CZ2008293A3

CZ2008293A3 - Zarízení pro rovnomerný velkoplošný a jednosmerný prívod vzduchu do prostoru

Info

Publication number: CZ2008293A3
Application number: CZ20080293A
Authority: CZ
Inventors: Hemerka@Jirí; Vybíral@Pavel; Pešek@Ladislav
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické v Praze, Fakulta strojní. Ústav techniky prostredí
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2009-12-23
Also published as: CZ307117B6

Abstract

Zarízení pro rovnomerný velkoplošný a jednosmerný prívod vzduchu do prostoru (2), sestávající z prívodu (1) vzduchu a usmernovace proudu vzduchu. Prívod (1) vzduchu je na strane vstupu do prostoru (2) opatren alespon jednou sekcí (3) tvorenou perforovaným deskovým materiálem (4), za kterým jsou ve vzdálenosti, vetší než je rovina spojení paralelních proudu vzduchu, umísteny paralelní tenkostenné trubice (5) o prumeru 1,5 až 3,5 mm, jejichž délka je rovna minimálne 30-ti násobku jejich prumeru.

Description

Zařízeni pro rovnoměrný velkoplošný a jednosměrný přívod vzduchu do prostoru.

;;η I af;r. vynálezu

Vynález se týká zařízení pro rovnoměrný velkoplošný a kunosmérný přívod vzduchu do prostoru, sestávajícího z přívodu vzduchu a usměrňovače proudu vzduchu.

Dos a vadní stav techniky

Z technické praxe jsou známa různá řešeni přívodu vzduchu do prostoru. U řady vzduchotechnických aplikací je kladen pužadavek na rovnoměrný velkoplošný a z hlediska proudu jednosměrný přívod vzduchu do prostoru nízkou rychlostí. Tento požadavek bývá doprovázen i omezenými prostorovými podmínkami, brání aplikaci symetrického velkoplošného přívodu z i. e r é

Využiti pravidel pro rovnoměrný přívod vzduchu použitím koncových vysoce účinných HEPA a ULPA filtrů, kterými íze u čistých prostorů realizovat rovnoměrný přívod lochu stropem nebo svislou stěnou, je s ohledem na cenu .:··.·> v ýc:h filtrů a vysokou tlakovou ztrátu investičně a vazně náročný.

Byly prováděny pokusy s konstrukcí stropu obsahující běžné úmyslové netkané filtrační textilie s určitou deklarovanou ccyinosti, představovanou měrným průtokem čistou textilii

srovnatelné tlakové ztrátě	200	Pa.	Tyto textilie mají
' · ú ’ l· γ (	idpo	r přibližně koust	a n t n i	jak	napřič, tak podél
1111 e .	Na	základní konstrukci byl	na	stropě položen jako
sladový	mat	:eriál perforovaný	plech	se	světlostí otvorů cca
d	na	plech byla poté	položena	filtrační textilie

φ φ φ φ

- 2 ί·; tou zvolenou prodyšností. Měřením bylo zjištěno, že rážné filtrační materiály z polyesterových (PES) a polypropylenových (POP) vláken o plošných hmotnostech kolem 500 g/m² mají příliš nízké prodyšnosti a k dosažení požadovaných rychlostí pod stropem 0,2 až 0,45 m/s by bylo zapotřebí, vytvoření podtlaku v prostoru na úrovni stovky Pa. K r.cmuito závěru přispívá i fakt, Že perforovaný plech jako po(ikládový materiál zakrývá větší část plochy filtru a zvyšuje lelio tlakovou ztrátu. Vzorky použitých filtračních materiálů s nízkou prodyšností vykazovaly z hlediska prodyšnosti iietomogcnitu podél i napříč filtračním materiálem na úrovni cca 10 í, orientační měření nízkých rychlostí ve vzdálenosti 200 mm pod stropem však vykazovalo vyšší rozdíly. Uvedené zkoušky vedly k závěru, že u běžných filtračních materiálů s nízkou prodyšností nelze u daného zařízení dosáhnout požadovaných rychlostí pod stropem. Při reálném podtlaku a nižších rychlostech proudu jsou rozdíly v hodnotách rychlostí vyšší, než je nehomogenita materiálu.

