Файл: Ударственный университет транспорта а. Б. Невзорова теплогазоснабжение, отопление и вентиляция.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 112
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
7
162 Она показывает выраженную в процентах долю, которую составляет плотность пара , содержащегося в данный момент в воздухе, от плотности насыщенного пара нас для этой же температуры
=
í àñ
100 %.
(72) Для насыщенного воздуха = 100 %. Относительную влажность воздуха в помещении нормируют. Для жилых и общественных помещений относительная влажность считается приемлемой в пределах от 30 до 70 %.
Влагосодержанием воздуха d называют количество водяного пара, приходящееся на 1 кг сухой части влажного воздуха, г/кг, те пс) где пи с – массы водяного пара и сухого воздуха в данном объеме V. На влагосодержание паровоздушной смеси влияет барометрическое давление, при котором находится эта смесь. Барометрическое давление атмосферного воздуха р
б
– это сумма парциальных давлений сухой его части (р
с
) и водяного пара (р
п
), те.
р
б
= р
с
+ р
п
(74) В качестве единицы измерения барометрического давления воздуха принят паскаль. Значение парциального давления компонента смеси в состоянии полного насыщения называют парциальным давлением насыщения р
н или упругостью насыщенных паров. Плотность влажного воздуха (
в.п
) равна массе 1 м смеси, состоящей из сухой части воздуха и водяных паров. Плотность сухого воздуха при одинаковом барометрическом давлении и одинаковой температуре больше плотности влажного воздуха, но эта разница невелика. Массовая теплоемкость влажного воздуха представляет собой количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы нагреть на один градус 1 кг сухой части влажного воздуха и приходящееся на их долю количество водяных паров с
р
= 1,8 кДж/(кг°С). Объемная теплоемкость влажного воздуха с) – это количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы нагреть на один градус 1 м влажного воздуха. При температуре 0 Си барометрическом давлении 100 кПа объемная теплоемкость влажного воздуха составляет 1,29 кДж/(м
3
∙°С). С изменением температуры и давления
163 объемная теплоемкость влажного воздуха меняется пропорционально его объемной массе. Поэтому при определении расходов теплоты на нагрев воздуха (или его охлаждение) удобнее пользоваться массовой теплоемкостью. Теплосодержание (энтальпия) влажного воздуха I
вл массой
(I + d/1000) кг равно сумме теплоты, содержащейся в 1 кг сухой части влажного воздуха. Энтальпия воздуха, связанная с изменением температуры воздуха, характеризует изменение явной теплоты. При поступлении в воздух водяных паров стой же температурой воздуху передается скрытая теплота. Энтальпия воздуха возрастает за счет изменения энтальпии влажной части воздуха. Температура воздуха при этом не изменяется. Температурой точки росы р) влажного воздуха называется температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания. При понижении температуры влажного воздуха еще ниже начинается конденсация пара (выпадает роса) в объеме паровоздушной смеси, и появляется туман. Температура мокрого термометрам температура, которую принимает влажный воздух на стадии полного насыщения в процессе испарения воды, без подвода теплоты извне при постоянном теплосодержании. Значения t, d, I, , р, м, р
п
– это параметры состояния влажного воздуха, характеризующие его тепловые и влажностные свойства. Следует отметить, что только t и d могут изменяться произвольно, независимо одна от другой, хотя эти изменения имеют определенный предел. Каждому конкретному значению t и d соответствуют определенные числовые значения всех остальных параметров, найти которые можно по I-d диаграмме (рисунок 52).
I-d диаграмма впервые была составлена в 1918 году советским инженером-теплотехником Рамзиным и графически связывает все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха. Диаграмма построена в косоугольной системе координат. По оси ординат диаграммы отложены значения энтальпии I, кДж/кг, сухой части воздуха, по оси абсцисс, направленной под углом 135° коси значения влагосодержания d, г/кг, сухой части воздуха. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений энтальпии I=const и влагосодержания d = const. На него нанесены также линии постоянных
164 значений температуры t = const, которые не параллельны между собой чем выше температура влажного воздуха, тем больше отклоняются вверх его изотермы. Кроме линий постоянных значений I, d, t, на поле диаграммы нанесены линии постоянных значений относительной влажности воздуха φ = const. В нижней части I-d диаграммы расположена кривая, имеющая самостоятельную ось ординат. Она
165 связывает влагосодержание d, г/кг, с упругостью водяного пара п, кПа. Ось ординат этого графика является шкалой парциального давления водяного пара p п
Рисунок 52 – I-d диаграмма влажного воздуха В результате нагревания, охлаждения, осушения или увлажнения
166 влажного воздуха изменяется его тепловлажностное состояние. Процессы изменения изображаются на I-d диаграмме прямыми линиями, которые соединяют точки, характеризующие начальные и конечные состояния воздуха (рисунок 53). Рисунок 53 – Схема определения параметров влажного воздуха на I-d диаграмме
7.2 Назначение вентиляции и классификация вентиляционных систем Вентиляцией называется организованный обмен воздуха в помещениях для удаления избытков теплоты, влаги, вредных веществ с целью обеспечения допустимых параметров микроклимата и чистоты воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне [1]. Система вентиляции представляют собой комплекс инженерных устройств, включающих воздушный тракт (воздуховоды, оборудование для обработки (очистки, нагрева) и транспортировки, подачи и удаления воздуха, а также сетевое оборудование
(воздухоприемные, воздухораспределительные устройства, дроссель-клапаны и др) [31, 32,
37, 48]. Общая классификация вентиляции приведена на рисунке 54.
φ
1
ε = мм р
р
п1
d
1
I
1 п
1
167 Рисунок 54 – Классификация вентиляции В зависимости от назначения вентиляции присущи следующие характерные признаки. По способу создания давления для перемещения воздуха системы могут применяться с гравитационным побуждением естественная вентиляция, с искусственным побуждением воздуха механическая вентиляция, при одновременном действии механической и естественной вентиляции – смешанная. При естественной вентиляции перемещение воздуха происходит
168 а) вследствие аэрации – или разности температур наружного атмосферного) воздуха и воздуха в помещении (рисунок 55, а Аэрацию применяют в цехах со значительными тепловыделениями, если концентрация пыли и вредных газов в приточном воздухе не превышает 30 % предельно допустимой в рабочей зоне. Аэрацию не применяют, если по условиям технологии производства требуется предварительная обработка приточного воздуха или если приток наружного воздуха вызывает образование тумана или конденсата. Аэрация под действием гравитационного (теплового) давления образуется при наличии разности температур и, следовательно, разности плотностей воздуха внутри и снаружи помещения.
Из-за разности температур воздуха помещения и наружного воздуха (в н или в н) по обе стороны вертикальных ограждений помещения возникает разность давлений (р
в
р
н или р
в
р
н
). Разность давлений и отсутствие герметичности помещения (здания) вызывает перемещение воздуха или водном (при в н) или в другом (при в н) направлении. Чаще наружный воздух имеет температуру ниже, а значит, и плотность выше, чем внутренний воздух помещения (н в
н
в, поэтому характерным является перепад давлений р = (р
н
− рви, как следствие, – движение наружного воздуха в нижнюю зону помещения. Атак как нагретый более легкий воздух стремится занять верхнее положение, возникает естественное гравитационное движение воздуха помещения здания – снизу−вверх. Вследствие этого давление воздуха в зоне пола получается ниже, а в зоне потолка – выше наружного давления.
Из-за циркуляции воздуха помещения возникает область плоскость) равных давлений, называемая нейтральной зоной. Ниже области равных давлений в помещении образуется зона разряжения зона инфильтрации наружного воздуха, а выше – зона подпора зона эксфильтрации внутреннего воздуха помещения. При увеличении разряжения область равных давлений смещается вверх, а при увеличении подпора – вниз. Устройство проемов 1 (форточек, фрамуг, фонарей, окон и дверей) в ограждениях нижних и верхних зон здания способствует гравитационному движению воздуха, а устройство проемов в плоскости равных давлений не влияет на его движение.
169 Отработавший воздух уходит из цеха через верхние проемы или специальные устройства – аэрационные фонари. Невозможность очистки вытяжного воздуха является недостатком аэрации. В системах естественной вентиляции, в которых перемещение воздуха создается за счет разности давлений воздушного столба, минимальный перепад по высоте между уровнем забора воздуха из помещения и его выбросом через дефлектор должен быть не менее 3 м. При этом рекомендуемая длина горизонтальных участков воздуховодов не должна быть болеем, а скорость воздуха в воздуховодах – не превышать 1 мс б) в результате воздействия ветрового давления. Воздействие ветрового давления выражается в том, что на наветренных обращенных к ветру) сторонах здания образуется повышенное, а на подветренных сторонах, а иногда и на кровле, – пониженное давление (разрежение. Если в ограждениях здания имеются проемы, то с наветренной стороны атмосферный воздух поступает в помещение, ас заветренной – выходит из него. При этом количество воздуха приточного и вытяжного будет зависеть от многих факторов, а именно от направления и скорости ветра, температуры, от конфигурации здания и расположения его среди других строений.
Рисунок 55 – Схема аэрации помещения в результате разности температура) и воздействия ветрового давления (б) Системы естественной вентиляции просты и не требуют сложного дорогостоящего оборудования и расхода электрической энергии. Однако зависимость эффективности этих систем от переменных факторов (температуры воздуха, направления и скорости ветра, а также небольшое располагаемое давление не позволяют решать сих помощью все сложные и многообразные задачи в области а) б) н,
н
t
в
;
в
170 вентиляции. При механической вентиляции используются оборудование и приборы (вентиляторы, электродвигатели, воздухонагреватели, пылеуловители, автоматика и др, позволяющие перемещать необходимое количество воздуха на значительные расстояния. Затраты электроэнергии на работу вентсистем могут быть довольно большими. Такие системы могут подавать и удалять воздух из локальных зон помещения в требуемом количестве, независимо от изменяющихся условий окружающей воздушной среды. При необходимости воздух подвергают различным видам обработки очистке, нагреванию, увлажнению и т. д. В практике часто предусматривают смешанную вентиляцию. Однако в каждом конкретном проекте определяется тип вентиляции, удовлетворяющий санитарно-гигие-ническим, а также экономическими техническим требованиям. По функциональному признаку или по способу подачи воздуха и его удаления из помещения) вентиляционные системы бывают приточные, вытяжные или приточно-вытяжные. Выбор необходимой системы зависит от назначения, объема и конкретных особенностей помещения (наличия и характера источника загрязнений, количества людей, планировки и т.д.). Приточная система предназначена для подачи в помещение чистого воздуха взамен удаляемого. В помещении при этом создается повышенное (избыточное) давление, за счет которого воздух удаляется наружу через окна, двери или в другие помещения. При этом свежий воздух подается, как правило, после предварительной подготовки, которая может включать очистку, подогрев, охлаждение, увлажнение. Вытяжная система предназначена для удаления загрязненного воздуха из помещения, при этом в помещении создается пониженное давление, и воздух из соседних помещений или наружный воздух поступает в данное помещение. Вытяжные системы применяют для помещений с кратковременным пребыванием людей или при небольших количествах вытяжного воздуха. В приточно-вытяжной системе воздух в помещение подается приточной системой, а удаляется вытяжной. Обе системы работают одновременно. При этом их производительность должна быть одинаковой, чтобы исключить разницу воздушного давления внутри
171 и снаружи помещения, приводящую к эффекту хлопающих дверей. В системах с рециркуляцией отработавшего воздуха к наружному воздуху подмешивается часть вытяжного воздуха. Они применяются для снижения расхода теплоты в холодный период года или для снижения расхода холода в системах кондиционирования воздуха в теплый период года. Для утилизации теплоты уходящего воздуха и предварительного подогрева приточного воздуха широкое применение находят
теплообменники-утилизаторы (рекуператоры. По схеме воздухообмена (или по зоне обслуживания) системы вентиляции разделяют на местные, общеобменные и смешанные. При местной системе вентиляции воздух удаляется или подается непосредственно у места образования вредных вещества также у места работающего через специальные устройства (местные отсосы). Местная вытяжная система применяется для предотвращения распространения вредных выделений по всему помещению. При этом достигается максимальный эффект при минимальном количестве удаляемого воздуха в системах локализации и аспирации. К местной приточной системе вентиляции относятся воздушные завесы и воздушное душирование, которое применяется при воздействии на работающего человека потока радиационной теплоты ив том случае, когда локализующая общеобменная вентиляция не обеспечивает на рабочем месте заданных параметров воздушной среды. Системы аспирации предназначены для удаления и очистки воздуха от пыли. При устройстве общеобменной вентиляции смена воздуха происходит в объеме помещения. Общеобменная приточная вентиляция устраивается для ассимиляции избыточного тепла и влаги, разбавления вредных концентраций паров и газов, не удаленных местной и общеобменной вытяжной вентиляцией, а также для обеспечения расчётных санитарно-гигиенических норм и свободного дыхания человека в рабочей зоне. Общеобменные вытяжные системы относительно равномерно удаляют воздух из всего обслуживаемого помещения. Смешанная система вентиляции является сочетанием элементов общеобменной и местной систем.
172 По характеру обработки воздуха системы вентиляции могут быть прямоточными (в помещение подается только наружный воздух, рециркуляционными (весь воздух из помещения или его часть после обработки вновь поступает в помещение) и рекуперативными (утилизируется теплота выбросного воздуха для нагрева приточного воздуха. Системы аварийной вытяжной вентиляции обязательны для производств, в которых возможен прорыв вредных газов и паров. Система аварийной вентиляции должна включаться автоматически при достижении предельно допустимой концентрации вредных выделений или при останове одной из систем общеобменной или местной вентиляции. По конструктивному исполнению системы вентиляции разделяют на бесканальные и канальные. В первом случае воздухообмен осуществляется при проветривании помещения и естественной инфильтрации воздушных масс через щели дверей и окон, поры стен. Расчет вентиляции в этом случае затруднен, так как он нерегулярен, неорганизован, имеет низкую эффективность ив зимнее время сопровождается значительными потерями теплоты. Во втором случае системы вентиляции имеют разветвленную сеть в стенах и перекрытиях воздуховодов для перемещения воздуха канальные системы, через которые осуществляется воздухообмен. В большинстве многоквартирных домов, построенных в прошлом веке, оборудована вытяжная канальная система вентиляции с естественным побуждением. Расчет вытяжной вентиляции сводится к определению геометрических параметров воздуховодов, которые обеспечивали бы доступ необходимого количества воздуха в соответствии с СНБ 4.02.01−03. В большинстве помещений общественного пользования и производственных зданиях только организация вентиляции с механическим побуждением движения воздуха может обеспечить достаточный воздухообмен. Разработка системы вентиляции требует соответствующей подготовки и включает следующие этапы определение необходимого воздухообмена, составление принципиальной схемы вентиляции, аэродинамический расчет воздуховодов, расчет параметров входящих в систему компонентов, разработка схемы
173 управления и автоматики, подбор оборудования. Оборудование вентиляционных систем может размещаться как в специальных технологических помещениях –венткамерах, таки в других местах
– за подвесным потолком, в коробах, на чердаке, технических этажах, подвалах и т.п.
