Центральное воздушное отопление применяют в поме­щениях производственных, гражданских и агропромыш­ленных зданий при наличии центральной системы приточ­ной вентиляции. Отопление осуществляют по трем описан­ным выше схемам: с полной рециркуляцией (рис. 10.2, а), с частичной рециркуляцией (рис. 10.2, б) и прямоточной (рис. 10.2, в).

Полную рециркуляцию воздуха применяют главным образом в нерабочее время для дежурного отопления или для нагревания помещений перед началом работы при прерывистом отоплении. Так поступают, если полная ре­циркуляция не противоречит требованиям гигиены, пожаро - и взрывобезопасности помещений. При этом используется имеющаяся центральная система приточной вентиляции, но воздух забирается не снаружи, а из отапливаемых по­мещений и нагревается до температуры, определяемой по формуле (10.4).

В рабочее время центральное воздушное отопление под­чиняется условиям вентилирования помещений. Приточ­ный воздух нагревается до температуры более высокой, чем температура помещений в зависимости от теплопотреб - ности, выявленной при составлении теплового баланса этих помещений.

В системе центрального воздушного отопления исполь­зуются все конструктивные элементы системы приточной вентиляции: фильтр, калориферы, электровентилятор, воз­духоводы и пр. Тепловая мощность калориферов в совме­щенной системе отопления и вентиляции повышается на величину тепловой мощности системы отопления. Другим отличием является установка резервного вентилятора, электродвигатель которого должен автоматически вклю­чаться при остановке основного вентилятора.

Если для крупного помещения предусмотрено несколько совмещенных систем отопления и вентиляции, то резерв­ные вентиляторы не устанавливаются, а головные участки воздуховодов отдельных систем соединяются перемыч­ками — перепускными воздуховодами с нормально закры­тыми клапанами. Тепловая мощность таких систем подби­рается в расчете на поддержание в помещении режима дежурного отопления при выходе одной из них из строя.

Нагретый воздух может подаваться в обогреваемые по­мещения одной или несколькими горизонтальными струями, т. е. уже известным способом сосредоточенной подачи. В высокие помещения (высотой Нв более 8 м) воздух выпу­скается через воздухораспределительные устройства, раз­мещаемые в средней зоне [(0,35-ь0,65)#п] на высоте от поверхности пола, определяемой по формуле (10.20). Пре­дельное значение начальной температуры струи нагретого воздуха вычисляется по формуле (10.19).

Нагретый воздух может также подаваться вертикально Сверху вниз. Начальную температуру воздуха tr, °С, для обеспечения такой подачи принимают не более получаемой по формуле

(10.38)

Где тип — скоростной и температурный коэффициенты воздушной струи, зависящие от конструкции воздухораспределительного уст­ройства.

В помещениях при такой подаче образуются так назы­ваемые ненастилающиеся воздушные струи.

В случаях, когда нагретый воздух выпускается под потолком помещений (/С>0,85#п), например в относительно низких помещениях (при высоте На менее 8 м), воздушные Струи становятся настилающимися.

Настилающиеся воздушные струи получаются также при подаче нагретого воздуха снизу вдоль вертикальных наружных ограждений, особенно вдоль стекла световых проемов. Так поступают в холодных районах нашей страны, если рабочие места людей расположены близ этих проемов.

Рассмотрим расчет воздушного отопления помещений в этих двух случаях — при образовании ненастилающихся и настилающихся воздушных струй.

При расчете центрального воздушного отопления с венастилающимися струями устанавливают начальные па­раметры и число воздушных струй в помещении (при рас­чете местного отопления агрегатами — см. § 10.6 — исход­ными являются тепловая мощность, начальные температура и скорость воздуха, выпускаемого из агрегатов). Опреде­ляют диаметр, число воздухораспределителей и начальную скорость и0 воздушных струй для обеспечения скорости движения воздуха в рабочей зоне не более нормируемой унорм- Определяют также начальную температуру воздуха TT, которая не должна превышать максимально допустимой.