S podobnými negativními závěry je možné se setkat u uspořádání stropu s použitím textilií s různým stupněm •nikropcrforace, to znamená s určitým počtem malých otvorů na 1 m‘ textilie, používaných ve vzduchotechnice pro rovnoměrný přívod vzduchu. Zde byl zjištěn zřejmý vliv technologie perforace, kde minimální rozdíly rychlostí pod stropem byly /.jištěny v příčném směru a vyšší rozdíly v podélném směru po 5 0 cm.

Z uvedeného je zřejmé, že ani průmyslová filtrační textilie s deklarovanou prodyšností, ani vzduchotechnická textilie s deklarovanou mikroperforací není schopna s ohledem na svoji výrobní nehomogenitu zajistit přísné požadavky na iowioničrné rozdělení rychlostí pod stropem prostoru.

β ·

odstát a vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením pro rovnoměrný velkoplošný a jednosměrný přívod vzduchu do prostoru, sestávajícím z přívodu vzduchu a iizr.črňovače proudu vzduchu, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že přívod vzduchu je na straně vstupu do prostoru opatřen alespoň jednou sekcí tvořenou perforovaným deskovým materiálem, za kterým jsou ve vzdálenosti, větší než rovina spojeni paralelních proudů vzduchu, umístěny paralelní tenkostěnné trubice o průměru 1,5 až 3,5 mm, jejichž lělka jc rovna minimálně 30-ti násobku jejich průměru. Perforace perforovaného deskového materiálu je s výhodou de f inována světlostí S otvorů, přičemž směrodatná odchylka σ rozdělení této veličiny dosahuje maximálně 2 % střední hodnoty

Vzdálenost mezi kostěnnými trubicemi deskovým materiálem a paralelními je ve výhodném provedení rovna 3 až 6 i: 'i sobku rozteče otvorů v perforovaném deskovém materiálu.

Mezi tlakovou ztrátou přívodu vzduchu Ap [Pa], světlosti S |d[ otvorů perforovaného deskového materiálu a střední rycníostí v [m/s] vzduchu na výstupu do prostoru existuje vazba Ap = 6170 v^1,S9 S’^1,9 pro umožnění stanovení hodnoty jedné v-.·: ióiny na základě požadavku hodnot ostatních dvou veličin.

Přívod vzduchu může být opatřen filtrem.

Toto řešení přináší výsledky výzkumu a vývoje uspořádání ařivodu vzduchu stropem u zkušební komory dvourozměrného vzduchotechnického modelu čistého prostoru, kde se sleduje

-4:;v skokové změny rychlosti vzduchu v jednotlivých zónách rotoru na šíření jemných znečišťujících látek.

Jako jediná možná alternativa uspořádání stropu prostoru se proto jeví alternativa použití perforovaných desek, kde odpor materiálu je jednoznačně dán průměrem a rozteči otvorů v tleskách, tedy jasně realizovanou strojní výrobou. Pokud je k dÍspozici jasně definovaný válcový otvor, kterým vzduch z desky vytéká, je druhou logickou podmínkou zajistit, aby usměrňovač proudu byl od perforované desky vzdálen na takovou vzdálenost, kde jsou již paralelní proudy spojeny. S ohledem na vrcholový úhel cca 25°, pod kterým se proud z otvorů šíří, o··'? takovou vzdálenost definovat jako minimálně 2,5 násobek rozteče, optimálně 4 až 5 násobek. Přibližnou světlost otvorů 5' L%] lze odhadnout z předpokladu, že při průtoku vzduchu válcovým otvorem do prostoru se ztrácí dynamický tlak proudu vzduchu na výstupu z otvoru, přičemž je nutno respektovat Kontrakci proudu. Touto úvahou se dospěje k závěru, že k dosaženi rychlostí pod stropem 0,2 až 0,45 m/s při podtlaku v prostoru do 100 Pa je nutno použít desky s extrémně nízkou :;/·.ν.ί ostí S, řádově jednotky %.

Měřením rychlostí v 60 rovnoměrně rozdělených bodech pod :-t ropem bylo ověřeno, že ve všech sekcích vstupu s použitými perforovanými deskami o světlosti otvorů S = 2,825, 3,801 a ·, v'': , a při podtlacích v prostoru zip = 50, 70 a 100 Pa, bylo . ; :.viú?no velmi dobré rovnoměrnosti rychlostí pod stropem, dané nízkou hodnotou relativní směrodatné odchylky 3,2 až 7,1 %.

