск максимального требуемого
расхода при падении давления, обеспечивающем хорошее регу-
лирование. Это относится и к воздушным клапанам, но до сих
пор [5—7] не хватало информации относительно падения давле-
ния и регулировочных характеристик воздушных клапанов. Это
приводило к тому, что клапаны выбирали в соответствии с разме-
рами воздуховодов неоправданно больших размеров, вследствие
чего они оказывались неэффективными в регулировании.
Идеальной эффективной характеристикой воздушного клапа-
на является линейная зависимость между относительным пере-
мещением и относительным расходом. Однако идеальная харак-
теристика при стандартных клапанах не достигается. Доказано,
что для регулирования температуры дросселированием, напри-
мер в системах с переменным расходом приточного воздуха, луч-
шими характеристиками обладают многостворчатые клапаны со
створками встречного вращения, а для регулирования температу-
ры смешиванием при постоянном общем расходе воздуха — кла-
паны со створками параллельного вращения. Клапаны со створ-
ками параллельного вращения наиболее подходят для регулиро-
вания воздухоохладителей (спаренными фасадным и обводным
клапанами). Однако для объектов, на которых важно поддержи-
вать постоянный расход воздуха, линейные характеристики кла-
панов могут быть достигнуты изменением отношения между пе-
ремещением исполнительного механизма и вращением створок.
311
Изготовители ныне располагают графиками зависимости
между сопротивлением системы и скоростью воздуха в фасадном
сечении клапанов параллельного и встречного вращения, которые
обеспечивают достижение линейных характеристик. Правила,
пригодные для большинства установок, таковы: в системах с дав-
лением ниже 250 Па скорость воздуха в фасадном сечении клапа-
на должна быть около 5 м/с, в системах, с давлением 1 кПа —
10 м/с, потеря давления в полностью открытом клапане —2,5 Па;
в системах с количественным регулированием по воздуху сопро-
тивление клапанов встречного вращения в открытом положении
должно составлять 5%. Обводной клапан у теплообменника сле-
дует подбирать так, чтобы его сопротивление в полностью откры-
том положении было равно сумме сопротивлений открытого фа-
садного клапана и теплообменника. Если велики сопротивления
воздуховодов по трактам обводного клапана и теплообменника,
то их также следует учитывать. Правильно подобранные клапа-
ны могут иметь площадь сечения меньшую, чем площадь сечения
воздуховодов, где они устанавливаются. Для монтажа таких кла-
панов может потребоваться установка диафрагм, перекрываю-
щих часть сечения воздуховодов.
Следует также уделять внимание расположению клапанов от-
носительно теплообменников и другого оборудования, исключая
появление высокоскоростных воздушных струй при частичном от-
крытии клапана, температурное расслоение или замерзание ка-
лориферов первого подогрева, утечки через неплотности возду-
ховодов при закрытых клапанах^или высоких давлениях в си-
стеме.
9.9. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМ
АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
9.9.1. Электрическое вспомогательное оборудование. Вспомо-
гательное оборудование выполняет следующие функции.
Трансформаторы снижают напряжение в электрических сетях
обычно до 24 В.
Электрические реле предназначены для защиты, запуска, ос-
тановки и блокировки вентиляторов, насосов, холодильных комп-
рессоров и другого оборудования (например, электрических по-
догревателей большой мощности, которыми невозможно управ-
лять непосредственно при помощи контроллера).
Потенциометры служат для дистанционной настройки элек-
тронных контроллеров, ручного перемещения регулирующих при-
боров, например модулирующих электродвигателей воздушных
клапанов.
Ручные выключатели предназначены для ручного управления
или настройки различных операций.
Дополнительные выключатели, монтируемые на клапанах и
приводах заслонок, служат для согласования работы отдельных
312
элементов оборудования, включения дополнительных электриче-
ских цепей.
Шаговый контроллер включает различные ступени электри-
ческих воздухоподогревателей или выключает цилиндры холо-
дильных компрессоров.
Реле времени осуществляет автоматическую остановку и за-
пуск систем, перенастройку с режима на режим.
9.9.2. Пневматическое вспомогательное оборудование. К вспо-
могательному оборудованию пневматических САР относятся воз-
душные компрессоры, пневмопроводы из медных или пластмас-
совых труб малого диаметра, реле (пневмоэлектрические ПЭ,
электропневматические ЭГТ, электронно-пневматические, пневма-
тические, включающие, переключающие, позиционные, пропор-
циональные, выпускающие воздух из системы).
9.10. ВИДЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
СКВ проектируют и рассчитывают на максимальные ото-
пительные и холодильные нагрузки, которые могут быть в тече-
ние года, но работают системы в течение большей части времени
с неполной мощностью. САР должна быть запроектирована, и
ее различные части подобраны для всего требующегося диапа-
зона нагрева и охлаждения, увлажнения и осушения, при всех ко-
лебаниях отношения явного тепла к скрытому, которые возможны
в кондиционируемых помещениях.
Проектирование СКВ и САР должно проводиться одновре-
менно и совместно. При выборе обеих систем следует принимать
во внимание характер объекта, тип и конструкцию здания, ко-
лебания наружных и внутренних нагрузок, а также конечные ре-
зультаты, которые желательно достигнуть. Особую важность
представляют требования к допустимым пределам регулирова-
ния, т. е. к допустимым диапазонам колебаний регулируемых па-
раметров. Поэтому качества регулирующего оборудования долж-
ны соответствовать требуемой точности регулирования. Беспо-
лезно предусматривать применение высокоточных регуляторов
без того, чтобы СКВ были способны соответствующим образом
откликаться на регулирующие воздействия. Это означает, что
СКВ должна быть в состоянии изменять свою тепло- и холодо-
производительность с достаточным количеством малых ступеней
мощности для максимального удовлетворения происходящих из-
менений нагрузки так, чтобы не были превзойдены допустимые
колебания регулируемых параметров. Аналогично нет смысла
выбирать оборудование СКВ, с помощью которого можно произ-
водить более точное регулирование, чём требуется на данном объ-
екте. Обычно всегда лучше, проще в обслуживании, наладке и
эксплуатации простейшая система кондиционирования воздуха
и простейшая система ее регулирования. Разумно избегать не-
313
нужного усложнения системы и не следует предусматривать спе-
циальные эксплуатационные режимы, когда они не существенны.
9. 10.1. Зональное регулирование. Часто бывает желательно'
регулировать параметры воздуха в ряде помещений, обслуживае-
мых одной СКВ, от одного комплекта регуляторов. Для того что-
бы успешно достигнуть этого, необходимо предусматривать ре-
гулирование группы помещений (зоны), имеющих приблизитель-
но одинаково изменяющиеся в одно и то же время холодильные
и тепловые нагрузки. Нагрузки не должны быть одинаковой
величины, но все помещения зоны должны нуждаться в одно и
то же время в отоплении или охлаждении. Объединение поме-
щений в одну зону возможно по признаку одинаковых теплопо-
ступлений от людей, но более вероятно — по признаку одинако-
вой ориентации, т. е. одновременных теплопоступлений от сол-
нечной радиации.
Чтобы регулирование было эффективным, зонирование долж-
но быть проведено с учетом всех факторов, влияющих на отопи-
тельные и охладительные нагрузки. Необходимо принимать во
внимание все факторы, влияющие на теплопотери и теплопоступ-
ления, т. е. расположение помещений в плане и по высоте зда-
ния, солнечную радиацию, затеняющее действие соседних зда-
ний и т. д. Следует тщательно рассматривать изменения внут-
ренних нагрузок, перемещения людей, действие системы искус-
ственного освещения, работу машин и оборудования. Конечно,
надо также учитывать конструкцию здания. Желательно, чтобы
помещения одной и той же зоны имели одинаковые теплотехниче-
ские характеристики.
Часто может оказаться желательным делить здание не толь-
ко на внешние (соответственно ориентации и солнечной радиа-
ции) и внутренние зоны, но также на зоны по высоте здания (на-
пример, для учета различия в требованиях, предъявляемых при
обслуживании подвалов и первых этажей, верхних этажей с об-
лучаемыми покрытиями, а также для учета воздействия ветра и
естественной тяги на высотные здания).
Возможны варианты, при которых одно зональное регулиро-
вание не обеспечивает удовлетворительных температурных усло-
вий в помещениях зоны, поскольку внутренние нагрузки и рас-
положение перегородок либо нельзя точно предсказать, либо они
могут время от времени меняться. В таких случаях приходится
прибегать к индивидуальному регулированию в одном или во
всех помещениях.
9. 10.2. Индивидуальное покомнатное регулирование. Этот вид
регулирования наилучший. Индивидуальное регулирование
температуры предусматривают в больницах, школах, конторах и
других многокомнатных зданиях, и его обычно сочетают с зо-
нальным регулированием воды или воздуха, чем достигается не-
которая экономия на эксплуатационных расходах. Индивидуаль-
ное регулирование влажности в обыкновенных зданиях применя-
314
ют редко. Для зон часто используют некоторые формы так назы-
ваемых среднего предельного, высшего предельного или низшего
предельного регулирования влажности. Индивидуальное регули-
рование влажности применяют в вычислительных центрах, кон-
ференц-залах и административных помещениях, а также при
удовлетворении технологических требований.
9. 10.3. Требования к системам кондиционирования воздуха.
СКВ следует проектировать так, чтобы она допускала надлежа-
щее регулирование и в помещениях поддерживались желатель-
ные параметры с допустимыми отклонениями. Облегчить проек-
тирование САР, сделать ее более экономичной можно, придержи-
ваясь следующих положений:
1. СКВ'с постоянным объемом и переменной температурой
обычно лучше системы с переменным объемом воздуха.
2. Система воздухораспределения должна эффективно рас-
пределять воздух в обслуживаемом помещении без шума и дутья.
Приточные устройства следует выбирать так, чтобы движение
воздуха в зоне пребывания людей было приемлемым (см. гл.
11). Расположение рециркуляционных отверстий должно содей-
ствовать необходимому распределению воздуха и не вызывать
так называемые короткие замыкания.
3. Воздухоподогреватели нужно располагать так, чтобы ис-
ключалось расслоение воздуха при небольших нагрузках. Кало-
риферы первого подогрева не должны иметь завышенные разме-
ры -и повышать температуру воздуха более чем на 20°С. Паро-
вые подогреватели следует надлежащим образом освобождать
от образующего конденсата. Воздухоохладители нужно присо-
единять к системе холодоснабжения так, чтобы теплообмен про-
исходил в условиях противотока. Воздух в воздухоохладителях
должен перемещаться со скоростью, предотвращающей унос кон-
денсата. Второй подогрев желательно производить рециркуляци-
онным воздухом, пропускаемым по обводному каналу воздухоох-;
ладителя.
4. Для удовлетворительной работы при частичных нагрузках
холодильное оборудование должно состоять из нескольких аг-
регатов или ступеней, что позволяет избежать частых включений
и выключений. При необходимости можно устанавливать баки-
аккумуляторы.
5. Расположение составных частей систем и воздуховодов
должно быть удобным для размещения контроллеров, измерения
действительно представительных параметров и обеспечения сме-
шивания потоков наружного и рециркуляционного воздуха.
6. Помещения с примерно одинаковыми требованиями следу-
ет обслуживать самостоятельными системами, что облегчает ре-
гулирование. Чем меньше обслуживаемая системой площадь, тем
легче и экономичней регулирование параметров воздуха.
7. Для надлежащего регулирования падение давления в от-
крытом клапане или заслонке должно быть достаточно большим.
315
8. Комнатные контроллеры следует располагать в местах,
где измеряемые ими параметры наиболее представительны;
большей частью этому требованию отвечает их размещение в ре-
циркуляционном воздуховоде.
9. Оборудование систем кондиционирования воздуха и авто-
матического регулирования должно быть сравнимо по своим ка-
чествам.
10. Следует поддерживать давления сред, не превышающие
расчетных давлений для клапанов и заслонок. Воздухоподогре-
ватели нельзя питать от тепловых сетей, в которых осуществляет-
ся центральное регулирование.
9.11. ОБЪЕКТЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ
а) Регулирование главных источников тепло- и холодо-
снабжения. Имеется в виду регулирование производительности
котлов, теплообменников, холодильных машин. Вопросы регули-
рования котлов выходят за пределы этой книги (см. т. 3 данной
серии монографий), регулирование холодильных машин рассмот-
рено ниже, регулирование конденсаторов — в гл. 6. •
б) Регулирование концевого комнатного оборудования. Сюда
входит регулирование доводчиков, двухканальных и одноканаль-
ных аппаратов. Оно кратко рассмотрено в гл. 6.
в) Регулирование распределительной системы. В примене-
нии к системам вентиляции и СКВ это регулирование состоит
главным образом в регулировании систем с центральными возду-
хоприготовительными установками и связанных с ними паровых
и водяных систем, в регулировании сетей вторичной воды, пода-
ваемой к комнатным агрегатам (рассмотрено в гл. 7).
9.12. РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ПРИТОЧНОЙ
ВЕНТИЛЯЦИИ
Схема простейшего регулирования системы приточной
вентиляции, показанная на рис. 9.5, предусматривает подачу
фиксированного количества наружного воздуха. С запуском
вентилятора двухпозиционный двигатель Ml нормально закры-
того клапана открывает его и пропускает заданное количество
Рис. 9.5. Принципиальная схема ре-
гулирования системы приточной вен-
тиляции при заборе фиксированного
количества наружного воздуха
1 — приточный вентилятор; 2 — электро-
двигатель; Ml — исполнительный механизм
воздушного клапана; 0,4, RA и 5Д—со-
ответственно наружный, рециркуляцион-
ный н приточный воздух
316
наружного воздуха. При остановке вентилятора клапан закры-
вается.
Система, в которой предусмотрена ручная настройка количе-
ства наружного воздуха, показана на рис. 9.6. В системе име-
Рис. 9.6. Принципиальная схема регулирования системы приточио-вытяжной
вентиляции при ручной настройке количества вводимого наружного воздуха
1 — приточный вентилятор: 2 — электродвигатель: 3 — рециркуляционно-вытяжной вен-
тилятор с электродвигателем: НЗ— нормально закрытый клапан; НО — нормально от-
крытый клапан; ОА, ЕА, RA, МА и S/4—соответственно наружный, удаляемый, ре-
циркуляционный, смешанный н приточный воздух
ются рециркуляционно-вытяжной вентилятор и клапан в канале
выброса воздуха в атмосферу с приводом М2. Рециркуляцион-
ный клапан связан рычажной передачей с клапаном наружного
воздуха так, что работают они во взаимно противоположных
направлениях. После запуска приточного вентилятора одновре-
менно открываются клапаны наружного и выбросного воздуха,
а клапан рециркуляционного воздуха закрывается до положе-
ния, определяемого ручной настройкой с помощью выключате-
ля S1. После остановки приточного вентилятора все клапаны
возвращаются в нормальные положения. В канале, по которо-
му транспортируется смесь наружного и рециркуляционного
воздуха, может быть установлен нпжнепредельный защитный
термостат Т1. При падении температуры смеси ниже установ-
ленного предела он переключает клапан рециркуляционного
воздуха на пропуск большего, чем предусмотрено ручной на-
стройкой при помощи выключателя S1, количества. Эта же си-
стема может быть применена в холодный период года в приточ-
но-рециркуляционных установках. Правда, в данном случае
функции термостата Т1 несколько меняются: он управляет кла-
панами наружного и рециркуляционного воздуха, поддерживая
317
необходимую температуру смеси. При этом количество наруж-
ного воздуха ни при каких условиях не бывает меньше опреде-
ленного выключателем ручной настройки S/. Если температура
наружного воздуха низка или велико его количество, то требу-
ется подогрев.
Существует вариант системы по рис. 9.6, при котором в ка-
нале наружного воздуха предусмотрен дополнительный конт-
роллер температуры. При равенстве наружной и внутренней
температур он переключает систему на подачу 100% наружно-
го воздуха; термостат в канале смеси в этом случае работает
как нижнепредельный защитный.
Эта же система может быть применена для круглогодовой
работы. Термостат в канале смеси приоткрывает клапаны на-
ружного и выбросного воздуха при повышении температуры
смеси до тех пор, пока они полностью не откроются, а клапан
рециркуляционного воздуха совсем не закроется. Когда наруж-
ная температура достигает настроенного на лето значения,
клапаны перестанавливаются так, что в систему вводится ми-
нимум наружного воздуха, предусмотренный ручной настрой-
кой с помощью выключателя S1. Им же определяется и мини-
мальное количество наружного воздуха, вводимого зимой. В
канале наружного воздуха дополнительно размещают летний
термостат. В наиболее сложной системе приточной вентиляции
применяют комнатный или дистанционный термостат, установ-
ленный в канале рециркуляционного воздуха, и воздухоподогре-
ватель. “
На рис. 9.7 приведена схема системы с регулированием тем>-
пературы смеси, обеспечивающая некоторую экономию энер-
гии. Когда температура в помещении ниже температуры наст-
ройки комнатного (или рециркуляционного) термостата Т1, че-
рез клапан наружного воздуха в соответствии с ручной наст-
ройкой при помощи выключателя S1 поступает минимальное
количество наружного воздуха. Если температура в помещении
повышается, то Т1 вводит в регулирование исполнительными
механизмами смесительных клапанов Ml и М2 летний термо-
стат ТЗ и зимний термостат смеси Т2, установленные соответ-
ственно в каналах наружного и смешанного воздуха. Термостат,
Т2 управляет смесительными клапанами, поддерживая темпе-
ратуру смеси столь долго, сколь температура наружного возду-
ха остается ниже настройки термостата ТЗ. Когда температура
наружного воздуха достигает значения, на которое настроен
термостат ТЗ, клапаны возвращаются в положение, соответст-
вующее минимальной подаче наружного воздуха, установленной
с помощью ручного выключателя S1. Когда приточный венти-
лятор останавливается, клапан наружного воздуха полностью
закрывается.
Аналогичная система может быть использована для эконо-
мичного регулирования по наружному воздуху (рисунок не
3.18
Рис. 9.7. Схема круглогодового экономичного регулирования приточно-вы-
тяжной системы по температуре смешанного воздуха
1— приточный вентилятор; 2—импульсная линия к клапану регулирования системы
отопления; 3 — воздухоподогреватель; 4 — рециркуляцнонно-вытяжиой вентилятор с
электродвигателем; Т! — комнатный термостат (пунктиром показано возможное его
расположение в канале рециркуляционного воздуха); ОА. ЕА, RA, А1А и SA — соот-
ветственно наружный, удаляемый, рециркуляционный, смешанный и приточный воздух
приведен). В этом случае Т2 работает как нижнепредельный
(его располагают в канале смешанного воздуха перед воздухо-
подогревателем или увлажнителем). В канале паружного воз-
духа устанавливают дополнительный зимний термостат Т^.При
температуре в помещении ниже, чем настроенное значение тер-
мостата Т1, клапаны переводятся в положение минимальной
подачи наружного воздуха согласно ручной настройке выклю-
чателем St, а при температуре выше настроенного значения
клапанами управляют летний и зимний термостаты ТЗ и Т4.