Расчет начинают с вычисления предварительного зна­чения шага Ь', м, размещения воздухораспределителей в помещении по формуле

При условии, что длина обогреваемого одной воздушной струей объема помещения I, м, соответствует выражению (10.24).

В формуле (10.39) Tv.3 и TH — расчетная температура, °С, соответ­ственно рабочей зоны и наружного воздуха; Q — удельная тепловая характеристика помещения, Вт/(м3>°С); K — поправочный коэф­фициент [см. формулу (10.21)].

Затем устанавливают число воздухораспределителей N, Исходя из длины помещения и полученного значения Ь' (если соблюдается условие Ь'^ЗНП).

Вычисляют площадь выходного отверстия Аа, м?, одного воздухораспределителя по формуле

Где и0 — начальная скорость воздушной струи, м/с, выбираемая с учетом акустических требований, предъявляемых к помещению.

В формулу (10.40) подставляют уточненный размер I в зависимости от выбранного числа воздухораспредели­телей.

Наконец, определяют начальную температуру подава­емого воздуха по формуле

L,25Qn CpA0v0N '

= 'р.«+ . . (Ю.41

Где Qn — теплопотребность, Вт, для поддержания в помещенш расчетной температуры рабочей зоны сир — теплоемкость Дж/(кг-°С), и плотность, кг/м3, воздуха [при расчетах принимают ср= 1200 Дж/ (м3 -°С)].

Пример 10.10. Рассчитаем систему центрального воздушной отопления с сосредоточенной подачей воздуха через цилиндрически! трубы (т= 6,8; «=4,8) по условиям примера 10.6, если удельна? тепловая характеристика цеха 0,54 Вт/(м3-°С) при <н=—20 °С.

Найдем предварительное значение шага размещения воздухо­распределителей по формуле (10.39) при длине зоны обслужива ния струн, равной ширине цеха (/=20 м), т, е. при установке возду­хораспределителей в один ряд вдоль продольной стены цеха

Ь58Г______________________ 10в_________ fMV?_i4i

9 L20-6,8-4,8-0,54(15+20) .1.05/ J — ' М'

Принимая к установке четыре воздухораспределителя с шагол 6=50 : 4=12,5 м (<3 На= 3-9=27 м), определим площадь выход ного отверстия одного воздухораспределителя по формуле (10.40]

Л0 = 12,5-9 (72ЛТ05")2=0,18 м2'

Где начальная скорость воздушной струи принята равной 12 м/с Отсюда диаметр цилиндрической трубы каждого воздухораспреде­лителя d=0,48«*0,5 м. Принятая дальнобойность воздушной стру! (20 м) меньше предельной по формуле (10.21)

*=0,7-6,8(12,5-9)°.6 = 50 м.

Начальная температура подаваемого в цех воздуха по формуле (10.41)

'-15+тщш=|5+20'5=35'5°с

Меньше предельно допустимой (36,6 °С), полученной по формул* (10.19).

Кратность воздухообмена в цехе по формуле (10.23) _0,18-12.4-3600_о

"------------------------------------- 50-20-9

Приемлема для воздушного отопления.

Рассмотренный способ распределения нагретого приточ­ного воздуха ненастилающимися струями распространен в производственных и коммунальных (гаражи, прачечные) зданиях.

В помещениях общественных и административно-быто­вых зданий (сравнительно низких) чаще встречается по­дача воздуха вдоль ограждений, при которой получаются настилающиеся струи. При выпуске в таких условиях на­гретого воздуха из щелевидного отверстия воздухораспре­делителя образуется плоская неизотермическая струя, настилающаяся на поверхность наружного ограждения — стены, потолка или стекла светового проема. Связанное с этим повышение температуры внутренней поверхности наружного ограждения благоприятно сказывается на са­мочувствии людей, хотя и вызывает увеличение теплопотерь наружу.

