Въздушни дифузори

ОВКСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 3, 2007

 

Предназначение, видове, избор на дифузор и условия за оптимално разпределение

Протичането на голяма част от технологичните процеси е свързано с отделяне на вредни аерозоли, пари, прах и топлина. Това се отразява неблагоприятно върху здравето и производителността на хората, работещи в помещението, тъй като води до промяна на химическия състав и физическото състояние на въздуха. Поддържането на параметрите на въздушната среда в съответствие с хигиенните и технологични изисквания се осъществява с различни вентилационни системи. Известно е, че вентилационните системи са две основни групи - с естествена и принудителна вентилация. В производствените помещения най-често се прилага общообменна механична вентилация. Основно изискване към подавания и засмуквания въздух е разпределянето му по начин, изключващ образуването на застойни, наричани още невентилируeми зони. Основна заслуга за равномерното разпределение на вентилирания въздух имат т.нар. вид въздухоразпределителни устройства, наречени дифузори, които са тема на настоящата статия.

Подаване на въздух в помещението

Подаването на вентилационен въздух в дадено помещение се осъществява посредством различни въздухоразпределителни устройства. За ефективното поддържане на предварително зададените параметри и постигане на висока ефективност на вентилационната инсталация, предварително следва да се отчетат както особеностите на вентилируемото помещение, така и мястото на монтаж на въздухоразпределителните устройства. Сред характеристиките на вентилируемите помещения са геометрична форма, параметри на въздушната среда в работната зона, температурна разлика между подавания вентилационен въздух и въздуха в помещението. Изборът на място на монтаж на въздухоразпределителните устройства включва прецизно определяне както на разстоянието между тях, така и на разстоянието между устройствата и ограждащите ги елементи. Основните изисквания към въздухоразпределителните устройства се свеждат до постигане на необходимата степен на смесване на нагнетявания въздух и този в помещението, ниско аеродинамично съпротивление, възможност за регулиране на параметрите на нагнетяваната струя и други.

Устройствата, които се използват за подаване на вентилационния въздух, могат да имат различна конструкция. Изпълняват се както във вид на открити отвори, така и като различни видове решетки - стенни, таванни, подови и дифузори. Преди да разгледаме подробно техническите специфики на дифузорите, нека обърнем внимание на основните характеристики на всички въздухоразпределителни устройства.

Вид на нагнетателната струя

Друг критерий за класификация на въздухоразпределителните устройства е видът на нагнетателните струи. В зависимост от направлението на скоростта на изтичане, нагнетателните струи на всички видове въздухоразпределителни устройства се делят на съсредоточени и разсеяни. Към съсредоточените струи се отнасят компактните струи, а към разсеяните - ветрилообразните и кухите конични струи. В зависимост от формата на въздухоразпределителното устройство, през което се подава вентилационният въздух, нагнетателните струи се класифицират като компактни, плоски и ветрилообразни. Компактните струи се образуват при изтичане от цилиндрична тръба, от кръгли или правоъгълни отвори. Плоските струи се образуват при изтичане през тесни отвори. Желателно е дължината на отвора да е поне десет пъти по-голяма от височината му. Такива струи са характерни за въздушните завеси. Ветрилообразните струи се образуват при подаване на въздух през въздухоразпределител с плосък диск, поставен напречно на струята, с дифузор и със завихрящи устройства. По този начин се постига равномерно подаване на вентилационен въздух във всички посоки.

В зависимост от температурата на въздуха в изходящото сечение и температурата на въздуха в помещението, струите се делят на изотермични (температурите са еднакви) и неизотермични (температурите са различни).

Характеристики на изотермична струя

Нагнетателната струя, подавана от въздухоподаващото устройство в околната среда, се оказва изолирана от нея чрез тънък слой въздух, който се характеризира с голям скоростен градиент. Това способства за създаване на вихри по неустойчивата гранична повърхност, които предизвикват интензивно въвличане на въздух от околната среда. С отдалечаване от нагнетателния отвор, дебелината на граничния слой нараства, а скоростта намалява.

