Общие сведения о кондиционировании воздуха

ВВЕДЕНИЕ

Кондиционирование воздуха - это автоматическое поддержание (регулирование) в закрытых помещениях параметров воздуха (температуры, влажности, чистоты, скорости движения воздуха) на определенном уровне с целью обеспечения оптимальных условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей или для ведения технологического процесса.

В настоящее время получили широкое распространение системы кондиционирования воздуха (СКВ), которые способны поддерживать параметры воздушной среды в помещениях практически любых размеров. СКВ используются не только в промышленных и административных зданиях, но и в жилых помещениях.

Применение СКВ в промышленности позволяет строго соблюдать параметры технологических процессов в различных производствах. Качество готовой продукции и производительность труда на современных предприятиях во многом зависит от работы СКВ.

Данное учебное пособие посвящено теоретическим основам кондиционирования воздуха. Приведены требования к воздуху в кондиционируемых помещениях. Рассмотрены свойства влажного воздуха и особенности расчета различных процессов обработки воздуха в СКВ. Подвергнуты анализу процессы тепловлажностной обработки воздуха для изменения его параметров. Рассмотрено также устройство систем кондиционирования воздуха, основы расчета этих систем.

Теоретической базой для изучения основ кондиционирования воздуха являются такие дисциплины, как термодинамика, теплопередача, холодильные машины, гидравлика.

СВОЙСТВА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

Определение теплопритоков

Теплопритоки через ограждающие конструкции помещений Q_OГР..Расчет поступления тепла через внешние ограждающие конструкции в летний период года затрудняется существенными колебаниями температуры наружного воздуха в течение суток и еще большими колебаниями теплового потока на наружных поверхностях ограждений за счет солнечного излучения. Значительное влияние на теплообмен оказывает и массивность ограждений, уменьшающая амплитуду колебаний температуры на внутренней поверхности ограждающих конструкций. Потери тепла через ограждающие конструкции в зимний период года рассчитывают в предположении стационарного режима, так как зимой значительных колебаний температуры наружного воздуха и особенно колебаний температуры на наружной стороне ограждений не наблюдается. Расчет теплопередачи выполняется по методике, приведенной в СНиП II-3-79*.

Теплопритоки в помещение могут поступать: от разности температур наружного и внутреннего воздуха (трансмиссионное тепло); от солнечной радиации (инсоляция); в результате инфильтрации воздуха.

а) Трансмиссионное тепло Q_огр.тр вычисляют отдельно через каждый элемент ограждающих конструкций и остекления по формуле:

Q_огр.тр = k·F (t_н – 0,5·А_t − t_в), (30)

где k − коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К); F − площадь ограждения, м²; t_н, t_в − температура соответственно наружного и внутреннего воздуха, °С; А_t − амплитуда суточного колебания температуры (учитывается только для теплого периода года), °С.

б) Теплопритоки от солнечной радиации складываются из теплопритоков через массивные ограждения (стены, кровли, покрытия) Q_огр.с и теплопритоков через световые покрытия Q_огр.с.п. Теплоприток от солнечной радиации для массивных ограждений рассчитывается по формуле:

Q_огр.с = k·F·Δt_с, (31)

где F − площадь ограждения, м²; Δt_с − избыточная разность температур от действия солнечной радиации, °С.

Для расчета теплопритока от солнечной радиации необходимо вводить поправочные коэффициенты на ориентацию здания по сторонам света. Выбор цвета наружных стен является важным фактором уменьшения или усиления теплопритоков. В расчетах учитывается определенный коэффициент поглощения тепла, который может достигать 0,9 для стены темного цвета. Чем больше массивность стены (вес стены на квадратный метр площади), тем тепловые нагрузки ниже по величине и изменяются на протяжении длительного времени. В то же время очень легкая стена почти сразу передает полученное от солнечного излучения тепло в помещение. Учет этих свойств очень важен при расчете тепловых нагрузок в помещении. Теплоприток от солнечной радиации учитывается для летнего и переходного периодов, начиная от наружных температур плюс 10 °С и выше.