При этом если наружная температура растет в диапазоне наст-
ройки Т4, то клапаны наружного и выбросного воздуха приот-
крываются, а рециркуляционного воздуха прикрывается до тех
пор, пока первые полностью не откроются при высшем значении
диапазона настройки Т4- Когда наружная температура становит-
ся равной настроенному значению термостата ТЗ, клапаны закры-
ваются до минимального положения, определяемого выключа-
телем S1.
9.13. РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ
Схема регулирования температуры воздуха при воздуш-
ном, отоплении показана на рис. 9.8. Термостат Т1 в потоке при-
319-
Рис. 9.8. Схема регулирования системы воздушного отопления
Т1 — термостат в канале приточного воздуха; Т2 — комнатный термостат; ТЗ—наруж-
ный компенсационный термостат (взамен Г2); МА, — соответственно смешанный
и приточный воздух
точного воздуха воздействует на клапан VI на трубопроводе
подачи теплоносителя к воздухоподогревателю 1. Температура
входящего в подогрева-тель воздуха должна быть выше нуля.
Введение в схему комнатного термостата Т2 позволяет поддер-
живать желательную температуру в помещении, в этом случае
термостат Т1 работает как нижнепредельный, защищающий о г
падения температуры приточного ’воздуха ниже определенного
нежелательного уровня. Наружный компенсационный термо-
стат ТЗ позволяет менять настройку Т2 и обеспечивать тем са-
мым регулирование температуры приточного воздуха по наме-
ченному графику; температура приточного воздуха будет под-
ниматься по мере падения наружной температуры. Прямое ре-
гулирование воздухоподогревателя хорошо оправдывает себя,
если система обслуживает одно помещение. В нескольких об-
служиваемых помещениях наружный компенсационный термо-
стат позволяет поддерживать некую «среднюю» температуру.
9.14. РЕГУЛИРОВАНИЕ КАЛОРИФЕРА ПЕРВОГО
ПОДОГРЕВА
Калорифер первого подогрева служит для защиты
установленных за ним воздушных фильтров и тепломаосооб-
менного оборудования от замерзания и обеспечения процессов
увлажнения. Собственно калорифер первого подогрева также
должен быть рассчитан, подобран и установлен так, чтобы он
не замерз при работе и не вызывал перегрева обслуживаемого
320
помещения. Паровые воздухоподогреватели следует снабжать
кондеисатоогводчикамн, обеспечивающими хороший отвод кон-
денсата я тем самым защиту калориферов от замерзания.
Опыт показал, что величину подогрева в калориферах пер-
вого подогрева желательно ограничивать 17—20°С. Поскольку
в Соединенном Королевстве зимняя расчетная начальная тем-
пература воздуха от —1 до —2°С, то температура воздуха пос-
ле калориферов первого 'подогрева обычно составляет 16—18°С.
Для более глубокого подогрева рекомендуется устанавливать
последовательно два или больше калорифера.
Метод регулирования ‘калорифера первого подогрева пока-
зан на рис. 9.9. Термостат Т1 с узким диапазоном настройки
Рис. 9.9. Схема регулирования калорифера первого подогрева наружного
воздуха
J — электродвигатель приточного вентилятора; 2 — калорифер первого подогрева в ка-
нале наружного воздуха; ОА, RA, МА, SA — соответственно наружный, рециркуля-
ционный, смешанный и приточный воздух
управляет клапаном, открывая подачу теплоносителя в возду-
хоподогреватель при падении наружной температуры ниже 2°С.
Защиту подогревателя от замерзания обеспечивает воздушный
клапан с исполнительным механизмом Ml, сблокированным с
электродвигателем приточного вентилятора: клапан открывает-
ся с пуском вентилятора и закрывается с его остановкой.
9.15. РЕГУЛИРОВАНИЕ ВЛАЖНОСТИ
Применяют обычно увлажнительные устройства четы-
рех типов: противни, паровые увлажнители, форсунки тонкого
распыления и форсуночные камеры.
9.15.1. Увлажнение воздуха с помощью противня (рис. 9.10).
Желательная относительная влажность в помещении поддер-
живается комнатным гумидостатом, воздействующим на пода-
чу пара в змеевик, обогревающий воду в поддоне, через клапан
VI пропорционального или двухпозиционного регулирования.
Клапан VI закрывается с выключением вентилятора, а также
при аварии в сети электроснабжения (для этого клапан снаб-
жен возвратной пружиной). Испарение воды с поверхности
И Зак. 430
321
противня происходит удовлетворительно в тех случаях, когда
не требуется быстрое изменение влажности в помещениях и
количество испаряемой влаги невелико. Двухпозиционное регу-
лирование следует применять только там, где допускаются
весьма широкие пределы изменения влажности в помещениях.
Перед противнем обычно устанавливают калорифер первого
подогрева. Одно из его назначений — повышение влагопогло-
щения увлажняемого воздуха. При обогреве паром его избы-
точное давление следует поддерживать постоянным на уровне
свыше 30 кПа. Приближенно можно считать, что при увлаж-
нении паром воздуху передается '/з явного и 2/3 скрытого тепла.
Рис. 9.10. Схема регулирования
влажности при испарении воды с
открытой поверхности .противня
/ — электродвигатель приточного вен-
тилятора; 2 —противень; 3 —обогревае-
мый паром змеевик; VI — паровой*
клапан; Hi — комнатный контроллер
влажности; ОА, ЯД, МА и 5Д — соот-
ветственно наружный, рециркуляцион-
ный, •' смешанный и приточный воздух
Рис. 9.11. Схема регулирования
пароструйного увлажнителя
1 — электродвигатель приточного вен-
тилятора; 2 — распылители пара; ОА,
R.A, МА и ЗД — соответственно наруж-
ный, рециркуляционный, смешанный н
приточный воздух
9.15.2. Пароструйный увлажнитель (рис. 9.11). Двухпозици-
онным или пропорциональным клапаном VI управляет из по-
мещения контроллер влажности Н1. Клапан сблокирован с
электродвигателем вентилятора и закрывается с прекращением
работы приточного вентилятора. Паровой увлажнитель точно
поддерживает влажность и обладает малой инерционностью.
Избыточное давление пара — порядка 30 кПа или выше. По-
ступающий на увлажнение воздух должен обладать достаточ-
ной способностью поглощать влагу. Поскольку процесс увлаж-
нения паром приблизительно изотермичный, повышение темпе-
ратуры приточного воздуха по сухому термометру небольшое.
Увлажнение воздуха паром, отбираемым от котельных устано-
вок, может сопровождаться неприятным запахом.
9.15.3. Увлажнение тонким распылением воды. Схема регу-
лирования аналогична схеме, показанной на рис. 9.11, и отли-
чается только тем, что клапан VI двухпозиционный. Система
малоинерционна и позволяет регулировать влажность с высо-
кой точностью. Процесс увлажнения несколько отклоняется от
адиабатного, что 'необходимо учитывать при точном регулиро*
вании.
9.15.4. Увлажнение в форсуночной камере (рис. 9.12). Со-
гласно схеме на рис. 9.12 производится компенсационное регу-
лирование точки росы. Комнатный влагоконтроллер Н1 перена-
страивает температуру точки росы, поддерживаемую по коман-
де термостата Т1, расположенного в потоке воздуха за форсу’
ночной камерой. Перенастройка происходит по заранее наме-
ченному графику в том случае, когда падает относительная
влажность воздуха в помещении, измеряемая Н1. Термоконт-
роллер Т1 управляет приводом Ml смесительных клапанов, за-
Рис. 9.12. Компенсационное регулирование температуры точки росы при
увлажнении воздуха в форсуночной камере
/ — электродвигатель вентилятора; 2 — насос; J — водоподогреватель; 4 — форсуноч-
ДЖ камера; НЗ— нормально закрытый клапан; НО — нормально открытый клапан; ОА,
RA, МА и — соответственно наружный, рециркуляционный, смешанный н приточный
08 Дух.
когда изменение соотношения смеси наружного и рецир-
куляционного воздуха оказывается недостаточным для дости-
жения требуемой точки росы, открывается паровой клапан и
^вводится в действие пароводяной подогреватель; количество
наружного воздуха остается постоянным и равным минималь-
ному согласно ручной настройке с помощью выключателя S1.
.Клапан VI пропорционально поддерживает температуру точки
/РОед^риточного воздуха на желательном уровне. После оста-
новки приточного вентилятора закрываются клапан наружного
воздуха ипаровой клапан VI. В схему может быть введен конт-
11* Зак, 430 '^9'4
роллер давления Pl, который закрывает клапан VI в случае
прекращения подачи 'воды. Процесс увлажнения можно счи-
тать адиабатным, если вода рециркулирует и к ней не подводится
тепло от внешних источников.
9.16. РЕГУЛИРОВАНИЕ ОХЛАЖДЕНИЯ
На рис. 9.13 показана схема регулирования степени ох-
лаждения .воздуха изменением расхода охлажденной воды,
проходящей через воздухоохладитель, при помощи трехпроход-
ного смесительного клапана, управляемого комнатным термо-
статом Т1. Вода поступает с постоянной температурой, а ее
расход через теплообменник меняется. Воздухоохладитель при-
Рис. 9.13. Схема пропорционального ре-
гулирования водовоздушного охладите-
ля
/ — ручной клапан для уравнивания сопро-
тивления; 2 — обратный трубопровод; МА,
SA — соответственно смешанный и приточный
воздух
соединяется к сети холодоснабжения по противоточной схеме,
что увеличивает передачу тепла. .Для выравнивания сопротив-
лений- путей через теплообменник и перемычку, а также для
уравнивания давлений перед обоими входными патрубками
трехпроходного клапана на перемычке рекомендуется устанав-
ливать ручной дросселирующий вентиль.
В помещении сохраняется температура по сухому термометру
и растет относительная влажность. Если ее необходимо регу-
лировать, то следует предусматривать какой-нибудь метод вто-
рого подогрева. Для этой же цели можно применять и двух-
проходной пропорциональный автоматический водяной клапан.
Однако необходимо предварительно проанализировать получае-
емые при этом колебания давления в сети трубопроводов и
убедиться в том, что они приемлемы. Если колебание темпера-
туры в помещении допускается в широких пределах, то можно
применить и двухпроходной двухпозиционный клапан. В этом
случае в помещение попеременно будет поступать то охлажден-
ный, то неохлажденный воздух.
Одно явное охлаждение в комфортных системах проектиру-
ется редко. Во всех системах применяют регулирование влаж-
ности посредством осушения или второго подогрева.
В системе, показанной на рис. 9.14, осуществляется комби-
324
нированное двухпознционное регулирование водяным клапаном
VI и пропорциональное регулирование обводным рециркуляци-
онным воздушным клапаном с приводом Ml. Когда холодиль-
ная нагрузка достигает заранее определенного минимального
значения, термостат Т1 открывает клапан VI, а регулирование
производится пропорциональными спаренными фасадным и об-
водным клапанами, вследствие чего поддерживается желатель-
ная температура в помещении- Когда приточный вентилятор
выключается, клапан закрывается.
На рис. 9.15 приведена ^схема двухлозиционного (пуск-оста-
новка) регулирования холодильного компрессора и воздухоох-
ладителя непосредственного кипения. Запуск двигателя при-
точного вентилятора позволяет включить компрессор. Запуск
компрессора при повышении температуры в помещении и оста-
Рис. 9.14. Схема регулирования водовоздушиого охладителя при помощи
двухпозициониого водяного клапана и пропорционального воздушного кла-
пана в обводном канале, спаренного с фасадным воздушным клапаном
1 — электродвигатель приточного вентилятора; 2— фасадный воздушный клапан; 3—
>одовоздушный охладитель; 4 — клапан в обводном канале; 5 — рецнркуляцнонно-вы-
ТЯЖВОЙ вентилятор с электродвигателем; ОА, ЕА, ЯД, МА и SA- соответственно на-
ружный, удаляемый, рециркуляционный, смешанный и приточный воздух
аовку его при понижении температуры осуществляет двухпо-
зиционный комнатный термостат Т1. При этом методе регули-
рования в помещение попеременно поступает то охлажденный,
то неохлажденный воздух. Система пригодна только при ис-
пользовании компрессоров малых производительностей и для
помещений, где допускается изменение температуры в широких
пределах. Может оказаться необходимым ограничить количе-
S25
Рис. 9.15. Схема двухпозициоиного регулирования холодильной машины с
воздухоохладителем-испарителем непосредственного кипения
/ — электродвигатель приточного вентилятора; 2 — пускатель; 3 — воздухоохладитель-
испаритель непосредственного кипения; 4 — холодильный компрессор; 5 — электродви-
гатель компрессора; 6 — пускатель электродвигателя компрессора, 7 — конденсатор;
— приточный воздух
ство запусков в единицу времени для того, чтобы предохранить
пускатель и двигатель от перегрева и (или) компрессор от по-
вреждения. Этого можно достигнуть с помощью реле времени
в цепи пускателя.
Схема регулирования компрессора при помощи односту-
пенного разгружателя показана .на рис. 9.16. При полной про-
изводительности двухступенчатый комнатный термостат Т1
управляет компрессором непосредственно, а при пониженной —
Рис. 9.16. Схема регулирования холодильной машины посредством выклю-
чения цилиндров компрессора
Обозначения те же, что на рнс. 9.15
326
через соленоидный клапан VI (разгружатель цилиндров) или
просто выключает компрессор. Для управления компрессором
при 100%-ной производительности применяют и комнатный гу-
мидостат Н1; термостат Т1 при этом может с некоторым запаз-
дыванием выключать компрессор. Область применения систе-
мы — установки малой мощности, допускающие широкие пре-
делы изменения температуры.
Схема регулирования включением и выключением воздухо-
охладителя-осушителя непосредственного кипения при помощи
соленоидного клапана показана на рис. 9.17. Термостат Т1 в
помещении управляет соленоидным клапаном VI на трубопро-
воде жидкого хладагента, подводимого к испарителю. Когда
поддерживается заданная температура, Т1 закрывает клапан
VI, но компрессор продолжает работать в «насосном режиме»
для удаления жидкого хладагента, который в противном слу-
чае может попасть во всасывающий трубопровод и повредить
компрессор при повторном запуске. После удаления всей жид-
кости компрессор останавливает регулятор низкого давления.
Однако поскольку компрессор не работает, хладагент может
течь на сторону низкого давления, повышая давление сверх
того, при котором компрессор был выключен. Для предотвра-
щения частых включений и выключений на короткие периоды
в схему введено «противоцикличное» реле R1, которое не до-
пускает запуск компрессора без того, чтобы термостат Т1 не
«запросил» охлаждения.
Многоступенчатым воздухоохладителем-воздухоосушителем
непосредственного кипения может управлять многоступенчатый
комнатный термостат, воздействующий на соленоидные венти-
Рис. 9.17. Схема двухпозиционного регулирования воздухоохладителя непо-
: средствениого кипения с помощью соленоидного клапана на трубопроводе
подачи жидкого хладагента
электродвигатель приточного вентилятора; 2 — воздухоохладитель непосредствен-
2?г0 кипения; 3 — импульсная линия к пускателю электродвигателя компрессора;
— противоцикличное реле; — приточный воздух
327
ли, установленные на каждой подводке жидкого хладагента к
секциям охладителя. Однако при количестве секций более двух
обычно применяют шаговый контроллер, который согласованно
управляет соленоидными клапанами на подводках жидкого
хладагента и соленоидными клапанами — разгружателями ци-
линдров.
Схема плавающего согласованного регулирования холодо-
производительности компрессора путем воздействия на давле-
ние всасывания показана на рис. 9.18. Цилиндры и разгружа-
тели распределены по ступеням в последовательности, необхо-
димой для достижения полной производительности. Во всасы-
вающей линии прибор Р1 измеряет давление и включает и
выключает ступени компрессора 1—6 при помощи шагового
контроллера, приводимого двигателем плавающего регулиро-
вания Ml. Прибор Р1 включает ступени при повышении давле-
ния всасывания ;и выключает их при падении давления. Дви-
гатель Ml во время вращения вводит в действие выключатели
Рис. 9.18. Схема плава-
ющего согласованного ре-
гулирования мощности
холодильной машины
□□□□□□ '
f г 3 4 5 в
(обычно ртутные), а тем самым и ступени компрессора. После
возобновления подачи тока электродвигатель Ml возвращает-
ся в исходное положение, а реле R1 держит компрессор в вы-
ключенном состоянии. Реле R1 вводит выключатель Р1 в дей-
ствие после достижения электродвигателем Ml исходного поло-
жения. Подобная система может быть применена для последо-
вательного регулирования компрессора по температуре в по-
мещении при замене прибора Р1 пропорциональным комнат-
ным термостатом Т1 и при установке пропорционального дви-
гателя Ml.
Аналогично может быть достигнуто программное регулиро-
вание производительности компрессора по температуре охлаж-
даемой воды с помощью плавающего термостата Т1, плаваю-
щего двигателя Ml л отдельной защиты водоохладителя от
замерзания.
Во всех случаях холодопроизводительность должна распре-
деляться между ступенями примерно равными долями, а число
ст^шеней должно быть не менее 4.
9.17. РЕГУЛИРОВАНИЕ ОСУШЕНИЯ
На рис. 9.19 показана схема пропорционального регу-
лирования осушителя-воздухоохладителя посредством воздей-
ствия на охлаждаемый водой теплообменник с последующим
догревом воздуха. Охлажденная вода должна быть достаточно
низкой температуры для достижения 'необходимого осушения.
Комнатный термостат Т1 управляет клапанами VI и V2 и под-
держивает требуемую температуру в помещении, а пропорцио-
нальный контроллер влажности Н1 — клапаном VI (когда тре-
буется осушение). В это время термостат Т1 управляет только
клапаном V2. При выключении вентилятора клапан VI закры-
вается.
Рис. 9.19. Схема регулирования
водовоздушного теплообменника-
осушителя с последующим подо-
гревом воздуха
/—электродвигатель приточного вен-
тнлятора; 2—воздухоподогреватель; 3—
воздухоохладитель-осушитель; —
приточный воздух
Рис. 9.20. Схема регулирования
форсуночной камеры, работающей
в режиме охлаждения и осушения
воздуха
1 — электродвигатель приточного веп-
тилятора; 2 — водоохладитель; 3 — на-
сос форсуночной камеры; 4 — форсу-
ночная камера; 5 — воздухоподогрева-
тель; МА и — соответственно сме-
шанный и приточный воздух
На рис. 9.20 показан метод регулирования форсуночной ка-
меры, работающей в режиме охлаждения и осушения воздуха.
Температура камерного воздуха регулируется термостатом ГТ,
воздействующим на трехходовой смесительный клапан VI.
Если влажность в помещении растет, то комнатный контроллер
влажности сдвигает точку настройки Т1 на более низкое зна-
чение. Комнатный термостат Т2 управляет клапаном V2, обе-
спечивая необходимую температуру в помещении. С выключе-
нием вентилятора останавливается насос. Обвязка трубопро-
водами может изменяться в зависимости от минимально допу-
стимого расхода воды через водохладитель.