7.3 Исходные данные для расчета вентиляции Расчетные параметры наружного воздуха (температуру и энтальпию следует принимать по ТКП 45-2.04-43−2006, СНБ
2.04.02−2000 для теплого периода года по параметрам А, для холодного периода года – по параметрам Б. Для переходных условий независимо от места расположения здания принимается н = 8 С, энтальпия J = 22,5 кДж/кг. Расчетные параметры внутреннего воздуха (температура, относительная влажность, подвижность) принимаются в зависимости от периода года и назначения помещений по СНБ
4.02.01−03, СНБ 2.04.02−2000, СНБ 3.02.03−03, СНБ
3.02.04−03, СанПиН 9-80 РБ98. Основными вредностями, выделяющимися в помещении, являются избыточная теплота, влага и вредные вещества. Избытки явной теплоты – это превышение для данных эксплуатационных условий и микроклимата помещений количества явной теплоты, поступающей в помещение (здание, сооружение, над количеством явной теплоты, выводимой или уходящей из помещения здания, сооружения. Избыточная теплота определяется как сумма теплопоступлений от людей, искусственного освещения, электродвигателей, нагретого оборудования, остывающих материалов, через заполнение световых проемов, от солнечной радиации и др. Поступления влаги в помещение от людей зависят от категории работ и температуры окружающего воздуха в помещении. Для жизнедеятельности человека необходимо учитывать показатели по кислороду и углекислому газу. Количество СО в наружном воздухе составляет для городской среды 0,4−0,5 л/м
3
или
0,07−0,1 %. Допустимая концентрация СО в помещении − 1 л/м
3
Человек в результате жизнедеятельности выделяет от 18 до 25 л/ч углекислого газа. Таким образом, для снижения содержания СО в помещении, где находятся люди, до уровня допустимого,
174 необходимо обеспечить приток свежего воздуха порядка 25−30 м
3
/ч на одного человека. Требования нормативных документов сводятся к обеспечению кратности воздухообмена внутри помещения. Поэтому при проектировании вентиляционных устройств по критерию содержания в помещении углекислого газа необходима определенная система приточных и вытяжных устройств, круглогодично поддерживающая содержание СО в воздухе помещений в пределах нормы.
7.4 Определение воздухообмена в помещениях Воздухообменом называется частичная или полная замена воздуха, содержащего вредности, чистым атмосферным воздухом. При расчетах воздухообмена помещений определяется расход приточного воздуха, необходимого для поглощения избыточной теплоты, влаги, вредных веществ. Балансы воздуха и вредных выделений составляют для определения необходимого воздухообмена с целью создания наиболее благоприятных и комфортных условий для человека в жилых, производственных и других помещениях [31, 48, 49]. Уравнение баланса воздуха в помещении имеет вид
п +пух ух 0, (75) где п – количество воздуха общеобменной приточной вентиляции
ух – количество воздуха общеобменной вытяжной вентиляции пи ух расходы других приточных и вытяжных устройств от местных вытяжек и т.п. К основным характеристикам воздухообмена относятся такие параметры, как объем и кратность воздухообмена. Под объемом L, м
3
/ч, понимают количество воздуха в кубических метрах, поступающего в помещение в течение часа. Минимальной нормой воздухообмена на одного взрослого человека считается
30 м³/ч, на ребенка – 20 м³/ч. Кратность воздухообмена n – число замен всего объема воздуха в замкнутом помещении в течение часа. В зависимости от типа и
175 назначения помещения устанавливаются нормы кратности воздухообмена. Так, например, для жилых комнат рекомендована кратность 0,5−1,0, а в кухнях воздух должен меняться более интенсивно и рекомендованная кратность составляет 3,0. Для производственных помещений данный показатель может сильно отличаться в зависимости от типа производства или деятельности, осуществляемых в данных помещениях. При кратности воздухообмена менее 0,5 в час человек начинает чувствовать себя некомфортно, появляется ощущение духоты, снижение работоспособности и т.д. Большинство помещений жилых и общественных зданий характеризуется постоянным составом и интенсивностью вредных выделений. Поэтому для них на основании эксплуатационного опыта систем вентиляции производительность по воздуху рассчитывается исходя из установленных норм кратности воздухообмена. Для помещений различного назначения воздухообмен L, м
3
/ч,
L = nV, (где n – нормативная кратность воздухообмена для определенного типа помещений для жилых квартир n = ч, для общественных помещений и производственных цехов n = ч, для кухонь – n = ч (см. приложение Б
V – объем помещениям, для помещений высотой 6 ми более следует принимать V= 6F, F – площадь помещениям Для некоторых помещений воздухообмен L определяется по нормируемому удельному расходу воздуха, м
3
/ч,
L = mN,
(78) где m – нормируемый удельный расход воздуха, м
3
/ч, на 1 чел. или единицу оборудования, приводится в СНБ 3.02.04-03,
СНБ 3.02.03−03. Минимальная норма приточного наружного воздуха составляет 20 м
3
/ч на одного человека для людей, которые находятся на работе в офисе, норм мча для выполняющих физическую нагрузку – 60 м³/ч);
N – количество человек или единиц оборудования. Расчетный воздухообмен должен обеспечить нормируемые параметры и чистоту воздуха в рабочей зоне помещения в теплый, холодный и переходной периоды года. Для расчета ассимиляции
176 полной (явной и скрытой) теплоты используют формулу изб мо мо пр мо ух пр 1, 2
(
)
1,2(
)
Q
L
J
J
L L
J
J
−
−
=
+
−
,
(79) где L
мо
, J
мо
– количество воздуха, мчи его теплосодержание, кДж/кг, удаляемое местными отсосами;
изб – избытки явной теплоты в помещении, Вт
ух, пр – теплосодержание удаляемого и приточного воздуха, кДж/кг. Аналогичным образом вычисляют количество приточного воздуха для ассимиляции влаги и вредных газовыделений. За расчетное принимают бóльшее значение. Температура приточного воздуха в теплый период принимается равной расчетной температуре наружного воздуха для проектирования вентиляции пр = н
(параметр А. Температуру приточного воздуха для переходных условий с учетом нагрева его в вентиляторе и воздуховодах пр = н + 0,001Р,
t
н
= 8 С. Однако при такой температуре невозможно обеспечить нормируемые параметры воздуха в рабочей зоне помещения. Поэтому ориентировочно для переходных условий температуру приточного воздуха принимают равной 11–13 СВ холодный период пр для общественных зданий принимается, как и для переходного периода – 11–13 С. Это связано стем, что при пр ≤ 9 С невозможно обеспечить нормируемые параметры в рабочей зоне.
7.5 Схемы организации воздухообмена Вопрос выбора схемы организации воздухообмена и типа воздухораспределителей должен рассматриваться на начальной стадии проектирования совместно с архитектором, а также при выборе принципиальной схемы обработки воздуха в центральном кондиционере. В ряде случаев это позволяет не только создать в помещении комфортные условия, но и снизить единовременные и эксплуатационные затраты. К системе воздухораспределения предъявляются следующие основные требования эстетические, архитектурно-строительные. Для реализации определенного способа распределения воздуха следует предусматривать некоторые пространства, например фальшпол,
177 подшивной потолок, технические этажи. Воздухораспределитель как видимая часть системы кондиционирования воздуха, особенно в помещениях гражданских зданий, должен отвечать эстетическим требованиям
– санитарно-гигиенические. Воздух в помещении необходимо распределить так, чтобы человек не испытывал дискомфорта не должно быть застойных зон, холодного дутья, сквозняков
– технологические. Для производственных помещений определенного назначения необходимо обеспечить поддержание температуры воздуха во всем объеме обслуживаемой зоны с заданной точностью
– акустические. Уровень звукового давления в помещении не должен превышать допустимого значения
– эксплуатационные, заключающиеся в возможности регулирования расхода воздуха через воздухораспределитель, направления подачи воздуха и вида струи в зависимости от режима охлаждения или отопления. Потери давления в воздухораспределителе должны быть минимальными
– экономические, состоящие в достижении эффективности системы кондиционирования с учетом минимальных единовременных и эксплуатационных затрат. В настоящее время условно различают два основных способа распределения воздуха в помещении перемешивающая вентиляция ивы тесня ю щ а явен т ил я ц и я , хотя в действительности способов организации воздухообмена больше. Классификация схем организации воздухообмена, принятая в отечественной практике, по направлению движения воздуха, например «сверху−вниз», «сверху−вверх» и т.д., не в полной мере отражает особенности формирования воздушных потоков в помещении. При перемешивающей вентиляции высокоскоростной турбулентный поток приточного воздуха вовлекает путем эжекции в движение окружающий воздух в помещении, перемешиваясь сними создавая относительно равномерное поле температур и скоростей по всему объему помещения. При этом способе распределения воздух чаще всего подается в верхнюю зону неизотермическими горизонтальными настилающимися или наклонными в сторону обслуживаемой зоны струями. Он широко применяется в производственных помещениях
178 большой высоты (8–18 мс незначительными избытками явной теплоты или высотой менее 8 м независимо от величины теплоизбытков, а также в таких помещениях гражданских зданий, как торговые залы магазинов, предприятий общественного питания, зрительные залы кинотеатров, клубов, театров, конференц-залы, спортивные залы, аудитории, офисные помещения.
Воздухораспределители при этом способе размещают на стене или на потолке, если это возможно конструктивно, например, при наличии подшивного потолка или технического этажа. Вытесняющая вентиляция представляет собой схему организации воздухообмена в помещении, обеспечивающую максимально беспрепятственное развитие восходящих конвективных потоков над источниками тепловыделений в верхнюю зону помещения. Удаление нагретого и загрязненного воздуха из помещения осуществляется из верхней зоны, приток чистого, холодного воздуха в нижнюю зону помещения − на уровне пола. При вытесняющей вентиляции воздух подается в рабочую или обслуживаемую зону помещения с малой скоростью, вызывая затопление помещения чистым воздухом. Далее он увлекается конвективными потоками, создаваемыми источниками теплоты в обслуживаемой зоне, обычно равномерно распределенными по площади помещения, вверх, ассимилируя вредности и удаляясь из верхней зоны. При организованной естественной вентиляции (аэрации) движение воздуха обусловлено естественными силами, вызванными разностью плотности нагретого (конвективные потоки от источников теплоты) и охлажденного воздуха. Вытесняющая вентиляция многие годы используется в производственных зданиях. В Европе в последние годы большое внимание уделяется способу вытесняющей вентиляции применительно к гражданским зданиям, в которых доля теплопоступлений, в том числе и конвективной составляющей, значительно выросла в связи с применением бытовой и офисной техники, а также усилением освещенности помещений. Способ вытесняющей вентиляции имеет преимущества перед перемешивающей вентиляцией в обеденных залах ресторанов, конференц-залах, классных комнатах школ, аудиториях, супермаркетах при высоте помещения болеем. К вытесняющей вентиляции можно отнести и подачу смеси первичного и рециркуляционного воздуха в помещение с низкой
179 скоростью с использованием специальных устройств, принцип действия которых основан на явлении эжекции (когда в сужающемся сечении создается пониженное давление одной среды, что вызывает приток другой среды. Распределение воздуха «из-под пола относят к вытесняющей вентиляции. Однако данный способ можно считать чем-то средним между перемешивающей и вытесняющей вентиляцией, так как он объединяет в себе особенности и преимущества обоих способов. При распределении воздуха из-под пола в обслуживаемой зоне осуществляется перемешивание приточного воздуха с воздухом помещения, а в верхней зоне ламинарный поток смеси под влиянием конвективных потоков теплоты с низкой скоростью устремляется вверх и удаляется из верхней зоны. К вытесняющей вентиляции относят способ распределения воздуха по схеме «сверху−вниз», применяемый в производственных помещениях с источниками пыли, например цеха табачных фабрик, или с вредными газами, плотность которых выше плотности воздуха при незначительных тепловыделениях, например гальванические цеха. В этом случае охлажденный воздух с малыми скоростями подается через воздухораспределители, установленные выше рабочей зоны, а удаление его происходит из нижней зоны. Способ локальной вентиляции заключается в непосредственной подаче чистого воздуха на рабочее место в зону дыхания человека в размере минимального воздухообмена. Каждый способ, имеющий свои преимущества и недостатки, должен применяться с учетом конкретных условий. Основные критерии при выборе способа – сокращение потребления энергии, повышение качества воздуха и условий комфорта в обслуживаемой зоне. Особенности различных схем организации воздухообмена http://teplo.com/otoplenie_review188.html
7.6 Естественная вентиляция в жилых зданиях В жилых зданиях в основном проектируются системы с естественной вентиляцией. В квартирах воздухообмен осуществляется следующим образом приток свежего воздуха неорганизованный) – через неплотности в оконных рамах, открывающиеся фрамуги и форточки, через установленные в
180 стенах, оконных рамах или коробках специальные клапаны (в том числе в шумозащитном исполнении. Такой воздухообмен происходит за счет гравитационного давления вследствие разности температур наружного и внутреннего воздуха, а также под воздействием ветра. Приточный воздух поступает в жилые комнаты и кухню, а через щели между полом и нижней частью дверей (высота щели должна быть 3−5 см) – в ванную комнату и туалет, нагревается, загрязняется продуктами жизнедеятельности людей и удаляется из квартиры через вытяжные решетки под потолком помещений, установленные в вентиляционных блоках, каналах или воздуховодах. В квартирах обычно вытяжку устраивают из кухонь, ванных комнат и санузлов. Для удаления воздуха проектируются сборные вертикальные каналы с подключаемыми к ним индивидуальными каналами- спутниками, в которых устанавливаются вытяжные решетки. Для двух последних этажей, на которых естественная вытяжка мала вследствие небольшой высоты верхней части сборного вытяжного канала, проектируются самостоятельные индивидуальные) вытяжные каналы
(вентблоки) с установкой канальных вентиляторов. Расчет вытяжной вентиляции производится с учетом условий переходного периода при температуре приточного воздуха +5 Си отсутствии ветра. Система естественной вентиляции рассчитывается на удаление из каждой квартиры нормативного количества воздуха. Давление, Па, заставляющее воздух перемещаться при естественной вентиляции, обусловлено гравитационными силами, возникающими вследствие разности плотности воздуха помещения в и наружного воздуха н при температуре 5 С. Оно определяется по формуле
ре
= н
– в,
(80) где h – расстояние по вертикали от центра вытяжной решетки до устья вытяжного каналам. Это естественное гравитационное давление расходуется на преодоление сопротивления движению воздуха на его пути в каналах и воздуховодах. В жилых, общественных и производственных зданиях, не требующих интенсивного воздухообмена, в основном проектируют вытяжные канальные системы естественной вентиляции (рисунок
181 56), которые обычно располагают в толще внутренних стен или в специальных железобетонных блоках и шахтах. Рисунок 56– Канальная система естественной вытяжной вентиляции с неорганизованным притоком наружного воздуха через щели или специальные воздухоприточные устройства
1 – вытяжная решетка 2 – вертикальный канал 3 – горизонтальный утепленный канал
4 – вытяжная утепленная шахта
5 – дефлектор Системы естественной вентиляции имеют простое устройство, несложны в эксплуатации. Скорость воздуха в воздуховодах систем с гравитационным (естественным) побуждением принимают 0,5−1,0 мс. Сборные короба и вытяжные шахты на чердаке выполняют с утепленными стенками во избежание выпадения конденсата на их внутренних поверхностях в зимнее время. Материал стенок каналов и шахт должен быть несгораем. В жилых зданиях вытяжные вентиляционные каналы из помещений, обращенных на противоположные фасады, не объединяют. Расчет воздуховодов вентиляционных систем (аэродинамический расчет) сводится к определению размеров живого сечения воздуховодов, оказывающих проходу требуемого количества воздуха сопротивление, равное расчетному давлению . Для улучшения работы вытяжной естественной вентиляции с использованием энергии гравитационных сил и ветра устанавливают дефлектор. Он представляет собой насадок на вытяжной трубе. Поток воздуха, обтекая дефлектор, создает в нем разрежение, за счет которого усиливается перемещение воздуха из помещения в атмосферу.