Теплоприток от солнечной радиации через световые проемы рассчитывается для теплого и холодного периодов года по формуле:

Q_{огр.с.п.} = q_р·F_с.п·с_з, (32)

где q_р − количество теплоты, поступающей от солнечной радиации через 1м² светового проема, Вт/м²; F_с.п − площадь светового проема, м²; с_з − поправочный коэффициент солнцезащиты.

Количество теплоты q_р от солнечной радиации состоит из двух компонентов: прямой составляющей и рассеянной. Интенсивность излучения зависит от широты местности и варьируется в зависимости от времени года и времени суток. Поступление тепла от солнечной радиации зависит от рода и структуры стекла, состояния и цвета их поверхности, угла, под которым солнечные лучи падают на поверхность, ориентации поверхности по сторонам света и др. Для некоторых типов остекления почти до 90 % тепла солнечного излучения может передаваться в помещение, а остальная часть отражается.

За расчетное количество тепла, поступающего от солнечной радиации, для данного помещения принимается большее из двух следующих значений:

1. количество тепла, поступающего через остекленную поверхность одной из стен, расположенной наиболее выгодно в отношении поступления тепла от радиации или имеющей наибольшую световую поверхность, включая и тепло, поступающее через облучаемые поверхности фонарей и покрытия;

2. 70 % количества тепла, поступающего через остекленные поверхности двух взаимно перпендикулярных стен помещения, включая и тепло, поступающее через облучаемые поверхности фонарей и покрытия.

Для уменьшения теплопоступлений от солнечной радиации рекомендуется по возможности ориентировать помещения световыми проемами на север, устраивать минимальное количество световых проемов, избегать устройства фонарей, применять защитные противоинсоляционные приспособления: двойное остекление, забелку остекления, устройство штор, козырьков, жалюзи. В результате применения указанных защитных приспособлений теплопоступ-ления от солнечной радиации могут быть уменьшены до 60%.

Теплопритоки от инфильтрации. Инфильтрация, или проникновение наружного воздуха под действием ветра и разности температур через неплотности наружных ограждающих конструкций, является фактором, которым нельзя пренебрегать. Особенно ее надо учитывать для окон и дверей, расположенных с подветренной стороны.

Расход тепла за счет инфильтрации, определяется по формуле:

Q_{огр.инф} = L_инф·c_в·ρ (t_в – t_н), (33)

где Q_{огр.инф} − тепло, поступающее за счет инфильтрации, Вт; L_инф − количество воздуха, проникающего в помещение, м³/с; c_в − теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К); ρ − плотность воздуха, кг/м³.

Объемный расход воздуха, проникающего через двери и щели, определяется по формуле:

L_инф = L_дв + L_щ = L_дв1·n_л + L_щ1·ℓ_щ , (34)

где L_дв, L_щ, − количество воздуха соответственно, поступающего через двери и щели, м³/с; L_дв1 − удельное количество воздуха, проникающего при проходе одного человека, м³/с; L_щ1 − удельное количество воздуха, проникающего через 1 м длины щели, м³/(с∙м); n_л − количество людей; ℓ_щ − длина щели, м.

Необходимо учитывать, что проникающий за счет инфильтрации зимний воздух несет отрицательную тепловую нагрузку. Наружный воздух в летний период, имеющий большее теплосодержание, чем в помещении, создает дополнительную нагрузку на охлаждающее оборудование. В расчетах принимаются только окна, двери и фонари, выходящие на наветренные стороны помещения. Если в помещении предусмотрен избыточный подпор воздуха (количество подаваемого воздуха превышает количество удаляемого) и в случае установки герметичных стеклопакетов и специальных уплотнений (плотная замазка, резиновые прокладки и т.п.) инфильтрация, поступающая через щели оконных проемов и пришедшая с ней влага W_огр, не учитываются в расчетах.

Теплопритоки от продуктов.Одним из основных источников поступлений теплоты и влаги в кондиционируемые помещения являются обрабатываемые продукты и материалы. Количество теплоты от продуктов определяется по формуле:

, (35)

где М_пр − масса продуктов, одновременно находящихся в помещении, кг; τ − продолжительность обработки продуктов, с; i_нач, i_кон − начальная и конечная энтальпии продуктов, кДж/кг.

