Распределение воздуха из-под пола

 Приточный воздух можно подавать в обслуживаемую или рабочую зону с высокой скоростью, используя при этом воздухораспределители с высокой эжекционной способностью для быстрого затухания скорости и температуры воздуха в приточной струе. При этом удаление воздуха происходит из верхней зоны. Размещают воздухораспределители у стен производственных помещений большой высоты со значительными теплоизбытками вблизи рабочих мест на некотором расстоянии от источников вредных газов, в полу или в конструкции кресел зрительных залов, театров и кинотеатров, спортивных и зрелищных комплексов, в полу некоторых помещений гражданских зданий, например компьютерных залах, залах автоматических телефонных станций, систем связи, офисах при наличии фальшпола, при использовании напольных конвекторов с подмешиванием наружного воздуха.
 Этот способ распределения воздуха, хорошо известный и давно применяемый в отечественной практике, в частности в театрах, на телекоммуникационных станциях, в компьютерных залах, в производственных помещениях, как распределение воздуха по схеме «снизу-вверх», В зарубежной практике применительно к помещениям гражданских зданий получил название UFAD (Underfloor Airs Distribution), что в переводе означает «распределение воздуха из-под пола» (рисунок 4.5). Иногда его относят к вытесняющей вентиляции. Однако этот способ можно считать чем-то средним между перемешивающей и вытесняющей вентиляций, так как он объединяет в себе особенности и преимущества обоих способов.
 При распределении воздуха из-под пола в обслуживаемой зоне осуществляется перемешивание приточного воздуха с воздухом помещения, а в верхней зоне ламинарный поток смеси под влияни-ем конвективных потоков теплоты с низкой скоростью устремляется вверх и удаляется из верхней зоны. Общим со способом вытесняющей вентиляции является лишь то, что обеспечивается значительный температурный перепад по высоте помещения, что называется стратификацией. При этом для создания комфортных условий необходимо обеспечить равномерное поле температуры и скорости воздуха в обслуживаемой зоне путем интенсивного перемешивания воздуха в этой зоне, не затрагивая верхнюю зону, а в верхней зоне - создать и поддерживать стратификацию (неравномерность температуры по высоте). Дальнобойность приточной струи при вертикальной подаче и ширина струи при горизонтальной подаче должна быть сопоставима с высотой обслуживаемой зоны. При малых значениях дальнобойности, что характерно для вихревых воздухораспределителей, наблюдается увеличение градиента температуры по высоте обслуживаемой зоны, что нежелательно. При дальнобойности выше, чем высота обслуживаемой зоны, приточные струи проникают в верхнюю зону, что способствует повышению температуры в обслуживаемой зоне и уменьшению общего перепада температуры.
 
  Особенности способа «распределение воздуха из под-пола»:
- обработанный в центральном кондиционере воздух поступает в обслуживаемую зону не загрязненным;
- используется как в прямоточных системах, так и в системах с централизованной или местной рециркуляцией воздуха (эжекционные доводчики);
- более высокое значение рабочей разности температур, чем при обычной вытесняющей вентиляции, однако температура приточного воздуха не может быть ниже 15,5°С;
- обеспечивается поддержание температуры воздуха в помещении на заданном уровне за счет изменения температуры приточного воздуха (больший диапазон изменения) или расхода приточного воздуха;
- расход приточного воздуха может быть меньше, чем при способе вытесняющей вентиляции;
- обычно во внутренних зонах применяются системы низкого давления с постоянным расходом
воздуха, а в периметральных зонах - системы с переменным расходом воздуха (VАV-системы), а также водяные системы с вентиляторными или эжекционными доводчиками, когда приточный воздух смешивается с воздухом помещения перед тем, как попасть в него, что позволяет использовать его с более низкой температурой;

  Преимущества способа «распределение воздуха из-под пола»:
- высокое качество воздуха в рабочей и обслуживаемой зоне по сравнению со способом перемешивающей вентиляции в сочетании с комфортными условиями благодаря локальному перемешиванию воздуха в обслуживаемой зоне и вертикальному градиенту температуры в помещении;
- температура приточного воздуха имеет более высокое значение (16-18 С), чем при перемешивающей вентиляции (14C), что позволяет более длительный период времени в течение года использовать «естественное охлаждение», благодаря чему экономится электроэнергия на выработку искусственного холода;

