Файл: K_5.doc

Р о з д і л п’ я т и й

Визначення кількості забрудників у приміщеннях

До забрудників (шкідливих виділень) приміщень відносять надлишкову теплоту, вологу (водяну пару), різні гази і пару шкідливих речовин, а також пил і запахи.

У виробничих (фабричних) приміщеннях вказані забрудники можуть бути в достатньо різних поєднаннях. В приміщеннях громадських будинків забрудниками зазвичай є надлишки теплоти, вологи і вуглекислого газу.

Для визначення кількості забрудників користуються теоретичними і експериментальними залежностями. Аналітичні залежності зазвичай уточнюють поправними коефіцієнтами, які визначають експериментально. Переважають теоретичні методи розрахунку кількості забрудників.

В особливо відповідальних випадках дослідження проводять на моделях виробничих приміщень, що потрібно для уточнення закономірностей виділення забрудників від різних джерел і їх поширення (циркуляції) у внутрішньому повітрі.

Теплонаджодження і тепловтрати без врахування теплоакумулювальної здатності огорож ТА меблів

Джерелами теплонадходжень є люди, які перебувають в приміщенні, сонячне випромінення, технологічне обладнання, притікальне повітря тощо. Теплота від різних джерел виділяється в приміщення конвекцією (конвективні струмені над нагрітими поверхнями і тілами) та випроміненням. Ці тепловиділення називають явними (відчутними), оскільки вони спричиняють підвищення температури приміщення. Виділення теплоти у вигляді водяної пари називають прихованими, оскільки, збільшуючи ентальпію повітря, вони не змінюють його температури (процес відбувається при t = const). Сумарні теплонадходження Q_надх – це сума всіх надходжень теплоти в приміщення (включно з кількістю теплоти, що міститься в притікальному повітрі).

Сумарні тепловтрати вентильованого приміщення розраховуються в період його функціонування у робочому режимі і враховують витрату теплоти на нагрівання транспортних засобів, завезеного з вулиці матеріялу, проривання через відкриті прорізи огорож приміщення зовнішнього повітря, кількість теплоти у витікальному повітрі тощо. При розрахунках тепловтрат через огорожі враховують нерівномірність розподілення температури внутрішнього повітря по висоті.

Надлишковою теплотою або теплонадлишками називають різницю сумарних надходжень і сумарних тепловтрат приміщення. Теплонадлишки визначають в заданий момент часу (який зазвичай відповідає їх максимуму) і вимірюють в Вт або в кДж/год. У відповідності з видом теплонадходжень розрізняють надлишки явної або повної (явної і прихованої) теплоти.

Теплонадлишки для більшості приміщень є величиною, яка визначає не тільки повітрообмін і параметри притікального повітря, але і термічні параметри мікроклімату. Питомі надлишки явної теплоти називають теплонапругою об’єму приміщення.

---

Якщо в приміщенні < 0, то роблять висновок про теплонедостачу. В цьому випадку системи притікальної вентиляції приміщення виконують також обігрівальну функцію (працюють в режимі обігрівальних СВ), а повітрообмін розраховують за іншими видами забрудників (наприклад по СО₂).

Інколи високі приміщення умовно розділяють на дві зони і складають окремі баланси теплоти та інших забрудників для цих зон: нижньої (ЗО чи РЗ) і верхньої зон. Аналогічний прийом застосовують для великорозмірних в плані приміщень з нерівномірним розміщенням джерел виділень теплоти чи інших забрудників.

Визначальну роль у формуванні розподілення температур (та інших забрудників) як по висоті, так і в плані приміщення, відіграє схема перетікання повітря через приміщення. Наприклад, при повному перемішувальному перетіканні температура внутрішнього повітря (концентація забрудника) вирівнюється, але для забезпечення такого ефекту потрібні підвищені повітрообміни, особливо у високих приміщеннях, а отже і збільшені витрати теплоенергетичних ресурсів.

Вологонадходження В ПРИМІЩЕННЯ і ЇХ вологовтрати

Вологонадходження М_вл – це водяна пара, що виділяється у внутрішнє повітря. Основні джерела вологонадходжень в приміщення житлово-громадських будинків – це люди, в закладах громадського харчування – гаряча їжа і люди, а у виробничих приміщеннях – відкриті водні поверхні, змочені обладнання і підлога, пара, що перетікає через нещільності обладнання і трубопроводів, кількість вологи у притікальному повітрі тощо.

Водяна пара видаляється з приміщення, переважно, витікальними повітряними потоками.

По вологісному режиму розрізняють чотири категорії приміщень: мокрі (бані, пральні, фарбувальні відділення текстильних фабрик тощо); вологі (виробничі приміщення текстильних і трикотажних фабрик; нормальні (глядацькі зали, житлові приміщення тощо) і сухі (металообробні і ливарні виробничі приміщення тощо).