182
7.7 Вентиляционные каналы Распределение воздуха в системах вентиляции кондиционирования осуществляется сетью воздуховодов (каналов, которые могут быть различной конструкции (рисунок 57) и должны отвечать определенным требованиям
− обеспечивать пропускную способность для прохождения необходимого объема воздуха
− иметь минимальное сопротивление и потери
− обеспечивать по скоростному режиму нормативные шумовые характеристики
− занимать минимальное пространство. При необходимости на воздуховоды наносится тепло, звуко- или пароизоляция, а также огнезащитные покрытия. Классификация вентиляционных каналов и воздуховодов
− по плотности – плотные (класс Пи нормальные (класс Н
− скорости потока воздуха системы сети воздушных коммуникаций подразделяются на низкоскоростные (v
< 13 мс) и высокоскоростные (13 < v < 25 мс
− рабочему давлению – низкого давления (до 900 Па, среднего
(900–1700 Паи высокого (1700–3000 Па. Для небольших встроенно-пристроенных помещений, расположенных обычно на уровне го иго этажей жилых зданий, применяются низкоскорост- ные воздуховоды низкого давления. Рекомендуемые максимальные скорости воздуха в каналах (воздуховодах) находятся в пределах от 5 до 9 мс
183 Рисунок 57 – Конструкции вентиляционных каналов а − в кирпичной стене б − в борозде стены, заделываемой плитой в − подвесного, горизонтального
г-д − приставных (пристенных) вертикальных е − из сухой штукатурки в перегородке
1 − кирпичная стена 2 − штукатурка 3 − шлакогипсовые плиты 4 − перекрытие
5 − подвеска стальная, d = 6 мм
− конструкции – встроенные и приставные, круглые и прямоугольные, гибкие
− материалу – кирпичные, бетонные, железобетонные, асбоцементные, шлакогипса, металлические (оцинкованная или нержавеющая сталь, металлопластиковые), неметаллические синтетические материалы полиэтилен, стеклопластик, винипласт, стеклоткань и др, огнестойкие воздуховоды из негорючих материалов.
7.8 Аэродинамический расчет воздуховодов Аэродинамический расчет воздуховодов обычно сводится к определению размеров их поперечного сечения, а также потерь давления на отдельных участках ив системе в целом. Можно определять расходы воздуха при заданных размерах воздуховодов и известном перепаде давления в системе. При аэродинамическом расчете воздуховодов систем вентиляции а) б) де г 3 в)
5
184 Рисунок 58 – Аксонометрическая схема системы вентиляции
70 мм мм мм обычно пренебрегают сжимаемостью перемещающегося воздуха и пользуются значениями избыточных давлений, принимая за условный ноль атмосферное давление. При движении воздуха по воздуховоду в любом поперечном сечении потока различают три вида давления статическое, динамическое и полное. Статическое давление определяет потенциальную энергию 1 м воздуха в рассматриваемом сечении (р
ст равно давлению на стенки воздуховода. Динамическое давление − это кинетическая энергия потока, отнесенная к 1 м
3
воздуха:
2
ä
2
v
=
, (80) где − плотность воздуха, кг/м
3
;
v − скорость движения воздуха в сечении, мс. Полное давление равно сумме статического и динамического давлений
р
п
= рт + р
д
(81) Традиционно при расчете сети воздуховодов применяется термин "потери давления" (потери энергии потока. Аэродинамический расчет систем вентиляции выполняют после расчета воздухообмена в помещениях и решения по трассировке воздуховодов и каналов. Для проведения аэродинамического расчета на основе архитектурно-строительной и технологической (в случае необходимости) частей проекта вычерчивают аксонометрическую схему системы вентиляции (рисунок 58), по которой определяют протяженность отдельных ее ветвей и размещают элементы сети. Схему разбивают на отдельные расчетные участки. Расчетным участком называется часть воздуховода, в котором сохраняется сечение и один и тот же расход воздуха. Участки сети, не входящие в магистраль, называются ответвлениями. Потери давления на участке зависят от скорости движения воздуха и складываются из потерь на трение и
1 2
3
185 потерь в местных сопротивлениях. Намечается основное расчетное направление, представляющее собой цепочку последовательно расположенных участков от начала системы до наиболее удаленного ответвления. За магистральное направление принимается наиболее нагруженная (имеющая больший расход) протяженная цепочка последовательно расположенных расчетных участков. Потери давления в системе вентиляции равны потерям давления в основной расчетной цепи, складывающимся из потерь давления на всех последовательно расположенных участках, составляющих цепь, и потерь давления в вентиляционном оборудовании (калориферах, фильтрах и пр. В задачу аэродинамического расчета воздуховодов входят определение поперечных сечений воздуховодов и расчет потерь давления в сети. Площади поперечных сечений отдельных участков воздуховода определяются по уравнению неразрывности, м,
F = L/ v,
(82) где L – расход воздуха на участке, мс. Расчетная скорость воздуха для магистральных воздуховодов систем механической вентиляции принимается около 6–12 мс, для ответвлений – не более 8 мс. По площади поперечного сечения определяются размеры стандартного воздуховода, для круглого – диаметр d, для прямоугольного − размеры сторон ab. При перемещении засоренного воздуха, а также в воздуховодах пневматического транспорта скорость воздуха принимается больше скорости витания, чтобы не было оседания в воздуховодах включенных в воздух частиц твердой фазы. Потеря давления в воздуховоде р равна сумме потерь давлений на преодоление сопротивлении р
тр и местных сопротивлений
р
м.с
, Пар р
тр
+ р
м.с
. (83) Потеряна трение в круглом воздуховоде
р
тр
= Rl, (84)
186 где
− удельная потеря давления на трение, Па
d
− диаметр, м
l
− длина воздуховодам коэффициент сопротивления Для определения можно принять формулу АД. Альтшуля
0,25 68
,
Re
K
d
=
+
(85) где К
−
абсолютная шероховатость, мм (для технически гладких труб К = мм
Re – число Рейнольдса. Потери давления на местные сопротивления, Па,
р
м.с
= (
2
/2),
(86) где – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке. В воздуховодах встречаются различные местные сопротивления отводы, тройники, запорно-регулирующие устройства, входные и выходные устройства и т.п. Значения коэффициента
устанавливаются экспериментальным путем и приводятся в справочниках. В целях сокращения вычислительной работы для определения
р
тр и р
м.с составлены таблицы и номограммы, в которых потери давления даются в функции расхода воздуха, скорости и других факторов [19] (приложение Д. Таблицы и номограммы обычно составлены для круглых воздуховодов. Для воздуховодов прямоугольной формы в формуле
(85) вместо диаметра d, подставляется эквивалентный диаметр э, который определяется по формуле
э = U / 4F= а / (а + b), (87) где U – периметр сечения воздуховодам площадь воздуховодам стороны сечения воздуховодам. Например, приведем некоторые значения э (мм) каналов, соответствующие размерам в кирпичах 140 – ½×½; 180 – ½×1; 265 –
187 1×1; 320 – 1×1½; 375 – 1×2. Для выполнения расчета составляется аксонометрическая схема системы воздуховодов с обозначением расходов, длин и местных сопротивлений на каждом участке. Скорость воздуха на участках выбирается таким образом, чтобы она увеличивалась по пути к вентилятору или выходной шахте. В расчетную таблицу заносятся расходы воздуха, длины участков и принятые значения скоростей. По расходу и скорости определяются сечения и размеры воздуховодов. По номограмме (см. приложение Д) находят значения удельной потери на трение R, Па/м, и потери на трение по участкам R1, Па. Для каждого участка оценивают сумму коэффициентов местных сопротивлений и определяют потери на местные сопротивления. Определяются суммарная потеря давления на всех участках магистрали, а также потери давления в отдельных узлах, в которых имеется разветвление воздуховодов. Данные заносятся в таблицу 24. Таблица 24 – Ведомость аэродинамического расчета воздуховодов системы вентиляции Номер участка Расход воздуха на участке, м
3
/ч
Дл ин а участкам Раз меры каналам м
Э
кв ив ал ентны й диаметр, мм Действительная скорость воздуха, м
/с
По тер и давления нам канала к, Па
/м
По прав очный коэффициент Абсолютная шероховатость канала К
э
Ко эфф иц ие нт Потери давления натр ени е на участке, Па
Ди нам иче ск ое давление на участке Па
Су мм а коэффициентов местных сопротивлений Потери давления в местных сопротивлениях, Па
О
бщие потери давления на участке, Па Механическая вентиляция для жилых зданий
188 Механическую вентиляцию в жилищном строительстве можно подразделить
– на центральную и местную
– вытяжную и приточно-вытяжную. Принципиальные схемы естественной и механической вытяжной вентиляции многоэтажных жилых зданий приведены на рисунке 59. Жилые многоэтажные здания, как правило, проектируются с теплыми чердаками. Сборные вытяжные каналы выходят на теплый а) б) в) Рисунок 59 – Схема вытяжной естественной и механической вентиляции для многоэтажных (высотных) зданий ас вентиляторами на двух последних этажах б – крышным вентилятором в – вентиляторами на всех этажах
1 – воздухоприемные устройства 2 – вертикальный воздуховод 3 – вертикальный канал
(воздуховод)-спутник; 4 – сборный вертикальный канал 5 – индивидуальные каналы воздуховоды) двух последних этажей 6 – осевой вентилятор 7 – центральная вытяжная шахта
8 – крышный вентилятор
189 чердак, где устанавливается центральная вытяжная шахта (ЦВШ) с зонтом (для предотвращения попадания на чердаки в каналы осадков) или без зонта, нос поддоном для сбора сконденсированной влаги. Не допускается устройство общей вытяжной шахты для квартир разных секций дома, а также устройство нескольких вытяжных шахт на одну секцию жилого дома. В домах с холодным чердаком выпуск воздуха из вентблока в атмосферу осуществляется через самостоятельные вытяжные шахты. Сборные вертикальные каналы обычно выполняются из поэтажных блоков индустриального изготовления, как правило, гипсо- или железобетонных. В кирпичных зданиях сборные каналы и каналы-спутники выполняются, как правило, непосредственно в стене. В зданиях с большой высотой этажа, где применение индустриальных поэтажных блоков невозможно, а также в домах, возводимых по индивидуальным проектам, предусматриваются металлические вытяжные воздуховоды с подсоединением к ним воздуховодов-спутников по схеме через этаж. Известно, что аэродинамический режим здания (особенно повышенной этажности) таков, что нижние этажи работают на приток в режиме инфильтрации, а верхние − навытяжку в режиме экфильтрации. Кроме того, при определенном направлении и скорости ветра на верхних этажах может возникнуть опрокидывание тяги (с заветренной стороны. Практика эксплуатации жилых зданий повышенной этажности показала, что на двух последних этажах в вентиляционных каналах кухонь и санузлов необходимо устанавливать малогабаритные осевые вентиляторы. Вытяжка из техподполья должна происходить через самостоятельные вертикальные каналы. На выпусках воздуха в теплый чердак из вентблоков устанавливаются диффузоры оголовки вентблоков). В связи с проектированием в последние годы теплых домов с герметичными оконными переплетами и трехслойными стеклопакетами естественная вентиляция становится неэффективной из-за полного отсутствия или ограниченного поступления инфильтрационного воздуха. Поэтому применение механической вентиляции стало особенно
190 актуально при проектировании новых и реконструкции старых жилых домов. Это вызвано тем, что установка окон с высокими значениями сопротивления воздухопроницанию приводит к снижению воздухопроизводительности естественной вентиляции. Кроме того, дальнейшее повышение показателей энергосбережения возможно только при утилизации теплоты вытяжного воздуха, а для этого необходима приточно-вытяжная механическая вентиляция. Схема вытяжной механической вентиляции может быть дополнена приточной установкой, расположенной в подвале, и вытяжной – на чердаке (рисунок 60). Рисунок 60 – Механическая приточно-вытяжная система вентиляции жилого дома
1 – выбросная шахта, 2 – вытяжной вентилятор 3 – сборный вытяжной воздуховод
4 – вытяжной воздуховод вытяжная решетка 6 – приточная решетка 7– приточный воздуховод, 8 – приточный вентилятор 9 – калорифер 10 – воздушный фильтр
191 11 – многостворчатый утепленный клапан 12 – воздухозаборная шахта Приточная установка очищает наружный воздух в фильтре, подогревает его вытяжным воздухом в рекуперативном теплообменнике, затем подогревает его в калорифере и подает его непосредственно в помещения. При этом в квартирах создается подпор, что исключает инфильтрацию воздуха. Воздухозаборные отверстия в уличных шахтах следует располагать не нижем от поверхности пола. Для удаления избытков теплоты, влаги и вредных газов вытяжной воздух следует удалять из верхней зоны помещения через отверстия, размещенные под потолком, ноне нижем от пола до низа отверстий. Механическая приточная вентиляция может быть совмещена с воздушным отоплением. Такие системы в жилых зданиях могут быть как центральными, таки квартирными с частичной рециркуляцией воздуха. Отопление осуществляется за счет перегрева приточного воздуха. Температура приточного воздуха г не должна превышать 45 С. Минимальный расход приточного воздуха для воздушного отопления o
ã
â
3, 6
(
)
Q
G
c t
t
=
−
. (88) Расход приточного воздуха в таких системах должен быть принят по большей величине потребности на нужды отопления и вентиляции с корректировкой (при необходимости) температуры приточного воздуха.
7.10 Рекуператоры (теплоутилизаторы) Сбережение энергоресурсов − очень актуальная проблема современного мира, дающая толчки к разработке и использованию экономичного оборудования либо вторичного использования уже затраченной энергии во многих сферах производства и обслуживания. Энергосберегающие системы вентиляции − не исключение в данном вопросе. При проектировании систем вентиляции также необходимо помнить, что эксплуатационные затраты можно уменьшить за счет вторичных тепловых энергоресурсов.
192
Теплоутилизатор – это теплообменный аппарат для утилизации бросового тепла или холода технологического процесса или выбрасываемого теплого воздуха в целях его дальнейшего использования для нагрева или охлаждения воздуха. Однако в последнее время в научных работах и технических статьях довольно часто используется термин рекуператор (от лат. recuperator – получающий обратно, возвращающий. Рекуператоры и рекуперация воздуха http://www.teploved.ru/menu6_4.html. Под
рекуперационными процессами в каких-либо технологических операциях подразумевают возврат части материала или энергии для их вторичного использования. В системе приточно- вытяжной вентиляции под рекуперацией воздуха подразумевают процесс нагревания холодного приточного воздуха удаляемым теплым вытяжным. Использование приточно-вытяжных рекуператоров – одно из самых перспективных направлений в энергосбережении в области вентиляции, отопления и кондиционирования. В холодное время года поступающий через рекуператор с улицы холодный воздух обогревается выходящим из помещения отработанным теплым воздухом. И, наоборот, в летние месяцы поступающий с улицы слишком теплый воздух охлаждается уходящим из помещения более холодным. При этом поддержание постоянной температуры в помещении при использовании рекуператора происходит со значительной экономией затрат энергии. Получить вторичную энергию в вентиляционных системах можно за счет использования холода либо тепла от технологических установок в случае, если они пригодны для использования, а также за счет холода либо теплоты от воздуха, который удаляется общеобменной системой вентиляции. В вентиляционных системах для сбережения энергии применяются теплоутилизаторы теплообменники, которые бывают разных типов рекуператоры перекрестноточные (пластинчатые, роторные (регенеративные, рекуператоры с промежуточным теплоносителем и др. Пластинчатый воздуховоздушный теплоутилизатор (рисунок 61) выполняется в виде моноблочного узла, где потоки приточного и вытяжного воздуха омывают одни и те же теплопроводящие пластины, не контактируют друг с другом непосредственно.
