Document 658203
advertisement
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВПО «МГИУ») Кафедра промышленной теплоэнергетики Е.А. Чугаев СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ, ВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА Курс лекций для специальности 140104 «Промышленная теплоэнергетика» МОСКВА 2012 СОДЕРЖАНИЕ стр. Вводная лекция по дисциплине «Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха»………………………………………………. 1.1 Микроклимат помещения……………………………….. Лекция 1 1.2. Тепловой режим здания………………………………… 1.3. Воздухопроницаемость ограничений…………………. 2.1. Летний воздушно – тепловой режим помещения……. Лекция 2 2.2. Тепловой баланс помещения…………………………… 2.3. Потери теплоты через ограждающие конструкции….. 2.4. Удельная тепловая характеристика здания…………… 3.1.Системы отопления зданий…………………………….. Лекция 3 3.2. Теплоносители системы отопления…………………… 4.1. Классификация систем отопления…………………….. Лекция 4 4.2. Виды и типы отопительных приборов………………… 4.3. Неметаллические отопительные приборы……………. 4.4. Схему присоединения отопительных приборов к трубопроводам………………………………………………. 5.1. Системы водяного отопления…………………………. Лекция 5 6.1. Системы вентиляции промышленного здания……….. Лекция 6 6.2. Схемы организации воздухообмена в помещениях промышленных зданий……………………………………… 6.3. Расчёт воздухообмена промышленного здания……… 6.4. Вентиляция горячих цехов……………………………... 6.5. Аварийная вентиляция………………………………….. 6.6. Требования к вентиляции категорийных помещений... 7.1. Воздушный душ, его назначение и области Лекция 7 применения…………………………………………………… 7.2. Конструктивные решения воздушных душей………… 7.3. Расчет воздушных душей……………………………… 8.1 Общие положения устройств местных вытяжных Лекция 8 вентиляций……………………………………………………. 8.2 Требования, предъявляемые к местным отсосам…….. 8.3 Классификация местных отсосов………………………. 8.4 Местные отсосы открытого типа……………………….. 9.1. Вытяжные зонты………………………………………… Лекция 9 9.2 Зонты козырьки………………………………………… 9.3. Комбинированные зонты……………………………….. Лекция 10 10.1. Вытяжные шкафы……………………………………… 10.2. Боковые отсосы………………………………………… 10.3. Бортовые отсосы………………………………………. 10.4. Расчет бортовых отсосов……………………………… 10.5. Кольцевые отсосы……………………………………… Лекция 11 11.1. Области применения аэрации………………………… Лекция 12 Лекция 13 11.2. Понятие о внутреннем избыточном давлении……… 11.3. Аэрация за счет теплового напора…………………… 12.1. Обтекание зданий ветром…………………………….. 12.2. Понятие о фиктивном давлении………………………. 12.3. Способы расчета аэрации…………………………….. 13.1. Расчет аэрации однопролетных цехов……………….. 13.2. Расчет аэрации многопролетных цехов……………… Вводная лекция по дисциплине «Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха» Преподаватель: Чугаев Евгений Анатольевич – ассистент кафедры промышленной теплоэнергетики (37) ФГБОУ ВПО «МГИУ». Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВиК) являются неотъемлемой частью систем жизнеобеспечения зданий любого назначения. Системы ОВиК необходимы для двух целей: организация допустимых или оптимальных условии, которые определяются Заказчиком и нормативными документами, а также для создания микроклимата в помещениях, предназначенных для пребывания работающих или отдыхающих людей; организация необходимых нормативных условий микроклимата для проведения технологических процессов. Проектирование – первый и важнейший этап при организации систем отопления, вентиляции и кондиционирования. Проект это официальный документ для перепланировки помещений и подключения к внешним сетям, который зачастую является обязательным требованием местных эксплуатирующих организаций. Хорошо сделанный проект позволит сдать систему надзорным органам и учесть все пожелания Заказчика. Проектирование систем отопления необходимо для достижения комфортных температурных условий в помещении. Отопление – это искусственный обогрев помещений в холодный период года с целью возмещения в них теплопотерь и поддержания на заданном уровне температуры, отвечающей условиям теплового комфорта, а иногда и требованиям технологического процесса при помощи устройств (приборов, систем), выполняющих эту функцию. Системы отопления бывают двух видов: местные и центральные. В центральных системах отопления тепло вырабатывают за пределами отапливаемых помещений (котельная, ТЭЦ). Затем выработанное тепло транспортируется по трубопроводам (тепломагистралям) в отдельные помещения и здания. Центральные системы отопления подразделяются по виду теплоносителя на водяное, воздушное, паровое и др. Местные (автономные) системы отопления отличает отсутствие теплопередающей системы – «тепломагистрали». Особенностью местной системы отопления является совмещение генератора тепла с отопительным прибором. Отопительные приборы систем отопления различаются по виду конструкции и по способу теплоотдачи. Грамотное проектирование систем отопления зданий устраняет такие моменты, как неправильный подбор оборудования, перерасход материалов, пересечение различных коммуникаций и т.