Геометрическая характеристика плоской воздушной струи Я, м, определяется по формуле

Я= 9,6 (то0)4/3 б£/3 [п {Tr — <В)Г2/3, (10,42)

Где Ь0 — ширина воздуховыпускного отверстия, м. Остальные обозначения приведены к формуле (10.8).

Из формулы (10.42) можно установить, что между гео­метрической характеристикой плоской нагретой струи и числом Архимеда существует определенная связь: харак­теристика Н пропорциональна

(пАт)2'3 '

При подаче воздуха из открытого щелевидного отверстия или из отверстия с параллельными направляющими лопат­ками коэффициенты tn и п в формуле (10.42) для плоской воздушной струи равны: т=3,5 и п=2,8. Тогда геометри­ческая характеристика плоской воздушной струи приоб­ретает вид —

„4/8 М/3

# = 25,7—---------------------------------------- — * (10.42, а)

Расчет плоской настилающейся струи заключается в проверке допустимости начальных и конечных параметров воздуха. Обычно определяют начальную скорость движе­ния воздуха и температуру воздуха в струе на расчетном расстоянии х от места ее выпуска (например, в точке входа
струи в рабочую зону). Начальную скорость движения плоской воздушной струи va, м/с, при условии, ЧТО ЛГ^б/о (/о — длина отверстия щелевого воздухораспределителя), находят по формуле

Где Vx — скорость движения воздуха в расчетной точке помещения, м/с; Kc — поправочный коэффициент учета стеснения струи, завися­щий от соотношения между расчетным расстоянием х и высотой по­мещения Яп; kc= при х<НП kc< при л;>Яп (см. рис. 10.13).

Объемное количество воздуха Lu м3/с, подаваемого из отверстия длиной 1 м щелевого воздухораспределителя, при известных ширине щели Ь0 и начальной скорости у0 состазляет

Li — B0Va. (10.44)

Длина одного воздухораспределителя 10 и число воздухо­распределителей в помещении определяются количеством подаваемого нагретого воздуха Lm и необходимостью вы­полнить условие x^Jol0.

В помещении возможно ограничение скорости выпуска воздуха из приточного отверстия по акустическим усло­виям; тогда ширина и длина щели могут увеличиваться.

Максимальная температура воздуха tx, °С, в плоской настилающейся струе на расчетном расстоянии х от места ее выпуска рассчитывается по формуле

( Ьс, 0>6

В зоне прямого воздействия приточной струи допустимо отклонение температуры в струе от нормируемой для жи­лых, общественных и административно-бытовых помеще­ний на 3 °С, для производственных помещений на 5 °С.

Пример 10.11. Рассчитаем подачу воздуха в объеме L0T= =0,27 м3/с, нагретого до 35 °С, через плоский воздухораспреде­литель с щелью шириной fco=0,03 м, располагаемый под потолком общественного помещения (рис. 10.13, а) высотой Яп=3,5 м, для обеспечения на расстоянии л;=8 м от места выпуска струн (6 м по горизонтали и 2 м по вертикали) скорости движения рЛ=0,5 м/с и температуры ^ = /„+3= 18+3=21 °С.

1. Начальную скорость плоской настилающейся воздушной струи определяем по формуле (10.43)

Щ--

3,5-0,77

0,5 ( 8 '6

( 8 0,5

(да) =3и/с*

" ТВ T £	N ^—— I 2 5 ____________ [
, s, e i

Рис. (0.13. Центральное воздушное отопление помещения с подачей нагретого воздуха через подпотолочный (а) и напольный (б) щелевой воздухораспределитель / — воздухораспределитель; 2 — граница настилающейся воздушной струи; 3 — граница рабочей зоны, 4 — наружное ограждение

Так как при х/Ни= 8 : 3,5=2,3£с=0,77 (по специальной литера­туре).

2. Значение геометрической характеристики плоской воздуш­ной струи по формуле (10.42а) составит

„ 25,7-34/3-0,031/3 Н=----------------------- —— = 5,2 м.