193 Вытяжной воздух передает теплоту пластине, а приточный наружный аккумулируете и возвращает обратно в помещение. Недостаток со стороны вытяжного воздуха на теплообменной пластине может скапливаться конденсат, который впоследствии может попасть в воздуховоды по направлению движущегося воздушного потока и замерзать при низких t
н
Эффективность пластинчатых рекуператоров высока (50–80 %). Чаще всего их устанавливают на малых предприятиях, в небольших зданиях, коттеджах, магазинах. В настоящее время в Республике Беларусь налажен выпуск агрегатов вентиляционных теплоутилизационных типа АВТУ для использования в системах принудительной приточно-вытяжной вентиляции, которые обеспечивают нормируемые параметры микроклимата в помещениях жилых, административных зданий, школ, дошкольных учреждений и утилизацию тепла, содержащегося в удаляемом воздухе для подогрева свежего приточного воздуха (http://www.alternativa.by/content/view/21/45/). В теплоутилизаторах (рекуператорах) роторного (регенеративного) типа (рисунок 62) теплота передается вращающимся между удаляемыми приточным каналами ротором. Ротор непрерывно вращается в плоскости, перпендикулярной направлению воздушного Рисунок 62 – Роторный рекуператора схема воздушных потоков б – изменение температур воздушных потоков в – внешний вид б) а)
в) Рисунок 61 – Пластинчатый перекрестно-точечный теплоутилизатор рекуператора изменение температур воздушных потоков б – внешний вида изменение температур воздушных потоков б – внешний вида) б) б) Изменение температуры воздушных потоков в роторном рекуператоре
194 потока, при этом он расположен таким образом, что одна его половина находится в вытяжном воздуховоде, а другая в приточном. Нагретые уходящим воздухом пластины ротора, попав в приточный воздуховод, омываются холодным наружным воздухом и передают ему теплоту. Скорость вращения ротора определяет уровень рекуперации теплоты. Роторные рекуператоры наиболее эффективны 75–90 %, и поэтому стоят дороже других (в том числе и за счет электропривода. Сфера их применения – библиотеки, бассейны, заводские помещения, производственные и сельскохозяйственные предприятия. В рекуператорах с промежуточным теплоносителем присутствуют два теплообменника, между которыми циркулирует теплоноситель (вода или водно-гликолиевый раствор, который нагревается удаляемым воздухом водном канале, после чего передает теплоту приточному воздуху в другом канале. Замкнутая система исключает опасность передачи загрязнений из удаляемого воздуха в приточный, поэтому они используются в случае загрязненности или токсичности удаляемого воздуха. Передача теплоты определяется изменением скорости циркуляции теплоносителя. Эффективность рекуператоров такого типа – 45−60 %. В рекуператорах камерного типа заслонка делит камеру пополам. Сначала удаляемый воздух нагревает одну половину камеры, после чего заслонка изменяет направление воздушного потока, и приточный воздух нагревается от нагретых стенок камеры. Это рекуператор открытого типа с высокой эффективностью 70−80
%. Рекуператор типа Тепловые трубы (рисунок 63) представляет собой закрытую систему трубок. Помещенный в них фреон испаряется в процессе нагревания удаляемым воздухом. Приточный воздух проходит вдоль трубок, после чего возникший конденсат опять превращается в жидкость. Эффективность такого рекуператора
50−70 Рисунок 63 – Рекуператор типа тепловая труба Холодный воздух Поглощение теплоты Теплый воздух Выделение тепла
195 Применение рекуператоров позволяет в среднем экономить от
30 до 40 %, а при температурах наружного воздуха +5…–5 о
С − до
70 % теплоты, затрачиваемой на подогрев приточного воздуха. Поэтому наиболее широкое применение они нашли в странах с мягким климатом. Использование рекуператоров в условиях белорусской зимы связанно с рядом трудностей необходимостью установки дополнительной ступени калорифера на входе холодного воздуха в рекуператор либо устройства байпаса, по которому будет отводиться приточный воздух вовремя периодических разморозок рекуператора. Это, в свою очередь, приводит к усложнению и удорожанию автоматики. Кроме того, дополнительные затраты потребуются для того, чтобы собрать приточные и вытяжные воздуховоды водном месте. Тем не менее, в условиях постоянно растущих ценна энергоносители применение рекуператоров вполне оправдано. Стоит иметь ввиду, что принцип рекуперации
(теплоутилизации) может быть применен не только для приточно- вытяжной вентиляции, но и для сохранения тепловой энергии, которая сбрасывается с отходами воды горячего водоснабжения. Но эта тема рассматривается более подробно в курсе Энергосбережение. Тепловой коэффициент полезного действия рекуператора
= (пр – ну н,
(89) где пр – температура приточного воздуха после прохождения через- теплообменнику температура удаляемого внутреннего воздуха
н – температура наружного воздуха.
7.11
Воздушно-тепловые завесы Воздушная или воздушно-тепловая завеса (сподогревом воздуха) – вентиляционное устройство, предотвращающее резкое проникновение (врывание) наружного воздуха в помещение через открытые проемы (двери, ворота) (рисунок 64). Завесы применяются также для защиты от перетекания воздуха из одного помещения в другое. В последнем случае завеса обеспечивает разделение зон с различными параметрами воздушной среды температурой, влажностью, уровнем загрязнения
196 вредными веществами.
Воздушно-тепловые завесы могу использоваться также для дополнительного отопления помещений. Наиболее часто воздушно-тепловые завесы устанавливаются на входах во встроенно-пристроенные помещения и у ворот въезда автотранспорта (например, у дебаркадера магазина. Основные элементы воздушно-тепловой завесы показаны на рисунке Принцип действия завесы заключается в том, что за счет подачи высокоскоростного струйного воздушного потока создается невидимая преграда, препятствующая перемещению воздушных масс, ноне мешающая движению людей и транспортных средств. Классификация воздушных завес По принципу действия воздушные завесы разделяются на наружного и внутреннего действия. Воздушные завесы наружного действия устраиваются у проемов в наружных ограждениях (например, при входе во встроенные офисные помещения) и работают как отсечка. В последнее время встречаются также проектные решения, в которых у проемов во внутренних ограждениях устанавливаются завесы внутреннего действия, которые препятствуют перемещению вредностей с воздушными потоками в чистые помещения. Рисунок 64 Основные элементы воздушно-тепловой завесы
1 – воздуховод 2 – вентилятор 3 – воздухонагреватель (водяной или электрический 4 – воздуховод равномерной раздачи
5 – щелевой насадок 6 – фильтр 7 – проем в ограждении
Порежиму работывоздушные завесы бывают периодического и
197 постоянного действия. Режим работы воздушных завес определяется требованиями, предъявляемыми к режиму помещений. Воздушную завесу постоянного действия можно использовать не только по ее прямому назначению, но и для организации притока или вытяжки, а также в качестве воздушно-отопительного агрегата, компенсирующего дополнительные потери теплоты.
Понаправлению струивоздушные завесы можно подразделить на имеющие
− направление струи снизу вверх, с подачей воздуха через горизонтальную щель, расположенную внизу проема
− горизонтальное направление струи – одно- и двусторонние, с подачей воздуха через вертикальную щель, расположенную с одной или с двух сторон проема
− направление струи сверху вниз, с подачей воздуха через горизонтальную щель, расположенную вверху проема. Для проемов в наружных ограждениях наиболее целесообразно устройство завес с подачей воздуха снизу вверх, при этом достаточно эффективно предотвращается проникновение холодного воздуха в нижнюю часть помещения, где находятся люди. По месту расположения воздухозабораи температуре подаваемого воздуха t
3
завесы можно классифицировать на имеющие
− внутренний (из помещения) забор воздуха с температурой в и подогрев подаваемого воздуха (t
3
> в. Такие завесы устраивают у проемов в наружных ограждениях помещений с постоянными рабочими местами, расположенными вблизи воротили дверей, например в магазинах
− внутренний воздухозабор без подогрева подаваемого воздуха
(t
3
в. Обычно применяются у проемов в наружных ограждениях, когда допускается некоторое периодическое понижение температуры помещения
− наружный воздухозабор и подогрев подаваемого воздуха до температуры помещения (t
3
= t
в. Таким образом, устраивают завесы постоянного действия, используемые дополнительно в качестве приточных вентиляционных установок. По источнику нагревания воздуха,подаваемого в помещение завесой, они делятся на водяные (калориферные) и электрические.
Попринципу действиязавесы могут быть шиберующего (отсечного)
198 и смесительного типов. В первом случае воздушная струя завесы, уменьшая количество проходящего через проем воздуха, частично шиберует (отсекает) проем, и значение коэффициента расхода воздуха через проем при работе завесы снижается, во втором – обеспечивается смешивание наружного воздуха, поступающего через открытый проем, с воздухом завесы. Проектирование воздушных и воздушно-тепловых завес следует предусматривать
– у постоянно открытых проемов и наружных стен помещений, а также у вороти проёмов в наружных стенах помещений, не имеющих тамбуров и открывающихся более 5 разили не менее чем на 40 мин в смену
– наружных дверей вестибюлей общественных, административных и бытовых зданий при количестве человек, проходящих через двери в течение 1 ч, равном 400 чел. и более
– наружных дверей, вороти проёмов помещений с мокрым режимом и др. при обосновании [1, п. Основными параметрами, характеризующими конкретные модели тепловых завес, являются мощность обогрева, кВт производительность по воздуху, м
3
/ч; ширина завесы тип используемого подогревателя (с электрокалорифером или с водяным калорифером. Воздушные завесы проектируются при условии возможности поддержания в холодный период года (при расчетных параметрах наружного воздуха Б) вовремя открывания вороти дверей температуры воздуха в помещениях на постоянных рабочих местах не ниже 14 С при легкой работе, 12 С при работе средней тяжести и 8 С при тяжелой работе. При установке воздушных завес температура воздуха на рабочих местах должна удовлетворять санитарным нормам СНБ Температуру воздуха, подаваемого воздушно-тепловыми завесами, следует принимать не выше 50 Су наружных дверей и не выше
70 Су наружных вороти проемов. Скорость выпуска воздуха из щелей или отверстий завес рекомендуется не более 8 мс у наружных дверей и до 25 мс у въездных ворот. Для того чтобы воздушная или тепловая завеса успешно могла справляться со своей задачей, необходимо соблюдать условия
– длина тепловой завесы, устанавливаемой наддверным проемом,
199 должна как минимум на 10 см превышать ширину этого проема (для того, чтобы обеспечить полное перекрытие по боками не допустить образование щелей справа или слева от проема
– производительность по воздуху, указываемая в технических характеристиках к воздушным тепловым завесам, должна быть достаточной для того, чтобы эффективный поток воздуха доставал до самого пола, так как только в этом случае можно гарантировать отсутствие сквозняков снизу, которые, в случае их возникновения, способны свести на нет всю работу тепловых завес. Поэтому скорость воздушного потока в нижней части проема должна быть не меньше 5 мс (для офисных помещений. Соблюдение этих простых условий позволит обеспечить эффективность работы тепловой или воздушной завесы.
7.12 Механическая вентиляция промышленных зданий Системами механической вентиляции оборудуются те помещения здания, где кратность воздухообмена по притоку или вытяжке превышает однократный объем воздуха (приточная или вытяжная. К категориям зданий, оборудованных механической вентиляцией, относятся, как правило, общественные и административно-бытовые здания, детские учреждения, зрелищные учреждения, предприятия общепита, промышленные предприятия. Вентиляцию с искусственным побуждением следует предусматривать
– если метеорологические условия и чистота воздуха не могут быть обеспечены вентиляцией с естественным побуждением
– для помещения и зон без естественного проветривания. Расчет вентиляции производственных помещений производится на этапе проектирования здания и сооружения на основе строительных нормативных документов, например, для Республики Беларусь необходимо использовать СНБ 4.02.01-03. Вентиляция промышленных зданий может быть организована
– по способам циркуляции воздуха в производственных помещениях – механическая или естественная. Система механической вентиляции может быть нескольких типов вытяжная (для небольших цехов, приточная, приточно-вытяжная (для крупного производства
– охвату вентилируемой площади. Подразделяют на общеобменную и местную вентиляцию, причем, при проектировании обычно
200 применяется комбинация этих вариантов (рисунок 65). Использование общеобменной вентиляции производственных помещений позволяет производить регулировку температурного режима. Местная же вентиляция устанавливается на объектах, где в момент рабочего процесса возникает образование технологической пыли или происходит выброс ядовитых веществ
– времени действия. Различают аварийную или постоянную вентиляцию. Аварийная вентиляция должна включаться в работу только в моменты, когда по различным причинам не справляется с негативными факторами основная вентиляция или же когда она может выйти из строя. Системы вентиляции производственных помещений проектируют, основываясь наследующих параметрах
− объем и площадь, высота потолков помещения
− категории операций и работ
− количество предполагаемых работников водном помещении
− продолжительность нахождения в помещении людей
− уровень загруженности помещения, где будет проводиться производство и другие работы
− расположение непосредственно рабочих мест сотрудников организации, а также другие факторы
– по назначению вентиляционные системы можно разделить на приточные и вытяжные. Приточные системы служат для подачи в вентилируемые помещения чистого воздуха взамен загрязнённого. При этом в необходимых случаях приточный воздух может подвергаться обработке, например, очистке, нагреванию и увлажнению. К устройствам местной приточной вентиляции относятся воздушные души, воздушные завесы и воздушное отопление. Воздушным душем называется струя воздуха (подогреваемого зимой ив случае необходимости охлаждаемого летом, направленная непосредственно на человека. Воздушный оазис представляет собой площадку, отделенную от помещения перегородками, нос открытым верхом. Вводимый в отгороженное пространство охлажденный и поэтому более тяжелый приточный воздух затопляет его и через открытый верх переливается в помещение. С помощью воздушного оазиса можно обеспечить нормальные метеорологические условия на локальном участке. В системах воздушного отопления воздух нагревается в калориферах до определённой температуры, а затем подаётся в помещение.
201 Рисунок 65 – Общие схемы местной механической системы вентиляции Вытяжная вентиляция служит для удаления из помещения загрязненного или нагретого отработанного воздуха. К вытяжным вентиляционным системам промышленной вентиляции относят системы аспирации или пневматического транспортирования сыпучих материалов, а также отходов производства пыли, стружек, опилок и пр. Эти материалы перемещают по трубами каналам потоком воздуха. Со способами организации воздухообмена связано понятие о воздушном балансе. При равенстве объемов организованного притока и вытяжки воздушный баланс называют уравновешенным. Если количество организованно подаваемого воздуха больше отводимого и давление в помещении положительное, то и воздушный баланс является положительным. Он изолирует помещение от проникновения в него воздуха снаружи и из соседних помещений, если это необходимо по санитарным или технологическим требованиям Отрицательным называется воздушный баланс при разрежении в помещении, те. в случае, когда воздуха организованно отводится больше, чем подается. Вместе стем в зимний период отрицательный баланс иногда приводит к выхолаживанию помещения и неприятному дутью через неплотности наружных окон, дверей и ворот. Поэтому только уравновешенный баланс обеспечивает
202 автономность воздухообмена данного помещения.