329
9.18. РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
На рис. 9.21 представлена электронная система регули-
рования, обеспечивающая нагрев и охлаждение воздуха, при-
чем предусмотрена мертвая зона между этими двумя режима-
ми. Электронная регулировочная панель Е1 получает и перера-
батывает сигналы от комнатного термостата Т1 и последова-
тельно управляет клапаном на трубопроводе подачи холодо-
носителя VI и клапаном на трубопроводе подачи теплоносите-
ля V2. Возможно размещение термостата Т1 в канале рецир-
куляционного воздуха. Предусмотрена мертвая зона между
окончанием стадии подогрева и началом стадии охлаждения.
Размер этой зоны определяется предварительной настройкой.
В канале приточного воздуха возможна установка нижнепре-
дельного термостата Т2. Наружный термостат ТЗ по выбору
термостата Т4 обеспечивает работу СКВ либо по летнему, либо
по зимнему графику. Т4 осуществляет переключение при опре-
деленной заранее заданной температуре, например 21°С. В те-
чение зимы, если наружная температура падает, температура
в помещении немного возрастает (например, на 1°С при паде-
нии наружной температуры на 10°С), в то время как летом при
увеличении наружной температуры температура в помещении
поднимается значительно больше (например, на 3°С при повы-
шении наружной температуры на 10°С).
На рис. 9.22 показана схема регулирования по методу посто-
янной температуры точки росы после форсуночной камеры. Эту
температуру поддерживает термостат Т2 через электронную
панель Ё1, причем регулирование последовательно осуществ-
ляется тремя ступенями: с помощью клапана VI на линии по-
дачи теплоносителя к калориферу первого подогрева; взаимно
Рис. 9.21. Схема двухступенчатого регулирования подогрева и охлаждения
воздуха
1 — воздухоподогреватель; 2 — воздухоохладитель; ОА. RA, МА и ЗЛ — соответствен-
но наружный, рециркуляционный, смешанный и притонный воздух
330
Рис. 9.22. Схема регулирования системы кондиционирования воздуха по ме-
тоду постоянной температуры точки росы
/ — приточный вентилятор; 2 — калорифер второго подогрева; 3 — водоохладитель; 4—
насос; 5—калорифер первого подогрева; 6 — форсуночная камера; ОА, RA, .W.4 и ЗЛ —
соответственно наружный, рециркуляционный, смешанный и приточный воздух
Рис. 9.23. График работы системы автоматики при трехступеичатом регу-
лировании кондиционера по методу постоянной температуры точки росы
/ первая ступень, работа калорифера первого подогрева; 2 — вторая ступень, подача
п«»^СТ9а1011^еГО количества наружного воздуха; 3 — третья ступень, охлаждение воз-
луха; за охлаждение в первой частн периода охлаждения; 36 — то же, во второй;
°™РЫТ: С ~ закр?,’Гп — клапан калорифера первого подогрева; К.НВ — клапан
аружного воздуха; КРВ— клапан рециркуляционного воздуха; Ml — исполнительный
спаренных воздушных клапанов КИВ и КРВ; V3 — клапан подачи охлаж-
денной воды в форсуночную камеру
331
обратными смесительными воздушными клапанами, приводи-
мыми в движение исполнительным механизмом Ml; с помощью
клапана V3 на трубопроводе подачи охлажденной воды к фор-
суночной камере. Во время работы калорифера первого подо-
грева смесительные клапаны устанавливаются в положение
подачи минимального количества наружного воздуха (напри-
мер, 25%), которое предварительно настраивается с помощью
ручного выключателя 5/. Температура в помещении поддержи-
вается комнатным термостатом Т1, управляющим через элект-
ронную панель Е2 клапаном V2 на трубопроводе подачи тепло-
носителя к калориферу второго подогрева. Термостат Т1 может
располагаться в канале рециркуляционного воздуха.
Рассмотренная выше работа системы представлена в виде
диаграммы на рис. 9.23.
9.19. ЦЕНТРАЛИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ЗА РАБОТОЙ
СИСТЕМ ИНЖЕНЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ЗДАНИИ
Разбросанность и сложность систем отопления, вентиля-
ции и кондиционирования воздуха, а также других систем ин-
женерного оборудования (освещения, связи, лифтов, пожарной
безопасности) в больших зданиях или их комплексах, напри-
мер больницах, университетах, затрудняют контроль за рабо-
той и обслуживанием систем. Возникает необходимость созда-
ния центральных контрольны^ щитов, применение которых
позволяет экономить на рабочей силе и эксплуатационных рас-
ходах. [10—12]. В литературе имеются сведения [13] о том,
что стоимость центрального щита составляет 3% от общей
стоимости систем и капитальные затраты на него окупаются за
5 и менее лет. Цель создания центральных контрольных пунк-
тов состоит в получении сигнальной информации для принятия
решений о настройке систем на работу в наиболее безопасных
и экономичных режимах.
Мнемонические схемы СКВ со встроенными сигнальными
лампами, кнопками для проверки температур на различных
участках, записывающими и показывающими приборами поз-
воляют оператору быстро устанавливать эксплуатационное со-
стояние оборудования.
Чтобы преимущества централизации контроля были пол-
ностью использованы, размеры щитов и количество установлен-
ных на них приборов должны быть приняты в разумных преде-
лах. Значительной экономии площади на размещение централь-
ных контрольных пунктов можно достигнуть при комбинирован-
ном применении телевизоров и обыкновенных контрольных
приборов. Размеры щитов могут быть уменьшены в результате
миниатюризации приборов и применения считывающих (ска-
нирующих) устройств и многоточечных самописцев.
332
В перспективе возможно применение ЭВМ для управления
системами и эксплуатации их на наиболее экономичных ре-
жимах.
9.20. ДОСТИЖЕНИЯ В РЕГУЛИРОВАНИИ
9.20.1. Жидкостные усилительные устройства. Наиболее
часто используется воздух в виде небольших струй, с помощью
которых передаются сигналы к регулирующим приборам. Уси-
лительные элементы могут обеспечивать пропорциональное или
цифровое действие, обычно включение и выключение. Разли-
чают элементы плоские и осесимметричные. В первых движут-
ся круглые свободные струи, во вторых — плоские стесненные.
Два основных прибора — тройной конечный модулятор и толч-
ковый модулятор — аналоги транзисторов и транзисторных
схем. Их конструкции и работа рассмотрены в статье [16].
9.20.2. Полупроводниковые регуляторы. Эти приборы стали
широко применять для регулирования электровоэдухоподогре-
вателей.
(Ранее практиковалось одноступенчатое регулирование по
методу «включено-выключено» (при помощи термостатов, реле
или контакторов) или многоступенчатое регулирование по тому
же методу (как при шаговом контроллере).
Транзисторные приборы обычно изготовляют из силикона с
определенными добавками, известными как материалы типов
р и п. Эти приборы регулируют ток молекулярными средства-
ми больше, чем механическими. Главные составные части полу-
проводников, используемые для регулирования электровоздухо-
подогревателей, это «р—п- (диоды) и п—р—n-транзисторы, си-
ликоновые детектор и TRIAC» [19].
В идеале регулятор электрического нагревателя должен от-
пускать электрическую энергию в пределах от 0 до 100% в ли-
нейной зависимости от регулирующего сигнала, не вызывать до-
полнительных затрат энергии и быть невосприимчивым к изме-
Рис. 9.24. Схема пропорционального ре-
гулирсжаиия с помощью полупроводни-
ковых приборов
1 —• приточный вентилятор; 2 — электровоз-
Духоподогреватель; ЗД — приточный воздух
(с разрешения Honeywell Controls Ltd)
нениям сопротивления. Силиконовые детекторы частично
отвечают этим требованиям.
Силиконовый детектор по регулирующему сигналу пропус-
кает ток в одном направлении и не пропускает его в обратном.
Если регулирующий сигнал снимается, то по-прежнему ток
идет только в одном направлении до тех пор, пока напряжение
не станет равным нулю.
Типовая схема регулирования показана на рис. 9.24. В ней
применен пропорциональный полупроводниковый контроллер
MSSC1, воздействующий на вентиль CV1, подающий ток к элект-
ро-воздухоподогревателю в соответствии с «запросами» ком-
натного термостата Т1. Реле Р1 сигнализирует о движении воз-
духа через подогреватель, Т2—нижнепредельный термостат.
Силиконовые детекторы могут быть использованы для регули-
рования частоты вращения небольших вентиляторов и насосов
[20].
9.21. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Kaplan, F., Nomograph Solves Valve Sizing Formulas for Saturated
Steam, Heat. Pip. Air Condit., 36, (9)7 151 (1964).
2. Kaplan, F., Nomograph Solves Valve Sizing Formulas for Liquid Flow,
Heat. Pip. Air Condit., 36, (8), 135 (1964);
3. 'Kaplan, F., Nomograph Sizes Valves for Handling Compressible Fluids,
Heat. Pip. Air Condit., 36, (12), 145 (1964).
4. Carlson, G. E., Flow Balance in Hydronic Systems, Air Condit. Heat.
Vent., 62, (9), 71 (1965).
5. Alyes, H., and Janisse, N., Matching Damper to System by Damper Cha-
racteristics, Air. Condit. Heat. Vent., 60, (12), 31 (1963).
6. Alyes, H., and Janisse, N., The Right Size Damper, Air Condit. Heat Vent.,
61 (3), 82 (1964).
7. Alyes, H„ and Janisse, N., Adapting Damper to System, Air Condit. Heat.
Vent., 61 (3), 82 (1964).
8. A Damper is a Control Device, Heat. Pip. Air Condit., 36, (4), 112 (1964).
9. Dunn, G. W., An In-Depth Look at Electric Heating Controls, Heat. Pip.
Air Condit., 39, (1), 184 (1967).
10. Control Systems in Buildings Today, Heat. Pip. Air Condit., 39, (7),
153 (1967).
11. Hospital’s New Centre Controls Systems a Mile Away, Heat. Pip. Air
Condit., 37, (4), 89 (1965).
12. Sage, S. J., Centralized Control of Heating and Air Conditioning Ser-
vices, reprint from Heating and Air Conditioning (July 1964).
13. Austin, R. E., and Jackson, T. B., Centralized Supervision of Building
Services, reprint from Heating and Ventilating Engineer (July and Aug. 1964).
14. Blum, H., Computers for Building Management, Air Condit. Heat. Vent.,
63, (11), 50 (1966).
15. Computer Control for Environmental Systems, Heat. Pip. Air Condit.,
37, (8), 93 (1965).
334
16. Laakanienin, R. N., Two Pure Fluid Amplifying Elements, Am. Soc. Heat.
Refrig. Air-Condit. Engrs JI, 8, (1), 102 (1966).
17. Fluidics, Life Magazine (Atlantic edn.), 54 (Nov. 1967).
18. Chapman, W., Fluidics—Growing Pains Slow its Progress, Am. Soc.
Heat. Refrig. Air Condit. Engls JI, 9, (9), 47 (1967).
19. Control of Electric Heating. Air Condit. Heat. Vent., 63, (7), 7 (1966).
20. Mackay, A. A., New Pumping Concept for Industry through Solid-State
Control. Heat. Pip. Air Condit., 38 (2), 89 (1966).
СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Miles, V. C., Thermostatic Control, Newnes, London, 1965.
Toylor, F. M. H.. Electronic Controls for Heating and Ventilating, Part I:
Electronic Control Theory, J. Instn Heat. Vent. Engrs, 25, 277 (1958); Part II:
The Selection of Control Applications, J. Instn Heat. Vent. Engrs, 26, 52 (1958).
Taylor, F. M. H., and Champion, C. L., The Control of Heating and Venti-
lating Systems, J. Istn Heat. Vent. Engrs, 27, 359 (1960).
Brown, G. F., Application of Pneumatic Controls to Air Conditioning,
J. Instn Heat. Vent, Engrs, 28, 405 (1961).
Powell, D. H., Basic Principles of Control Applications, J. Instn Heat. Vent.
Engrs, 29, 353 (1962).
Constance, J. D., Sizing Steam Control Valves, Air Condit. Heat. Vent., 62,
(1), 81 (1965).
Haines, J. E., Automatic Control of Heating and Air Conditioning (2nd.
edn.), McGraw-Hill, New York, 1961.
Automatic Control, Chap. 13 in Am. Soc. Heat. Refrig. Air-Condit. Engrs
Guide and Data Book Fundamentals and Equipment, 1963.
Engineering Manual of Automatic Control, Honeywell Controls Ltd (for-
merly Minneapolis — Honeywell Regulator Co.), 1958.
Control Valve Selection, File No. 77-5101, Honeywell Controls Ltd, USA
(Jan. 10, 1957).
Manual of Application (3rd edn.), Satchwell Controls Ltd, 1961.
Control of Steam Coils for Heating and Air Conditioning, Data Sheet 8511.
Control of Water Systems for Heating and Air Conditioning, Data Sheet 8510.
Hot Water Conrol Valves, Data Sheet 9775, Barber and Colman Ltd (Jan.
1963).
The Supervisory Data Center, File No. 77-0111, Honeywell Controls Ltd
USA (Nov. 15, 1956).
Ramsey, M. A., Tested Solutions to: Design Problems in Air Conditioning
and Refrigeration, Industrial Press Inc., New York, 1966.
Ramsey, M. A., Interior Design, Air Condit. Heat. Vent., 63, (1), 77 (1966).
Ramsey, M. A., Jnterior Space — Variable Load, Air Condit. Vent. 63 (3),
89 (1966).
Ramsey, M. A., Tnterioz Space — Variable Load, Air Condit. Vent., 63, (5),
114 (1966).
Ramsey, M. A., On/Off Control of Air Conditioning Systems, Air Condit.
Heat. Vent, 63, (9), 93 (1966).
Ramsey, M. A., On/Off Control with Intermittent Refrigeration, Air Condit.
Heat. Vent., 63, (10), 95 (1966).
Ramsey, M. A., On/Off Control Using Less Coil, Air Condit. Heat. Vent.,
63, (11), 85 (1966).
Ramsey, M. A., On/Off Face Control Can Fulfil Some Requirements, Air
Condit. Heat. Vent., 63, (12), 57 (1966).
Ramsey, M. A., On/Off Control Methods that do the Job, Air Condit. Heat.
Vent., 64 (2), 71 (1967).
n^msey’ -4-, Simple Reheat Coil, Air Condit. Heat. Vent., 64, (3), 103
335-
Ramsey, M A., For Maximum Flexibility Control with Bypass, Air Condit.
Heat. Vent., 64, (4), 75 (1967).
Ramsey, M. A., More Bypass Controls, Air Condit. Heat. Vent., 64. (6),
81 (1967).
Ramsey, M. A., Pay Attention to the Humidity Too, Air Condit. Heat. Vent.,
64, (7), 49 (1967).
Ramsey, M. A., Coils and Controls for Close Humidity Tolerances, Air
Condit. Heat. Vent., 64, (8), 79 (1967).
Глава 10
ВВОД В ДЕЙСТВИЕ, ИСПЫТАНИЕ
И ОБСЛУЖИВАНИЕ СИСТЕМ
10.1. ВВЕДЕНИЕ
Ввод в действие, испытание и обслуживание систем — важ-
ные операции, гарантирующие, что законченная система прове-
рена, приведена в рабочее состояние, настроена и отрегулиро-
вана, т. е. к моменту сдачи заказчику действует в соответствии
с расчетными данными и будет работоспособной в течение все-
го срока службы. Первый существенный признак удовлетво-
рительной работы системы—это уровень создаваемого еюшума.
Следует, однако, иметь в виду, что как бы хорошо не были
проведены операции ввода в действие, испытания и обслужи-
вания, они никогда не могут компенсировать слабости проекта
или ошибки монтажа. В проекте необходимо предусматривать
все устройства для выполнения операций испытания и обслу-
живания, а также помещения для ремонта, замены, наладки
установок и оборудования.
10.2. ВВОД СИСТЕМ В ДЕЙСТВИЕ
Общество инженеров по отоплению и вентиляции пери-
одически выпускает практические указания — коды. Согласно
одному из этих кодов [1], ввод в действие — это перевод уста-
новки из стадии статического состояния в стадию полного ра-
бочего состояния, отвечающего всем проектным требованиям.
Ввод установки в действие включает ее регулировку и наладку.
В коде подчеркнута важность проектирования. Проектиров-
щик обязан точно определить функциональные требования, ко-
торым должна отвечать установка, рассчитать нагрузки и обес-
печить правильный подбор и монтаж оборудования. Необходи-
мо предусмотреть в системе все устройства для ее ввода в дей-
ствие: воздушные клапаны, лючки для замеров, регулировоч-
ные клапаны, устройства для отбора давлений и определения
расходов в водяных трубопроводах, манометры и патрубки для
зарядки хладагентом холодильных установок.
Инженер, которому поручен ввод системы в действие, дол-
жен быть проинструктирован и снабжен всей необходимой
проектной документацией (детальное описание систем; предпо-
лагаемый характер их работы; схемы трубопроводов и воздухо-
водов; чертежи системы с размещением всех точек измерений
и регулирующих приборов; четкие указания о расходах, тем-
12 Зак. 439
пературах и давлениях; чертежи электропроводок и оовязок
термостатов, исполнительных механизмов, электрооборудова-
ния) и литературой, изданной заводами-изготовителями.
10.2.1. Системы воздухораспределения. Для систем с высоки-
ми и низкими скоростями движения воздуха рекомендуется
одна и та же (процедура ввода их в действие. Сначала необхо-
димо убедиться, что система перед запуском находится в удов-
летворительном и безопасном состоянии. При этом, следует
проверить:
а) чистоту системы, т. е. воздуховодов и каналов, вентиля-
торов, фильтров, теплообменников, увлажнителей, камер, воз-
духозаборных устройств, комнатных агрегатов и т. д.;
б) регулирующие -приборы в воздушных потоках, в частно-
сти ручные и моторные клапаны и их приводы, огнезащитные
клапаны, решетки и воздухораздатчики, направляющие лопат-
ки. лючки для замеров и т. п.;
в) герметичность по воздуху (конечная визуальная провер-
ка). Испытание давлением, как в высокоскоростных системах,
должно быть проведено во время монтажа. Точки наблюдения:
воздуховоды, выполненные в строительных конструкциях, смот-
ровые двери, соединения воздуховодов и т. п. Все измеритель-
ные лючки следует снабдить крышками, все водяные затворы
дренажных устройств заполнить;
г) работоспособность всех механизмов; особое внимание
уделяют проверке соосности, смазке вентиляторов, электродви-
гателей и приводов, а также автоматических воздушных фильт-
ров ;
д) электрооборудование; при выключенном токе убеждают-
ся,..что все щиты и приборы управления и защиты готовы к
эксплуатации, правильно соединены проводами и имеют плав-
кие вставки, что установлены ограничители нагрузок, выключа-
тели заполнены жидкостью и что электрические испытания
оказались успешными. При включенном токе убеждаются, что
на всех фазах имеется напряжение, затем, при выключенном
токе, проверяют цепи управления и действие всех контакторов,
реле, блокировок и т. д.;
е) специальное оборудование; ввод в действие такого обо-
рудования, как электростатические фильтры, должен произво-
диться только квалифицированным, опытным персоналом по
строго определенным правилам.