Скоростен профил на изотермичната струя. Скоростта на въздушната струя може да бъде изчислена във всяка част на потока. Необходимите данни са скоростта на въздушната струя в дифузора, формите на дифузора и на струята. Опитно е доказано, че построените на базата на тези изчисления скоростни линии за кое да е сечение на основния участък, са подобни една на друга, тоест в основния участък скоростта е постоянна.

Специфики на неизотермичната струя

Обикновено температурата на вентилационния въздух, подаван в помещението, се различава от температурата на въздуха в помещението. В зависимост от конкретното си предназначение, подаваният въздух може да бъде по-топъл или по-студен от въздуха в помещението. При това положение, под въздействието на гравитационните сили охладената струя може да бъде откъсната от тавана и насочена към пода, а топлата да се насочи към тавана. Това означава, че върху движението на въздушния поток с по-ниска температура от тази в помещението въздействат две сили. Първата е ефектът на Coanda, който се стреми да прилепи струята към тавана, а втората - гравитационните сили, които, от своя страна, се опитват да я насочат към пода. На определено разстояние от дифузора гравитационните сили ще надделеят и въздушният поток ще се откъсне от тавана и ще се насочи към пода. Точката на откъсване на потока от тавана и отклонението му могат да се изчислят на базата на формула, отчитаща температурните разлики, типа на дифузора, размера на изходящото сечение, съвместно със скоростта на въздуха.

Приложение и видове дифузори

Дифузорите намират приложение както във вентилационната, така и в климатичната техника във функцията на устройства, предназначени за подаване или отвеждане на свеж, респективно замърсен въздух. Могат да бъдат предназначени за таванен или стенен монтаж, да имат или да нямат дюзи, позволяващи регулиране на посоката на подавания въздух.

Сред критериите за класификация на дифузора е характеристиката ъгъл на изтичане на струята. Формата на дифузора, геометричните особености на помещението, както и броят на дюзите оказват влияние върху ъгъла на изтичане на струята. Предлагат се и специални дифузори, осигуряващи по-добро разпределение на въздушната струя, характеризиращи се с по-широк ъгъл на изтичане. Обикновено, обаче, ъгълът на изтичане на струята варира между 20 и 24о.

Коефициентът K на дифузорите

Важна характеристики на дифузорите с изотермична струя е коефициентът K, който има постоянна стойност, зависеща от формата на дифузора. Коефициентът К би могъл теоретично да се пресметне, като се вземат предвид: получаващото се разсейване и свиване на въздушния поток в точката на изтичане в помещението, заедно със степента на турбулентност, предизвикана от дифузора. На практика, обаче, за по-лесно определяне на коефициента се използват размерите на всеки отделен тип дифузор и стойността на скоростта, измерена най-малко на осем различни разстояния от дифузора. Най-малкото разстояние между всяка измерена точка е от порядъка на 30 см. Получените стойности се нанасят в логаритмична диаграма, на базата на която впоследствие могат да се определят скоростите в основния участък на струята и да се предвиди траекторията й.

Ефект на Коанда

Когато нагнетателният отвор е монтиран в близост до плоски повърхности, обикновено тавана на вентилируемото помещение, се получава деформация на струята малко след нейното изтичане от дифузора. Струята прилепва към повърхността поради възникнало подналягане в циркулационната зона. Това явление е известно като ефект на Коанда (Coanda effect). Този ефект може да бъде използван, когато във вентилируемото помещение трябва да се подаде въздух с по-ниска температура от характерната за помещението.

Скорост на въздушния поток

За доброто функциониране на вентилационната система и успешното поддържане на предварително зададените параметри на микроклимата във вентилируемото помещение, голямо значение оказват както правилният избор на подходящ дифузор, така и мястото на неговия монтаж.

Сред основните характеристики, на базата на които се избира подходящият дифузор, е скоростта на въздушния поток. В повечето продуктови каталози за определяне на подходящата скорост на подавания въздух се използва разстоянието от дифузора до точката, в която скоростта на струята е намаляла до 0.2 m/s. Едно от основните изисквания е подаваният в помещенията въздух да не е с много висока скорост, въпреки че реално до хората в помещението достига струя със скорост, равна на около 70% процента от скоростта на подаваната в помещението струя. Най-добри показатели при дифузори за стенен монтаж се получават, когато разстоянието от дифузора до точката, в която скоростта на струята е намаляла до 0.2 m/s, е равно на дължината на помещението или се движи в границите то 70 до 100% от нея.