162 Она показывает выраженную в процентах долю, которую составляет плотность пара , содержащегося в данный момент в воздухе, от плотности насыщенного пара нас для этой же температуры
=
í àñ
100 %.
(72) Для насыщенного воздуха = 100 %. Относительную влажность воздуха в помещении нормируют. Для жилых и общественных помещений относительная влажность считается приемлемой в пределах от 30 до 70 %.
Влагосодержанием воздуха d называют количество водяного пара, приходящееся на 1 кг сухой части влажного воздуха, г/кг, те пс) где пи с – массы водяного пара и сухого воздуха в данном объеме V. На влагосодержание паровоздушной смеси влияет барометрическое давление, при котором находится эта смесь. Барометрическое давление атмосферного воздуха р
б
– это сумма парциальных давлений сухой его части (р
с
) и водяного пара (р
п
), те.
р
б
= р
с
+ р
п
(74) В качестве единицы измерения барометрического давления воздуха принят паскаль. Значение парциального давления компонента смеси в состоянии полного насыщения называют парциальным давлением насыщения р
н или упругостью насыщенных паров. Плотность влажного воздуха (
в.п
) равна массе 1 м смеси, состоящей из сухой части воздуха и водяных паров. Плотность сухого воздуха при одинаковом барометрическом давлении и одинаковой температуре больше плотности влажного воздуха, но эта разница невелика. Массовая теплоемкость влажного воздуха представляет собой количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы нагреть на один градус 1 кг сухой части влажного воздуха и приходящееся на их долю количество водяных паров с
р
= 1,8 кДж/(кг°С). Объемная теплоемкость влажного воздуха с) – это количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы нагреть на один градус 1 м влажного воздуха. При температуре 0 Си барометрическом давлении 100 кПа объемная теплоемкость влажного воздуха составляет 1,29 кДж/(м
3
∙°С). С изменением температуры и давления
163 объемная теплоемкость влажного воздуха меняется пропорционально его объемной массе. Поэтому при определении расходов теплоты на нагрев воздуха (или его охлаждение) удобнее пользоваться массовой теплоемкостью. Теплосодержание (энтальпия) влажного воздуха I
вл массой
(I + d/1000) кг равно сумме теплоты, содержащейся в 1 кг сухой части влажного воздуха. Энтальпия воздуха, связанная с изменением температуры воздуха, характеризует изменение явной теплоты. При поступлении в воздух водяных паров стой же температурой воздуху передается скрытая теплота. Энтальпия воздуха возрастает за счет изменения энтальпии влажной части воздуха. Температура воздуха при этом не изменяется. Температурой точки росы р) влажного воздуха называется температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания. При понижении температуры влажного воздуха еще ниже начинается конденсация пара (выпадает роса) в объеме паровоздушной смеси, и появляется туман. Температура мокрого термометрам температура, которую принимает влажный воздух на стадии полного насыщения в процессе испарения воды, без подвода теплоты извне при постоянном теплосодержании. Значения t, d, I, , р, м, р
п
– это параметры состояния влажного воздуха, характеризующие его тепловые и влажностные свойства. Следует отметить, что только t и d могут изменяться произвольно, независимо одна от другой, хотя эти изменения имеют определенный предел. Каждому конкретному значению t и d соответствуют определенные числовые значения всех остальных параметров, найти которые можно по I-d диаграмме (рисунок 52).
I-d диаграмма впервые была составлена в 1918 году советским инженером-теплотехником Рамзиным и графически связывает все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха. Диаграмма построена в косоугольной системе координат. По оси ординат диаграммы отложены значения энтальпии I, кДж/кг, сухой части воздуха, по оси абсцисс, направленной под углом 135° коси значения влагосодержания d, г/кг, сухой части воздуха. Поле диаграммы разбито линиями постоянных значений энтальпии I=const и влагосодержания d = const. На него нанесены также линии постоянных
164 значений температуры t = const, которые не параллельны между собой чем выше температура влажного воздуха, тем больше отклоняются вверх его изотермы. Кроме линий постоянных значений I, d, t, на поле диаграммы нанесены линии постоянных значений относительной влажности воздуха φ = const. В нижней части I-d диаграммы расположена кривая, имеющая самостоятельную ось ординат. Она
165 связывает влагосодержание d, г/кг, с упругостью водяного пара п, кПа. Ось ординат этого графика является шкалой парциального давления водяного пара p п
Рисунок 52 – I-d диаграмма влажного воздуха В результате нагревания, охлаждения, осушения или увлажнения
166 влажного воздуха изменяется его тепловлажностное состояние. Процессы изменения изображаются на I-d диаграмме прямыми линиями, которые соединяют точки, характеризующие начальные и конечные состояния воздуха (рисунок 53). Рисунок 53 – Схема определения параметров влажного воздуха на I-d диаграмме
7.2 Назначение вентиляции и классификация вентиляционных систем Вентиляцией называется организованный обмен воздуха в помещениях для удаления избытков теплоты, влаги, вредных веществ с целью обеспечения допустимых параметров микроклимата и чистоты воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне [1]. Система вентиляции представляют собой комплекс инженерных устройств, включающих воздушный тракт (воздуховоды, оборудование для обработки (очистки, нагрева) и транспортировки, подачи и удаления воздуха, а также сетевое оборудование
(воздухоприемные, воздухораспределительные устройства, дроссель-клапаны и др) [31, 32,
37, 48]. Общая классификация вентиляции приведена на рисунке 54.
φ
1
ε = мм р
р
п1
d
1
I
1 п
1
167 Рисунок 54 – Классификация вентиляции В зависимости от назначения вентиляции присущи следующие характерные признаки. По способу создания давления для перемещения воздуха системы могут применяться с гравитационным побуждением естественная вентиляция, с искусственным побуждением воздуха механическая вентиляция, при одновременном действии механической и естественной вентиляции – смешанная. При естественной вентиляции перемещение воздуха происходит
168 а) вследствие аэрации – или разности температур наружного атмосферного) воздуха и воздуха в помещении (рисунок 55, а Аэрацию применяют в цехах со значительными тепловыделениями, если концентрация пыли и вредных газов в приточном воздухе не превышает 30 % предельно допустимой в рабочей зоне. Аэрацию не применяют, если по условиям технологии производства требуется предварительная обработка приточного воздуха или если приток наружного воздуха вызывает образование тумана или конденсата. Аэрация под действием гравитационного (теплового) давления образуется при наличии разности температур и, следовательно, разности плотностей воздуха внутри и снаружи помещения.
Из-за разности температур воздуха помещения и наружного воздуха (в н или в н) по обе стороны вертикальных ограждений помещения возникает разность давлений (р
в
р
н или р
в
р
н
). Разность давлений и отсутствие герметичности помещения (здания) вызывает перемещение воздуха или водном (при в н) или в другом (при в н) направлении. Чаще наружный воздух имеет температуру ниже, а значит, и плотность выше, чем внутренний воздух помещения (н в
н
в, поэтому характерным является перепад давлений р = (р
н
− рви, как следствие, – движение наружного воздуха в нижнюю зону помещения. Атак как нагретый более легкий воздух стремится занять верхнее положение, возникает естественное гравитационное движение воздуха помещения здания – снизу−вверх. Вследствие этого давление воздуха в зоне пола получается ниже, а в зоне потолка – выше наружного давления.
Из-за циркуляции воздуха помещения возникает область плоскость) равных давлений, называемая нейтральной зоной. Ниже области равных давлений в помещении образуется зона разряжения зона инфильтрации наружного воздуха, а выше – зона подпора зона эксфильтрации внутреннего воздуха помещения. При увеличении разряжения область равных давлений смещается вверх, а при увеличении подпора – вниз. Устройство проемов 1 (форточек, фрамуг, фонарей, окон и дверей) в ограждениях нижних и верхних зон здания способствует гравитационному движению воздуха, а устройство проемов в плоскости равных давлений не влияет на его движение.
169 Отработавший воздух уходит из цеха через верхние проемы или специальные устройства – аэрационные фонари. Невозможность очистки вытяжного воздуха является недостатком аэрации. В системах естественной вентиляции, в которых перемещение воздуха создается за счет разности давлений воздушного столба, минимальный перепад по высоте между уровнем забора воздуха из помещения и его выбросом через дефлектор должен быть не менее 3 м. При этом рекомендуемая длина горизонтальных участков воздуховодов не должна быть болеем, а скорость воздуха в воздуховодах – не превышать 1 мс б) в результате воздействия ветрового давления. Воздействие ветрового давления выражается в том, что на наветренных обращенных к ветру) сторонах здания образуется повышенное, а на подветренных сторонах, а иногда и на кровле, – пониженное давление (разрежение. Если в ограждениях здания имеются проемы, то с наветренной стороны атмосферный воздух поступает в помещение, ас заветренной – выходит из него. При этом количество воздуха приточного и вытяжного будет зависеть от многих факторов, а именно от направления и скорости ветра, температуры, от конфигурации здания и расположения его среди других строений.
Рисунок 55 – Схема аэрации помещения в результате разности температура) и воздействия ветрового давления (б) Системы естественной вентиляции просты и не требуют сложного дорогостоящего оборудования и расхода электрической энергии. Однако зависимость эффективности этих систем от переменных факторов (температуры воздуха, направления и скорости ветра, а также небольшое располагаемое давление не позволяют решать сих помощью все сложные и многообразные задачи в области а) б) н,
н
t
в
;
в
170 вентиляции. При механической вентиляции используются оборудование и приборы (вентиляторы, электродвигатели, воздухонагреватели, пылеуловители, автоматика и др, позволяющие перемещать необходимое количество воздуха на значительные расстояния. Затраты электроэнергии на работу вентсистем могут быть довольно большими. Такие системы могут подавать и удалять воздух из локальных зон помещения в требуемом количестве, независимо от изменяющихся условий окружающей воздушной среды. При необходимости воздух подвергают различным видам обработки очистке, нагреванию, увлажнению и т. д. В практике часто предусматривают смешанную вентиляцию. Однако в каждом конкретном проекте определяется тип вентиляции, удовлетворяющий санитарно-гигие-ническим, а также экономическими техническим требованиям. По функциональному признаку или по способу подачи воздуха и его удаления из помещения) вентиляционные системы бывают приточные, вытяжные или приточно-вытяжные. Выбор необходимой системы зависит от назначения, объема и конкретных особенностей помещения (наличия и характера источника загрязнений, количества людей, планировки и т.д.). Приточная система предназначена для подачи в помещение чистого воздуха взамен удаляемого. В помещении при этом создается повышенное (избыточное) давление, за счет которого воздух удаляется наружу через окна, двери или в другие помещения. При этом свежий воздух подается, как правило, после предварительной подготовки, которая может включать очистку, подогрев, охлаждение, увлажнение. Вытяжная система предназначена для удаления загрязненного воздуха из помещения, при этом в помещении создается пониженное давление, и воздух из соседних помещений или наружный воздух поступает в данное помещение. Вытяжные системы применяют для помещений с кратковременным пребыванием людей или при небольших количествах вытяжного воздуха. В приточно-вытяжной системе воздух в помещение подается приточной системой, а удаляется вытяжной. Обе системы работают одновременно. При этом их производительность должна быть одинаковой, чтобы исключить разницу воздушного давления внутри
171 и снаружи помещения, приводящую к эффекту хлопающих дверей. В системах с рециркуляцией отработавшего воздуха к наружному воздуху подмешивается часть вытяжного воздуха. Они применяются для снижения расхода теплоты в холодный период года или для снижения расхода холода в системах кондиционирования воздуха в теплый период года. Для утилизации теплоты уходящего воздуха и предварительного подогрева приточного воздуха широкое применение находят
теплообменники-утилизаторы (рекуператоры. По схеме воздухообмена (или по зоне обслуживания) системы вентиляции разделяют на местные, общеобменные и смешанные. При местной системе вентиляции воздух удаляется или подается непосредственно у места образования вредных вещества также у места работающего через специальные устройства (местные отсосы). Местная вытяжная система применяется для предотвращения распространения вредных выделений по всему помещению. При этом достигается максимальный эффект при минимальном количестве удаляемого воздуха в системах локализации и аспирации. К местной приточной системе вентиляции относятся воздушные завесы и воздушное душирование, которое применяется при воздействии на работающего человека потока радиационной теплоты ив том случае, когда локализующая общеобменная вентиляция не обеспечивает на рабочем месте заданных параметров воздушной среды. Системы аспирации предназначены для удаления и очистки воздуха от пыли. При устройстве общеобменной вентиляции смена воздуха происходит в объеме помещения. Общеобменная приточная вентиляция устраивается для ассимиляции избыточного тепла и влаги, разбавления вредных концентраций паров и газов, не удаленных местной и общеобменной вытяжной вентиляцией, а также для обеспечения расчётных санитарно-гигиенических норм и свободного дыхания человека в рабочей зоне. Общеобменные вытяжные системы относительно равномерно удаляют воздух из всего обслуживаемого помещения. Смешанная система вентиляции является сочетанием элементов общеобменной и местной систем.
172 По характеру обработки воздуха системы вентиляции могут быть прямоточными (в помещение подается только наружный воздух, рециркуляционными (весь воздух из помещения или его часть после обработки вновь поступает в помещение) и рекуперативными (утилизируется теплота выбросного воздуха для нагрева приточного воздуха. Системы аварийной вытяжной вентиляции обязательны для производств, в которых возможен прорыв вредных газов и паров. Система аварийной вентиляции должна включаться автоматически при достижении предельно допустимой концентрации вредных выделений или при останове одной из систем общеобменной или местной вентиляции. По конструктивному исполнению системы вентиляции разделяют на бесканальные и канальные. В первом случае воздухообмен осуществляется при проветривании помещения и естественной инфильтрации воздушных масс через щели дверей и окон, поры стен. Расчет вентиляции в этом случае затруднен, так как он нерегулярен, неорганизован, имеет низкую эффективность ив зимнее время сопровождается значительными потерями теплоты. Во втором случае системы вентиляции имеют разветвленную сеть в стенах и перекрытиях воздуховодов для перемещения воздуха канальные системы, через которые осуществляется воздухообмен. В большинстве многоквартирных домов, построенных в прошлом веке, оборудована вытяжная канальная система вентиляции с естественным побуждением. Расчет вытяжной вентиляции сводится к определению геометрических параметров воздуховодов, которые обеспечивали бы доступ необходимого количества воздуха в соответствии с СНБ 4.02.01−03. В большинстве помещений общественного пользования и производственных зданиях только организация вентиляции с механическим побуждением движения воздуха может обеспечить достаточный воздухообмен. Разработка системы вентиляции требует соответствующей подготовки и включает следующие этапы определение необходимого воздухообмена, составление принципиальной схемы вентиляции, аэродинамический расчет воздуховодов, расчет параметров входящих в систему компонентов, разработка схемы
173 управления и автоматики, подбор оборудования. Оборудование вентиляционных систем может размещаться как в специальных технологических помещениях –венткамерах, таки в других местах
– за подвесным потолком, в коробах, на чердаке, технических этажах, подвалах и т.п.