< viar.ečné měření intenzity turbulence proudu ukázalo, že na výstupu z usměrňovače, měřeno ve vzdálenosti 80 mm od nszivrriovače, dosahuje

i.·: dnen l· až 2 %.

intenzita turbulence velmi nízkých « ·

- s Výhodou tohoto řešení je především možnost realizace ’.··; 1 kopl osného rovnoměrného a jednosměrného pří vodu vzduchu do [wt.oru nízkou rychlosti 0,1 až 0,5 m/s při nízkých hodnotách .'.opové ztráty do 100 Pa a pokud je přívod vzduchu rozdělen na více sekcí, pak i možnost realizace skokové změny rychlostí na vslupu do prostoru.

-rehied obrázků na výkresech

Zařízení pro rovnoměrný velkoplošný a jednosměrný přívod vzduchu do prostoru, podle tohoto vynálezu bude podrobněji i?oiv'áno na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněno v bokorysu schéma uspořádání příkladného prostoru. Na obr. 2 je znázorněno schéma uspořádáni stropu s použitím perforovaných plechů a r-učrňovače. Na obr. 3 je znázorněna závislost střední rychlosti pod stropem v [m/s] na perforaci plechu S [%] při ušitém podtlaku pod stropem Δρ [Pa]. Na obr. 4 je znázorněn jrar závislost střední rychlosti pod stropem v [m/s] na podtlaku - tlakové ztrátě stropu Δρ [Pa] při určité hodnotě perforace plechu S [%] ί : i <[udy provedení vynálezu

Příkladné zařízení pro rovnoměrný velkoplošný a ;·.·Jnosmérný přívod vzduchu do prostoru, sestává z přívodu : iinčn.i a usměrňovače proudu vz.duc.hu. Přívod 1_ vzduchu je na ' cuié vstupu do prostoru 2 opatřen třemi sekcemi 3 tvořenými perforovaným deskovým materiálem 4, za kterým jsou ve ;_.r iicnosti, větší než je rovina spojení paralelních proudů //.duchu, umístěny paralelní tenkostěnné trubice 5 o průměru 2,1 mm. Vzdálenost mezi deskovým materiálem 4 a paralelními v v • * * otěnnými trubicemi 5 je rovna až 6 násobku rozteče vorů v deskovém materiálu 4.

Příkladný prostor 2 je tedy navržen jako podtlakový s přívodem vzduchu stropem a skládá se ze 3 zón - pracovní zóny 2 l· se zdrojem znečištění, zóny 22 ochrany pracovníka a rvnri ikačni zóny 23 .

Vzduch je přiváděn celou plochou stropu rozdílnými rychlostmi vzduchu v jednotlivých zónách 21, 22 a 23. Odvod z tichu je řešen jednak odsáváním z pracovního stolu 24, j-vtiak nastavitelnou štěrbinou 25 z komunikační zóny 23 . Jako zcroje sání se používají oboustranně sací radiální v-ni látory, které jsou umístěny ve ventilátorových komorách přiléhajících k prostoru 2. Ve ventilátorové komoře za pracovním stolem 24 jsou symetricky vůči podélné ose prostoru 2 umístěny dva menší ventilátory, ovládané frekvenčním měničem

2,2 kW, v prostoru 2_ za komunikační zónou 23 je umístěn pružně uložený ventilátor, ovládaný frekvenčním měničem 4 kW. Na vest 11átorové komory za přechodovými kusy navazují kruhová pel rubí průměr 200 mm u pracovního stolu 24 a 315 mm u m i; nikační zóny 23, kde jsou v rovných úsecích umístěna :ci místa pro kontrolu objemového průtoku odsávaného vzduchu z prostoru pracovního stolu 24 a štěrbinou 25 zcirunlkačni zóně 23.