Тепло- і вологонадлишки (водяну пару) називають забрудниками умовно, а тому витікальне з приміщень повітря з надлишками теплоти і вологи, за відсутності в ньому інших забрудників, можна використати для рециркуляції (повторного вживання).

Надходження шкідливих речовин і пилу В ПРИМІЩЕННЯ

та їх ВИДІЛЕННЯ

Надходження цих забрудників від різних джерел дуже різноманітні як за складом, так і за кількістю. Завичай їхню кількість характеризують масовою витратою в кг/год або в г/год (мг/год).

Відповідна кількість забрудників вноситься в приміщення притікальними і виноситься з нього витікальними повітряними потоками.

5.1. Кількість теплоти, вологи і газових (пилових) забрудників, які переміщуються притікально-витікальними повітряними потоками

Кількість повної теплоти, що вноситься у приміщення притікальними повітряними потоками, можна визначити за формулою

---

, Вт (5.1)

а кількість повної теплоти, що виноситься з приміщення витікальними повітряними потоками, -

, Вт (5.2)

де – витрати, відповідно, повітряних потоків, що притікають в приміщення з і-го вентиляційного отвору і витікають з нього через j-ий вентиляційний отвір, кг/год; – ентальпія, відповідно притікальних і витікальних повітряних потоків, кДж/кг.

Кількість явної теплоти, що міститься в притікальних і витікальних повітряних потоках, можна обрахувати за формулами:

;

,

де - відповідно, витрата, температура і густина i-го притікального потоку; - відповідно, витрата, температура і густина j-го витікального потоку; c_р – теплоємність повітря за сталого тиску, кДж/(кг К);

Кількість вологи, кг/год, що вноситься в приміщення з притікальними повітряними потоками, можна визначити за формулою

, (5.3)

а кількість вологи, що виноситься із приміщення витікальними повітряними потоками, -

, (5.4)

де - вологовміст повітряного потоку в г/кг.с.пов., що притікає в приміщення з і-го вентиляційного отвору; - вологовміст повітряного потоку, що витікає з приміщення через j-й вентиляційний отвір.

Кількість забрудника, що вноситься в приміщення притікальними повітряними потоками, можна обрахувати за формулою

, (5.5)

а кількість забрудника, що виноситься із приміщення витікальними повітряними потоками, -

, (5.6)

де - концентрація забрудника, мг/м³, в повітряному потоці, який притікає в приміщення з і-го вентиляційного отвору; - концентрація забрудника в повітряному потоці, який витікає з приміщення через j-й вентиляційний отвір; і - густина, відповідно, притікальних і витікальних повітряних потоків, кг/м³.

В загальному випадку, за наявності в приміщенні n отворів притікального і m отворів витікального повітря, рівняння балансу повітрообміну приміщення запишеться у вигляді

. (5.7)

При цьому враховуються витрати повітряних потоків, кг/год, через отвори вентиляційних систем з механічним і природним спонуканням руху, а також через шпари (нещільності) огорож приміщення.

5.2. Теплонадлишки і теплонедостачі приміщення

В багатьох приміщеннях одним із визначальних забрудників є теплота. Для розрахунків повітрообміну і термодинамічних процесів вентилювання таких приміщень потрібно визначити їх теплонадлишок (чи теплонедостачу) із врахуванням всіх джерел тепловиділень і тепловтрат.

До джерел тепловиділень відносять теплоту, яку виділяють люди, теплоту сонячного випромінювання, штучного освітлення, нагрітого обладнання і виробів тощо. Крім цього, теплота може виділятись завдяки конденсації водяної пари, остигання нагрітого (розтопленого) металу тощо.

Втрати теплоти можуть бути: через огорожі приміщення; з виробами, які в нагрітому стані забирають із приміщення; на нагрівання зовнішнього повітря, що проникає в приміщення через нещільності огорож (інфільтрація); на нагрівання холодних матеріялів, виробів і транспортних засобів, які попадають ззовні в приміщення. Теплота приміщення витрачається також на випаровування води і інших рідин з ванн, резервуарів, поверхні мокрої підлоги (якщо теплота фазових перетворень не компенсується спеціальним підведенням енергії до води).

---

При розрахунках теплонадходжень в приміщення приймемо, що всі огорожі приміщення і обладнання перебувають в стані теплової рівноваги. Це означає, що їхня температура залишається незмінною в часі і кількість підведеної до них в одиницю часу теплоти є рівною кількості відведеної від них теплоти. Різниця надходжень і втрат теплоти визначає теплонадлишки або брак теплоти в приміщенні, які повинні бути асимільовані (або компенсовані) притікальним повітрям

. (5.8)

В деяких випадках розрахунок надходжень явної теплоти є недостатнім. В приміщеннях з активними вологообмінними процесами потрібно розраховувати надходження повної теплоти, тобто із врахуванням прихованої теплоти, що міститься у водяній парі, яка виділяється у внутрішнє повітря.