7.3 Исходные данные для расчета вентиляции Расчетные параметры наружного воздуха (температуру и энтальпию следует принимать по ТКП 45-2.04-43−2006, СНБ
2.04.02−2000 для теплого периода года по параметрам А, для холодного периода года – по параметрам Б. Для переходных условий независимо от места расположения здания принимается н = 8 С, энтальпия J = 22,5 кДж/кг. Расчетные параметры внутреннего воздуха (температура, относительная влажность, подвижность) принимаются в зависимости от периода года и назначения помещений по СНБ
4.02.01−03, СНБ 2.04.02−2000, СНБ 3.02.03−03, СНБ
3.02.04−03, СанПиН 9-80 РБ98. Основными вредностями, выделяющимися в помещении, являются избыточная теплота, влага и вредные вещества. Избытки явной теплоты – это превышение для данных эксплуатационных условий и микроклимата помещений количества явной теплоты, поступающей в помещение (здание, сооружение, над количеством явной теплоты, выводимой или уходящей из помещения здания, сооружения. Избыточная теплота определяется как сумма теплопоступлений от людей, искусственного освещения, электродвигателей, нагретого оборудования, остывающих материалов, через заполнение световых проемов, от солнечной радиации и др. Поступления влаги в помещение от людей зависят от категории работ и температуры окружающего воздуха в помещении. Для жизнедеятельности человека необходимо учитывать показатели по кислороду и углекислому газу. Количество СО в наружном воздухе составляет для городской среды 0,4−0,5 л/м
3
или
0,07−0,1 %. Допустимая концентрация СО в помещении − 1 л/м
3
Человек в результате жизнедеятельности выделяет от 18 до 25 л/ч углекислого газа. Таким образом, для снижения содержания СО в помещении, где находятся люди, до уровня допустимого,
174 необходимо обеспечить приток свежего воздуха порядка 25−30 м
3
/ч на одного человека. Требования нормативных документов сводятся к обеспечению кратности воздухообмена внутри помещения. Поэтому при проектировании вентиляционных устройств по критерию содержания в помещении углекислого газа необходима определенная система приточных и вытяжных устройств, круглогодично поддерживающая содержание СО в воздухе помещений в пределах нормы.
1 ... 10 11 12 13 14 15 16 17 ... 24
7.4 Определение воздухообмена в помещениях Воздухообменом называется частичная или полная замена воздуха, содержащего вредности, чистым атмосферным воздухом. При расчетах воздухообмена помещений определяется расход приточного воздуха, необходимого для поглощения избыточной теплоты, влаги, вредных веществ. Балансы воздуха и вредных выделений составляют для определения необходимого воздухообмена с целью создания наиболее благоприятных и комфортных условий для человека в жилых, производственных и других помещениях [31, 48, 49]. Уравнение баланса воздуха в помещении имеет вид
п +пух ух 0, (75) где п – количество воздуха общеобменной приточной вентиляции
ух – количество воздуха общеобменной вытяжной вентиляции пи ух расходы других приточных и вытяжных устройств от местных вытяжек и т.п. К основным характеристикам воздухообмена относятся такие параметры, как объем и кратность воздухообмена. Под объемом L, м
3
/ч, понимают количество воздуха в кубических метрах, поступающего в помещение в течение часа. Минимальной нормой воздухообмена на одного взрослого человека считается
30 м³/ч, на ребенка – 20 м³/ч. Кратность воздухообмена n – число замен всего объема воздуха в замкнутом помещении в течение часа. В зависимости от типа и
175 назначения помещения устанавливаются нормы кратности воздухообмена. Так, например, для жилых комнат рекомендована кратность 0,5−1,0, а в кухнях воздух должен меняться более интенсивно и рекомендованная кратность составляет 3,0. Для производственных помещений данный показатель может сильно отличаться в зависимости от типа производства или деятельности, осуществляемых в данных помещениях. При кратности воздухообмена менее 0,5 в час человек начинает чувствовать себя некомфортно, появляется ощущение духоты, снижение работоспособности и т.д. Большинство помещений жилых и общественных зданий характеризуется постоянным составом и интенсивностью вредных выделений. Поэтому для них на основании эксплуатационного опыта систем вентиляции производительность по воздуху рассчитывается исходя из установленных норм кратности воздухообмена. Для помещений различного назначения воздухообмен L, м
3
/ч,
L = nV, (где n – нормативная кратность воздухообмена для определенного типа помещений для жилых квартир n = ч, для общественных помещений и производственных цехов n = ч, для кухонь – n = ч (см. приложение Б
V – объем помещениям, для помещений высотой 6 ми более следует принимать V= 6F, F – площадь помещениям Для некоторых помещений воздухообмен L определяется по нормируемому удельному расходу воздуха, м
3
/ч,
L = mN,
(78) где m – нормируемый удельный расход воздуха, м
3
/ч, на 1 чел. или единицу оборудования, приводится в СНБ 3.02.04-03,
СНБ 3.02.03−03. Минимальная норма приточного наружного воздуха составляет 20 м
3
/ч на одного человека для людей, которые находятся на работе в офисе, норм мча для выполняющих физическую нагрузку – 60 м³/ч);
N – количество человек или единиц оборудования. Расчетный воздухообмен должен обеспечить нормируемые параметры и чистоту воздуха в рабочей зоне помещения в теплый, холодный и переходной периоды года. Для расчета ассимиляции
176 полной (явной и скрытой) теплоты используют формулу изб мо мо пр мо ух пр 1, 2
(
)
1,2(
)
Q
L
J
J
L L
J
J
−
−
=
+
−
,
(79) где L
мо
, J
мо
– количество воздуха, мчи его теплосодержание, кДж/кг, удаляемое местными отсосами;
изб – избытки явной теплоты в помещении, Вт
ух, пр – теплосодержание удаляемого и приточного воздуха, кДж/кг. Аналогичным образом вычисляют количество приточного воздуха для ассимиляции влаги и вредных газовыделений. За расчетное принимают бóльшее значение. Температура приточного воздуха в теплый период принимается равной расчетной температуре наружного воздуха для проектирования вентиляции пр = н
(параметр А. Температуру приточного воздуха для переходных условий с учетом нагрева его в вентиляторе и воздуховодах пр = н + 0,001Р,
t
н
= 8 С. Однако при такой температуре невозможно обеспечить нормируемые параметры воздуха в рабочей зоне помещения. Поэтому ориентировочно для переходных условий температуру приточного воздуха принимают равной 11–13 СВ холодный период пр для общественных зданий принимается, как и для переходного периода – 11–13 С. Это связано стем, что при пр ≤ 9 С невозможно обеспечить нормируемые параметры в рабочей зоне.
7.5 Схемы организации воздухообмена Вопрос выбора схемы организации воздухообмена и типа воздухораспределителей должен рассматриваться на начальной стадии проектирования совместно с архитектором, а также при выборе принципиальной схемы обработки воздуха в центральном кондиционере. В ряде случаев это позволяет не только создать в помещении комфортные условия, но и снизить единовременные и эксплуатационные затраты. К системе воздухораспределения предъявляются следующие основные требования эстетические, архитектурно-строительные. Для реализации определенного способа распределения воздуха следует предусматривать некоторые пространства, например фальшпол,
177 подшивной потолок, технические этажи. Воздухораспределитель как видимая часть системы кондиционирования воздуха, особенно в помещениях гражданских зданий, должен отвечать эстетическим требованиям
– санитарно-гигиенические. Воздух в помещении необходимо распределить так, чтобы человек не испытывал дискомфорта не должно быть застойных зон, холодного дутья, сквозняков
– технологические. Для производственных помещений определенного назначения необходимо обеспечить поддержание температуры воздуха во всем объеме обслуживаемой зоны с заданной точностью
– акустические. Уровень звукового давления в помещении не должен превышать допустимого значения
– эксплуатационные, заключающиеся в возможности регулирования расхода воздуха через воздухораспределитель, направления подачи воздуха и вида струи в зависимости от режима охлаждения или отопления. Потери давления в воздухораспределителе должны быть минимальными
– экономические, состоящие в достижении эффективности системы кондиционирования с учетом минимальных единовременных и эксплуатационных затрат. В настоящее время условно различают два основных способа распределения воздуха в помещении перемешивающая вентиляция ивы тесня ю щ а явен т ил я ц и я , хотя в действительности способов организации воздухообмена больше. Классификация схем организации воздухообмена, принятая в отечественной практике, по направлению движения воздуха, например «сверху−вниз», «сверху−вверх» и т.д., не в полной мере отражает особенности формирования воздушных потоков в помещении. При перемешивающей вентиляции высокоскоростной турбулентный поток приточного воздуха вовлекает путем эжекции в движение окружающий воздух в помещении, перемешиваясь сними создавая относительно равномерное поле температур и скоростей по всему объему помещения. При этом способе распределения воздух чаще всего подается в верхнюю зону неизотермическими горизонтальными настилающимися или наклонными в сторону обслуживаемой зоны струями. Он широко применяется в производственных помещениях
178 большой высоты (8–18 мс незначительными избытками явной теплоты или высотой менее 8 м независимо от величины теплоизбытков, а также в таких помещениях гражданских зданий, как торговые залы магазинов, предприятий общественного питания, зрительные залы кинотеатров, клубов, театров, конференц-залы, спортивные залы, аудитории, офисные помещения.
Воздухораспределители при этом способе размещают на стене или на потолке, если это возможно конструктивно, например, при наличии подшивного потолка или технического этажа. Вытесняющая вентиляция представляет собой схему организации воздухообмена в помещении, обеспечивающую максимально беспрепятственное развитие восходящих конвективных потоков над источниками тепловыделений в верхнюю зону помещения. Удаление нагретого и загрязненного воздуха из помещения осуществляется из верхней зоны, приток чистого, холодного воздуха в нижнюю зону помещения − на уровне пола. При вытесняющей вентиляции воздух подается в рабочую или обслуживаемую зону помещения с малой скоростью, вызывая затопление помещения чистым воздухом. Далее он увлекается конвективными потоками, создаваемыми источниками теплоты в обслуживаемой зоне, обычно равномерно распределенными по площади помещения, вверх, ассимилируя вредности и удаляясь из верхней зоны. При организованной естественной вентиляции (аэрации) движение воздуха обусловлено естественными силами, вызванными разностью плотности нагретого (конвективные потоки от источников теплоты) и охлажденного воздуха. Вытесняющая вентиляция многие годы используется в производственных зданиях. В Европе в последние годы большое внимание уделяется способу вытесняющей вентиляции применительно к гражданским зданиям, в которых доля теплопоступлений, в том числе и конвективной составляющей, значительно выросла в связи с применением бытовой и офисной техники, а также усилением освещенности помещений. Способ вытесняющей вентиляции имеет преимущества перед перемешивающей вентиляцией в обеденных залах ресторанов, конференц-залах, классных комнатах школ, аудиториях, супермаркетах при высоте помещения болеем. К вытесняющей вентиляции можно отнести и подачу смеси первичного и рециркуляционного воздуха в помещение с низкой
179 скоростью с использованием специальных устройств, принцип действия которых основан на явлении эжекции (когда в сужающемся сечении создается пониженное давление одной среды, что вызывает приток другой среды. Распределение воздуха «из-под пола относят к вытесняющей вентиляции. Однако данный способ можно считать чем-то средним между перемешивающей и вытесняющей вентиляцией, так как он объединяет в себе особенности и преимущества обоих способов. При распределении воздуха из-под пола в обслуживаемой зоне осуществляется перемешивание приточного воздуха с воздухом помещения, а в верхней зоне ламинарный поток смеси под влиянием конвективных потоков теплоты с низкой скоростью устремляется вверх и удаляется из верхней зоны. К вытесняющей вентиляции относят способ распределения воздуха по схеме «сверху−вниз», применяемый в производственных помещениях с источниками пыли, например цеха табачных фабрик, или с вредными газами, плотность которых выше плотности воздуха при незначительных тепловыделениях, например гальванические цеха. В этом случае охлажденный воздух с малыми скоростями подается через воздухораспределители, установленные выше рабочей зоны, а удаление его происходит из нижней зоны. Способ локальной вентиляции заключается в непосредственной подаче чистого воздуха на рабочее место в зону дыхания человека в размере минимального воздухообмена. Каждый способ, имеющий свои преимущества и недостатки, должен применяться с учетом конкретных условий. Основные критерии при выборе способа – сокращение потребления энергии, повышение качества воздуха и условий комфорта в обслуживаемой зоне. Особенности различных схем организации воздухообмена http://teplo.com/otoplenie_review188.html
7.6 Естественная вентиляция в жилых зданиях В жилых зданиях в основном проектируются системы с естественной вентиляцией. В квартирах воздухообмен осуществляется следующим образом приток свежего воздуха неорганизованный) – через неплотности в оконных рамах, открывающиеся фрамуги и форточки, через установленные в
180 стенах, оконных рамах или коробках специальные клапаны (в том числе в шумозащитном исполнении. Такой воздухообмен происходит за счет гравитационного давления вследствие разности температур наружного и внутреннего воздуха, а также под воздействием ветра. Приточный воздух поступает в жилые комнаты и кухню, а через щели между полом и нижней частью дверей (высота щели должна быть 3−5 см) – в ванную комнату и туалет, нагревается, загрязняется продуктами жизнедеятельности людей и удаляется из квартиры через вытяжные решетки под потолком помещений, установленные в вентиляционных блоках, каналах или воздуховодах. В квартирах обычно вытяжку устраивают из кухонь, ванных комнат и санузлов. Для удаления воздуха проектируются сборные вертикальные каналы с подключаемыми к ним индивидуальными каналами- спутниками, в которых устанавливаются вытяжные решетки. Для двух последних этажей, на которых естественная вытяжка мала вследствие небольшой высоты верхней части сборного вытяжного канала, проектируются самостоятельные индивидуальные) вытяжные каналы
(вентблоки) с установкой канальных вентиляторов. Расчет вытяжной вентиляции производится с учетом условий переходного периода при температуре приточного воздуха +5 Си отсутствии ветра. Система естественной вентиляции рассчитывается на удаление из каждой квартиры нормативного количества воздуха. Давление, Па, заставляющее воздух перемещаться при естественной вентиляции, обусловлено гравитационными силами, возникающими вследствие разности плотности воздуха помещения в и наружного воздуха н при температуре 5 С. Оно определяется по формуле
ре
= н
– в,
(80) где h – расстояние по вертикали от центра вытяжной решетки до устья вытяжного каналам. Это естественное гравитационное давление расходуется на преодоление сопротивления движению воздуха на его пути в каналах и воздуховодах. В жилых, общественных и производственных зданиях, не требующих интенсивного воздухообмена, в основном проектируют вытяжные канальные системы естественной вентиляции (рисунок
181 56), которые обычно располагают в толще внутренних стен или в специальных железобетонных блоках и шахтах. Рисунок 56– Канальная система естественной вытяжной вентиляции с неорганизованным притоком наружного воздуха через щели или специальные воздухоприточные устройства
1 – вытяжная решетка 2 – вертикальный канал 3 – горизонтальный утепленный канал
4 – вытяжная утепленная шахта
5 – дефлектор Системы естественной вентиляции имеют простое устройство, несложны в эксплуатации. Скорость воздуха в воздуховодах систем с гравитационным (естественным) побуждением принимают 0,5−1,0 мс. Сборные короба и вытяжные шахты на чердаке выполняют с утепленными стенками во избежание выпадения конденсата на их внутренних поверхностях в зимнее время. Материал стенок каналов и шахт должен быть несгораем. В жилых зданиях вытяжные вентиляционные каналы из помещений, обращенных на противоположные фасады, не объединяют. Расчет воздуховодов вентиляционных систем (аэродинамический расчет) сводится к определению размеров живого сечения воздуховодов, оказывающих проходу требуемого количества воздуха сопротивление, равное расчетному давлению . Для улучшения работы вытяжной естественной вентиляции с использованием энергии гравитационных сил и ветра устанавливают дефлектор. Он представляет собой насадок на вытяжной трубе. Поток воздуха, обтекая дефлектор, создает в нем разрежение, за счет которого усиливается перемещение воздуха из помещения в атмосферу.