Na konstrukci stropu byly s ohlodem na šířeni jemných cistulících látek v prostoru 2 kladeny požadavky, aby při bonem nastavení poměru odsávaných průtoků a vytvořeném pocrlaku Ap v prostoru 2 bylo možno nastavit rozdílné střední

f. ycluosti pod stropem v jednotlivých zónách 21, 22 a 23 yosroru 2 v rozsahu rychlostí 0,2 az 0,45 m/s. Podtlak prostoru 2 by neměl přesahovat 100 Pa. Dalším požadavkem na

řešení je dvojrozměrnost prouděni v osové vertikální

Byla provedena rekonstrukce stropu, kde mezi rám s usměrňovačem výšky 120 mm a přírubu vstupního kolektoru byl vložen rám z obdélníkového profilu 60 x 30 mm, kde vnitřní yosmerý rámu odpovídají vnitřním rozměrům stropu prostoru 2 a dvěma profily 60 x 30 mm jsou napříč odděleny tři vstupní sekce 3. Mezi přírubu vstupního kolektoru a rám 60 mm byl vložen perforovaný deskový materiál 4 o různé světlosti otvorů S [%] podle požadované rychlosti v příslušné sekci 3. Schéma folio to uspořádání stropu je zřejmé z obr. 2.

K podrobným zkouškám byly použity tři různé perforované deskové materiály 4, jejichž specifikace je uvedena v následující tab. 1. Perforace byla zvolena ve čtvercovém uspořádáni, kde rozteč otvorů t [mm] je stejná jak mezi jednotlivými otvory v řadě, tak mezi jednotlivými řadami a osy otvorů jsou v řadě jak podél, tak napříč. Jako materiál byl zvolen AI plech tloušťky 2 mm. Perforované plechy měly při učiLém podtlaku v prostoru vytvořit skokovou změnu jmenovitých rychlostí vzduchu pod stropem v jednotlivých sekcích: 0,3 - 0,4 - 0,2 m/s.

ůpeciíikace použitých periorovaných plechů

; i ť;mě r ; :t voru d [mm]	rozteč otvorů t [mm]	světlost otvorů s [%]	umístění v sekci
2 '/	10	3 , 801	1 - pracovní se zdrojem ZL
2 , 6	10	4 , 909	2 - ochrana pracovníka
2 2	11, 6	2,825	3 - komunikační zóna

« t * ·

V « ·

t*·

-8V každé sekci 3_ i při každém podtlaku v prostoru 2 bylo dosaženo velmi dobré rovnoměrnosti rychlosti pod stropem, dané nízkou hodnotou příslušné směrodatné odchylky σι [m/s]. Vyjadři-li se tato hodnota v procentech příslušné střední rychlosti v₂ [m/s], získají se velmi nízké hodnoty v rozsahu

3,2 až 7,1 %. Význam dosažených výsledků vynikne, jestliže se použij i zjištěné hodnoty směrodatné odchylky σι [m/s] k vyjádření rozsahu hodnot rychlostí pod stropem. Zc základních pravidel normálního rozdělení náhodné veličiny vyplyvá, že 95 % hodnot veličiny se nachází v rozsahu v\ +/- 2 π-, [m/s], takže například v případě druhé sekce 2 Při použiti perforovaného plechu Ξ = 4,909 í a při podtlaku Δρ = 70 Pa, káe byla zjištěna střední rychlost v₂ = 0,406 m/s a směrodatná odchylka σ₂ = 0,02 03 m/s, zde 5 % hodnoty v₂, se 95 % hodnot rychlostí nachází ve velmi úzkém pásu rozsahu 0,365 až 0,447 m/ s .

Porovnáním jednotlivých rychlostí napříč prostorem 2 s rychlostí v ose vyplývá další významný závěr, že bylo dosaženo požadované velmi dobré dvojrozměrnosti proudění z hlediska podélné osy prostoru 2, která umožní v dalších i -.zich řešení problematiky šíření jemných znečišťujících látek zjednodušené řešení pouze na úrovni 2D.

ho se týká dosažení požadovaných středních rychlostí pod i opem 0,2; 0,3 a 0,4 m/s, bylo těchto rychlostí nejlépe imciono při podtlaku v prostoru 2 70 Pa. Měření rychlostí pod sklopem prostoru 2 bylo doplněno měřením intenzity turbulence v-¹ vybraných bodech 80 mm pod stropem. Intenzita turbulence sos,chovala ve všech bodech velmi nízkých hodnot 1 až 2 %.