Следующий этап.— запуск и регулировка системы. Перед
запуском вентиляторов надо очистить систему от грязи, кото-
рая может в нее попасть во время строительных работ. При
этом могут быть проведены некоторые демонтажные работы
.(рассоединены гибкие вцтавки у эжекционных доводчиков,
сняты концевые фильтры). Некоторые виды оборудования, под-
верженные замерзанию (водовоздушные теплообменники и во-
338
дяные баки) при холодной погоде необходимо соответственно
защитить или освободить от воды.
После запуска вентиляторов следует на милых нагрузках
проверить направление вращения и убедиться в отсутствии не-
обычного шума, вибрации и перегрева, наличии смазки. Теперь
система считается подготовленной к регулировке расхода воз-
духа. Один из рекомендованных методов основан на указаниях
[2, 3]. Процедура увязки расходов в основном состоит в движе-
нии от удаленных ветвей к вентилятору, установке правильных
пропорциональных расходов воздуха у каждого узла по очере-
ди (безотносительно к абсолютным расходам). Последние за-
тем просто достигаются настройкой одного главного клапана
(обычно вблизи вентилятора).
10.2.2. Водяные распределительные системы. С точки зрения
обеспечения успешной работы установок представляют боль-
шую важность системы снабжения охлажденной водой (первич-
ные, обслуживающие воздухоохладители, и вторичные, обслу-
живающие эжекционные и вентиляторные иоводчики); охлаж-
дения конденсаторов холодильных установок; теплоснабжения
калориферов первого и второго подогревов; рециркуляционные,
обслуживающие форсуночные камеры и орошаемые теплооб-
менники.
Во время монтажа трубопроводы и приборы защищают от
засорения и проводят частные испытания элементов давлением.
После окончания монтажа систему промывают. Перед’ этим
ее осматривают и убеждаются в том, что все спускные краны
закрыты, а соответствующие вентили открыты или закрыты в
зависимости от того, что требуется для заполнения водой. При
отрицательной наружной температуре необходимо предусмот-
реть защиту частей систем от замерзания. Системы надлежит
заполнять снизу, что обеспечивает отвод воздуха.
Для удаления загрязнений из систем при помощи регули-
рующих и запорных клапанов их расчленяют на участки, из
которых воду отводят через самостоятельные спускные трубы.
Чувствительные к засорению элементы (теплообменники с
трубками малых диаметров, вентили, насосы и т. д.) изолируют
с помощью запорных вентилей или заглушек. Основной прин-
цип промывки — это организованное движение воды от верхних
точек к нижним. Воду пропускают в максимально возможных
количествах до тех пор, пока поток не станет прозрачным. Хи-
мическую очистку проводят под наблюдением опытного спе-
циалиста.
Водяную систему вводят в действие так же, как распредели-
тельные воздуховоды, т. е. проводят предварительные стати-
ческие проверки, после которых систему запускают и регули-
руют. При регулировании особенно важно учитывать проектные
предположения, касающиеся уравнивания потерь давления в
1-2* Зан. 430 ' ?п
кольцах. Эти вопросы детально рассмотрены в серии статей
[4]. Особое внимание надо уделить следующим факторам:
а) точно определить расчетные расходы воды и допустимые
отклонения;
б) предусмотреть точки отбора давлений и измерения рас-
ходов воды, регулирующие приборы для увязки расходов (диа-
фрагмы, расходомеры, калиброванные дросселирующие венти-
ли), точки присоединения переносного инструмента.
Для увязки расходов воды используют описанный выше про-
порциональный метод (правда, возможность применения этого
метода зависит от конструктивных особенностей системы).
Применяют и тепловой метод, при котором увязка расходов
воды производится по величинам температурных перепадов.
10.2.3. Холодильные системы. Главное внимание уделяют за-
рядке хладагентами, обнаружению течей, эвакуации, осушке
оборудования и смазке. Обычно в СКВ применяют хладагенты
RU, R12, R22, R113, R114, R500 и R502. Эти хладагенты не-
взрывоопасны, негорючи, практически лишены запаха, неток-
сичны, не раздражают (за исключением больших концентра-
ций или разложения в присутствии открытого пламени, при ко-
тором выделяются токсичные вещества, легко обнаруживаемые
по интенсивному запаху).
Хладагент поставляется химически чистым и сухим в герме-
тичных контейнерах. Чтобы исключить попадание загрязнений
в систему, а также из соображений безопасности надо придер-
живаться определенных правил: заряжать систему только хлад-
агентом, предусмотренным--проектом; пользоваться при обра-
щении с вентилями контейнеров, где находится хладагент,
только соответствующим инструментом; убирать контейнер,
если он в данный момент не нужен или опорожнен; хранить
контейнеры согласно установленным правилам.
Не следует отбирать из контейнеров больше хладагента,
чем допускается согласно пометкам на них (масса нетто);
пользоваться вблизи них открытым пламенем,; перекачивать
хладагент из одного контейнера в другой без соответствующей
аппаратуры; бросать, повреждать или иначе неправильно об-
ращаться с контейнерами; позволять парам хладагента посту-
пать в зону открытого пламени, поскольку прн этом могут об-
разовываться токсичные вещества.
Различают холодильные установки комплектные, собирае-
мые в единый агрегат на заводе, или собираемые на месте мон-
тажа. Комплектные установки проверяют на заводе.
Перед вводом в действие холодильные системы должны
быть чистыми и сухими. Поступление загрязнений, например
воздуха и влаги, флюсов, используемых при пайке, паров раст-
ворителей, металлических частиц или пыли приводит к неудов-
летворительной работе системы или даже к полному выходу
из строя отдельных ее частей. Если не предусмотрены преду-
340
предителъиые меры, то наблюдаются коррозия и окисление
медных деталей, система может замерзнуть и загрязниться.
К методам испытаний, выполняемых на месте монтажа, от-
носятся:
а) метод давления, при котором, в систему вводят хладагент
или смесь его с инертным газом и проверяют утечку в окружа-
ющую среду;
б) метод вакуумирования, при котором в закрытой системе
создается вакуум и наличие утечек устанавливается по повы-
шенйю давления.
После успешного завершения испытания система может
быть эвакуирована и осушена. Компрессор не следует исполь-
зовать для эвакуации. Для этой цели подходят следующие ме«.
тоды:
а) метод растворения неконденсирующихся примесей и вла-
ги парами хладагента, которые затем выпускаются из системы,
унося часть поступивших в нее загрязнений; эта процедура
повторяется до тех пор, пока система полностью не освободит-
ся от загрязнений;
б) метод глубокого вакуума, при котором влага испаряется
и удаляется из системы; остающееся при этом количество не-
конденоирующихся газов пренебрежимо мало.
Следующий шаг — зарядка хладагентом в требуемом; коли-
честве. Уменьшение массы хладагента приводит к падению
холодопроизводительности, превышение — к увеличению давле-
ния >и температур, что может повлечь за собой аварию. Жидкий
хладагент заряжают подачей его непосредственно из контейне-
ра на сторону высокого давления; зарядка парами хладагента
(обычно в небольших системах) очень замедленна, но позво-
ляет точно контролировать его объем, причем хладагент, как
правило, подается на сторону низкого давления системы. При-
меняют следующие методы определения объема зарядки: по
массе; по уровню, отмечаемому на смотровом стекле; по соот-
ношению давления и температуры; по уровню жидкости у кон-
трольных кранов; по зарядочным номограммам.
Степень заполнения и сорт смазочного масла компрессора
должны строго отвечать требованиям завода-изготовителя.
Ввод в действие холодильных систем следует производить,
придерживаясь следующих правил:
а) трубопроводы, воздуховоды и оборудование должны
быть чистыми;
б) связанные с холодильными системами системы водоснаб-
жения и воздухоснабжения необходимо подготовить к вводу
в действие;
в) холодильные установки следует проверить в статическом
состоянии, попытать на давление и утечки и зарядить хладаген-
том и смазочным маслом;
341
г) все электрооборудование, проводки и приборы безопасно-
сти должны быть проверены в статическом состоянии.
Следующий шаг — это запуск и наладка системы, включая
ввод в действие средств автоматического регулирования. Затем
проводятся обкатка системы и ее осмотр.
10.2.4. Системы регулирования. Вводить в действие следует
каждую САР: пневматическую, электрическую, электронную,
гидравлическую, прямого действия или комбинированную, на-
пример пневмоэлектрическую. Предварительные проверки си-
стем автоматизации не менее важны, чем их проектирование
и монтаж. Перед вводом в эксплуатацию необходимы их на-
стройка и регулировка, приведение в работоспособное состоя-
ние. Сети электроснабжения следует испытать и признать при-
годными для работы; объемы воздуха, расходы воды и других
регулируемых сред должны быть тщательно отрегулированы, а
давление и температуры тепло- и холодоносителей должны со-
ответствовать расчетным значениям.
Ввод в действие САР может быть упрощен, если он над-
лежащим образом запланирован. Иногда полезно разделение
системы на отдельные блоки, если это допускает ее устройство.
Например, в большой эжекционной СКВ можно вводить в дей-
ствие такие отдельные й практически независимые части САР,
как автоматика комнатных приборов, кондиционеров, водяных
сетей, холодильных установок, градирен, котельных установок.
Перед вводом САР в действие очень важно проверить авто-
матику безопасности и блокировки.
10.3. ИСПЫТАНИЕ
Общество инженеров по отоплению и вентиляции одоб-
рило следующую формулировку [1]: испытание — это опреде-
ление характеристик установки, подготовленной к вводу в дей-
ствие. Оно часто необходимо для доказательства, что запроек-
тированная характеристика действительно достижима, что тре-
бующиеся параметры воздуха в помещении или на входе в него
будут поддерживаться в предусмотренных проектом пределах
при различных нагрузках, например максимальных летних и
минимальных зимних. Испытания круглогодовых систем сле-
дует проводить и прп частичных нагрузках, особенно при
уменьшенном факторе явного тепла в помещении (например,
при постоянной нагрузке по скрытому теплу и уменьшенной по
явному теплу). Во время испытаний измеряют температуру по
сухому и мокрому термометрам, относительную влажность,
скорость и чистоту воздуха, уровень шума и интенсивность виб-
раций. Данные замеров сравнивают с расчетными значениями.
Прп испытании некоторых СКВ, например в машинных залах
вычислительных центров, может появиться необходимость ими-
342
тировать тепловые нагрузки, в частности при помощи электро-
нагревателей [5].
В испытания входит определение эксплуатационных харак-
теристик отдельных видов оборудования СКВ, например холо-
допроизводительности холодильных машин, тепло- и холодо-
произвоиштельности теплообменников, форсуночных камер,
массоотдачи увлажнительных устройств, пусковых токов и
мощностей, потребляемых при различных эксплуатационных
условиях.
; 19.4. ОБСЛУЖИВАНИЕ
СКВ и системы вентиляции снабжены САР, и поэтому
необходимость их обслуживания очень часто упускается, о чем
вспоминают после аварии. Повреждения оборудования во мно«
гих случаях объясняют слабостью проекта или неправильным
монтажом. Главная же причина состоит в недостатках обслу-
живания. Каждая программа обслуживания должна быть за-
планирована с учетом особенностей данной установки или
системы.
10.4.1. Послеаварийное обслуживание. Под этим термином
подразумевают ремонт, который выполняют для приведения
системы в работоспособное состояние после аварии в результа-
те использования системы в режиме прогрессирующего ухуд-
шения ее работы. Обслуживание от аварии до аварии может
принести экономию денежных средств только в ранний период
эксплуатации системы. В конечном счете стоимость эксплуата-
ции при этом обслуживании увеличивается и расчетные пара-
метры поддерживать не удается.
10.4.2. Планово-предупредительное обслуживание. Програм-
ма планово-предупредительного обслуживания отличается тем,
что предвидятся износ и изменения в системе и непрерывными
корректирующими действиями сводятся к минимуму поврежде-
ния. Для успеха программы необходимы грамотное руководст-
во персоналом; инвентаризация установки; исполнительные
чертежи; справочники по эксплуатации и обслуживанию; фонд
запасных частей и материалов; квалифицированный персонал;
хороший инструмент и оборудование; ведение журналов обслу-
живания.
Чтобы обслуживание было эффективным, его необходимо
запланировать и расписать во времени, а также полностью ис-
пользовать преимущества стандартных операций и процедур
обслуживания. При составлении программы обслуживания сле-
дует учитывать:
а) характеристики оборудования (мощность, скорость, тип
подшипников, рабочее давление, рабочую температуру и т. д.);
б) причины для осмотра оборудования, в частности сооб-
ражения безопасности;
343
в) узлы и детали оборудования, подлежащие осмотру;
г) частоту осмотров и обслуживания;
д) профессии и квалификации людей, которые потребуются
для выполнения операций по обслуживанию;
е) необходимость в наладке оборудования (например, в на-
тяжении приводных ремней у вентиляторов);
ж) потребность в материалах и запасных частях;
з) частоту капитальных ремонтов установки.
Цастота осмотров, наладки, обслуживания и капитальных
ремонтов устанавливается только опытом. Она зависит от
местных условий и многих других факторов. Необходимо иметь
в виду, что справочники заводов-изготовителей, часто пред-
ставляющие собой великолепные руководства, базируются на
данных о средних условиях, в то время как на практике обыч-
но наблюдаются экстремальные условия.
Программа обслуживания данной установки или вида обо-
рудования может включать осмотр, наладку определенных
узлов ежедневно, еженедельно, ежемесячно, ежеквартально,
каждые полгода или с годичным интервалом. Требуемая часто-
та осмотров зависит:
а) от количества часов работы системы в сутки; системы,
работающие непрерывно, нуждаются в более частых провер-
ках, чем системы, работающие 8 ч в сутки;
б) от трудности обслуживания. Более частые осмотры не-
обходимы для оборудования, подверженного воздействию гря-
зи, коррозии, трения, вибрации, перегрузок или используемого
в тяжелых условиях;
в) от требований безопасности; чем они строже, тем чаще
необходимы осмотры. На определенные типы оборудования
распространяются правила, установленные законом и прави-
тельственными решениями;
г) от продолжительности службы и технического состояния
оборудования; чем старее оборудование, тем чаще необходимо
его осматривать;
д) от надежности; если качество продукции или сохран-
ность материалов зависят от системы и аварии недопустимы,
то осмотры должны быть частыми.
Важно, чтобы работе установок и условиям их эксплуата-
ции уделялось внимание еще на стадии проектирования, в
частности необходимо предусматривать резервирование обо-
рудования.
Для удобства разработки программы обслуживания обору-
дование СКВ можно разделить на следующие пять основных
групп: 1) воздухообрабатывающее (вентиляторы, фильтры,
теплообменники, увлажнительные устройства, распределитель-
ные воздуховоды, клапаны и воздухораздатчики); 2) системы
водоводов (насосы, водяные фильтры, клапаны); 3) холодиль-
ные системы (компрессор, холодопроводы, водоохладитель или
344
испаритель и средства автоматики); 4) теплопередающее обо-
рудование (градирни, испарительные конденсаторы, конденса-
торы воздушного охлаждения); 5) средства автоматизации,
электрооборудование и контрольно-измерительные приборы.
Полностью рекомендации по обслуживанию приведены в
специальных руководствах и инструкциях заводов-изготовите-
лей. Некоторые важные моменты приведены ниже.
10.4.3. Воздухообрабатывающее оборудование. Ежегодно
следует проверять чистоту воздуховодов, сохранность тепловой
изоляции, гибких соединений, прочность опор; необходимо ос-
матривать заборные и выбросные устройства, смотровые двери
и поддоны; смазывать многостворчатые клапаны с ручным и
моторным приводами. Чаще всего надо осматривать вентиля-
торы и их части, минимум ежемесячно соединительные муфты,
шкивы, клиновые ремни (с выравниванием), подшипники (со
смазкой, проверкой на биение, износ и температуру). Более
тщательный осмотр следует проводить ежегодно.
Внешние поверхности нагревательных и охладительных
теплообменников необходимо тщательно очищать, а внутрен-
ние промывать. Химическую очистку внутренних поверхностей
должен проводить специалист.
Еженедельно рекомендуется проводить очистку и осмотр
камер орошения и увлажнителей и всего относящегося к ним
оборудования.
10.4.4. Системы водоводов. Необходимо выяснить, есть ли в
трубопроводах утечки, внешняя коррозия и другие поврежде-
ния. Особое внимание следует уделять соединениям вблизи
вибрирующего оборудования, состоянию тепловой изоляции и
ее гидроизоляции. Необходимо регулярно осматривать опоры
трубопроводов, очищать водяные фильтры, осматривать ручные
и автоматические водяные клапаны (а при необходимости очи-
щать и ремонтировать их).
Воду обрабатывают под наблюдением специалиста. Перио-
дически надо набивать сальники насосов, проверять соосность
приводов и подшипников.
10.4.5. Холодильные системы. Частота обслуживания ком-
прессоров зависит от продолжительности их работы и условий
эксплуатации. Все холодильное оборудование следует осмат-
ривать ежедневно и важные показатели (такие, как давление)
записывать. Многие аварии компрессоров вызываются несоот-
ветствием смазки, усталостью металла, попаданием жидкого
хладагента в цилиндры; возможны повреждения клапанов,
поршневых групп, подшипников, валов. Аварийные ситуации
возникают из-за неправильных наладки и работы оборудова-
ния. Особо надо заботиться о приборах безопасности, ограни-
чителях нагрузки, системах смазки и приводах компрессоров.
В регулярном обслуживании нуждается вся арматура (расши-
345
рптельные вентили, соленоидные клапаны, регуляторы давле-
ния). Центробежные, винтовые и абсорбционные холодильные
машины должны обслуживаться специалистами.
10.4.6. Теплопередающее оборудование. Температуры и дав-
ления входящей и уходящей воды следует проверять ежеднев-
но, характеристики водоохладителей и конденсаторов — перио-
дически. В закрытых системах, которые нормально применяют
при водоохладителях, значение pH воды должно поддержи-
ваться на уровне между 7 и 8; эти системы не требуют большо-
го внимания. Открытые системы и системы охлаждения кон-
денсаторов необходимо ежегодно очищать (можно и химиче-
скими средствами), предусматривать меры против отложения
накипи и коррозии.
Регулярно следует проверять механическую и электриче-
скую части градирен, испарительных конденсаторов, конден-
саторов воздушного охлаждения, насосов, вентиляторов, фор-
сунок, резервуаров воды, воздушных клапанов и т. д. Внешние
и внутренние поверхности оборудования необходимо поддер-
живать в чистоте. Рекомендуется обработка воды и «продув-
ка» градирен и испарительных конденсаторов.
10.4.7. Средства автоматизации. Аварии средств автомати-
зации происходят в тех случаях, когда рабочие условия выхо-
дят за пределы нормально допустимых. Поэтому периодически
следует проверять настройку и наладку приборов и все изме-
нения записывать. Не менее одного раза в год должна прово-
диться полная проверка системы, при этом она должна под-
вергаться всем возможным воздействиям.