Разпределение на въздушната струя

Върху разпределението на струята значително влияние оказва формата на помещението. Ако напречното сечение на въздушната струя е повече от 40% от напречното сечение на помещението, постъпването на въздушната струя ще спре. Резултатът ще бъде отклоняване и завихряне на струята и невентилиране на определена част от помещението, до която струята не достига. Дори и скоростта на подавания въздух да се увеличи, равномерното му разпределение в помещението няма да се осъществи. В края на помещението, където въздушната струя не достига, ще се получи вторичен въздушен поток, въпреки че, ако дължината на помещението е три пъти по-малка от височината му, струята би могла да достигне до всяка точка.

Избягване на препятствия

При монтирането на дифузора върху стена, въздушната струя може да бъде спряна от различни препятствия по тавана, най-често осветителни тела. В този случай, въздушната струя ще се отклони и ще се насочи надолу към помещението. За безпрепятственото разпределение на въздушната струя е необходимо предварително да се знаят височината на препятствието и разстоянието от него до дифузора. Обикновено в диаграми се дава зависимостта на минималното разстояние до препятствието като функция на височината му и температурата на потока в най-ниската точка.

Монтиране на няколко дифузора

Когато помещението е малко и е възможно предварително зададените параметри да се поддържат само от един дифузор, той се монтира на тавана, по възможност максимално близо до центъра на стаята. Условието е размерите на помещението да отговарят на изискването дължината му да е до три пъти по-голяма от височината. В случай че помещението е по-голямо, е необходимо да се раздели на няколко зони, всяка една обслужвана от отделен дифузор. Когато помещението се вентилира от няколко дифузора, монтирани на стена, се разделя на няколко зони. Тук условието е дифузорите да бъдат монтирани на такова разстояние един от друг, че подаваните от тях въздушни струи да не се влияят взаимно. При монтиране на два дифузора на по-малко разстояние от необходимото, ще се получи сливане на двете струи в една обща струя с по-голяма дължина.

Подаване на топъл въздух

Сред най-добрите решения за вентилиране на помещение е хоризонталното подаване на въздух през дифузор, монтиран на тавана. Използва се и в помещения с много висок таван. Когато подаваният въздух е с по-висока температура от тази в помещението и се използва за отопление, практически е установено, че стаята не трябва да е по-висока от 3.5 м. За максималната възможна температурна разлика се приема 10-15 оС. При много високи помещения, когато подаваният въздух трябва да отоплява помещението, се препоръчва въздушната струя да се подава вертикално.

Подаване на студен въздух

Когато подаваният въздух е по-студен от околния въздух, за да се предпази струята от бързо постъпване във вентилируемото помещение, препоръчително е да се използва ефектът на Coanda. Така околният въздух ще бъде въвлечен и смесен с подавания. Следователно, температурата на подаваната струя ще се повиши, преди да достигне до вентилираната зона. Ако смесената струя нараства, необходимо условие е скоростта да е достатъчно висока, за да се осигури прилепналост на струята по тавана за максимално дълъг период. Ако скоростта е твърде ниска, съществува риск от падане на струята. Пътят, който изминава въздушната струя, е минимум 60% дължината на помещението, преди да се откъсне от тавана.

Когато подаваният въздух е с по-ниска температура, въздухът в помещението до известна степен ще се охлади. Това може да доведе до появата на студено течение в помещението. Поддържането на подвижността на въздуха във вентилираното помещение в допустими граници зависи от необходимата скорост на въздуха, разстоянието от дифузора до точката на отделяне на струята от тавана, типа на дифузора и неговото местоположение. Препоръчително е, когато във вентилираното помещение се подава въздух с по-ниска температура, да се използват дифузори за таванен, а не за стенен монтаж. Таванният дифузор позволява по-лесно смесване на подавания и околния въздух, тъй като струята, подавана от него, се разпръсква равномерно във всички посоки.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top