Теплопритоки от технологических аппаратовможно определить по справочным данным, приведенным для основных видов технологического оборудования. Если данные по отдельным видам оборудования не известны, то теплопритоки от технологического оборудования можно определить по формуле:

Q_ап = q_ап·F_ап = (α_к + α_л)·(t_пов – t_в)·F_ап, (36)

где q_ап − тепловой поток, поступающий от 1 м² ограждений оборудования, Вт/м²; F_ап − площадь поверхности наружных ограждений оборудования, м²; α_к − коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м²·К), α_л − коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²·К); t_пов − средняя температура нагретой поверхности ограждения, °С; t_в − средняя температура воздуха в помещении, °С.

Тепловыделения от людей зависят от интенсивности выполняемой работы и параметров окружающего воздуха. Тепло, выделяемое людьми, складывается из ощутимого (явного), т.е. передаваемого в воздух помещения путем конвекции и лучеиспускания, и скрытого тепла, затрачиваемого на испарение влаги с поверхности кожи и из легких. Соотношение между количеством ощутимого и скрытого тепла зависит от интенсивности мускульной работы, производимой человеком и от параметров окружающего воздуха. С повышением интенсивности работы и температуры окружающего воздуха увеличивается доля тепла, передаваемого в виде скрытого тепла испарения. Тепловыделения от людей определяются по формуле:

Q_л = q_л·n_л , (37)

где q_л − количество полной теплоты, выделяемой одним человеком, Вт; n_л− число людей.

Теплопритоки от электродвигателей.Поступление теплоты, обусловленное превращением электрической энергии в теплоту при работе электрооборудования определяется по формуле:

Q_эл = N_эл·η·ξ, (38)

где N_эл − общая мощность установленных электродвигателей, Вт; η = 0,5...0,9 − коэффициент одновременности работы электродвигателей; ξ − часть мощности, расходуемая в помещении.

Для электродвигателей, приводящих во вращение вентилятор:

ξ = 1, если электродвигатель и оборудование внутри помещения;

ξ = η_эл, если электродвигатель установлен за пределами помещения, а оборудование внутри (η_эл = 0,9...0,95);

ξ = 1 – η_эл, если электродвигатель установлен внутри помещения, а оборудование за пределами помещения.

Для другого типа оборудования ξ берется из справочников.

Теплопритоки от осветительных приборов.Энергия, подводимая к источникам света, практически вся переходит в тепло. Теплоприток от системы освещения рассчитывается по формуле:

Q_осв = N_осв·а₁·а₂, (39)

где N_осв − общая установленная мощность осветительных приборов, Вт; а₁ − коэффициент, учитывающий вид осветительных приборов (а₁ = 0,92…0,97 − для люминесцентных ламп); а₂ = 0,85...0,9 − коэффициент, учитывающий загрязнение осветительных приборов.

Определение влагопритоков

Влагопритоки через ограждающие конструкции помещений.Инфильтрационный воздух может содержать как большее, так и меньшее, количество влаги чем внутренний воздух в помещении. Увеличение или уменьшение влаги воздуха в помещении от инфильтрации определяется по формуле:

W_огр = L_инф∙ρ (d_н – d_в), (40)

где L_инф − количество воздуха, проникающего с наружным воздухом, определяется по формуле (34), м³/с; d_н, d_в − влагосодержание соответственно наружного и внутреннего воздуха, кг/кг.

Влагопритоки от продуктов и испарение влаги со смоченных поверхностей. Влагопритоки от продуктов определяют, если известны начальная и конечная влажность обрабатываемых продуктов:

, (41)

где Δg − нормируемая усушка продукта, %; τ − продолжительность процесса, с; G_пр − масса продуктов, одновременно находящихся в помещении, кг.