Электродвигатели и выключатели надо периодически ос-
матривать, очищать и смазывать. Эту работу надо поручать
опытному электрику.
10.5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Commissioning Air Distribution Systems, High and Low velocity. J. Instn
Heat, Vent. Engrs, 36, 231 (1968).
2, Harrison, E., and Gibbard, N., Balancing Air Flow in Ventilating Duct
Systems, J. Instn Heat. Vent. Engrs, 34, 93 (1966).
3, Reid. A. J. K., Communication to I. H. V. E. Commissioning and Testing
Technical Sub-Committee (1969).
4. Carlson, G. F., Hydronic Systems: Analysis and Evaluation. Am. Soc.
Heat. Refrig. Air Condit. Engrs JI, 10, (10), (11), (12), 11, (1), (2), (3) (Octo-
ber 1968 — March 1969 inc.).
5. Air Conditioning for Computer Installations, I. H. V. E. Mote. 1966.
СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Elonka, S. M., and Robinson, J. F., Standard Plant Operator's Questions
and Answers, Vols. I and II, McGraw-Hill, New York, 1959.
Preventive Maintenance Handbook for Heating and Air Conditioning Sy-
stems (Reprinted articles for H. P. A. C.), Keeney Pub. Co.
346
Глава 11
ДВИЖЕНИЕ ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИЯХ
11.1. ВВЕДЕНИЕ
ъ
Установлено, что подвижность воздуха — один из наи-
более важных параметров, влияющих на ощущение комфорта,
хотя до последнего времени при проектировании вентиляции
и СКВ этому вопросу уделялось мало внимания. Выше, в
гл. 2 и 3, мы рассмотрели методику расчета количеств возду-
ха. Возникает вопрос, можно ли предсказать воздушные пото-
ки в помещениях и каковы будут эти потоки?
Исследования [1—4] дали ясные представления о полях,
создаваемых воздушными струями, вытекающими из воздухо-
распределителей различных геометрических форм при различ-
ных скоростях и температурах, а также о взаимодействии с
естественными конвективными потоками. В работе [5] пред-
ложен метод расчета. Состояние воздуха на выходе из возду-
хораздатчика должно быть таким, чтобы обеспечить оптималь-
ное распределение воздуха и температур и удовлетворитель-
ный уровень шума. (Акустике будет посвящен отдельный том
данной серии монографий). Однако что же создает комфортное
скоростное п температурное поле? Существует ряд общих
принципов: воздушные потоки должны изменяться в простран-
стве и времени, не вызывая ощущения дутья. Некоторые части
тела (лодыжки, задняя часть шеи) наиболее чувствительны к
дутью. Температура должна меняться, предпочтительна повы-
шенная температура на уровне ниже колен; для ощущения
свежести повышенные скорости необходимы при повышенных
температурах (изменение скорости на 0,15 м/с эквивалентно
изменению температуры на 1°С).
На параметры воздуха в данной точке помещения (темпе-
ратуру и скорость) влияют скорость подачи (при ее выборе
учитывают, также акустические требования); разность темпе-
ратур приточного воздуха и воздуха в помещении; форма и
расположение приточных отверстий; расположение вытяжных
отверстий; размеры и форма помещения; температуры поверх-
ности ограждений (низкие температуры, например, у остеклен-
ных поверхностей вызывают сильные конвективные токи);
расположение, форма и интенсивность источников тепловыде-
лений; турбулизация воздуха в помещениях.
347
11.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СТРУЙНЫХ ТЕЧЕНИЙ
11.2.1. Свободные изотермические струи. Воздушная
струя, вытекающая из приточного отверстия, вследствие переда-
чи кинетической энергии окружающему воздуху и вовлечения его
в циркуляцию расширяется. В струе можно выделить ядро,
переходную, основную и концевую зоны (рис. 11. 1).
а)
Рис. 11.1. Зоны и скорости в свободных воздушных струях
а — круглая струя; б — струя, вытекающая из щелевого отверстия; / — вона ядра;
2 — переходная зона; 3 —эона полностью развитой турбулентности; 4 — полюс струн;
v х—скорость в продольном направлении; v^— скорость в поперечном сечении; vc-~
скорость в ядре; а — угол в зоне ядра; р — угол расширения струи (прн близко рас-
положенных параллельных струях 0=18*)
Зона ядра. Осевая скорость постоянна; ширина зоны умень-
шается с развитием свободной турбулентности; длина зависит от
характера отверстия (на расстоянии около четырех диамет-
ров), а следовательно, от того, как быстро устанавливается
348
турбулентность, хотя общий угол а, равный 8,8°, более или ме-
нее постоянен для всех воздушных струй.
Переходная зона. Осевая скорость медленно уменьшается
и изменяется обратно пропорционально корню квадратному из
расстояния. Эта зона при отверстиях с малым отношением сто-
рон распространяется примерно на восемь диаметров.
Основная эона. Это зона полностью развитой турбулентно-
сти, возникающей вследствие образования вихрей при вязкост-
ном вовлечении воздуха помещения на внешней поверхности
струи в эоне ядра и в переходной зоне. В результате всегда об-
разуется круглая струй". Осевая скорость меняется обратно
пропорционально расстоянию от отверстия. Потери кинетиче-
ской энергии компенсируются энергией, поглощаемой при тур-
булизации. В зависимости от формы и площади отверстия, на-
чальной скорости и геометрии помещения, в котором распро-
страняется струя, длина этой зоны может составлять 25—
100 диаметров.
Концевая зона. Осевая скорость падает быстрее, поскольку
струя взаимодействует с движущимся воздухом в помещении.
В работе [6] показано, что законы неразрывности и постоян-
ства количества движения справедливы для промежуточной
зоны струи, хотя условия движения вблизи отверстия и в кон-
це струи ограничивают их справедливость. Таким образом,
общее количество движения в единицу времени должно быть
одним и тем же во всем поперечном сечении струи:
т А
J vdm = J pv3dA = const. (11-1)
о о
Здесь dm — масса, протекающая через элемент площади dA; v — скорость
движения воздуха через этот же элемент.
Для решения уравнения (11.1) должен быть установлен за-
кон изменения профиля скоростей в поперечном сечении струи.
Некоторые результаты измерений, характеризующих типичное
распределение скоростей в поперечном сечении, приведены на
рис. 11.2 [7]. Профиль скоростей можно описать функцией
о ! У \
— = / — •
\ х ;
Закон постоянства количества движения (11.1) может быть
применен для осессимметричной струи, показанной на рнс. 11.3.
Сохранение постоянства количества движения означает, что
У=г
2л у р iKy d у = const,
У=0
но
— =/(—')•
vc \ х }
349
a)
Рис. 11.2. Результаты измерений профилей скоростей в горизонтальной а
и вертикальной б плоскостях
1 — стенка камеры; 2 — сопло; А, В — отверстия
350
Рис. 11.3. Схема круглой струи (к
выводу уравнения постоянства ко-
личества движения)
тогда
2 л J р v? р у d у = const.
Положим ¥—у!х, так что xd¥=dyn
г/х
2 л J v2 ха {/ (К)}2 Y d У = const,
о
Тогда
vc КА*'2
Vo х
где К — постоянная.
Таблица 1,1.1
Значения постоянной С в уравнении (11.3>)
(Н.2)
Тип приточного отверстия Скорость выхода воздуха, м/с
2<ис<4 8< ио<40
Круглое или квадратное 5,7 7
Длинная щель при отношении сторон: 1—25 — 6.5
35—50 4,9 6
Кольцевая щель 3,9 4,8
Решетка со свободным сечением более 40% 4.7 о./
Перфорированная панель со свободным еде- нием: 3-5% 3 3,7
10—20% 4 4,9
25—40% — 5
Веерная решетка с общим углом: 40° зд
60° — 2,5
, 90° — 2
Примечание. Уравнение (11.3) справедливо при равенстве температур притока
ДО^иГм/с* * воиещении и при сиорости подачи приточного воздуха в пределах от 1
f В работе [8] на основании работы [19] уравнение (11.2)
представлено в форме
351
Q
- ^=CT^’ <IL3)
где Q — количество воздуха, м’/с; е — относительное свободное сечение;
а — коэффициент выхода для отверстия; С — постоянная, значение которой
приведено в табл. 11.1 [7—9].
Эксперименты [10—14] показали, что профиль скоростей в
плоскости, перпендикулярной осн свободной струи, точно ха-
рактеризует функция ошибок Гаусса, т. е.
о = осехр(—аг’), (11.3а)
где а — коэффициент формы.
На расстоянии х количество движения
г=» г =00
Мх = 2л? J v*rdr = 2n?v^ J ехр (— 2 а г’) dr,
г=0 г=0
Таблица 11.2
Формулы для расчета скоростей
Тип и схема
приточного отверстия
Формула
= 2,2 Г°3
о» ’ Г (Г — Го)
Кольцевое, диск под потол-
ком
Оо ’ '•('•—'в)
Длинная щель
Коническое под потолком
Примечание. На эскизах;
патрубок воздухораспределителя.
ов ’ ах
где h — высота щели
=2 2 [грЗсозф
v ’ 2 (г — г0)
(при ф<|30°).
При <р>30° образуется нисходящая
струя, при ф<30° — настилающаяся на
потолок
/ — потолок; 2 — диск под потолком;
3 — входной
352
откуда
Mx = npo^/2a. (11.4)
Используя подход, примененный к выводу уравнения
(11.3), автор работы [8] установил соотношения, сведенные в
табл. 11.2. Скорости подачи, предложенные в той же работе,
приведены в табл. 11.3.
Таблица 11.3
Рекомендуемые скорости подачи воздуха [8]
Определяю- щий критерий ъ Помещение нлн его высота Скорость, м/с
Шум Студия, операционная Жилая комната, контора, больничная палата Библиотека, большой рекреационный зал, ресто- ран Универсам Предприятие, кухня, склад, гимнастический зал 3—3,5 4—4,5 5-6 6—6,5 7,5
Отсутст- вие дутья Высота помещений, м: 2,1—2,7 3—4,2. более 4,5 5,5 7,5 9
Рис. 11.4. Профили струн, вытекающей из щели размером 3X65 см, огра-
ниченной с трех сторон стенками 1[32]‘
Л — на различных расстояниях а от щели н от осн и (а—10. 20» 35, 50, 60, 75, 90.
100 см); Б — обобщенные данные о распределении скоростей (х— расстояние но оси
от плоскости отверстия; х=600, 750, 900, 1000 мм)
Я53
11.2.2. Влияние ограничивающих поверхностей. Струи, вы-
пускаемые вблизи поверхности, стремятся- приблизиться к
ней, что выражается искривлением линии максимальных ско-
ростей (рис. 11.4). В работе [15] установлены поправочные
множители к постоянным коэффициентам, приведенным в
табл. 11.1 для свободной струи.
В работах [1—2] рассмотрена проблема распространения
струй в помещениях. На рис. 11.5 показаны эпюры распреде-
Рис. 11.5. Распространение струи,
вытекающей из круглого отверстия
при начальной скорости ис=2; 10 и
35 м/с, соответствующей числам
Рейнольдса 5700, 28 700 и 100 500
/о А
(Re =------ , где dh — гидоавличе-
'I
ский диаметр отверстия: v — кинема-
тическая вязкость приточного воз-
духа)
ления скоростей в изотермичной струе, выпущенной из сим-
метрично расположенного круглого отверстия при трех раз-
личных начальных скоростях. Как видно из рисунка, угол
расширения струи остается почти постоянным; вблизи стен при
малых скоростях профиль более плоский, чем при высоких: за-
метны возвратные течения за пределами боковой поверхности
струи.
11.2.3. Неизотермичные струи. Приточный воздух вызывает
эжекцию воздуха помещения, причем приточные струи взаимо-
действуют с конвективными. Теплые струи со сравнительно
малым эжектирующим действием стремятся отклониться вверх,
а холодные струи — вниз. Неизотермичные струи обладают
следующими свойствами:
а) профиль разности температур между приточным возду-
хом и воздухом помещения подобен Гауссовой кривой распре-
деления ошибок, но он более плоский, чем профиль скоростей,
поскольку тепло распространяется быстрее, чем количество
движения (рис. 11.6,а);
б) в неизотермичной струе существуют те же четыре зоны,
что и в свободной изотермичной струе (рис. 11.6,6).
Если плотность струн однородна, то профили разностей
354
Рис. 11.6. Характеристики неизотермичной струи [19]
а — поперечный профиль скоростей и и разностей температур Д0: б — зоны постояи-
ной скорости, и разности температур вблизи воздуховыпускиого отверстия
температур и скоростей симметричны относительно осевой ли-
нии, проходящей через приточное отверстие, удельная энталь-
пия сохраняется вдоль оси и температурная разность может
быть выражена так же, как закон уменьшения
(уравнение 11.2), т. е.
Д9 _ / А1/2
Д90"Мч х J ’
скоростей
(Н.5).
где Д9 — разность температур между воздухом в струе и в помещении на.
данном расстоянии от отверстия, а Д9 — начальная разность температур в.
плоскости выходного отверстия.
Чтобы учесть различие в плотности, которое вызывает
подъемные силы, а также изменения плотности вдоль струи,
вызывающие отклонения от закона уменьшения скоростей, не-
обходимо ввести следующие безразмерные соотношения:
1) х/А —осевой коэффициент (заметим, что А включает
в себя и коэффициент выхода из отверстия);
2) у/А1!*—поперечный коэффициент;
3) — коэффициент для учета силы тяжести, подобный
критерию Фруда;
355,
4) £Д0/0а — коэффициент для учета подъемной силы;
5) Л7«у0/у — критерий Рейнольдса;
6) Ли0/е — вихревой критерий Рейнольдса.
В приведенных соотношениях g — ускорение свободного падения; 0А— аб-
солютная температура в струе; v — кинематическая вязкость; в — вихревая
вязкость.
Безразмерные отношения 3) и 4) объединить и представить
в виде параметра Люблина [16, 17]:
Критерии Рейнольдса 5) и 6) важны только для зоны яд-
ра, где существует определенный уровень интенсивности тур-
булентности.
Подъемная сила, действующая на единицу объема струи,
выражается формулой
?у=г(рв—?). (И.7)
тде ро — плотность воздуха помещения.
При постоянном давлении воздуха в струе и вне ее и тем-
пературе помещения 0aP(0a+AO)=Po;0a.
Тогда после подстановки в уравнение (11.7)
де
У = g -а— • (П-8)
Л
Эксперименты [18] показали (рис. 11.7), что уравнение
для разности температур имеет вид
v v ( \“
~ ’ = Л-j I ~ I •
Подстановка последнего выражения в уравнение (11.8) при-
водит к получению формул для определения координаты тра-
ектории у:
\dtj J J о0 0Л Къ
ха-0 d х;
р , g Д90Кв /а₽"2“
“о 0А Л
g лР-2ах2а-Р + 2
У“о2 0Л (а-р+1)(2а-₽ + 2) ’
Или при использовании параметра Люблина [см. уравнение
(11.6)]
Ка V А ^2 а - ₽ + 2
У = Ъ-%-------------------------—----- • (П-9)
К2 (а-р+ 1)(2а-₽ + 2) /А
3.56
Рис. П-7. Изменение скоростей
а и разностей температур б
теплых струй ;[18]
Рис. 11.8. Сходимость теоретических
и экспериментальных данных по
траекториям воздушных струй [18]
/___— =0,076 ( Я, (теоретическая
/Л (/Л )
и ( х \2 44
зависимость); 2~-—=O|2|—’ Л (для
/л И А I
диафрагм с острыми краями); 3 —
У / х ' 2 5
---=0,238 / -’ X (для диафрагм); 4 —
Ул \/Л )
у / х, \2 61
-----=0,226/ —— ] ’ л (для диафрагм и
/л---И л I
сопел)
Кружочки соответствуют соплам, крести-
ки — диафрагмам с острыми краями
В статье [19] обобщены многие американские работы по
распространению теплых и холодных струй при широком диа-
пазоне изменения температур (от —33 до Н-ЗЗ^С), скоростей
(1—7 м/с) и параметра Люблина (0,0003—0,25). Как видно из
рис. 11.8, характеристики теплых и холодных струй, вытекаю-
щих из прямоугольных отверстий с острыми краями и из круг-
лых сопел, близко сходятся. Статистический анализ этих данных
J18] дал уравнение регрессии (коэффициент корреляции 0,91):
U / X \2.61
—т^-= 0,226 Х (11.10)
/А \/А У
Как видно из рис. 11.9, профили разностей температур и про-
фили скоростей подобны. Из теории диффузии следует, что
профили разностей температур более плоские, но подчиняются
закону распределения ошибок, т. е.
357
Рис. Г1.9. Профили струи теплого воздуха [18]
а — скоростей; б,—температур (начальная скорость Ро=2,55 м/с, Д0о=22,2“С.
а=0,0095)
Д9 = Д 9С ехр (— 6га), (11.11)
где b — коэффициент формы.
Тепловой поток можно выразить уравнением
q = т Ср d 9,
где т — массовый расход, а ср — удельная теплоемкость при постоянном)
давлении.
Вводя выражения плотности и скорости воздуха, количество
358
тепла, проходящего через элементарную площадку 2nrdr, за-
пишем
dq = 2x?cpvrdrdQ.
Подставляя в последнее выражение уравнения для профи-
лей разностей температур (11.3,а) и (11.11), общее количест-
во переносимого тепла можно выразить так:
j dq = 2 л р cpvc Д 9С J ехр {— (а + Ь) гг } г d г.
Использование подстановки и=.— (a-\-e)r2 позволяет полу-
чить уравнение
11.2.4. Роль критерия Архимеда. Как указывалось, подъем-
ная сила и сила инерции совместно выражаются параметром %
(см. уравнение 11.9). Представим себе помещение (рис. 11.10),
Рис. 11.10. Графическое изображение дей-
ствия критерия Архимеда [20]
v — скорость, вызываемая подъемом температу-
ры; Vj —скорость на входе приточного воздуха:
Н — высота помещения; 0^ — температура эле-
ментарного объема, К: 0И — температура в по-
мещении, К; Д0 = 0Т,—0^, eC; g = 9,81 м/с2
в котором находится элементарный объем при абсолютной
температуре 0V, контактирующий с воздухом при абсолютной
температуре 0и. Тогда скорость элемента на высоте Н, вызы-
ваемая подъемной силой, составит (см. вывод уравнения 11.8):
„ Д 9
= s и • где Д 9 = 9О — 9„.
Из равенства скоростей u0=^i на высоте Н следует, что
2 „ Д0
’’“«"еТ-
Критерий Архимеда выражается так:
. gH Д9
Аг = —- — .
(Н.1 )
Это безразмерное соотношение очень похоже на параметр
Люблина и отличается тем, что геометрия помещения .характе-
ризуется линейным размером И или гидравлическим диаметром
Dh [для помещения шириной В Dh = 4BH/2(B-\-H)].
Критерий Архимеда может быть представлен как развитый
критерий Фруда
359
gt де де
Аг = — — = Fr -—
»0 9н
(11.14)
или иначе через критерии Грасгофа и Рейнольдса:
де j3^
. g еа '-а Gr
Аг = —---->
а2 /2 Rea
„2
откуда
«О 0ц
(11.15)
В критерии Архимеда удобно сочетаются выходная ско-
рость и разность температур приточного воздуха и воздуха по-
мещения безотносительно к геометрии помещения. Этот крите-
рий можно представить и в других формах.