182
7.7 Вентиляционные каналы Распределение воздуха в системах вентиляции кондиционирования осуществляется сетью воздуховодов (каналов, которые могут быть различной конструкции (рисунок 57) и должны отвечать определенным требованиям
− обеспечивать пропускную способность для прохождения необходимого объема воздуха
− иметь минимальное сопротивление и потери
− обеспечивать по скоростному режиму нормативные шумовые характеристики
− занимать минимальное пространство. При необходимости на воздуховоды наносится тепло, звуко- или пароизоляция, а также огнезащитные покрытия. Классификация вентиляционных каналов и воздуховодов
− по плотности – плотные (класс Пи нормальные (класс Н
− скорости потока воздуха системы сети воздушных коммуникаций подразделяются на низкоскоростные (v
< 13 мс) и высокоскоростные (13 < v < 25 мс
− рабочему давлению – низкого давления (до 900 Па, среднего
(900–1700 Паи высокого (1700–3000 Па. Для небольших встроенно-пристроенных помещений, расположенных обычно на уровне го иго этажей жилых зданий, применяются низкоскорост- ные воздуховоды низкого давления. Рекомендуемые максимальные скорости воздуха в каналах (воздуховодах) находятся в пределах от 5 до 9 мс
183 Рисунок 57 – Конструкции вентиляционных каналов а − в кирпичной стене б − в борозде стены, заделываемой плитой в − подвесного, горизонтального
г-д − приставных (пристенных) вертикальных е − из сухой штукатурки в перегородке
1 − кирпичная стена 2 − штукатурка 3 − шлакогипсовые плиты 4 − перекрытие
5 − подвеска стальная, d = 6 мм
− конструкции – встроенные и приставные, круглые и прямоугольные, гибкие
− материалу – кирпичные, бетонные, железобетонные, асбоцементные, шлакогипса, металлические (оцинкованная или нержавеющая сталь, металлопластиковые), неметаллические синтетические материалы полиэтилен, стеклопластик, винипласт, стеклоткань и др, огнестойкие воздуховоды из негорючих материалов.
7.8 Аэродинамический расчет воздуховодов Аэродинамический расчет воздуховодов обычно сводится к определению размеров их поперечного сечения, а также потерь давления на отдельных участках ив системе в целом. Можно определять расходы воздуха при заданных размерах воздуховодов и известном перепаде давления в системе. При аэродинамическом расчете воздуховодов систем вентиляции а) б) де г 3 в)
5
184 Рисунок 58 – Аксонометрическая схема системы вентиляции
70 мм мм мм обычно пренебрегают сжимаемостью перемещающегося воздуха и пользуются значениями избыточных давлений, принимая за условный ноль атмосферное давление. При движении воздуха по воздуховоду в любом поперечном сечении потока различают три вида давления статическое, динамическое и полное. Статическое давление определяет потенциальную энергию 1 м воздуха в рассматриваемом сечении (р
ст равно давлению на стенки воздуховода. Динамическое давление − это кинетическая энергия потока, отнесенная к 1 м
3
воздуха:
2
ä
2
v
=
, (80) где − плотность воздуха, кг/м
3
;
v − скорость движения воздуха в сечении, мс. Полное давление равно сумме статического и динамического давлений
р
п
= рт + р
д
(81) Традиционно при расчете сети воздуховодов применяется термин "потери давления" (потери энергии потока. Аэродинамический расчет систем вентиляции выполняют после расчета воздухообмена в помещениях и решения по трассировке воздуховодов и каналов. Для проведения аэродинамического расчета на основе архитектурно-строительной и технологической (в случае необходимости) частей проекта вычерчивают аксонометрическую схему системы вентиляции (рисунок 58), по которой определяют протяженность отдельных ее ветвей и размещают элементы сети. Схему разбивают на отдельные расчетные участки. Расчетным участком называется часть воздуховода, в котором сохраняется сечение и один и тот же расход воздуха. Участки сети, не входящие в магистраль, называются ответвлениями. Потери давления на участке зависят от скорости движения воздуха и складываются из потерь на трение и
1 2
3
185 потерь в местных сопротивлениях. Намечается основное расчетное направление, представляющее собой цепочку последовательно расположенных участков от начала системы до наиболее удаленного ответвления. За магистральное направление принимается наиболее нагруженная (имеющая больший расход) протяженная цепочка последовательно расположенных расчетных участков. Потери давления в системе вентиляции равны потерям давления в основной расчетной цепи, складывающимся из потерь давления на всех последовательно расположенных участках, составляющих цепь, и потерь давления в вентиляционном оборудовании (калориферах, фильтрах и пр. В задачу аэродинамического расчета воздуховодов входят определение поперечных сечений воздуховодов и расчет потерь давления в сети. Площади поперечных сечений отдельных участков воздуховода определяются по уравнению неразрывности, м,
F = L/ v,
(82) где L – расход воздуха на участке, мс. Расчетная скорость воздуха для магистральных воздуховодов систем механической вентиляции принимается около 6–12 мс, для ответвлений – не более 8 мс. По площади поперечного сечения определяются размеры стандартного воздуховода, для круглого – диаметр d, для прямоугольного − размеры сторон ab. При перемещении засоренного воздуха, а также в воздуховодах пневматического транспорта скорость воздуха принимается больше скорости витания, чтобы не было оседания в воздуховодах включенных в воздух частиц твердой фазы. Потеря давления в воздуховоде р равна сумме потерь давлений на преодоление сопротивлении р
тр и местных сопротивлений
р
м.с
, Пар р
тр
+ р
м.с
. (83) Потеряна трение в круглом воздуховоде
р
тр
= Rl, (84)
186 где
− удельная потеря давления на трение, Па
d
− диаметр, м
l
− длина воздуховодам коэффициент сопротивления Для определения можно принять формулу АД. Альтшуля
0,25 68
,
Re
K
d
=
+
(85) где К
−
абсолютная шероховатость, мм (для технически гладких труб К = мм
Re – число Рейнольдса. Потери давления на местные сопротивления, Па,
р
м.с
= (
2
/2),
(86) где – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке. В воздуховодах встречаются различные местные сопротивления отводы, тройники, запорно-регулирующие устройства, входные и выходные устройства и т.п. Значения коэффициента
устанавливаются экспериментальным путем и приводятся в справочниках. В целях сокращения вычислительной работы для определения
р
тр и р
м.с составлены таблицы и номограммы, в которых потери давления даются в функции расхода воздуха, скорости и других факторов [19] (приложение Д. Таблицы и номограммы обычно составлены для круглых воздуховодов. Для воздуховодов прямоугольной формы в формуле
(85) вместо диаметра d, подставляется эквивалентный диаметр э, который определяется по формуле
э = U / 4F= а / (а + b), (87) где U – периметр сечения воздуховодам площадь воздуховодам стороны сечения воздуховодам. Например, приведем некоторые значения э (мм) каналов, соответствующие размерам в кирпичах 140 – ½×½; 180 – ½×1; 265 –
187 1×1; 320 – 1×1½; 375 – 1×2. Для выполнения расчета составляется аксонометрическая схема системы воздуховодов с обозначением расходов, длин и местных сопротивлений на каждом участке. Скорость воздуха на участках выбирается таким образом, чтобы она увеличивалась по пути к вентилятору или выходной шахте. В расчетную таблицу заносятся расходы воздуха, длины участков и принятые значения скоростей. По расходу и скорости определяются сечения и размеры воздуховодов. По номограмме (см. приложение Д) находят значения удельной потери на трение R, Па/м, и потери на трение по участкам R1, Па. Для каждого участка оценивают сумму коэффициентов местных сопротивлений и определяют потери на местные сопротивления. Определяются суммарная потеря давления на всех участках магистрали, а также потери давления в отдельных узлах, в которых имеется разветвление воздуховодов. Данные заносятся в таблицу 24. Таблица 24 – Ведомость аэродинамического расчета воздуховодов системы вентиляции Номер участка Расход воздуха на участке, м
3
/ч
Дл ин а участкам Раз меры каналам м
Э
кв ив ал ентны й диаметр, мм Действительная скорость воздуха, м
/с
По тер и давления нам канала к, Па
/м
По прав очный коэффициент Абсолютная шероховатость канала К
э
Ко эфф иц ие нт Потери давления натр ени е на участке, Па
Ди нам иче ск ое давление на участке Па
Су мм а коэффициентов местных сопротивлений Потери давления в местных сопротивлениях, Па
О
бщие потери давления на участке, Па Механическая вентиляция для жилых зданий
188 Механическую вентиляцию в жилищном строительстве можно подразделить
– на центральную и местную
– вытяжную и приточно-вытяжную. Принципиальные схемы естественной и механической вытяжной вентиляции многоэтажных жилых зданий приведены на рисунке 59. Жилые многоэтажные здания, как правило, проектируются с теплыми чердаками. Сборные вытяжные каналы выходят на теплый а) б) в) Рисунок 59 – Схема вытяжной естественной и механической вентиляции для многоэтажных (высотных) зданий ас вентиляторами на двух последних этажах б – крышным вентилятором в – вентиляторами на всех этажах
1 – воздухоприемные устройства 2 – вертикальный воздуховод 3 – вертикальный канал
(воздуховод)-спутник; 4 – сборный вертикальный канал 5 – индивидуальные каналы воздуховоды) двух последних этажей 6 – осевой вентилятор 7 – центральная вытяжная шахта
8 – крышный вентилятор
189 чердак, где устанавливается центральная вытяжная шахта (ЦВШ) с зонтом (для предотвращения попадания на чердаки в каналы осадков) или без зонта, нос поддоном для сбора сконденсированной влаги. Не допускается устройство общей вытяжной шахты для квартир разных секций дома, а также устройство нескольких вытяжных шахт на одну секцию жилого дома. В домах с холодным чердаком выпуск воздуха из вентблока в атмосферу осуществляется через самостоятельные вытяжные шахты. Сборные вертикальные каналы обычно выполняются из поэтажных блоков индустриального изготовления, как правило, гипсо- или железобетонных. В кирпичных зданиях сборные каналы и каналы-спутники выполняются, как правило, непосредственно в стене. В зданиях с большой высотой этажа, где применение индустриальных поэтажных блоков невозможно, а также в домах, возводимых по индивидуальным проектам, предусматриваются металлические вытяжные воздуховоды с подсоединением к ним воздуховодов-спутников по схеме через этаж. Известно, что аэродинамический режим здания (особенно повышенной этажности) таков, что нижние этажи работают на приток в режиме инфильтрации, а верхние − навытяжку в режиме экфильтрации. Кроме того, при определенном направлении и скорости ветра на верхних этажах может возникнуть опрокидывание тяги (с заветренной стороны. Практика эксплуатации жилых зданий повышенной этажности показала, что на двух последних этажах в вентиляционных каналах кухонь и санузлов необходимо устанавливать малогабаритные осевые вентиляторы. Вытяжка из техподполья должна происходить через самостоятельные вертикальные каналы. На выпусках воздуха в теплый чердак из вентблоков устанавливаются диффузоры оголовки вентблоков). В связи с проектированием в последние годы теплых домов с герметичными оконными переплетами и трехслойными стеклопакетами естественная вентиляция становится неэффективной из-за полного отсутствия или ограниченного поступления инфильтрационного воздуха. Поэтому применение механической вентиляции стало особенно
190 актуально при проектировании новых и реконструкции старых жилых домов. Это вызвано тем, что установка окон с высокими значениями сопротивления воздухопроницанию приводит к снижению воздухопроизводительности естественной вентиляции. Кроме того, дальнейшее повышение показателей энергосбережения возможно только при утилизации теплоты вытяжного воздуха, а для этого необходима приточно-вытяжная механическая вентиляция. Схема вытяжной механической вентиляции может быть дополнена приточной установкой, расположенной в подвале, и вытяжной – на чердаке (рисунок 60). Рисунок 60 – Механическая приточно-вытяжная система вентиляции жилого дома
1 – выбросная шахта, 2 – вытяжной вентилятор 3 – сборный вытяжной воздуховод
4 – вытяжной воздуховод вытяжная решетка 6 – приточная решетка 7– приточный воздуховод, 8 – приточный вентилятор 9 – калорифер 10 – воздушный фильтр
191 11 – многостворчатый утепленный клапан 12 – воздухозаборная шахта Приточная установка очищает наружный воздух в фильтре, подогревает его вытяжным воздухом в рекуперативном теплообменнике, затем подогревает его в калорифере и подает его непосредственно в помещения. При этом в квартирах создается подпор, что исключает инфильтрацию воздуха. Воздухозаборные отверстия в уличных шахтах следует располагать не нижем от поверхности пола. Для удаления избытков теплоты, влаги и вредных газов вытяжной воздух следует удалять из верхней зоны помещения через отверстия, размещенные под потолком, ноне нижем от пола до низа отверстий. Механическая приточная вентиляция может быть совмещена с воздушным отоплением. Такие системы в жилых зданиях могут быть как центральными, таки квартирными с частичной рециркуляцией воздуха. Отопление осуществляется за счет перегрева приточного воздуха. Температура приточного воздуха г не должна превышать 45 С. Минимальный расход приточного воздуха для воздушного отопления o
ã
â
3, 6
(
)
Q
G
c t
t
=
−
. (88) Расход приточного воздуха в таких системах должен быть принят по большей величине потребности на нужды отопления и вентиляции с корректировкой (при необходимости) температуры приточного воздуха.
1 ... 11 12 13 14 15 16 17 18 ... 24
7.10 Рекуператоры (теплоутилизаторы) Сбережение энергоресурсов − очень актуальная проблема современного мира, дающая толчки к разработке и использованию экономичного оборудования либо вторичного использования уже затраченной энергии во многих сферах производства и обслуживания. Энергосберегающие системы вентиляции − не исключение в данном вопросе. При проектировании систем вентиляции также необходимо помнить, что эксплуатационные затраты можно уменьшить за счет вторичных тепловых энергоресурсов.
192
Теплоутилизатор – это теплообменный аппарат для утилизации бросового тепла или холода технологического процесса или выбрасываемого теплого воздуха в целях его дальнейшего использования для нагрева или охлаждения воздуха. Однако в последнее время в научных работах и технических статьях довольно часто используется термин рекуператор (от лат. recuperator – получающий обратно, возвращающий. Рекуператоры и рекуперация воздуха http://www.teploved.ru/menu6_4.html. Под
рекуперационными процессами в каких-либо технологических операциях подразумевают возврат части материала или энергии для их вторичного использования. В системе приточно- вытяжной вентиляции под рекуперацией воздуха подразумевают процесс нагревания холодного приточного воздуха удаляемым теплым вытяжным. Использование приточно-вытяжных рекуператоров – одно из самых перспективных направлений в энергосбережении в области вентиляции, отопления и кондиционирования. В холодное время года поступающий через рекуператор с улицы холодный воздух обогревается выходящим из помещения отработанным теплым воздухом. И, наоборот, в летние месяцы поступающий с улицы слишком теплый воздух охлаждается уходящим из помещения более холодным. При этом поддержание постоянной температуры в помещении при использовании рекуператора происходит со значительной экономией затрат энергии. Получить вторичную энергию в вентиляционных системах можно за счет использования холода либо тепла от технологических установок в случае, если они пригодны для использования, а также за счет холода либо теплоты от воздуха, который удаляется общеобменной системой вентиляции. В вентиляционных системах для сбережения энергии применяются теплоутилизаторы теплообменники, которые бывают разных типов рекуператоры перекрестноточные (пластинчатые, роторные (регенеративные, рекуператоры с промежуточным теплоносителем и др. Пластинчатый воздуховоздушный теплоутилизатор (рисунок 61) выполняется в виде моноблочного узла, где потоки приточного и вытяжного воздуха омывают одни и те же теплопроводящие пластины, не контактируют друг с другом непосредственно.