Если не известны начальная и конечная влажность обрабатываемых продуктов (или имеются затруднения в ее определении), а также при определении влаговыделений от открытых поверхностей пользуются формулой Дальтона:

W_исп= β·F(p_н – p_п)·101,3/р_б, (42)

где β − коэффициент массообмена, кг/(м²·с·Па); F − площадь поверхности продуктов, омываемая воздушным потоком, м²; p_н − парциальное давление насыщенного водяного пара при средней температуре поверхности продукта, Па; p_п − парциальное давление водяного пара, находящегося в воздухе, Па; р_б − расчетное барометрическое давление для данного географического пункта, кПа.

Коэффициент массообмена определяется по эмпирическим формулам в зависимости от скорости движения воздуха w (м/с):

для потока, направленного вдоль поверхности

β = (0,372 + 0,316·w)·10^–7;

для потока, направленного перпендикулярно поверхности

β = (0,79 + 0,645·w)·10^–7.

Если парциальное давление насыщенного водяного пара, находящегося на поверхности продукта, меньше парциального давления водяного пара в воздухе, то из воздуха конденсируются водяные пары. В этом случае коэффициент β характеризует интенсивность конденсации водяных паров из воздуха на поверхности продуктов. Если температура поверхности имеет положительное значение (t_пов > 0), то конденсат выпадает в виде воды; если t_пов < 0, то конденсат выпадает на поверхности продуктов в виде снега. При повышении температуры влага испаряется с поверхности продуктов, так как одновременно растет парциальное давление водяного пара.

Испарение влаги со смоченных поверхностей оборудования и пола зависит от температуры и относительной влажности воздуха и определяется по формуле (42) или приближенной формуле:

W_исп = 1,7·10^–6·F_пов (t_с – t_м), (43)

где F_пов − площадь смоченной поверхности, м²; t_с, t_м − температура воздуха в помещении соответственно по сухому и мокрому термометру, °С.

Влаговыделения от людей зависят не только от интенсивности мускульной работы, но и от температуры воздуха, его подвижности, а также температуры окружающей среды. Общее количество влаги, поступающей в помещение от людей, определяется по формуле:

W_л = W_1чел·n_л, (44)

где W_1чел − количество влаги, поступающей от одного человека, кг/с; n_л− число людей.

Аппараты контактного типа.

В контактных аппаратах процессы тепло-и массообмена протекают при непосредственном контакте воздуха и воды. Для тепловлажностной обработки воздуха водой в технике кондиционирования применяют различные контактные аппараты. Конструктивно аппараты отличаются друг от друга методами образования развитой поверхности контакта между воздухом и водой.

Основные типы контактных аппаратов.

1. Форсуночные камеры, в которых поверхность контакта воздуха с водой образуется дроблением воды на капли с помощью механических распылителей воды (обычно форсунок). Проходящий через камеры воздух взаимодействует с поверхностью многочисленных капель, вылетающих из форсунок.

2. Аппараты с орошаемой насадкой, в которых тепловлажностная обработка воздуха в камерах осуществляется в результате его взаимодействия с пленкой воды, омывающей пористый материал орошаемого слоя.

3. Пенные аппараты, в которых создается водовоздушная эмульсия или пена вследствие пропуска под давлением потока воздуха через слой воды. Поверхностью взаимодействия воздуха с водой в этом случае ‑ поверхность воды, находящейся в совместном движении с раздробленным потоком воздуха.

4. Пленочные камеры, в которых поверхность контакта воздуха с водой образуется пленкой воды, стекающей по пластинам, расположенным в камере вертикально; воздух проходит между пластинами горизонтально.

Устройства, использующие различные принципы контакта между воздухом и водой, показаны на рис. 16. Каждый из упомянутых типов контактных аппаратов имеет свои достоинства и недостатки.

Вода, подаваемая в контактный аппарат, должна соответствовать требованиям государственных стандартов на питьевую воду. Микроорганизмы, содержащиеся в воздухе, попадают в воду, и поэтому требуется периодическая смена воды. Коррозия элементов камеры приводит к попаданию в воду различных окислов.

Достоинства контактных аппаратов:

1. Возможность осуществлять в них самые различные процессы тепловлажностной обработки воздуха водой: охлаждение с осушением воздуха, охлаждение с увлажнением, нагрев с увлажнением и др. (рис. 7).