Если тепловая нагрузка помещения ^ = QpcpA0, а средняя
скорость в нем при площади пола Av=Q/A, то
qHg I (Q_\a _ f & ) Яд A
0U Q P cp I V A ) ~ V p cp 0„ J Q3
(П.16)
(И.17)
(11.18)
При кратности воздухообменов n, 1/ч, относительной свобод-
ной площади еЗбОО Q=nAH и u = Q/eA; тогда
. 3,6«.10«g ДОе2
Аг = ------------
еи я па
В работе [20] уравнение уменьшения скорости в струе мо-
дифицировано посредством включения критерия Архимеда и
представлено так:
Ух _
О» X
где т — число смешения (d/xo~O,l—0,3), а диаметр струи d входит в кри-
терий Архимеда в качестве характерного размера.
Уравнение (11.8) графически представлено на рис. 11.11.
Изотермичные струи представлены кривой, для которой Krltn =
= 0. Для случаев В инерционная и подъемная силы действуют
в противоположных направлениях и скорость струи приближа-
ется к нулю при частном значении х/х0, которое уменьшается с
увеличением отношения Аг/m. Для случаев А, наоборот, инер-
ционная и подъемная силы действуют в одном и том же на-
правлении и скорость в струе всегда выше, чем при изотермич-
ных условиях, а после достижения определенного значения
х/х0 становится постоянной.
Рис. 11.12 иллюстрирует числовой пример распространения
струи, вытекающей из прямоугольного отверстия. Скорость
360.
Рис, 11.11. Изменение скорости воздушной струн по мере удаления от выпуск-
ного отверстия (в предположении отсутствия градиента температуры в по-
мещении) [20]
Де* td
Аг= • где Д0о — начальная разность температур, ®С; 0 — температура в по-
® °0
мегцении, К; d— диаметр струи, м; «о — начальная скорость струи, м/с; v — текущая
осевая скорость, м/с; Хо —длина зоны ядра, м; х — расстояние по осн струи, м; т —
коэффициент смешения; g=9,81 м/с3. Стрелками обозначены варианты подачи в поме-
щение теплого и холодного воздуха: А— при совпадении направлений действия инер-
ционной и подъемной сил; В — при противоположных напраалеииях действия этих сил
Рис. 11.12. Изменение скорости
струи, вытекающей из щели шири-
ной 0,02 м (в предположении, что в
помещении нет градиента темпера-
ТУР) [20]
т==0,2; 0=293 К; м/с; х0=
= 20/0,2=100 мм
X ММ
струи, имеющей в начале ширину 20 мм и скорость 1 м/с, на
расстоянии в 1 м, если она изотермичная, составляет 0,3 м/с
(точка А); если она на 4°С холодней воздуха в помещении,
0,6 м/с (точка В); если она на 4°С теплей воздуха в помеще-
нии, 0 м/с (точка С). В этом примере при Д0=—4°С не может
быть достигнута скорость меньше 0,4 м/с. Важность критерия
Архимеда как расчетного параметра станет ясной при ознаком-
лении с последующими разделами.
11.3. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СТРУЙ В ПОМЕЩЕНИЯХ
До сих пор рассматривались классические теории и не-
которые эмпирические подтверждения распространения струй,
причем мало учитывалось влияние ограничивающих поверх-
ностей. Справедливы ли эти основные посылки на практике?
Влияние длины помещения, расположения и формы отверстия
361
Рис. 11.13. Схема распространения струй в помещениях различной длины
при различных типах и расположении приточных и вытяжных отверстий [1]
на течения в помещении показано на рис. 11.13. Из этого ри-
сунка видно, что при симметричной и несимметричной подаче
и значении критерия Re в пределах 1825—12 000 наблюдается
максимальная дальнобойность струи, примерно равная трем
ширинам помещения; остальная часть помещения вентилируется
плохо. Такие же наблюдения провели при расположении при-
точных и вытяжных отверстий в одной и той' же стене. Этого
примера достаточно для доказательства необходимости эмпи-
рических данных для того, чтобы теория воздушных струй мог-
ла быть использована как основа метода предсказания распро-
странения потоков в-помещениях. Этими данными можно вос-
пользоваться для субъективных оценок. Цель последующих
разделов состоит в обзоре ‘наиболее значительных лаборатор-
ных' исследований и в показе, того, как они оправдываются на
практике, что в конечном счете позволит сформулировать обоб-
щенный метод расчета.
11.3.1. Данные лабораторных исследований воздушных
струй. В работе [3] показана надежность результатов лабора-
торных исследований воздушных потоков на моделях помещений.
Из опытов на трех геометрически подобных помещениях сде-
лано принципиально важное заключение, что распространение
воздушных струй почти всегда зависит только от критерия Ар-
химеда
« S Dfr (Ощ, б0)
Аг = —-------------------
^(6«,.a + 60.a)/2
(11.19)
где = м/с; £)Л = 4ВЯ/2 (В+Н)—гидравлический диаметр, м; 0Щ,
00 — соответственно температура обогреваемых стен и начальная температу-
ра струи, °C; 0W, л, 0О,л—температура обогреваемых стен и начальная
температура струи, К; Q — количество приточного воздуха, мэ/с; В, Н — ши-
рина и высота помещения, м; g — ускорение свободного падения, м/с2.
Схема одного из экспериментальных помещений показана на
рис. 11.14. Размеры помещения , м: № 1—4, 75Х
X 2,88X2,95; № 3—1,6X1X1; № 9—0,531X0,333X0,227.
362
В пол, потолок, восточную и южную стены были вмонтиро-
ваны змеевики, по которым циркулировала горячая или холод-
ная вода. С помощью змеевиков можно было поддерживать по-
стоянную температуру поверхностей. В северной стене на вы-
соте 0,75Д было предусмотрено приточное отверстие, размеры
которого по высоте и ширине можно было изменять. В нижней
части этой же стены имелись два вытяжных отверстия. Крите-
рий Архимеда варьировали, изменяя температуры притока
(17—23°С) и нагретых стен (85—90°С), а также кратности
воздухообменов (2—50 1/ч)€ Поверхности ограждений обогрева-
ли по очереди. Воздух подавали через отверстие, ширина кото-
рого была меньше ширины помещения. Воздушные потоки
визуализировали и фотографировали.
Опыты показали, что если Аг возрастает (т. е. увеличивает-
ся подъемная сила), то возрастает и отклонение струи от го-
ризонтали. В изотермичных условиях, когда Аг = 0, струя оста-
ется горизонтальной и достигает противоположной стены.
Струи отклоняются от горизонтали при приблизительно одном
и том же значении Аг независимо от того, обогревается ли пото-
лок, пол или стены. Вследствие увеличения теплоотдачи и со-
ответствующего развития конвективных течений у обогреваемых
стен и пола развиваются вторичные токи (за исключением слу-
чая, когда обогревается потолок). При обогреве потолка наблю-
дается расслоение в тех случаях, когда Аг>3X104- Если Аг <104,
струя распространяется почти, так же, как изотермичная,
независимо от того, какая поверхность обогревается. Для уста-
новления критерия, характеризующего размеры помещения и
отверстия, выражение критерия Архимеда необходимо скор-
Рис. 11.14. Схема испытательного помещения [3]
J — северная стена; 2 — потолок; 3 — южная стена: 4 — ноя; 5 —восточная г гена
363
364
365
Рис. 11.15. Обобщение данных о распространении воздушных потоков в трех геометрически подобных помещени-
ях [3]
о —с обогреваемым полом; б —с обогреваемым потолком; t, 3, 9 — номера помете ний (6<Д) 1
ректировать, введя в него геометрический параметр. Модифи-
цированный критерий имеет вид Аг*=Аг
Таким образом, для всех видов обогрева ограждений, любых
размеров помещения и приточного отверстия горизонтальная
струя образуется тогда, когда Аг* ^40. Обычно соотношение
bhlDl равно 1/250, ему соответствует Ат^Ю4.
Если струя достигает противоположной стены, то возникает
четко выраженный обратный поток. Однако в ряде случаев, осо-
бенно при обогреве пола, вторичные токи развиваются прежде,
чем струя пересекает помещение, препятствуя тем самым дости-
жению ею противоположной стены.
Схема распространения воздушных потоков в функции кри-
терия Архимеда показана на рис. 11.15. Этот рисунок иллюст-
рирует вывод о том, что воздушные струи исключительно за-
висят от критерия Архимеда.
Влияние критерия Рейнольдса (памятуя, что Аг—Gr/Re2)
рассмотрено в работах [1, 2, 21, 22]. Для очень малых значе-
ний Re(<100) и свободные, и стесненные струи вначале лами-
нарные, а далее формируются вихри или по достижении рас-
стояния Xiam переламываются и поднимаются вверх. Из
Рис. 11.16, Расстояние, на
при отверстиях различной
котором сохраняется ламинарное течение струи
формы [1}
366
рис. 11.16 видно, что при Re ^1500 струи полностью турбулен-
тны с самого начала и угол их раскрытия остается постоянным.
Для исследования влияния радиационной теплоотдачи на
распространение воздушных струй обогреваемые поверхности
облицевали алюминиевой фольгой. Необогреваемые поверхности
имели температуру на 1—5°С выше температуры воздуха, а
обогреваемые — на 15—17°С. При отсутствии радиационной
теплоотдачи струи отклонялись меньше.
Во второй серии опытов ^ширина щели b была равна ширине
помещения В. Изотермичная струя по выходе из отверстия сра-
зу настилалась на потолок, затем двигалась по нему и далее
опускалась-по противоположной отверстию стене. Примерно так
же распространялась и неизотермичная струя при обогреве по-
толка или пола и Аг<104. Если критерий Архимеда возраста-
ет, то струя, не достигая противоположной стены, падает. При
Аг>104 большая подъемная сила заставляет струю падать вер-
тикально вдоль стены, в которой находится приточное отвер-
стие. Чтобы избежать холодного дутья в зоне пребывания лю-
дей, не надо превышать следующие значения критерия Архи-
меда:
L!H 4,7 3 2 1
А Г m а х 2000 3000 10 000 И ООО
Результаты второй серии опытов (рис. 11.17) показали, что-
в первом приближении критерий Архимеда очень влияет на ха-
рактер распространения воздушных струй. Кроме того, от него
зависят процессы теплоотдачи.
Критерий Нуссельта может быть представлен уравнени-
ем [3]
2
Nu = CRem-2/I кгп (— \Ч .
1 bh /
Значения постоянной С и показателей степени этого урав-
нения т, п и q приведены в табл. 11.4 В работе [5] отмечены
некоторые отклонения от этого эмпирического уравнения при
Аг <40. Многие из этих выводов позднее подтвердились [4].
Результаты исследований, изложенных в работе [5], показали,
что приближение приточного отверстия к потолку важно и бо-
лее значительно влияет на струи, вытекающие из прямоуголь-
ных отверстий, нежели на струи, вытекающие из квадратных
отверстий. Неравномерная эжекция боковой поверхностью струи
приводит к возникновению силы, отклоняющей струю к потол-
ку. Отклонение тем больше, чем ближе приточное отверстие к
потолку и больше отношение размеров сторон отверстия. Для
учета этого эффекта в работе [5] модифицирован критерий
Архимеда:
367
368
Зак. 430 3.69
Pile. 11.17. Обобщение данных
ti — с обогреваемым полом; и — с
наблюдений воздушных потоков в трех геометрически
обогреваемым потолком; /, J, 9--номера помещений (6— -Z>)
подобных помещениях 1[3]
Таблица 1.1.4
Значения свободного члена и показателен степени в формуле
для определения критерия Нуссельта
Обогреваемая поверхность с m n я
Потолок 0,032 1,1 0 0,12
Пол 0,034 0,95 0,08 0,06
Восточная стена 0,03 0,98 0,07 0,04
Южная стена (противоположная 0,013 1 0,1 0,08
приточному отверстию) Аг** = Аг* ~ ИЛИ Аг** = Аг — D2h d h_ b Id h b b (11.20) (11.21)
Здесь d — расстояние от верхнего края отверстия до потолка.
В работе [5] установлено: _
а) средняя скорость в помещении vT, м/с, может быть опре-
делена из закона постоянства количества движения приточного
воздуха М по уравнению
«г = 0,73ДЛ4/ВЯ)°-5 (11.22)
(по этому уравнению построена номограмма, представленная
на рис. 11.34);
б) траектория струи вблизи' потолка определяется соотно-
шением
у 0,04 Аг** х3
RH(R-i-H\ ’ (1123)
У А о п (а п)
где у — перемещение осн сгруи по вертикали.
Используя расчетное значение Аг=104, уравнению (11.23)
можно придать вид
. Ad Г200£3 (В + Я) 1
В1’5 = — -------- (11.24)
у L (ВИ)3 J k
Здесь R — соотношение размеров сторон приточного отверстия.
(На основании этого уравнения построена номограмма, пред-
ставленная на рис. 11.35.)
11.3.2. Распространение воздушных потоков по данным за-
меров в зданиях, а) Подача воздуха из потолочных или наполь-
ных приточных отверстий. При исследованиях [2, 23], проведен-
ных в лекционном зале на 500 мест Технического университета
в Аахене, сравнивалось распределение скоростей и температур
при подаче кондиционированного воздуха из потолочных и на-
польных отверстий. На рис. 11.18 показаны результаты измере-
370
нии температур и схема движения потоков воздуха при различ-
ной степени заполнения зала, но при постоянной кратности воз-
духообмена 9,1 1/ч (что соответствует подаче 37 м3/ч на 1 чел.
при полном заполнении зала). При подаче воздуха на уровне
пола создается равномерный поток через аудиторию
(рис. 11.18,а, /; 11.18,6, /). Он нарушается только тогда, ког-
а)
21fy°C_
2Щ
Рис. 11.18. Воздушные потоки в лекционном зале при воздухообмене по
схемам сверху — вниз (// и III) и снизу—вверх (/) и постоянной кратно-
сти воздухообмена 9,1 1/ч (температуру в помещении замеряли на уровне
головы) [23]
в—100%-ное заполнение зала; б — 50%-ное равномерное заполнение зала; в 50%-ное
заполнение, все слушатели в передней части зала; г — 25%-ное заполнение, все слу-
шатели в задней части зала; д — зал не занят слушателями
13’ Зак. 430
371
Рис. 11.19. Градиент температуры по вертикали при вытесняющей вентиля-
ции по схемам снизу — вверх и сверху — вниз [23]
/-100%-ное заполнение: 2 — 50%-иое заполнение; 3 — 43%-ное заполнение, слушатели
расположены в передней половине зала; 4 —48%-ное заполнение, слушатели располо-
жены в центре зала
да люди сосредоточены^ в передней части аудитории
(рис. 11.18,9,/), что объясняется конвективными токами от лю-
дей, Наоборот, если воздух подается через потолок и удаляется
на Нижнем уровне, воздухораспределение характеризуется силь-
ными циркуляционными токами и большой разностью темпера-
тур между подиумом и задней частью аудитории, хотя более
холодный воздух остается у конца подиума. В задней части
аудитории (с меньшей высотой) тепловыделения от людей при-
водят к большему повышению температуры воздуха. Как и сле-
довало ожидать, при частичном заполнении зала неравномер-
ность распределения температур меньше. Направление движе-
ния циркулирующих потоков в большей мере зависит от направ-
ления движения приточного воздуха (ср. направления на
рис. 11.18, а, III и 11.18,6,///).
Градиенты температур по вертикали показаны на рис. 11.19.
При подаче воздуха снизу температура от ног до уровня голо-
вы меняется на 3—8°С, причем больший перепад соответствует
большему заполнению зала. Сверх уровня головы температура
практически постоянна. Низшая температура наблюдается у
ног. При подаче воздуха у потолка разность температур в 4—
8°С возникает в верхней части зала — от потолка до уровня го-
ловы. причем в зоне пребывания людей температура практиче-
ски постоянна. Более поздние исследования (рис. 11.20) при
Рис. 11.20, Градиенты температур по вертикали при вытесняющей вентиля-
ции по схемам сверху — вниз (а) и снизу — вверх (б) [1]
1—7 — номера опытов (ломаные 3 и 7 соответствуют оптимальному градиенту)
подаче 50 м3/(ч-чел.) подтвердили ранее полученные градиен-
ты [при подаче 37 м3/(ч-чел)] для обеих рассмотренных схем
организации воздухообмена.
На рис. 11.21 даны некоторые пояснения относительно
теплопоступлений в обитаемую зону, которые вызывают подъем
температуры по вертикали. Воздух, поданный под потолком,
сперва обменивается теплом с ограждениями, если температура
373
притока ниже температуры поверхности стен (для случая, по-
казанного на рис. 11.21, температура стен около 17°С), и на-
гревается. При более высоких температурах подачи воздух ох-
лаждается и его температура снижается по мере движения к
обитаемой зоне. Этим теплопотерям противостоят теплопосту-
пления от освещения и людей. Если воздух подается снизу, тем-
Рис. 11.21. Эпюры распределения
тепловых нагрузок в зависимости от
средней температуры приточного
воздуха по схемам сверху — вниз
(а) и снизу — вверх (б) [1]
л — теплопоступления от людей: о — то
же, от освещения; ст — то же, через
наружные стены: — средняя темпера-
тура уходящего воздуха, °C; 9^-сред-
няя температура приточного воздуха,
°C; пунктирная линия — оптимальная
температура приточного воздуха
пература притока должна быть выше, чем в первом случае, что-
бы исключить дутье на уровне колен (ср. оптимальные значе-
ния температур, показанные на рис. 11.21, а и 11.21, б). Тепло-
вой баланс между теплопотерями и теплопоступлениями вызы-
вает постоянство температур в верхней части зала над уровнем
головы.
К сожалению, для суждения о субъективных оценках име-
ется очень мало данных. В работах [1, 2] сообщалось о некото-
рых экспериментах, проведенных в октябре 1965 г. с 5 женщи-
нами и 20 мужчинами, одетыми в нормальную зимнюю одежду
(наружная температура 10°С). Их просили дать условиям од-
ну из следующих оценок: приятно, очень холодно (или очень
жарко), дует на уровне головы, холодно ногам. На рис. 11.22
показаны условия, достигнутые при подаче воздуха с темпе-
ратурой 15°С через потолок. При подаче снизу некоторые ощу-
щали дутье на уровне ног. Предположили, что было бы лучше
подавать воздух в количестве 37 м3/(ч-чел), как в ранее про-
веденных опытах [23] с температурой 19,2°С, и все же 20% уча-
ствующих в опыте ощущали холод у ног (при подаче воздуха
с этой же температурой сверху вниз 75% дали оценку «очень
жарко»). Оптимальные градиенты температур показаны на
рис. 11.23. 1
Опыт изучения воздухораспределения в реальных условиях
описан в работе [24]. В концертном зале г. Роттердама воз-
духообмен осуществляется по схеме сверху — вниз (рис. 11.24).