(35 —18)2/3

3. Объемное количество воздуха, подаваемого из отверстия длиной 1 м щелевого воздухораспределителя, находим по уравне­нию (10.44)

^ = 0,03-3 = 0.09 м3/с.

4. Общая длина воздуховыпускной щели составит

/=Z,0X/Z. l= 0,27/0,09 = 3 м.

Для обеспечения условия х<6/0 принимаем к установке два щелевых воздухораспределителя длиной по /0=1,5 м.

Проверяем температуру в воздушной струе на расстоянии х=8м от щели по формуле (10.45)

^ = 18+2,8(35-18) ^^У'5 = 18+2,9=20,9 < 21 °С.

В системе центрального воздушного отопления нагретая струя, выпускаемая из сравнительно узкой щели, характеризуется числом А,<0,001, т. е. относится к категории слабо иеизотермических струй. На основном участке такой струи интенсивно падает скорость движения воздуха и относительно медленно снижается температура.

Температура воздуха понижается более заметно при движении нагретой струи вдоль наружного ограждения, особенно вдоль стекла светового проема. Понижение тем­пературы воздушной струи ускоряется вследствие интен­сификации конвективного теплообмена на внутренней по­верхности ограждения. Это дополнительное понижение

Температуры в изложенном выше методе расчета нагретой плоской настилающейся струи во внимание не принималось.

Однако при усилении теплообмена на внутренней по­верхности повышается ее температура и увеличиваются теплопотери через ограждение наружу. Для возмещения дополнительных теплопотерь следует соответственно по­высить начальную температуру воздушной струи.

В случае подачи нагретого воздуха плоской настилаю­щейся струей снизу вверх значение коэффициента конвек­тивного теплообмена ак, Вт/(м2-°С), между струей и внут­ренней поверхностью, среднее по высоте ограждения НП (при Я,>14,5Ь0), может быть найдено при температуре окружающего воздуха около 20 °С по формуле

(10.46)

При известном коэффициенте ак можно уточнить теп­лопотери через наружное ограждение и начальную тем­пературу воздушной струи.

В этом же случае нагретая воздушная струя не только возмещает теплопотери помещения, но и защищает рабочую зону от ниспадающего потока воздуха, охлаждающегося ' у наружного ограждения. Струя должна лишь оставаться настилающейся по всей высоте помещения Н„ (рис. 10.13, б).

Для выполнения этого условия начальная скорость нагретой струи, выпускаемой из щели в полу шириной Ь0, должна удовлетворять соотношению, полученному в ре­зультате исследований

(10.47)

Где (tB—TB) — разность температуры при <В=»20°С и температуре внутренней поверхности наружного ограждения тв, вычисленной для обычных условий естественной конвекции.

Пример 10.12. Найдем начальную скорость нагретой воздуш­ной струи, выпускаемой из щели в полу шириной Ь0=0,01 м, пре­пятствующей образованию ниспадающего потока воздуха у двой­ного стеклянного внтража высотой 5 м, если температура воздуха *в= 18 °С, внутренней поверхности стекла 3,4 °С (см. рнс. 10.13,6).

Начальную скорость движения воздушной струи при TB—тв= = 18—3,4=14,6°С определяем из уравнения (10.47)

IV • J jVl У0 = (13,5)°'5 = 3,7 м/с,

Среднее значение коэффициента конвективного теплообмена на поверхности внутреннего стекла витража по формуле (10.46) составит

(0,01.13,5)0^ = 8,6 Вт/(М».°С).

Для данного примера коэффициент конвективного теплообмена получился приблизительно в 2 раза большим, чем прн естественной конвекции. При этом коэффициент теплообмена ав на внутренней поверхности ограждения повышается в 1,5 раза н возрастает тепло­вой поток наружу. В рассмотренном случае тепловой поток через двойной витраж увеличивается на 13,3%. Очевидно, что должна быть соответственно повышена и начальная температура воздуш­ной струи.