2. Очистка воздуха от пыли и бактерий, а также от некоторых газов, которые растворяются в воде.

3. Ионизация воздуха в результате образования легких отрицательных ионов вследствие баллоэлектрического эффекта.

Форсуночная камера. В корпусе камеры помещается оросительное устройство с форсунками, разбрызгивающими воду на мелкие капли. Воздух, проходящий через камеру, взаимодействует с поверхностью капель воды. В настоящее время форсуночные камеры выпускают с оросительными устройствами двух типов: с форсунками, размещенными на вертикальных стояках (рис. 16, а); с форсунками, размещенными на горизонтальном коллекторе, расположенном в верхней части камеры (рис. 16, б). В этом случае для вторичного дробления капель под форсунками предусмотрены два яруса сеток. Для осуществления политропных процессов тепловлажностной обработки воздуха рекомендуется применять камеру орошения с большей плотностью расположения форсунок, а при адиабатных процессах − с меньшей. Вода в форсунки подается насосом.

В зависимости от принятой схемы процесса обработки воздуха используется вода либо с постоянной температурой из водопровода, либо после охлаждения в холодильных машинах, либо используется рециркуляционная вода. После кондиционера вода направляется в канализацию, на охлаждение или частично на подмешивание к холодной воде, подаваемой к форсункам.

В случае адиабатного процесса взаимодействия с воздухом воду из поддона камеры можно вновь подать на форсунки. Для очистки воды, забираемой из поддона камеры, предусмотрен фильтр, который устанавливается непосредственно в поддоне. Для охлаждения и осушки воздуха на форсунки подается холодная вода с постоянной температурой.

Для того, чтобы предотвратить унос капель воды потоком воздуха, на выходе из оросительного пространства устанавливают каплеотделитель. Он представляет собой набор зигзагообразно изогнутых листов, перекрывающих поперечное сечение камеры так, что образуются извилистые проходы для воздуха. Капли, осевшие на поверхностях листов, стекают в поддон. Каплеотделитель, расположенный на входе в оросительное пространство камеры, предназначен для защиты от капель воды устройств, установленных до форсуночной камеры. Входной каплеотделитель также выравнивает поток воздуха, поступающего в оросительное пространство. Тонкость распыла воды зависит от диаметра выходного отверстия форсунки и давления воды в форсунке. С увеличением давления и уменьшением диаметра выходного отверстия форсунки относительная масса мельчайших капель увеличивается. Размер капель и относительная масса мелких капель имеют весьма существенное значение в процессах тепловлагообмена, происходящих в камере. Мелкие капли сравнительно больше времени находятся в потоке воздуха и, обладая меньшей массой, принимают в процессе охлаждения воздуха более высокую температуру по сравнению с крупными каплями. Вследствие этого мельчайшие капли испаряются, и воздух увлажняется. Охлаждать и осушать воздух рекомендуется форсунками, которые обеспечивают более крупный распыл воды. Расход воды через форсунки зависит от давления воды перед форсунками.

Камеры с орошаемой насадкой(рис. 16, в). Схема подачи воды на орошаемый слой зависит от характера обработки воздуха. Для адиабатного увлажнения воздуха осуществляют циркуляцию воды по замкнутому кругу: поддон − насос − орошаемый слой. Вода быстро принимает и в дальнейшем сохраняет постоянную температуру, близкую к температуре по мокрому термометру. При охлаждении и осушке воздуха на орошаемый слой подается вода с постоянной температурой из холодильного центра или из других источников. Вода из поддона направляется на охлаждение или в канализацию. На выходе из камеры располагается каплеотделитель, выполняемый иногда из того же материала, что и орошаемый слой. Для изготовления орошаемых насадок применяют такие материалы, с помощью которых можно создать пористые слои, обладающие большой удельной поверхностью, большим свободным объемом и большим живым сечением для прохода воздуха, достаточной механической прочностью и долговечностью. Эффективность тепловлажностной обработки воздуха в камерах с орошаемой насадкой зависит от гидродинамических условий взаимодействия пленки волы, стекающей по поверхности орошаемого слоя, и воздушного потока, движущегося навстречу пленке. В зависимости от расходов воды и воздуха в орошаемой насадке могут наблюдаться три основных режима движения: режим раздельного течения воды и воздуха (или пленочный), промежуточный режим (или режим турбулизации пленки) и режим совместного движения воды и воздуха (или режим эмульгирования).