 {mospagebreak}

- температура приточного воздуха имеет более низкое значение, чем при вытесняющей вентиляции благодаря высокой эжекционной способности высокоскоростных вихревых воздухораспределителей, что позволяет уменьшить расход воздуха и потребление энергии в системе кондиционирования воздуха;
- предварительное охлаждение в ночное время бетонных плит перекрытия прохладным наружным воздухом и аккумуляция холода снижают потребность в охлаждении приточного воздуха в дневное время и уменьшают расход электроэнергии в холодильной машине при условии, что потребляемая вентилятором мощность равна или меньше, чем требуется при искусственном охлаждении для той же тепловой нагрузки;
- малое потребление электроэнергии вентилятором в системе кондиционирования воздуха низкого давления с постоянным расходом воздуха и с использованием вентиляторных доводчиков для зонального регулирования, более высокое значение потребляемой мощности в системе с переменным расходом воздуха, вызванное дополнительными затратами на потокораспределение воздуха по системе воздуховодов при наличии регуляторов расхода воздуха на ответвлениях;
- использование строительных конструкций для прохода воздуха, в частности фальшпола, позволяет уменьшить протяженность воздуховодов и снизить капитальные затраты;
- гибкость, возможность перемещения напольных воздухораспределителей при изменении положения рабочих мест благодаря несложному монтажу в конструкции пола;
- регулирование расхода приточного воздуха способствует уменьшению капитальных затрат при использовании регулируемых напольных решеток;
- возможно уменьшение требуемого расхода приточного воздуха по сравнению со способом перемешивающей вентиляции, однако результаты испытания системы вентиляции UFAD показали, что требуемый воздухообмен может быть на 15% ниже или на 25% выше по сравнению с воздухообменом в системе вентиляции перемешивающего типа при подаче воздуха сверху.

  Другие способы распределения воздуха
В «чистых» помещениях с повышенными требованиями к содержанию пыли и незначительными тепловыделениями охлажденный воздух может подаваться в верхнюю зону через перфорированные панели ниспадающим слабо турбулентным низкоскоростным потоком, омывать помещение, осаждая частицы пыли и удаляться из обслуживаемой зоны. Поток воздуха может быть также горизонтальным при размещении перфорированных панелей на стене и удалении воздуха через противоположную стену. Этот способ иногда называют «поршневым» способом, так как поток воздуха имеет одно направление и низкую скорость, и это тоже вентиляция по принципу вытеснения. К вытесняющей вентиляции относят способ распределения воздуха по схеме «сверху-вниз», применяемый в производственных помещениях с источниками пыли, например цеха табачных фабрик, или с вредными газами, плотность которых выше плотности воздуха при незначительных тепловыделениях, например гальванические цеха. В этом случае охлажденный воздух с малыми скоростями подается через воздухораспределители, установленные выше рабочей зоны, а удаление воздуха происходит из нижней зоны. Загрязненный воздух рабочей зоны прижимается к полу потоком чистого  приточного воздуха и вытесняется по направлению к напольным вытяжным отверстиям. Есть еще один способ, пока мало применяемый, но достаточно перспективный - способ локальной вентиляции, когда чистый воздух подается непосредственно на рабочее место в зону дыхания человека в размере минимального воздухообмена.
 Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки и должен при меняться с учетом конк-ретных условий. Основным критерием при выборе способа должно быть сокращение потребления энергии, повышение качества воздуха и условий комфорта в обслуживаемой зоне. Вопрос, какой способ распределения воздуха предпочесть для помещения гражданского здания с тепловыделениями высотой 2,5-3 м является спорным, для помещений с высокими потолками предпочтительным является способ вытесняющей вентиляции.

Способы распределения воздуха в помещении

 В настоящее время условно различают два основных способа распределения воздуха в помещении: перемешивающая вентиляция и вытесняющая вентиляция, хотя в действительности способов организации воздухообмена больше. Классификация схем организации воздухообмена, принятая в отечественной практике, по направлению движения воздуха, например «сверху-вниз», «сверху-вверх» и т. д. не отражает особенностей формирования воздушных потоков в помещении.

  Перемешивающая  вентиляция
 При перемешивающей вентиляции  высокоскоростной турбулентный поток приточного воздуха вовлекает путем эжекции в движение окружающий воздух в помещении, перемешиваясь с ним и создавая относительно равномерное поле температур и скоростей по всему объему помещения. При этом способе распределения воздух чаще всего подается в верхнюю зону неизотермическими горизонтальными настилающимися или наклонными в сторону обслуживаемой зоны струями. Он широко применяется в производственных помещениях большой высоты (8 - 18 м) с незначительными избытками явной теплоты или высотой менее 8 м независимо от величины теплоизбытков, а также в помещениях гражданских зданий, таких как торговые залы магазинов, предприятий общественного питания, зрительные залы кинотеатров, клубов, театров, конференц-залы, спортивные залы, аудитории, офисные помещения. Воздухораспределители при этом способе размещают на стене или на потолке, если это возможно конструктивно, например при наличии подшивного потолка или технического этажа.