374
Рис. 11.22. Субъективные оценки вытесняющей вентиляции по схемам сни-
зу— вверх (а) и сверху — вниа (б) [1, 2]
/ — приятно; 2 — холодно ногам; 3 —очень жарко; 4—очень холодно; 5 — дутье на
уровне головы; ва— температура удаляемого воздуха; — температура приточного
воздуха. Вертикальные пунктирные линии соответствуют оптимальным условиям
Подается 45 м3/(ч-чел.). Возможно независимое регулирова-
ние количества воздуха, подаваемого в переднюю и заднюю части
зала. Для осуществления экспериментов во время работы зала
в потолке смонтировали в два раза большее количество воз-
духораспределителей «опахального» типа (рис. 11.24,6). Ре-
зультаты исследований представлены на рис. 11.25. Циркули-
рующие потоки на рис. 11.25,а и 11.25,6 одинаковы, но в случае
б в части зала возникает вихрь и скорости воздуха, как и ожи-
далось, выше, чем в случае а, поскольку вынужденные и кон-
вективные токи совпадают и как бы усиливают друг друга.
Удовлетворительные скорости обеспечивались при 75%гной и
50%-ной подаче соответственно в переднюю и заднюю части
зала. Подача теплого воздуха в переднюю часть зала реверси-
рует направление движения воздуха так, что потоки движутся
к затылкам людей (см. рис. 11.25,а). Эти потоки оценили как
менее устойчивые, чем в случае б, а по субъективным оценкам
375
Температура воздуха., °C
Рис. 11.23. Субъективные оценки температурного градиента [1]
2, б — номера опытов (кривые без номеров соответствуют оптимальным условиям)
установили, что ситуации б предпочтительней, хотя скорости
нашли слишком высокими. Режим г расценили как неустойчи-
вый, а д как неудовлетворительный. Данные измерений, при-
веденные в табл. 11.5, показывают, что скорость конвективных
потоков выше скорости струй из опахальных воздухораздатчи-
ков. Большая часть рассмотренных данных свидетельствует о
предпочтительности схемы воздухообмена сверху—вниз. Одна-
ко схема снизу — вверх хорошо себя зарекомендовала в зале
филармонии в Западном Берлине. Здесь воздух подается через
специально сконструированные решетки под креслами
(рис. 11.26). Отражательные панели предотвращают горизон-
тальные составляющие скорости, действующие на ноги. Харак-
теристики схем воздухообменов сведены в табл. 11.6.
Таблица 111.5
Данные измерений скорости воздуха в зале
Степень заполне- ния зала людьми, % Относительное количество воздуха, %, подаваемого Скорость воздуха, м/с
спереди сзади в подиуме в центре на балконе
100 0 0 0,26 0,29 0,12
0 75 50 0,2 0,19 0,23
100 100 100 0,345 0,375 0,2
100 75 50 0,33 0,39 0,18
376
Рис. 11.24. Разрез концертного зала в Роттердаме а и воздухораспредели-
тель «опахального» типа б [авторы выражают благодарность 1г Е. Van
Gunst из Института санитарной техники TNO в Дельфте (Голландия) за
предоставление этих чертежей для репродукции]
377
Рис. 11.25. Воздушные потоки в концертном зале [24]
а— конвективные от людей при 100%-ном заполнении зала; б — то же. при подаче
воздуха с температурой 17 и 19°С соответственно в переднюю и заднюю половины
зала; е — то же, что в б, но с другими температурами воздуха, что приводит к из-
менению направления его движения; г — встречная циркуляция, достигнутая при за-
крытии части воздухораспределителей в задней части зала (возникают неустойчивые
параллельные токи); а —устойчивая встречная циркуляция, достигнутая так же, как
в случае г, но вместе с конвективными токами (70%-ное заполнение зала)
В работе [20] сообщается об удовлетворительном примене-
нии вытесняющей вентиляции по схеме снизу —вверх в поме-
щениях глажения белья и в вычислительных центрах. Главное
ее преимущество состоит в использовании пониженных коли-
честв приточного воздуха при высоких разностях температур;
основной температурный градиент наблюдается выше рабочей
зоны; воздух движется в направлении действия естественной
конвекции и удаляется через светильники, унося часть выделя-
емого ими тепла. На рис. 11.27 дана графическая интерпрета-
ция уравнения (11.17) и указаны значения Аг, которые в ра-
боте [23] рекомендованы для расчета воздухораспределения
при верхней и нижней подаче в лекционных залах.
378
Рис. 11.26. Беэдутьевая приточная решетка под креслом [34]
/ — наклонная отражающая пластина; 2 — перфорированная панель с 20%-ным свобод*
ным сечением; 3 — вертикальная отражающая пластина, облицованная звукопогло*
щающим материалом; 4 — камера
в
рис. 11.27. Зависимость кратно-
сти воздухообмена от критерия
Архимеда для систем по схемам
снизу — вверх и сверху — вниз и
расчетные значения этого крите-
рия, рекомендованные в работе
[20]; Д0/Я, °С/м — градиент
температуры
379
Таблица 11.6
Характеристика различных схем организации воздухообмена в залах
Показатель Схема
сверху — вниз снизу — вверх
Градиент температуры по вертикали: от ног до головы над уровнем головы Незначительный 4—8°С 3—8°С, низшая у ног Незначительный
Изменение температу- ры 1— 3°С Меньше, чем при схеме сверху — вниз, но чувст- вуется дутье на уровне лодыжек
Воздушные потоки Значительные взаимо- действующие течения; более приятные, посколь- ку скорость воздуха на уровне головы выше, чем при схеме снизу — вверх Очень равномерные; ламинарное распределе- ние; дым рассеивается медленнее
Минимальная опти- мальная температура по- дачи 15°С 19,5?С
Движение пыли Остается на полу Стремится подняться, что нежелательно в теат- ральных залах и комна- тах заседаний
Шум — Прослушивается шум аэродинамического про- исхождения
Обслуживание — Необходима регуляр- ная чистка приточных ре- шеток
Число приточных от- верстий Может быть использо- вано небольшое, число больших отверстий Необходимо использо- вать большое число не- больших отверстий
380
На рис. 11.28 показана поперечная схема организации воз-
духообмена. Помещение длиной L = 3H можно удовлетвори-
тельно вентилировать при значении критерия Архимеда до
1300, однако если величина Аг достигает 2800 и 3400, удовлет-
ворительно вентилируются только 2/3 и '/з помещения (соответ-
ственно)'. Предприняты, но еще не опубликованы исследования
по установлению характеристик схемы организации воздухооб-
мена с горизонтальным движением воздуха при подаче и уда-
лении его через перфорированные стены.
Рис. 11.28. Дальнобойность струй в зависимости от критерия Архимеда [20]
б) Распределение воздуха через перфорированные потолки.
Перфорированные потолки (рис. 11.29) особенно целесообразны
в помещениях высотой 3—5 м и при подаче приточного воздуха
в значительных количествах. При этом снижаются капитальные
затраты на решетки, воздухораздатчики и воздуховоды, воз-
можно использование потолков для радиационного отопления,
охлаждения, освещения, шумоглушения, удовлетворяются эсте-
тические требования и обеспечивается необходимая подвиж-
ность воздуха.
Объем воздуха, поступающего в надпотолочное простран-
ство,
Q = fj Аг,
или
Q = t»oaeA,
где а — коэффициент выхода для перфорации; е — свободное сечеиие (т. е.
е=А/А2). Значения а, приведенные в работе [25], указаны в табл. 11.7.
381
Рис. 11.29. План а и разрез б поме-
щения с перфорированным потолком
A=LB — общая площадь потолка; Az —
=Bh — поперечное сечение надпотолоч-
ного пространства; h — его высота; d —
диаметр отверстий (перфорации); t —
шаг отверстий; 5 —толщина перфориро-
ванной панели; ъг— скорость воздуха
при входе в надпотолочное пространство;
ио — скорость выхода воздуха из отвер-
стий перфорации
Предложены следующие критерии для определения соотно-
шений между размерами надпотолочного пространства и по-
толка [22]: Az/A^2~l или-^-5а2-1.
Необходимо делать поправки на препятствия в надпотолоч-
ном пространстве, сужающие площадь Az.
Если перфорированный потолок очень тонкий (т. е. s!d~
~0,1), то воздушные струи вытекают из него под углом, за
ислючением концевой части-надпотолочного пространства. Для
обеспечения небольших значений горизонтальных составляющих
скоростей в работе [26] рекомендовано соблюдать соотноше-
Таблица 11.7
Коэффициенты а для воздуховыпускных отверстий
Тип отверстия а
Нормальное сопло 0,99
Квадратное с закругленными углами 0,82—0,88
Перфорированная панель 0,74—0,82
Решетка 0,66—0,74
Диафрагма с острыми краями 0.63
ние s/d^5, или, если sld<.§, то иь/ио = О,25, где vL — горизон-
тальная компонента скорости. Нормального выхода воздуха
можно достичь также, придавая надпотолочному пространству
форму клина.
При истечении многих струй из перфорированного потолка
образуются зоны ядра, в которых каждая струя ведет себя не-
зависимо; переходная и, наконец, вторичная, где струи пол-
ностью сливаются (рис. 11.30). Число отверстий и их геомет-
рия, необходимые для перемешивания приточных струй с воз-
382
Рис. 11.30. Истечение воздушных
струй из перфорированного потол-
ка [33]
а — схема слияния струй; б — изменение
скорости воздуха в зависимости от рас-
стояния от паиели; /—зона ядра; 2 —
переходная зона; 3 —эона полностью
развитой турбулентности; 4— граница
вторичной эоны пучка струй; 5 —харак-
теристика пучка струй; 6 — характери-
стика одиночной струи; vx—средняя
скорость на расстоянии х; и с~ цент-
ральная (или максимальная) скорость
на том же расстоянии.
Остальные обозначения те же» что на
рнс. 11.29
духом помещения (рис. 11.31), установлены в работе [27]. Ис-
следованиями [28] показано, что
(11.25)
Рис. 11.32. Соотношение между
скоростью, свободным сечением,
шагом отверстий и общей пло-
щадью тонкого (s/d<l) и тол-
стого (s/d>l) перфорированных
потолков [28]
Рис. 11.31. Геометрические соот-
ношения для перфорированных
панелей, рекомендуемые в рабо-
те [27]
383
Пользование данными рис. 11.32 в проектной практике из-
бавляет от утомительных вычислений. Некоторые простые пра-
вила таковы:
а) скорость воздуха в обитаемой зоне следует принимать
равной 0,2 м/с при температуре подачи меньшей, чем в поме-
щении, и 0,5 м/с при температуре подачи более высокой, чем
в помещении;
б) расстояние между потолком и обитаемой зоной прибли-
женно определяют по формуле х = Н—1,8 м [25], где Н — вы-
сота помещения;
в) начальную скорость рассчитывают исходя из величины
Re= 1500 [22], т. е. по формуле uo=1500v/d, где v— кинемати-
ческая вязкость воздуха. Приближенно vQ = H—1 м/с, а при
//=3м va = H.
Однако действительными критериями являются обеспечение
надлежащего уровня шума и комфортных условий в зоне пре-
бывания людей. Чтобы исключить ламинарное течение воздуха
у поверхности потолка, vQ должна быть более 1 м/с.
Пример. Воздух в количестве 2000 м3/ч подается через пер-
форированный потолок с относительной толщиной s/d>l и об-
щей площадью 65% площади пола; температура подачи 16—
22°С; размеры помещения 10x5X4 м; диаметр отверстий 6 мм;
кинематическая вязкость воздуха 15- 1О-6 м2/с. Найти скорость
подачи v0, скорость в обитаемой зоне ис, количество отверстий
п, шаг между ними t. .!
Решение. 1. Принимаем Res=1500 [22] и находим и0:
а0 = 1500-15-10~6/6-10—3 = 3,75 м/с.
(По приближенному расчету v0 = H—4 м/с.)
2. Находим расстояние от потолка до обитаемой зоны: х=
= 4—1,8=2,2 м. Тогда х/~][А = 2,2/уО,65-5-10 = 0,386 и соглас-
но рис. 11.32 значение ординаты равно 0,7, т. е. ис='0,7 (аХ
Хе) *»ио- Но ae=;Q/Av0 (здесь Л — общая активная площадь
потолка). Отсюда
/QvoV/2 / 2000-3,75 V/2
0 =0,7 П-г =0,7„-------------------1----' = 0,177 « 0,2 м/с.
с \ А (,3600-0,65-5 -0 /
3. Находим относительное свободное сечение потолка
2000
О
е = - — =---------------------------= 0,00585
Aat»0 3600-5-10-0,65-3,75-0,78
[согласно табл. 11.7 среднее значение а составит (0,74-г
Н-0,82)/2 = 0,78].
Площадь свободного сечения потолка равна Ае, тогда об-
щее число отверстий
nd2 32,5-0,00585-4
п = Л/----------------------= —-------1---г— = 6720.
' 4 л-62-10-6
3S4
4. Примем, что Nh и Nv — соответственно число отверстий
по двум измерениям потолка, тогда общую площадь потолка
можно представить так: Д=.(Л/н+1) (A/v+l)i“2, но и
NV^>1, поэтому A = Nh Nvt2.
Поскольку общее число отверстий n = Nn >Nv, то
A = nt*. (11.26)
Площадь свободного сечения потолка составляет nnd2[4.
Если пренебречь коэффициентом выхода струи, то
Уравнению (11.26) можно придать вид
Согласно рис. 11.31, при Л = 32,5 м2 и d = 0,006 м находим
следующие комбинации t/d и п:
t]d 5 10 15 20
А П~ d2 / d \2 1—) =0,9-10’ (d/Z)« 36-103 9-Ю3 4-Ю3 2,25-10’
Вытяжные отверстия. В работе [29] показано, что вытяж-
ные отверстия мало влияют на движение воздуха в помеще-
ниях. В табл. 11.8 приведены данные о’ рекомендуемых скоро-
стях воздуха в свободном сечении вытяжных решеток.
Таблица 11.8
Допустимые скорости воздуха во всасывающих отверстиях
Расположение отверстия Скорость в свободном сече- нии» м/с
В обитаемой зоне вблизи сидящих людей Вдали от людей Вне обитаемой зоны 2—2,5 2,5—3 4
11.4. ПОРЯДОК ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ
РЕШЕТОК, УСТАНАВЛИВАЕМЫХ В БОКОВЫХ
СТЕНАХ
В работе [5] на основании исследований [2, 3, 23] пред-
ложен порядок расчета решеток, устанавливаемых в боковых
стенах. В работе [30] этот метод распространен на решетки,
монтируемые в подоконниках, конические воздухораздаточные
устройства и потолочные щелевые воздухораспределители.
Обширная серия опытов была проведена в помещении, ими-
тирующем типовую комнату размером 4,9X3,7X2,75 м в кон-
385
торском здании. Воздух подавали через отверстия и решетки,
размещенные на различной высоте во внутренней торцовой сте-
не. Для исследований в условиях охлаждения тепловые нагруз-
ки создавали обогревом пола или теплопередачей через наруж-
ную стену. Скорости и температуры регистрировали самопис-
цем и далее обрабатывали на ЭВМ. Движение воздушных по-
токов визуализировали дымом.
Траектории струй охлажденного воздуха оказались завися-
щими не только от критерия Архимеда, но также от соотноше-
ния размеров сторон отверстий и степени их приближения к по-
толку. За пределами границ струй воздух помещения медленно
движется обратно к стене, в которой установлена приточная
решетка, причем с большей скоростью у стен. Результаты опы-
тов представили в виде данных о средних и истинных скоростях
воздуха в помещении, что позволяет ориентироваться при вы-
боре расчетных скоростей. Колебания температур в обитаемой
зоне не превышали 2°С. Разность между температурами уда-
ляемого и приточного воздуха меняли в пределах от 3 до 10°С.
Наиболее низкие температуры наблюдали вверху помещения,
наиболее высокие — вблизи пола.
11.4.1. Расчетные параметры. Полученные данные хорошо
согласуются с материалами ранее проведенных исследований
в других испытательных помещениях. Поэтому особое внимание
уделено следующим правилам расчета распределения воздуха
в кондиционируемых помещениях:
а) количество воздуха зависит от тепловой нагрузки поме-
щения q, разности температур удаляемого и приточного возду-
ха Д0 и подвижности воздуха в помещении. Кратность воздухо-
обмена'определяется оптимальным значением критерия Архи-
меда и является функцией тепловой нагрузки и размеров по-
мещения;
б) дальнобойность струй должна быть такой, чтобы на рас-
стоянии 0,75 длины помещения скорость составляла 0,5 м/с.
11.4.2. Метод расчета. Метод разработан Джекманом [5,30].
При расчете используются графики и номограммы. Порядок
расчета таков:
а) по рис. 11.33 при заданной охладительной или отопи-
тельной нагрузке, известных высоте Н и длине помещения L
находят кратность воздухообмена п. На кратность вводят по-
правку, если Н отличается от 4 м;
б) определяют объем подаваемого воздуха, м3/с:
п В L Н
о =------- ;
4 3600
в) находят разность температур удаляемого и приточного
воздуха, °C:
386
Рис. 11.33. Соотношение меж-
ду тепловой нагрузкой и крат-
ностью воздухообмена. Для
помещений, высота которы?
отличается от 4 м, вводится
поправка____по формуле пн=
, /16
Г^[5]
= П4ХЭ
г) по номограмме (рис. 11.34) при заданных Q и L опреде-
ляют скорость подачи и0 воздуха и эффективную площадь ре-
шетки А;
д) используя ту же номограмму, при известных L и ВН
проверяют среднюю скорость воздуха в помещении;
е) находят максимальное допустимое падение осевой линии
струи:
у = Н — (z + d + h/2 + 0,075 L),
где z — высота обитаемой зоны; d — расстояние от верха приточной решетки
до потолка (его следует принимать возможно меньшим); h — размер ре-
шетки по вертикали; 0,075 L — член, характеризующий расширение струи;
ж) снижение осевой линии сильно зависит от соотношения
размеров сторон приточного отверстия R. По номограмме
(рис. 11.35) при заданных величинах L/Н и В/Н находят коэф-
фициент F, который подставляют в уравнение
R уН* ’
а из него вычисляют R (R находят и по таблице, приведенной
на рис. 11.35);
з) выбирают решетку с эффективной площадью А и соот-
ношением размеров сторон несколько большим, чем R.
Если расстояние d больше, чем h/2, то пункты «е» и «ж»
отпадают, поскольку на распространение струи уже не оказы-
вает влияние близость потолка.
11.4.3. Числовой пример расчета. Следующий пример ил-
люстрирует последовательность расчета. Пунктирные линии
на рис. 11.34 и 11.35 соответствуют данным расчета.