Достоинства камер с орошаемой насадкой: высокая эффективность тепло-и влагообмена при сравнительно низких коэффициентах орошения и давлении воды; малые габаритные размеры камер; дополнительная очистка воздуха; сравнительно низкое аэродинамическое сопротивление.

Аппараты пенного типа(рис. 16, г). Развитая поверхность контакта воздуха с водой в аппаратах пенного типа создается в результате образования водовоздушной эмульсии (пены) путем пропуска потока воздуха через слой воды. Поверхность взаимодействия воздуха с водой имеет очень сложную форму, которую приобретает вода, находящаяся в совместном движении с диспергированным потоком воздуха. По способу образования пены различают аппараты полочные, циклонно-пенные и ударно-пенные. Ударно-пенные аппараты представляют собой цилиндр, нижняя часть которого заполняется водой. Внутри цилиндра расположена труба, по которой на поверхность воды направляется поток воздуха со скоростью 15…25 м/с. Под воздействием воздушного потока часть воды поднимается в реактивное пространство аппарата, поддерживается воздухом во взвешенном состоянии и, перемещаясь с воздухом, образует водовоздушную эмульсию (пену). Подвижная водовоздушная эмульсия может занимать весь объем реактивного пространства. Высота и подвижность слоя пены в реактивном пространстве зависит от уровня воды в корпусе и скорости воздуха на выходе из сопла и в сечении реактивной камеры. Вода подается в аппарат без разбрызгивания. Уровень воды в аппарате поддерживается регулятором уровня, снабженного поплавковым клапаном и переливным устройством. При адиабатном увлажнении воздуха вода в аппарате не меняется. В этом случае требуется только пополнение испарившейся воды. При охлаждении и осушке воздуха в аппарат подается холодная вода. Отепленная вода из аппарата возвращается в холодильный центр.

Паровые увлажнители

Паровые увлажнители предназначены для увлажнения воздуха без изменения его температуры (изотермическое увлажнение). Паровые увлажнители, применяемые в центральных кондиционерах, имеют отдельно установленный парогенератор. Он должен располагаться на расстоянии не более 6 м от кондиционера. Парогенератор и паровой увлажнитель соединяют гибким шлангом. Паровой увлажнитель представляет собой перфорированные трубки, имеющие отверстия для подачи пара диаметром не более 2 мм. Общее количество отверстий в перфорированной трубке (увлажнителе) должно соответствовать требуемому расходу пара для аппарата данной конструкции. Увлажнители устанавливают в центре увлажнительного блока горизонтально с небольшим уклоном в сторону парогенератора для исключения попадания конденсата в увлажнительный блок. Для увлажнения воздуха используется пар с давлением 0,3…0,6 МПа и степенью сухости х = 0,95…1.

Количество теплоты подводимой паром к воздуху, определяют по формуле:

Q = G_п·i_п, (86)

где G_п − расход пара, кг/с; i_п − энтальпия пара, подаваемого на увлажнение воздуха, кДж/кг.

Расход пара на увлажнение воздуха находится по формуле:

G_п = G·Δd_увл, (87)

где G − расход воздуха, кг/с; Δd_увл − разность влагосодержаний (заданного и начального), кг/кг.

Расчет сводится к определению диаметра отверстия в диафрагме и их количеству по формулам, полученным на основании закономерностей истечения пара, опыта проектирования и испытания паровых увлажнителей.

Если задано конечное влагосодержание, то по разности влагосодержаний Δd_увл определяют расход пара и конечное состояние воздуха, если задан расход пара, то определяют разность Δd_увл и конечное состояние воздуха. Обычно коэффициент эффективности паровых увлажнителей Е = 0,85...0,95.