  Вытесняющая вентиляция
 При вытесняющей вентиляции  воздух подается в рабочую или обслуживаемую зону помещения с малой скоростью, вызывая «затопление» помещения чистым воздухом, далее поток чистого воздуха увлекается конвективными потоками, создаваемыми источниками теплоты в обслуживаемой зоне, обычно равномерно распределенными по площади помещения, вверх, ассимилируя вредности и удаляясь из верхней зоны. Аэрация производственных помещений со значительными теплоизбытками может рассматриваться как прообраз вытесняющей вентиляции. При организованной естественной вентиляции (аэрация), движение воздуха обусловлено естественными силами, вызванными разностью плотности нагретого (конвективные потоки от источников теплоты) и охлажденного воздуха. Таким образом, вытесняющая вентиляция многие годы используется в производственных зданиях, в конце 80-х годов она стала использоваться и в непроизводственных коммерческих зданиях в Скандинавских странах. В Европе в последние годы большое внимание уделяется способу вытесняющей вентиляции применительно к гражданским зданиям, в которых доля теплопоступлений, в том числе и конвективной составляющей, значительно выросла в связи с применением бытовой и офисной техники, а также усилением освещенности помещений.

  Особенности способа вытесняющей вентиляции:
- источники загрязнений должны быть также источниками теплоты или находиться рядом с источниками, формирующими восходящие конвективные потоки, способные переносить загрязнения за пределы обслуживаемой или рабочей зоны;
- используется только для распределения воздуха в прямоточных системах кондиционирования воздуха, обеспечивающих подачу чистого наружного воздуха в помещение;
- температура приточного воздуха мало отличается от температуры воздуха в помещении, рабочая разность температур меньше, чем в системах перемешивающей вентиляции;
- температура приточного воздуха не может быть выше температуры воздуха в помещении, поэтому способ вытесняющей вентиляции не может использоваться в СКВ для отопления помещений, так как при этом поток теплого воздуха от воздухораспределителя всплывает вверх и затопление помещения не обеспечивается чистым воздухом. Поэтому необходима установка отопительных приборов и устройство системы водяного отопления. Наилучший способ отопления помещения с вытесняющей вентиляцией - размещение отопительных панелей на потолке или в конструкции пола;
- скорость выпуска воздуха из воздухораспределителей обычно меньше 0,2 м/с, поэтому воздухораспределители часто называют низкоскоростными;

 {mospagebreak}

- в обслуживаемой зоне воздух не должен перемешиваться, ничто не должно мешать движению естественных конвективных потоков, устремленных вверх, например активная физическая работа человека, станки-автоматы, движение отдельных деталей и самой продукции;
- предпочтительно использование вытесняющей вентиляции для помещений гражданских зданий высотой более 3 м, что обеспечивает большую степень стратификации;
- существуют ограничения по способности воздуха ассимилировать теплоту, способ может применяться для большинства помещений гражданских зданий, где расход воздуха не превышает 50 мЗ/(час•м2), при тепловой нагрузке охлаждения менее 40-60 Вт/м2;
- применяется преимущественно в системах кондиционирования воздуха низкого давления с постоянным расходом воздуха;
- сложно или вовсе не обеспечивается регулирование температуры воздуха в помещении из-за постоянного расхода воздуха и малого диапазона изменения температуры приточного воздуха;
- применяется в водовоздушных системах кондиционирования воздуха для распределения воз-духа, обработанного в центральной воздушной системе; водяная часть системы, где преимущес-твенно используются панели отопления или охлаждения, обеспечивает поддержание температуры помещения на заданном уровне путем изменения расхода тепло- и холодоносителя через теплообменник;
- нельзя однозначно сказать, что расход воздуха при вытесняющей вентиляции меньше или больше расхода воздуха при перемешивающей вентиляции при тех же исходных данных.

  Преимущества способа вытесняющей вентиляции:
- в рабочей или обслуживаемой зоне помещения обеспечивается более высокое качество внутреннего воздуха при том же значении расхода приточного воздуха, как и при перемешивающей вентиляции;
- более высокое значение температуры приточного воздуха может способствовать уменьшению расхода холода на обработку наружного воздуха, более длительное время может использоваться режим «свободного» охлаждения воздуха;
- постоянная температура приточного воздуха требует менее сложную систему автоматического регулирования центрального кондиционера, что обеспечивает экономию капитальных затрат;
 - водяные системы панельного отопления и охлаждения совместно с воздушной системой вытесняющей вентиляции не только обеспечивают комфортные условия и высокое качество воздуха, но и позволяют экономить потребляемую энергию;
- высокое значение температуры удаляемого воздуха при использовании регенерации теплоты удаляемого воздуха в холодное время года позволяет повысить эффективность системы и уменьшить расход теплоты на обработку приточного воздуха.
 Способ вытесняющей вентиляции имеет преимущества перед перемешивающей вентиляцией в обеденных залах ресторанов, в конференц-залах, в классных комнатах школ, аудиториях, супермаркетах при высоте помещения более 3 м.
 К способу вытесняющей вентиляции можно отнести и подачу смеси первичного и эжектируемого рециркуляционного воздуха в помещение с низкой скоростью в обслуживаемую зону с использованием специальных устройств, принцип действия которых основан на явлении эжекции. Конструкция таких устройств напоминает конструкцию отечественных эжекционных  кондиционеров-доводчиков. Применение таких устройств позволяет уменьшить температуру первичного воздуха и сократить его расход.