• ·*·

- 9 Z diagramu na obr. 4 lze například odpovědět na základní •·7.Γΐ7.:α, jaké hodnoty perforace plechu S [%] je nutno při zvedané hodnotě podtlaku - tlakové ztráty stropu Ap [Pa] volit, aby pod stropem bylo dosaženo požadované rychlosti v im/sj . Z obr. 4 vyplývá, že při zvoleném podtlaku Δρ = 80 Pa lze v rozsahu S = 2, 5 až 6 % dosáhnout rychlostí pod stropem v rozsahu 0,2 až 0,55 m/s. Z diagramu na obr. 4 zároveň vypl.ývá, že konstrukce stropu, obecně přívodu vzduchu, s použitím perforovaného plechu a usměrňovače splňuje žádané požadavky, t j . konstrukce umožňuje vytvořit rovnoměrné rychlosti v jednotlivých sekcích v rozsahu rychlostí 0,2 až z, 45 m/s při podtlaku v komoře zip nižším než 100 Pa.

Zvěděné grafické řešení požadované hodnoty perforace plechu S [%] lze nahradit postupem, kde vznikne empiricky zjištěná závislost mezi všemi fřemi proměnnými S [%] , v [m/s] a Ap [Pa] ve tvaru

A/? =6170 ν'ΛΓ¹’⁹

Jestliže by bylo potřeba v prostoru 2 pracovat s podtlakem ,.lp v prostoru 2 o velikosti 70 Pa a dosáhnout v jednotlivých sekcích 3 přesně skokových změn rychlostí 0,3 - 0,4 - 0,2 m/s, dosazením za Ap - 70 Pa do vztahu se dostane závislost v = L ÍSi ve tvaru

1,135.10 ² v = 0,2 m/s vyplývá S = 2,746 %, pro v = 0,3 m/s je % a rychlosti v - C,4 m/s se dosáhne při S = 4,905 •·· ·· ·· ··*

Přívod 1 vzduchu může být řešen i v přetlakovém uspořádáni za předpokladu, že v přívodním prostoru do vzdálenosti 0,5 m od perforovaného deskového materiálu 4 je absolutní, hodnota vekroru rychlosti proudu maximálně rovna trojnásobku požadované rychlosti na výstupu z usměrňovače, tvořeného paralelními tenkostěnnými trubicemi 5.

!^: r; i z¹, y s 1 o v á využitelnost

Zařízení pro rovnoměrný velkoplošný a jednosměrný přívod vzduchu do prostoru, podle tohoto vynálezu nalezne uplatnění především při stavbě nových objektů ale i při rekonstrukci stávajících staveb, například ve výstavnictví u ochrany velkých exponátů proti nepříznivým klimatickým podmínkám, ve zkušebnictví a ve výzkumu a vývoji při realizaci prostoru s definovaným prouděním vzduchu.

Claims

1. ó.iřizení pro rovnoměrný velkoplošný a jednosměrný přívod vzduchu do prostoru, sestávající z přívodu vzduchu a usměrňovače proudu vzduchu, vyznačující se tím, že přívod (1) /rouchu je na straně vstupu do prostoru (2) opatřen alespoň ječnou sekcí (3)tvořenou perforovaným deskovým materiálem (4), m kterým jsou ve vzdálenosti, větší než je rovina spojení paralelních proudů vzduchu, umístěny paralelní tenkostěnné nobace (5) o průměru 1,5 až 3,5 mm, jejichž délka je rovna in Lrmniálně 30-ti násobku jejich průměru.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že perforace perforovaného deskového materiálu (4) je definována světlostí b otvorů, přičemž směrodatná odchylka σ rozdělení této velLčiny dosahuje maximálně 2 i střední hodnoty Ξ.

'i. Z.iLizení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vzdálenost mezi deskovým materiálem (4) a paralelními : rii kostěnnými. trubicemi (5) je rovna 3 až 6 násobku rozteče : ·.οtú v perforovaném deskovém materiálu (4) .

.1 i; 1 zení podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že mezi lakovou ztrátou přívodu vzduchu Δρ [Pa], světlostí S [%] otvorů : i !bmovaného deskového materiálu (4) a střední rychlostí v [m/s| vzduchu na výstupu do prostoru (2) existuje vazba Δρ = 6170 v^1,5·' S’¹'⁹ pro umožnění stanovení hodnoty jedné veličiny na 11: ladě oožadavku hodnot ostatních dvou veličin.