Для камер хранения охлажденных и мороженых продуктов пар как влагоноситель служит незаменимой увлажняющей средой с позиций стерильности, а также с точки зрения уменьшения усушки продуктов. Кроме того, исключаются условия изменения температуры увлажняемого воздуха, что также важно для соблюдения температурного режима. К недостаткам паровых увлажнителей следует отнести повышение энтальпии увлажняемого воздуха, что не всегда желательно, т.к. с увеличением энтальпии одновременно возрастает тепловая нагрузка на систему холодоснабжения.

МЕРЫ ПО СНИЖЕНИЮ ШУМА

Шум является одним из основных источников нарушения комфортного состояния. Шумы и звуки создаются волнами при сжатии и расширении в воздухе, воздуховодах, системе гидравлики, в жидкостях, передвигающихся по трубам. Основным параметром шума является его частота. Шум распространяется в очень широком спектре частот и измеряется в децибелах (дБ). Шум создается встроенными вентиляторами, насосами, потоками рабочих сред и т.д.

Меры по снижению шума основываются на двух видах операций, применяемых одновременно или последовательно:

­ меры, относящиеся к самому источнику шума;

­ меры, относящиеся к путям передачи шума.

Меры, относящиеся к источнику шума.В холодильном блоке основные источники шума – это компрессор и вентиляторы конденсатора. Низкий уровень шумовых характеристик зависит от правильного выбора холодильной установки, блока переработки воздуха, вентиляторов и т.п.

Не менее важным является выбор места расположения установки. Следует избегать расположения установки в углах помещения, и, по возможности, располагать установки как можно дальше от стен, так как отражаясь от стен, шум возрастает.

Монтируя установки снаружи здания, нужно избегать расположения их внутри шахт, и лестничных пролетов; вблизи окон и дверей.

Вибрация, передаваемая установкой на опоры, может быть погашена благодаря применению специальных противовибрационных материалов.

Меры, относящиеся к путям передачи шума.Эти меры относятся главным образом к снижению шума, передающегося по воздуховодам.

Мероприятия по снижению шума, связаны с использованием специальных способов подсоединения отдельных элементов, внутренним покрытиям воздуховодов, установкой шумоглушителей.

При подсоединении вентилятора к воздуховоду рекомендуется использовать антивибрационную прокладку, а также предусматривать прямой участок воздуховода сразу же после места его подсоединения.

Подсоединение воздухозаборников и распределителей к основному воздуховоду должно быть соосным. Отсутствие или неправильное размещение направляющих заслонок в воздухозаборниках и распределителях приводит к повышению шума.

В больших помещениях необходимо предусмотреть установку нескольких заборников и распределителей воздуха для более равномерного распределения воздушных потоков и уменьшения скорости прохождения воздуха.

Кроме того, применяют специальные шумоглушители, которые изготавливаются, например, из нескольких слоев минеральной ваты специально подобранной плотности. Внешняя поверхность ваты усилена стекловолокнистым покрытием.

Шумоглушители конструктивно делятся на пластинчатые и трубчатые. Пластинчатый шумоглушитель представляет собой коробку из тонкого металлического листа, проходное сечение которой разделено пластинами или ячейками, облицованными звукопоглощающим материалом. Трубчатый шумоглушитель выполняется в виде двух круглых или прямоугольных труб, вставленных одна в другую. Пространство между наружной (гладкой) и внутренней (перфорированной) трубой заполнено звукопоглощающим материалом. Размеры внутренней трубы совпадают с размерами воздуховода, на котором устанавливается шумоглушитель. Шумоглушитель может быть элементом как приточных, так и вытяжных систем. Чаще всего его устанавливают между вентилятором и магистральным воздуховодом. Необходимость установки шумоглушителя должна быть подтверждена специальным акустическим расчетом. Конструкторский расчет шумоглушителя состоит в определении:

­ площади поперечного сечения трубчатого шумоглушителя или суммарной площади каналов между пластинами для прохода воздуха пластинчатого шумоглушителя (живого сечения);

­ длины шумоглушителя, определяемой на основании частотных характеристик;

­ аэродинамического сопротивления (по опытным данным фирмы-изготовителя).