Условия. СКВ обслуживает зал совещаний размером
LX^X^ = 9X5X3 м; максимальная тепловая нагрузка состав-
ляет 30 Вт/м2 пола; воздух подается через решетку, установ-
ленную в торцовой стене на высоте 200 мм от потолка. Опреде-
лить количество приточного воздуха, кратность воздухообме-
387
Расход
Воздуха,
м3/с
ЗриректиВ- Скорость Длина ло-
пая площадь подачи, мещения
А,мг vg, м/с L,M
2 -
Средняя, ско-
рость Воздуха
vR, м/с
10 2 -
Площадь попе-
речного сечения
помещения
ВхН, мг
102
9
8
7
6
5
4
10
Рис. 11.34. Номограмма для определения эффективной площади приточного
отверстия и средней скорости воздуха в помещении [5]
388
/?'-5 7 2 3 1 4 5 5 7 8 9 \ 10 12 \ 74 16 | 18 \ 20
7? 7 1,6 2,1 j 2,5 j 2,9 | 3,3 •и 4 4,J \9,5 ; 5,1 I 5,8 8,5 7ч
Рис. 11.35. Номограмма для определения соотношения размеров сторон
приточных отверстий [5]
Внизу приведена таблица для определения R чо R '
на, площадь решетки, скорость подачи и выбрать размеры ре-
шетки.
Решение. 1. По рис. 11.33 при ?=30 Вт/м2 и LjH=3 п =
= 4 1/ч, а с поправкой на высоту помещения п' = 4/1,21 =
= 3,3 1/ч.
2. Рабочая разность температур Д0 = 3-ЗО/3,3-3 = 9,1°С.
3. Количество приточного воздуха Q = 3,3-9,1-5-3/3600=
=0,124 м3/с.
4. По рис. 11,34 начальная скорость воздуха и0=2,7 м/с,
эффективная площадь решетки Л = 0,046 м2. По этому же ри-
сунку при ВЯ=15 м2 средняя скорость воздуха в помещении
«к составит 0,12 м/с.
389
5. Принимаем, что размер решетки по вертикали не более
200 мм и что люди в помещении находятся в сидячем положе-
нии, тогда высота обитаемой зоны вблизи стены, противопо-
ложной приточному отверстию, z равна 1,4 м.
Нормальное расширение струи r/s=0,075-9 = 0,675 м.
Тогда допустимое снижение оси струи i/ = 3—(1,4+0,2+
+0,1+0,675) =0,625 м.
6. По рис. 11.35 при LIH=3 и 5/77=1,66 5=3,2-103 и
7?1,5=О,046-0,2-3,2-103/0,625-9 = 5,234. Тогда согласно таблице,
в подписи к рис. 11.35 R — 2,9. ;
7. Выбираем решетку с эффективной площадью 0,046 м2 и
соотношением сторон 3:1. Возможные размеры решетки вХ^=
= 600X200 мм.
Если была бы принята кратность воздухообменов в два ра-
за большая, т. е. 6,6 1/ч, то для создания требуемой скорости
воздуха в помещении Д0 уменьшится наполовину, а площадь
решетки возрастет в четыре раза. Если тепловая нагрузка в
зале возрастет в два раза, то потребуется вдвое увеличить крат-
ность воздухообмена. Обращаясь к рис. 11.33, видим, что скор-
ректированная кратность воздухообмена будет «' = 5,1/1,21 =
= 4,2 1/ч- Поскольку это вызовет увеличение рабочей разности
температур с 9,1°С до 3-60/4,2-3= 14,3°С, площадь решетки
потребуется увеличить с 0,046 до 0,072 м2.
11.4.4. Экономика воздухораспределения. Для сравнения ка-
питальных и эксплуатационных затрат на СКВ с различными
способами воздухораспределения существующая информация
крайне скудна. В работе [31] показано, что экономия на капи-
тальных' затратах вследствие уменьшения высоты помещений
может быть сведена на нет дополнительными расходами, выз-
ванными принятым методом воздухораспределения (рис. 11.36)
Рис. 11.36. Изменение стоимости
зданий в зависимости от высоты
помещений [31]
А — одноэтажная школа; В — много-
этажный больничный палатный кор-
пус; С —- трехэтажное конторское
здание; D — многоэтажный лабора-
торный корпус
Установлено, что стоимость отопления снижается на 2—3% на
каждый метр высоты помещения. Но капитальные затраты на
СКВ распределяются так, что на холодильное оборудование
390
приходится 15%, на собственно системы 68%., на отопительное
оборудование 15%, общих затрат. Отсюда экономия в 3—15%
на отопительном оборудовании пренебрежимо мала.
11.5. ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
К воздухораспределительным устройствам относятся
решетки, диффузоры, светильники-воздухораздатчики и перфо-
рированные потолки.
11.5.1. Решетки. Перфорированные или штампованные ре-
шетки, не допускающие изменения направления движения
струй, применяют в системах естественной и механической вы-
тяжной вентиляции, а также для сообщения между собой
смежных помещений. Скорость в фасадном сечении принимают
в пределах 1,5—3 м/с.
Сравнительно недорогие решетки с неподвижными жалюзи
применяют для тех же целей, а также в приточных системах
при небольшой требуемой дальнобойности струй.
Наиболее часто применяют решетки, допускающие отклоне-
ние струй в одну или две стороны, имеющие соответственно
один или два ряда регулируемых лопастей (обычно обтекае-
мой формы). В однорядных решетках лопасти крепятся в раме
и могут быть горизонтальными или вертикальными и поэтому
позволяют регулировать приточные струи в одной плоскости.
Двухрядные решетки имеют лопасти в двух плоскостях и по-
этому дают возможность полного регулирования направления
движения струй. Скорость воздуха в фасадном сечении реше-
ток обоих типов принимают в пределах 2,5—7,6 м/с. Двухряд-
ные решетки применяют только для притока, однорядные —
для притока и вытяжки.
Штампованные решетки иногда снабжают заслонками для
грубого количественного регулирования. В решетках других
типов бывает клапанная секция, обычно располагаемая сзади
регулируемых клапанов. Эта секция имеет лопасти встречного
вращения, фиксируемые при помощи ключа. Решетки устанав-
ливают на воздуховодах, в стенах, потолках и полах (в по-
следнем случае усиленной конструкции). Имеются также ре-
шетки «невидимые», «непросвечивающие» и «незасоряемые».
11.5.2. Диффузоры. Линейный диффузор — обычно прямо-
угольная длинная решетка. Используется для притока и вы-
тяжки, устанавливается в стенах, потолках и полах. Скорость
воздуха в фасадном сечении 2,5—7,6 м/с. Длина может дости-
гать 30 м и более (такие длинные решетки образуются соеди-
нением встык нескольких решеток). Линейные диффузоры бы-
вают с неподвижными и подвижными лопастями. Неподвиж-
ным лопастям при изготовлении диффузоров может быть при-
дан желательный угол установки. Диффузоры регулируемого
391
типа иногда обеспечивают возможность количественного регу-
лирования расхода воздуха.
Для равномерной раздачи воздуха вдоль диффузоров их
присоединяют к ленточным воздуховодам или устанавливают
на стенках камер избыточного давления. Клапаны для регули-
рования расхода воздуха могут быть встроены в питающие
воздуховоды или установлены непосредственно перед диффу-
зорами.
Диффузоры также бывают круглыми, полукруглыми или
квадратными. Их применяют для притока и вытяжки. В пер-
вом случае обеспечивается эффективное эжектирование в
больших количествах воздуха помещения, вследствие чего
достигается подача в обитаемую зону с малыми скоростями.
Один из лучших типов диффузоров снабжен регулируемыми
направляющими для изменения ширины и дальнобойности
струй. Эти направляющие могут быть встроены в виде регуля-
торов расхода. Для регулирования расхода можно использо-
вать и клапан в горловине. Скорость воздуха в горловине
4—6 м/с.
11.5.3. Дополнительные принадлежности. Воздухораспреде-
лители укомплектовывают выравнивающими решетками и от-
клоняющими устройствами различных типов для выпрямления
потока и направления его из распределительного канала в
воздухораздатчик. Диффузоры часто укомплектовывают про-
тивопыльными кольцами или рамами, уменьшающими осажде-
ние пыли на потолках из эжектируемого воздуха.
11.5.4. Отделка воздухораспределителей. Решетки и диффу-
зоры изготовляют из алюминия, стали, латуни или бронзы. Им
придают различный внешний вид и отделку. Борта имеют раз-
личную ширину; крепление к конструкциям скрытое и на
винтах. Поверхности окрашивают, эмалируют, лакируют, по-
крывают металлами, анодируют и полируют. Пластмассовые
покрытия или воздухораспределители, изготовленные полно-
стью из пластмасс, применяют в условиях возможной кор-
розии.
11.5.5. Специальные воздухораспределительные устройства.
Диффузоры для больниц изготовляют в виде приточно-вытяж-
ных легко очищаемых агрегатов. Существуют диффузоры
квадратной формы с перфорированными панелями для уста-
новки в подвесных потолках. Для регулирования избыточного
давления в операционных на вытяжных отверстиях устанавли-
вают клапаны с регулируемыми противовесами. Известен диф-
фузор. скомбинированный с осевым вентилятором, предназна-
ченный для вертикальной подачи кондиционированного воз-
духа через потолок.
В промышленности и при местном точечном охлаждении
применяют различные эжекторные устройства, которые обеспе-
чивают большую дальнобойность струй, регулирование объема
392
воздуха и направления потоков. Они должны соответствовать
оформлению помещений и гармонировать с конструкциями по-
толков и искусственным освещением.
Из совмещенных осветительно-воздухораздаточных уст-
ройств наиболее распространены люминесцентные светильни-
ки-воздухораздатчики со щелями по краям для притока и уда-
ления воздуха. Воздух иногда удаляется и через ламповое
пространство. Преимущества этих устройств: уменьшение на-
грузки на СКВ (с удаляемым воздухом отводится часть выде-
ляемого лампами тепла), возможность использования улавли-
ваемого тепла для подогрева воздуха. Имеются и совмещен-
ные светильники-воздухораздатчики с лампами накаливания.
Применяются вентилируемые потолки с перфорацией или
щелями в пластинах. Относительная свободная площадь пер-
форации приблизительно равна 2%. Пластины изготовляют из
несгораемого минерального волокна. Расходы воздуха состав-
ляют 5,1—7,6 м3/с на 100 м2 потолка при избыточном давлении
в надпотолочном пространстве в 25 Па, хотя обычно подают
1—2 м3/с на 100 м2 при избыточном давлении 2,5 Па.
Особое внимание следует уделять конструкции надпотолоч-
ного пространства. Оно должно исключать утечки воздуха и
повышенную теплопередачу. Если надпотолочное пространство
прилегает к покрытию, то последнее должно иметь коэффици-
ент теплопередачи минимум 0,84 Вт/(м2-°С), предпочтительней
0,57 Вт/(м2-°С). При расчетах надо учитывать потери и поступ-
ления тепла из надпотолочного пространства наружу и в по-
мещение. Перфорированные вентиляционные потолки для вы-
тяжки воздуха непригодны, поскольку могут засоряться от-
верстия.
11.5.6. Выбор воздухораздаточных устройств. Пх можно
подбирать по заводским каталогам, которые обычно содержат
данные об объемах, скорости, дальнобойности струй, потерях
давления, радиусах действия и другие характеристики, а так-
же уровни создаваемого шума. Поскольку данные о шуме
обычно относят к полностью открытым регулировочным клапа-
нам, следует учитывать увеличение шума при полузакрытых
клапанах.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие к русскому изданию ....................».................. 5
Г лава I. Роль кондиционирования воздуха и вентиляции при регули-
рований; состояния окружающей среды.............................. 8
1.1. Современное состояние кондиционирования воздуха........... 8
J.2. Различие между кондиционированием воздуха и вентиляцией 11
1.3. Комфорт........................ ................. . . 12
4.4. Человек н окружающая среда . . . ........................ 13
1.5. Факторы комфорта . ..................................... 21
1.6. Кондиционирование воздуха в будущем .................... 44
1.7. Кондиционирование воздуха в промышленности............... 46
I.S. Список литературы...................................... 46
Г лава 2. Вентиляция 50
2.1. Для чего необходима вентиляции? ......................... 50
2.2. Минимальная потребность в наружном воздухе............... 50
2.3. Разбавление вредностей воздухом ......................... 53
2.4. Расчет необходимого количества вентиляционного воздуха . . 55
2.5. Способы вентиляции .................................... 58
2.6. Некоторые указания по расчету-систем вентиляции и кондицио- 67
пирования.воздуха .... .........................................
2.". Некоторые особенности вентиляции зданий . ............... 69
28. Противопожарные мероприятия в системах вентиляции и конди-
ционирования воздуха........................................ 82
2.2 Список литературы........................................ 83
Г лава 3. Свойства воздуха и основы психрометрии................... 85
3/. Состав воздуха............................................. 85
3.2. Газовые законы и нх применение в кондиционировании воздуха 85
3.3. Фазовые переходы.......................... ............... 89
3.4. Свойства влажного воздуха.................. 90
3.5. Формы представления психрометрических данных ...... 97
38. Примеры расчетов....................................... 99
3.7 . Список литературы...................... . ..........ЮЗ
Глава 4. Процессы кондиционирования воздуха . . . 103
4.1. аведение ..................................• ... ЮЗ
4.2. Состояние смеси двух количеств воздуха .... ... ЮЗ
4.3. Явный подогрев и явное охлаждение . . . . ............. 104
4.4. Основы процессов увлажнения и осушения воздуха ..... 105
4.5. Осушение воздуха . . . . . . . .... 107
396
Стр.
4.6. Увлажнение воздуха...................-................... 111
4.7. Практические циклы кондиционирования воздуха............. 113
4.8. Сравнение форсуночных камер и поверхностных воздухоохла-
дителей .................................................. 122
4.9. Практическое применение психрометрии при проектировании
систем кондиционирования воздуха............................ 122
4.10. Примеры .расчетов систем кондиционирования воздуха . . . 12&
Глава 5. Основы аэродинамики и движение воздуха в каналах ... 141
5.1. Движение энергии.................................... 14'1'
5.2. Основы динамики движения жидкости ...................... 142
5.3. Применение теоремы Бернулли........................... 153
5.4. Изменение энергии в системах кондиционирования воздуха . . 156
5.5. Расчет воздуховодов................................... 167
5.6. Некоторые замечания по конструированию и монтажу возду-
ховодов .................................................. 176
5.7. Список литературы................... . .............. 177
Глава 6. Оборудование для кондиционирования воздуха................ 178
6j1. Введение................................................ 178
6.2. Воздухоподогреватели и воздухоохладители.................. 178
6.3. Электрические, газовые и нефтяные воздухоподогреватели . . 184
6.4. Форсуночные камеры и испарительные воздухоохладители . . 187
6.5. Увлажнители............................................. 193
6.6. Оборудование для испарительного охлаждения воды .... 196
6.7. Сорбционные осушители и оборудование для утилизации тепла 200
6.8. Вентиляторы............................................. 201
6.9. Оборудование для очистки воздуха ..........................206
6.10. Холодильное оборудование и тепловые насосы................2Г0
6?11. Агрегатное оборудование................................. 215
6.12. Комнатные концевые аппараты............................. 216
6.13, Список литературы...................................... 224
Глава 7. Системы кондиционирования воздуха.......................227
7.1. Введение................................................ 227
7.2. Традиционные системы................................... 227
7.3. Системы с концевыми догревателями 231
7.4. Многозональные системы................................. 233
7.5, Двухканальные системы................................. 234
7.6. Системы с переменным объемом приточного воздуха .... 237
7.7. Двойные воздушные системы ........ .... 239
7.8. Эжекционные системы.................................... 241
7.9. Системы с вентиляторными конвекторами ................. 245’
7.10. Трех- и четырехтрубиые системы .......................’ 246
7.11. Панельно-воздушные системы............................248
7j12. Системы с теплообменниками непосредственного кипения
хладагента................................ .................250
7,113. Системы с комнатными тепловыми насосами............... 253
7.14. Совмещенные воздушно-осветительные системы..............254
397
Стр.
7.15. Системы с вентилируемыми потолками . . ..................257
7.16. Системы с утилизацией тепла от внутренних источников (теп-
ловые насосы)............................................... 258
7.17. Системы полного энергоснабжения . . . .................. 259
7.18. Районные системы снабжения охлажденной водой............ 261
7.19. Отопительно-охладительные системы, питаемые парами хлад-
агента ....................................................... 262
7.20. Термоэлектрические системы.............................. 263
7.21. Список литературы...................................... 264
Глава 8. Кондиционирование воздуха в зданиях различного назначения 267
8.1. Общие требования к проекту системы . . . _.............267
8.2. Факторы, учитываемые при проектировании..................267
8.3. Оборудование и вспомогательные устройства систем.........270
8.4. Конторские здания .......................................272
8.5. Жилые дома.............................................274
8.6. Гостиницы и рестораны...................... 275
8.7. Больницы и операционные................................277
8.8. Магазины............................................... 279
8.9. Театры и аудитории..................................... 280
8.10. Библиотеки и музеи.................................... 281
8.11. Школы........................................ . . . 282
8.12. Лаборатории........................................... 283
8.13. Помещения для вычислительных машин ...................285
8.14. Радио- и телестудии........... . . . ................288
8.15. Кегельбаны.............................................288
8.16. Технологическое кондиционирование воздуха.............. 289
8.17. Промышленная вентиляция .............................. 291
8.18. Данные для ориентировочных1 расчетов . . ...............291
8.49. Список литературы . . . . Т.........-..................292
Глава 9. Системы автоматического регулирования 295
9.1. Введение . ............................................. 295
9.2. Типы систем регулирования.................................299
9.3. Типы регулирующих действий ...............................299
9.4. Измерительные элементы.................................. 301
9.5. Регулирующие элементы . .............................. 302
9.6. Типы контроллеров...................................... 305
9.7. Регулирующие приборы................................... 305
9.8. Регулирование расходов ................................ 309
9.9- Вспомогательное оборудование систем автоматического регу-
лирования .................................................. 312
9.10. Виды регулирования систем кондиционирования воздуха . . 313
9.11. Объекты регулирования ................................. 316
9.12. Регулирование систем приточной вентиляции................316
9.13. Регулирование воздушного отопления . . . ................319
9.14. Регулирование калорифера первого подогрева...............320
9.15. Регулирование влажности................................ 321
9.16. Регулирование охлаждения............................... 324
9.17. Регулирование осушения . . , . . . . ................... 329
9.48. Регулирование систем кондиционирования воздуха.......... 330
9.19. Централизация контроля за работой систем инженерного обо-
рудования зданий............................................ 332
9.20. Достижения в регулировании............................ 333
9.21. Список литературы.................................. . . 334
398
Стр.
Глава 10. Ввод в действие, испытание и обслуживание систем . . . 337
•ЮЛ. Введение............................................. 337
10.2. Ввод систем в действие..................................337
10.3. Испытание............................................ 342
40.4. Обслуживание......................................... 343
10.6. Список литературы...................................... 346
Глава 11. Движение воздуха в помещениях . 347
111 Л. Введение............................................. 347
1’1 j. Основы теории струйный течений....................... 348
11.3. Распространение струй в помещениях .....................361
iL1.4. Порядок определения размеров решеток, устанавливаемых в
боковыхстеиах.............................................. 385
11.5. Воздухораспределительные устройства ....................391
•11.6. Список литературы . ................................. 394