193 Вытяжной воздух передает теплоту пластине, а приточный наружный аккумулируете и возвращает обратно в помещение. Недостаток со стороны вытяжного воздуха на теплообменной пластине может скапливаться конденсат, который впоследствии может попасть в воздуховоды по направлению движущегося воздушного потока и замерзать при низких t
н
Эффективность пластинчатых рекуператоров высока (50–80 %). Чаще всего их устанавливают на малых предприятиях, в небольших зданиях, коттеджах, магазинах. В настоящее время в Республике Беларусь налажен выпуск агрегатов вентиляционных теплоутилизационных типа АВТУ для использования в системах принудительной приточно-вытяжной вентиляции, которые обеспечивают нормируемые параметры микроклимата в помещениях жилых, административных зданий, школ, дошкольных учреждений и утилизацию тепла, содержащегося в удаляемом воздухе для подогрева свежего приточного воздуха (http://www.alternativa.by/content/view/21/45/). В теплоутилизаторах (рекуператорах) роторного (регенеративного) типа (рисунок 62) теплота передается вращающимся между удаляемыми приточным каналами ротором. Ротор непрерывно вращается в плоскости, перпендикулярной направлению воздушного Рисунок 62 – Роторный рекуператора схема воздушных потоков б – изменение температур воздушных потоков в – внешний вид б) а)
в) Рисунок 61 – Пластинчатый перекрестно-точечный теплоутилизатор рекуператора изменение температур воздушных потоков б – внешний вида изменение температур воздушных потоков б – внешний вида) б) б) Изменение температуры воздушных потоков в роторном рекуператоре
194 потока, при этом он расположен таким образом, что одна его половина находится в вытяжном воздуховоде, а другая в приточном. Нагретые уходящим воздухом пластины ротора, попав в приточный воздуховод, омываются холодным наружным воздухом и передают ему теплоту. Скорость вращения ротора определяет уровень рекуперации теплоты. Роторные рекуператоры наиболее эффективны 75–90 %, и поэтому стоят дороже других (в том числе и за счет электропривода. Сфера их применения – библиотеки, бассейны, заводские помещения, производственные и сельскохозяйственные предприятия. В рекуператорах с промежуточным теплоносителем присутствуют два теплообменника, между которыми циркулирует теплоноситель (вода или водно-гликолиевый раствор, который нагревается удаляемым воздухом водном канале, после чего передает теплоту приточному воздуху в другом канале. Замкнутая система исключает опасность передачи загрязнений из удаляемого воздуха в приточный, поэтому они используются в случае загрязненности или токсичности удаляемого воздуха. Передача теплоты определяется изменением скорости циркуляции теплоносителя. Эффективность рекуператоров такого типа – 45−60 %. В рекуператорах камерного типа заслонка делит камеру пополам. Сначала удаляемый воздух нагревает одну половину камеры, после чего заслонка изменяет направление воздушного потока, и приточный воздух нагревается от нагретых стенок камеры. Это рекуператор открытого типа с высокой эффективностью 70−80
%. Рекуператор типа Тепловые трубы (рисунок 63) представляет собой закрытую систему трубок. Помещенный в них фреон испаряется в процессе нагревания удаляемым воздухом. Приточный воздух проходит вдоль трубок, после чего возникший конденсат опять превращается в жидкость. Эффективность такого рекуператора
50−70 Рисунок 63 – Рекуператор типа тепловая труба Холодный воздух Поглощение теплоты Теплый воздух Выделение тепла
195 Применение рекуператоров позволяет в среднем экономить от
30 до 40 %, а при температурах наружного воздуха +5…–5 о
С − до
70 % теплоты, затрачиваемой на подогрев приточного воздуха. Поэтому наиболее широкое применение они нашли в странах с мягким климатом. Использование рекуператоров в условиях белорусской зимы связанно с рядом трудностей необходимостью установки дополнительной ступени калорифера на входе холодного воздуха в рекуператор либо устройства байпаса, по которому будет отводиться приточный воздух вовремя периодических разморозок рекуператора. Это, в свою очередь, приводит к усложнению и удорожанию автоматики. Кроме того, дополнительные затраты потребуются для того, чтобы собрать приточные и вытяжные воздуховоды водном месте. Тем не менее, в условиях постоянно растущих ценна энергоносители применение рекуператоров вполне оправдано. Стоит иметь ввиду, что принцип рекуперации
(теплоутилизации) может быть применен не только для приточно- вытяжной вентиляции, но и для сохранения тепловой энергии, которая сбрасывается с отходами воды горячего водоснабжения. Но эта тема рассматривается более подробно в курсе Энергосбережение. Тепловой коэффициент полезного действия рекуператора
= (пр – ну н,
(89) где пр – температура приточного воздуха после прохождения через- теплообменнику температура удаляемого внутреннего воздуха
н – температура наружного воздуха.
7.11
Воздушно-тепловые завесы Воздушная или воздушно-тепловая завеса (сподогревом воздуха) – вентиляционное устройство, предотвращающее резкое проникновение (врывание) наружного воздуха в помещение через открытые проемы (двери, ворота) (рисунок 64). Завесы применяются также для защиты от перетекания воздуха из одного помещения в другое. В последнем случае завеса обеспечивает разделение зон с различными параметрами воздушной среды температурой, влажностью, уровнем загрязнения
196 вредными веществами.
Воздушно-тепловые завесы могу использоваться также для дополнительного отопления помещений. Наиболее часто воздушно-тепловые завесы устанавливаются на входах во встроенно-пристроенные помещения и у ворот въезда автотранспорта (например, у дебаркадера магазина. Основные элементы воздушно-тепловой завесы показаны на рисунке Принцип действия завесы заключается в том, что за счет подачи высокоскоростного струйного воздушного потока создается невидимая преграда, препятствующая перемещению воздушных масс, ноне мешающая движению людей и транспортных средств. Классификация воздушных завес По принципу действия воздушные завесы разделяются на наружного и внутреннего действия. Воздушные завесы наружного действия устраиваются у проемов в наружных ограждениях (например, при входе во встроенные офисные помещения) и работают как отсечка. В последнее время встречаются также проектные решения, в которых у проемов во внутренних ограждениях устанавливаются завесы внутреннего действия, которые препятствуют перемещению вредностей с воздушными потоками в чистые помещения. Рисунок 64 Основные элементы воздушно-тепловой завесы
1 – воздуховод 2 – вентилятор 3 – воздухонагреватель (водяной или электрический 4 – воздуховод равномерной раздачи
5 – щелевой насадок 6 – фильтр 7 – проем в ограждении
Порежиму работывоздушные завесы бывают периодического и
197 постоянного действия. Режим работы воздушных завес определяется требованиями, предъявляемыми к режиму помещений. Воздушную завесу постоянного действия можно использовать не только по ее прямому назначению, но и для организации притока или вытяжки, а также в качестве воздушно-отопительного агрегата, компенсирующего дополнительные потери теплоты.
Понаправлению струивоздушные завесы можно подразделить на имеющие
− направление струи снизу вверх, с подачей воздуха через горизонтальную щель, расположенную внизу проема
− горизонтальное направление струи – одно- и двусторонние, с подачей воздуха через вертикальную щель, расположенную с одной или с двух сторон проема
− направление струи сверху вниз, с подачей воздуха через горизонтальную щель, расположенную вверху проема. Для проемов в наружных ограждениях наиболее целесообразно устройство завес с подачей воздуха снизу вверх, при этом достаточно эффективно предотвращается проникновение холодного воздуха в нижнюю часть помещения, где находятся люди. По месту расположения воздухозабораи температуре подаваемого воздуха t
3
завесы можно классифицировать на имеющие
− внутренний (из помещения) забор воздуха с температурой в и подогрев подаваемого воздуха (t
3
> в. Такие завесы устраивают у проемов в наружных ограждениях помещений с постоянными рабочими местами, расположенными вблизи воротили дверей, например в магазинах
− внутренний воздухозабор без подогрева подаваемого воздуха
(t
3
в. Обычно применяются у проемов в наружных ограждениях, когда допускается некоторое периодическое понижение температуры помещения
− наружный воздухозабор и подогрев подаваемого воздуха до температуры помещения (t
3
= t
в. Таким образом, устраивают завесы постоянного действия, используемые дополнительно в качестве приточных вентиляционных установок. По источнику нагревания воздуха,подаваемого в помещение завесой, они делятся на водяные (калориферные) и электрические.
Попринципу действиязавесы могут быть шиберующего (отсечного)
198 и смесительного типов. В первом случае воздушная струя завесы, уменьшая количество проходящего через проем воздуха, частично шиберует (отсекает) проем, и значение коэффициента расхода воздуха через проем при работе завесы снижается, во втором – обеспечивается смешивание наружного воздуха, поступающего через открытый проем, с воздухом завесы. Проектирование воздушных и воздушно-тепловых завес следует предусматривать
– у постоянно открытых проемов и наружных стен помещений, а также у вороти проёмов в наружных стенах помещений, не имеющих тамбуров и открывающихся более 5 разили не менее чем на 40 мин в смену
– наружных дверей вестибюлей общественных, административных и бытовых зданий при количестве человек, проходящих через двери в течение 1 ч, равном 400 чел. и более
– наружных дверей, вороти проёмов помещений с мокрым режимом и др. при обосновании [1, п. Основными параметрами, характеризующими конкретные модели тепловых завес, являются мощность обогрева, кВт производительность по воздуху, м
3
/ч; ширина завесы тип используемого подогревателя (с электрокалорифером или с водяным калорифером. Воздушные завесы проектируются при условии возможности поддержания в холодный период года (при расчетных параметрах наружного воздуха Б) вовремя открывания вороти дверей температуры воздуха в помещениях на постоянных рабочих местах не ниже 14 С при легкой работе, 12 С при работе средней тяжести и 8 С при тяжелой работе. При установке воздушных завес температура воздуха на рабочих местах должна удовлетворять санитарным нормам СНБ Температуру воздуха, подаваемого воздушно-тепловыми завесами, следует принимать не выше 50 Су наружных дверей и не выше
70 Су наружных вороти проемов. Скорость выпуска воздуха из щелей или отверстий завес рекомендуется не более 8 мс у наружных дверей и до 25 мс у въездных ворот. Для того чтобы воздушная или тепловая завеса успешно могла справляться со своей задачей, необходимо соблюдать условия
– длина тепловой завесы, устанавливаемой наддверным проемом,
199 должна как минимум на 10 см превышать ширину этого проема (для того, чтобы обеспечить полное перекрытие по боками не допустить образование щелей справа или слева от проема
– производительность по воздуху, указываемая в технических характеристиках к воздушным тепловым завесам, должна быть достаточной для того, чтобы эффективный поток воздуха доставал до самого пола, так как только в этом случае можно гарантировать отсутствие сквозняков снизу, которые, в случае их возникновения, способны свести на нет всю работу тепловых завес. Поэтому скорость воздушного потока в нижней части проема должна быть не меньше 5 мс (для офисных помещений. Соблюдение этих простых условий позволит обеспечить эффективность работы тепловой или воздушной завесы.
7.12 Механическая вентиляция промышленных зданий Системами механической вентиляции оборудуются те помещения здания, где кратность воздухообмена по притоку или вытяжке превышает однократный объем воздуха (приточная или вытяжная. К категориям зданий, оборудованных механической вентиляцией, относятся, как правило, общественные и административно-бытовые здания, детские учреждения, зрелищные учреждения, предприятия общепита, промышленные предприятия. Вентиляцию с искусственным побуждением следует предусматривать
– если метеорологические условия и чистота воздуха не могут быть обеспечены вентиляцией с естественным побуждением
– для помещения и зон без естественного проветривания. Расчет вентиляции производственных помещений производится на этапе проектирования здания и сооружения на основе строительных нормативных документов, например, для Республики Беларусь необходимо использовать СНБ 4.02.01-03. Вентиляция промышленных зданий может быть организована
– по способам циркуляции воздуха в производственных помещениях – механическая или естественная. Система механической вентиляции может быть нескольких типов вытяжная (для небольших цехов, приточная, приточно-вытяжная (для крупного производства
– охвату вентилируемой площади. Подразделяют на общеобменную и местную вентиляцию, причем, при проектировании обычно
200 применяется комбинация этих вариантов (рисунок 65). Использование общеобменной вентиляции производственных помещений позволяет производить регулировку температурного режима. Местная же вентиляция устанавливается на объектах, где в момент рабочего процесса возникает образование технологической пыли или происходит выброс ядовитых веществ
– времени действия. Различают аварийную или постоянную вентиляцию. Аварийная вентиляция должна включаться в работу только в моменты, когда по различным причинам не справляется с негативными факторами основная вентиляция или же когда она может выйти из строя. Системы вентиляции производственных помещений проектируют, основываясь наследующих параметрах
− объем и площадь, высота потолков помещения
− категории операций и работ
− количество предполагаемых работников водном помещении
− продолжительность нахождения в помещении людей
− уровень загруженности помещения, где будет проводиться производство и другие работы
− расположение непосредственно рабочих мест сотрудников организации, а также другие факторы
– по назначению вентиляционные системы можно разделить на приточные и вытяжные. Приточные системы служат для подачи в вентилируемые помещения чистого воздуха взамен загрязнённого. При этом в необходимых случаях приточный воздух может подвергаться обработке, например, очистке, нагреванию и увлажнению. К устройствам местной приточной вентиляции относятся воздушные души, воздушные завесы и воздушное отопление. Воздушным душем называется струя воздуха (подогреваемого зимой ив случае необходимости охлаждаемого летом, направленная непосредственно на человека. Воздушный оазис представляет собой площадку, отделенную от помещения перегородками, нос открытым верхом. Вводимый в отгороженное пространство охлажденный и поэтому более тяжелый приточный воздух затопляет его и через открытый верх переливается в помещение. С помощью воздушного оазиса можно обеспечить нормальные метеорологические условия на локальном участке. В системах воздушного отопления воздух нагревается в калориферах до определённой температуры, а затем подаётся в помещение.
201 Рисунок 65 – Общие схемы местной механической системы вентиляции Вытяжная вентиляция служит для удаления из помещения загрязненного или нагретого отработанного воздуха. К вытяжным вентиляционным системам промышленной вентиляции относят системы аспирации или пневматического транспортирования сыпучих материалов, а также отходов производства пыли, стружек, опилок и пр. Эти материалы перемещают по трубами каналам потоком воздуха. Со способами организации воздухообмена связано понятие о воздушном балансе. При равенстве объемов организованного притока и вытяжки воздушный баланс называют уравновешенным. Если количество организованно подаваемого воздуха больше отводимого и давление в помещении положительное, то и воздушный баланс является положительным. Он изолирует помещение от проникновения в него воздуха снаружи и из соседних помещений, если это необходимо по санитарным или технологическим требованиям Отрицательным называется воздушный баланс при разрежении в помещении, те. в случае, когда воздуха организованно отводится больше, чем подается. Вместе стем в зимний период отрицательный баланс иногда приводит к выхолаживанию помещения и неприятному дутью через неплотности наружных окон, дверей и ворот. Поэтому только уравновешенный баланс обеспечивает
202 автономность воздухообмена данного помещения.
1 ... 12 13 14 15 16 17 18 19 ... 24