Расчет площади поперечного сечения выполняется из условий допустимой по шумообразованию скорости воздуха в шумоглушителе:

, (100)

где F − площадь поперечного сечения шумоглушителя, м²; L − расход воздуха через глушитель, м³/с; V_доп − допустимая скорость воздуха в глушители, м/с.

Для общественных и административных зданий допустимая скорость воздуха в воздуховодах в зависимости от допустимого уровня звука приведена в таблице 3.

Таблица 3

Допустимый уровень звука, дБ
Допустимая скорость воздуха, м/с

Проблемы борьбы с шумом должны рассматриваться на стадии проектирования, когда есть возможность выбирать наиболее рациональные решения. После завершения работ по строительству объекта понижение уровня шума даже на несколько дБ представляется задачей намного более сложной и дорогостоящей.

9. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗДУХА В КОНДИЦИОНИРУЕМОМ
ПОМЕЩЕНИИ

Задача распределения приточного воздуха является весьма важной для эффективной работы системы кондиционирования. Воздухораспределение является своеобразным процессом обработки воздуха, совершаемым непосредственно при подаче его в помещение и формирует поля температур и скоростей в рабочей зоне. При этом в разных местах рабочей зоны могут возникать значительные отклонения температур от заданной, большая подвижность или, наоборот, застой. Таким образом, даже правильно запроектированная СКВ может не обеспечить эффект кондиционирования, если воздухораспределение выбрано и рассчитано неправильно. В основе теории воздухораспределения используются теоретические и экспериментальные данные аэродинамики.

Устройство, через которое воздух из приточного воздуховода поступает в помещение, представляет собой воздухораспределитель.

Закономерности pacпространения приточных струй.Из круглого отверстия диаметром d_о в неограниченное пространство поступает воздух (рис. 21, а). В наиболее общем случае отверстие закрывается специальными насадками: диффузорами, сетками, решетками и др. Если температуры воздуха выходящего из отверстия и в пространстве одинаковы, тогда ось струй искривляться не будет. Поток воздуха, выходящий из отверстия, турбулентный. Поэтому частицы имеют соответствующие скорости не только в направлении оси струи, но и в поперечном направлении. Это объясняет движение воздуха, окружающего струю, расширение границ струи и торможение струи, т.е. уменьшение скорости. Границы струи определить трудно, к тому же для неизотермических струй динамические (скоростные) и температурные границы не совпадают. Поэтому за динамическую границу струи принимают удвоенное расстояние от оси до точки, где скорость равна половине осевой (рис. 21, а).

Развитие струи характеризуется тремя участками. На участке формирования происходит слияние отдельных струек в сплошной поток в плоскости, перпендикулярной направлению выпуска. Начальный участок струи характеризуется постоянной скоростью и температурой по оси струи, постепенно формируясь в основной участок. Та часть струи, в пределах которой скорости не меняются, называется ядром сечения.

Наибольшее значение для расчётов воздухораспределения имеет поведение струи на основном участке. Здесь осевая скорость непрерывно убывает, а профили скоростей в поперечных сечениях подобны. Скорость в любой точке струи определяется в зависимости от расстояния х от места выпуска и расстояния y по формуле:

, (101)

где w_x − скорость на оси струи; С = 0,082.

Если струя поступает в окружающую среду с другой температурой, то она является неизотермической. Неизотермичность струи учитывается критерием Архимеда (Аr):

, (102)

где β = 1/Т_в − коэффициент объемного расширения воздуха, 1/К; g = 9,8 − ускорение свободного падения, м/с²; d_о − диаметр воздухораспределительного устройства,м; w_о − скорость выхода воздуха, м/с; (t_в – t_п) – рабочая разность температур, °С.

При Аr > 0,001 ось неизотермической струи заметно искривляется; при
t_п > t_в струя «всплывает» вверх, при t_п < t_в струя, наоборот, опускается вниз. Изменение закономерностей движений приточных неизотермических струй по сравнению с изотермическими приводит к несколько иным закономерностям распределения температур в струе. Это учитывается коэффициентом неизотермичности струи К_н в формулах:

; (103)