АВОК, N 2, 2010

Проектирование охлаждающих балок для достижения теплового комфорта

Журнал "АВОК" неоднократно публиковал материалы, посвященные особенностям применения потолочных систем охлаждения*. В данной статье рассмотрено применение активных охлаждающих балок, совмещающих функции охлаждения и воздухораспределения, с точки зрения обеспечения теплового комфорта людей, находящихся в помещении.

_______________

* Paul Appleby Потолочное панельное охлаждение помещений" ("АВОК", 2001, N 3); "Системы лучистого отопления и охлаждения ("АВОК", 2003, N 7); Ю.Я.Кувшинов "Панельно-лучистое охлаждение помещений" ("АВОК", 2007, N 5)

Принцип работы

На рисунке показана активная охлаждающая балка. Охлажденный и осушенный первичный воздух (1) подается по воздуховодам от центральной приточной установки в распределительную камеру внутри балки, из которой он инжектируется (2) через набор сопел. Струи первичного воздуха увлекают за собой внутренний воздух (3) через встроенный теплообменный змеевик балки, где он рекондиционируется (4), затем смешивается с первичным воздухом, и эта смесь подается в помещение (5). Объем эжектируемого воздуха обычно в 2-5 раз превышает объем первичного воздуха, в зависимости от размера и типа используемых всасывающих сопел, поэтому интенсивность потока подаваемого в помещение воздуха в 3-6 раз превышает интенсивность потока первичного воздуха. Отношение потока эжектируемого воздуха к потоку первичного (поданного по воздуховодам) воздуха называется коэффициентом эжекции балки (КЭ).

Применение активных охлаждающих балок

Охлаждающая нагрузка по явной теплоте внутри балки обеспечивается охлажденной водой, температура подачи которой равна или превышает точку росы в помещении для предотвращения конденсации. Явная теплота, отбираемая змеевиком, обычно составляет 50-75% требуемого отвода явной теплоты в помещении. В результате можно уменьшить расход первичного воздуха на охлаждение помещения.

Хотя расход первичного (в воздуховоде) воздуха при использовании охлаждающих балок значительно ниже, чем в полностью воздушных системах, расход эжектируемого воздуха всегда оказывается выше. Поскольку температура воды, поступающей в змеевик балки, поддерживается выше точки росы помещения, температура воздуха балки на выходе змеевика будет выше, чем температура первичного воздуха, используемого в полностью воздушных системах. Окончательная температура выходящей из балки смеси обычно на 2-3,3 °С выше, чем в полностью воздушных системах. Таким образом, расход воздуха, подаваемого в помещение, должен быть пропорционально выше (20-30%). Этот повышенный расход часто увеличивает вероятность возникновения сквозняков, что может отрицательно сказаться на уровне теплового комфорта пользователей.

Проектирование для достижения теплового комфорта пользователей

Стандарт ASHRAE 55-2004 определяет рабочую зону как часть помещения, в которой обычно находятся пользователи. Она также описывается количественно как объем помещения, который расположен не ближе 1 м от любой наружной стены или окна и не ближе 0,3 м от любой внутренней стены и вертикально ограничен полом и преобладающим ростом пользователей помещения. Хотя рост пользователей обычно берется равным 1,7 м, стандарт позволяет проектировщикам задавать эту высоту исходя из особенностей использования помещения.

Например, если люди в помещении находятся преимущественно в сидячем положении, в качестве верхней границы рабочей зоны можно установить 1,1 м. В главе 20 "ASHRAE Handbook - HVAC Applications" приводится прогноз количества пользователей, которые могут выразить неудовлетворенность тепловым комфортом при различных комбинациях скоростей воздушного потока и температур. Активные охлаждающие балки обычно монтируются над головой, поэтому область шеи является наиболее критической. Системы комфортного охлаждения должны стремиться минимизировать уровень неудовлетворенности и при любых обстоятельствах ограничивать количество пользователей, недовольных локальными условиями, - 20% или менее.

Распределение внутреннего воздуха

Активные охлаждающие балки распределяют воздух внутри помещения подобно линейным щелевым диффузорам. Соответственно, отношения конечных скоростей воздушного потока и теплового рассеивания приточного воздуха, применяющиеся к линейным щелевым диффузорам, также применяются и к активным охлаждающим балкам. После подачи воздуха в помещение разница скоростей и температур между приточной смесью и внутренним воздухом начинает уменьшаться из-за эжекции внутреннего воздуха. Линейные щелевые диффузоры характеризуются довольно большой длиной воздушной струи, и разницы в скорости и температуре уменьшаются пропорционально длине пути воздуха в пространстве.

Производители указывают расстояние, на которое подается воздух, и это дает возможность проектировщикам подсчитать, какой путь пройдет воздушная струя до достижения заданной конечной скорости. Большинство производителей предоставляют такие данные, полученные с использованием изотермического воздуха, для конечных скоростей 0,75; 0,5 и 0,25 м/с. Эти данные можно использовать для составления карт воздушных потоков и прогнозирования локальной скорости потока в точке его входа в рабочую зону. Поскольку разница между внутренним и приточным воздухом уменьшается с той же скоростью, его температуру в точке входа в рабочую зону можно рассчитать исходя из начальной разницы () между температурой потока воздуха на выходе из балки и комнатной температурой. Производители, как правило, предлагают программное обеспечение, которое можно использовать для расчета локальных скоростей и температур в критических точках, таких как точка входа воздушного потока в рабочую зону.