В приміщення надходить промениста і конвективна теплота. Зазвичай їх не розділяють і складають загальний тепловий баланс приміщення. Однак ці складові теплонадходжень балансу є суттєво відмінними. Променистий теплообмін відбувається між поверхнями з різною температурою і практично не вбирається повітрям приміщення (за винятком наявності туману або сильного запилення). Промениста теплота передається внутрішньому повітрю у вигляді вторинних потоків конвективної теплоти, які утворюються біля нагрітих випроміненням поверхонь огорож і меблів (обладнання).

Конвективна теплота надходить в приміщення з повітряними потоками, які утворюються біля нагрітих поверхонь. Конвективні повітряні струмені рухаються знизу-вгору і розтікаються під стелею приміщення. Вони можуть створювати вертикальну циркуляцію повітря у всьому об’ємі приміщення, або спричиняти відносно стійке двоверствове (двошарове) теплове розділення внутрішнього повітря по висоті: нижня верства – прохолодне і відносно чисте повітря; верхня верства – нагріте і забруднене повітря. В цьому випадку складають теплові баланси окремо для нижньої (ЗО, РЗ) і верхньої (ВЗ) зон приміщення. Інколи складають теплові баланси окремих зон по площі приміщення, в місці праці тощо. В цих випадках теплонадлишки (теплонедостача) окремих зон приміщення також характеризується рівністю (5.8) з тією лише відмінністю, що враховуються локальні джерела теплонадходжень і втрат теплоти для даної зони або місця праці.

За неусталеного теплового стану приміщення враховують, що його огорожі і обладнання акумулюють теплоту при нагріванні або віддають її при охолодженні. У відповідні періоди часу вони стають як би додатковими джерелами виділень теплоти або її поглинання (вбирання). Кількість надлишкової теплоти стає змінною в часі. Процес вентилювання приміщення за цих умов є нестаціонарним і вимагає спеціальних розрахунків. Особливості нестаціонарних процесів вентилювання приміщення проаналізовані В.Н.Богословським [2].

---

Інколи виконують дослідження теплового балансу реального вентильованого приміщення. В часі досліджень вимірюють витрати притікальних повітряних потоків , м³/год і їх температури , а також витрати витікальних повітряних потоків і їх температури . Рівняння теплового балансу приміщення по явній теплоті записують у вигляді:

, Вт. (5.9)

Подібні дослідження виконують для всіх характерних періодів тепловиділень і тепловтрат за реальних схем перетікання повітря через приміщення та отримують режимні характеристики зміни в часі. Потрібно пам’ятати, що випробування на об’єктах проводять за деякої зовнішньої температури, яка, як правило, відрізняється від розрахункової (проєктної). Тому дані випробувань повинні бути поправлені і приведені до розрахункових умов.

Подібні дослідження працемісткі і дорогі, в зв’язку з чим основним і найбільш доцільним способом визначення теплонадходжень і тепловтрат приміщення є теплотехнічні розрахунки.

5.2.1. Тепловиділення від людей

Основні складові тепловиділень людського тіла: конвекція, випромінення, випаровування. Перші дві складові називають ще явними, а останню – прихованими тепловиділеннями.

Конвективні тепловиділення складають біля 32...35% всіх тепловиділень. Якщо температура навколишнього повітря вища за температуру поверхні тіла, організм людини може сприймати теплоту цього повітря.

Кількість теплоти, що виділяється випроміненням, складає 42...44% від тепловиділень тіла людини. Подібно до конвективної тепловіддачі тепловіддача випроміненням може бути як додатньою (температура тіла перевищує температуру навколишніх поверхонь), так і від’ємною.

Тепловіддачу випаровуванням можна розділити на дві складові – невидиме випаровування і потовиділення. Організм випаровує майже 1000 мл вологи за добу в умовах основного обміну речовин. Оскільки на випаровування 1 г вологи витрачається 2400 Дж теплоти, то тепловиділення від людини випаровуванням складають 21,8...25,0·10⁵ Дж за добу. Потовиділення починається за температури навколишнього середовища вище 34⁰С; при цьому тепловіддача з причини випаровування і потовиділення єдиний спосіб тепловіддачі організму.

Повні тепловиділення людини залежать від інтенсивності праці і в меншій мірі від температури приміщення t_п і теплозахисних властивостей одягу.

Явні тепловиділення людини залежать від тяжкості праці, температури приміщення t_п і рухливості повітря в робочій зоні (місці праці), а також від теплозахисних властивостей одягу.

Явні тепловиділення одягненого дорослого мужчини можна визначити за формулою [1]:

, Вт (5.10)

де β_і – коефіцієнт інтенсивності праці: для легкої праці β_і = 1; для праці середньої тяжкості β_і = 1,07; для тяжкої праці β_і = 1,15; β_од – коефіцієнт, який враховує теплозахисні властивості одягу: для легкого одягу β_од = 1; для звичайного одягу β_од = 0,65; для утепленого одягу β_од = 0,4; υ_в – рухливість повітря в робочій зоні приміщення (в місці праці), м/с; t_п – температура приміщення, ⁰С.

---