д. Проектирование отопления начинается с того, что производится расчёт теплопотерь на каждое отдельное помещение, с учётом его размеров, количества окон, толщины стен и перекрытий. Учитываются также материалы, использованные при возведении стен, тип остекления, конструкция кровельного покрытия, количество стяжек пола и характер фундамента. Затем определяется тип отопительной системы здания, составляется принципиальная схема отопительной системы и производится технико-экономический расчёт, после чего проект согласовывается с заказчиком и получает разрешение в соответствующих государственных органах. Системы вентиляции и кондиционирования служат для создания комфортного микроклимата в помещениях. По функциональному назначению системы вентиляции различаются на: приточная вентиляция (система); вытяжная вентиляция (система); рециркуляционная вентиляция (система). Приточная система вентиляции подает очищенный и подогретый наружный воздух, особенно в холодное время года в рабочую зону помещений, в зону жизнедеятельности людей. Вытяжные системы предназначены для удаления отработанного увлажнённого воздуха из мест его скопления, обычно из верхней зоны помещений. Рециркуляционные системы используют воздух помещения для его охлаждения, в летнее время, или нагрева, в холодный период. При проектировании вентиляции обязательно учитываются все выше перечисленные особенности систем. Проектирование вентиляции заключается в оценке необходимого количества и номенклатуры вентиляционного оборудования и расчета системы вентиляции выдерживании для основных достижения сбалансированной параметров воздухообмена, работы и составления необходимых чертежей, перечней оборудования и обоснования выбора того или иного технического решения. Кондиционирование — это создание и поддержание определённых оптимальных параметров воздушной среды: температуры, влажности, уровня чистоты и подвижности воздуха. Системы кондиционирования воздуха работают так же в роли приточной вентиляции. В теплое время года такие системы охлаждают и осушают воздух, в холодный – подогревают и увлажняют. Системы кондиционирования могут работать вместе с системами отопления как единое целое. При кондиционировании воздуха так же осуществляется очистка от пыли, нагревания, охлаждения, осушения и увлажнения воздуха. Все эти параметры регулируются автоматически системой управления. Системы кондиционирования подразделяются на центральные системы и местные системы. Все системы ОВиК рассчитываются исходя из нормативных параметров наружного и внутреннего воздуха, требуемых параметров окружающей среды и микроклимата в помещении. Цели и задачи учебной дисциплины Целью учебной дисциплины является необходимым звеном в изучении полного курса по направлению "Промышленная теплоэнергетика". Данная дисциплина освещает основные достижения науки и техники в области устройства теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха. Целью изучения дисциплины является получение теоретических и практических знаний в области проектирования и эксплуатации оборудования систем кондиционирования, отопления и вентиляции воздуха. Задачей учебной дисциплины является: - изучение методов определения потребности предприятия в теплоносителе – горячем или холодном воздухе; - изучение схем, состава оборудования и режимов работы систем кондиционирования и отопления; - изучение методов утилизации ВЭР выкидного воздуха; - изучение способов регулирования СКВ, методы технико – экономического анализа эффективности СКВ. Связь с предшествующими дисциплинами: - теоретические основы теплотехники. Раздел "реальные газы. Влажный воздух". - нагнетатели и тепловые двигатели. Раздел "Расчет вентиляторов и насосов". Основная литература 1. Бакластов A.M. и др. Промышленные тепломассообменные процессы и установки. - М.: Энергоатомиздат, 1986.; 2. Баркалов Б.В., Карпис Е.Е. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях. - М.: Стройиздат, 1982.; 3. Богданов С.Н., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная техника. Свойства веществ. Справочник. - Л.: Машиностроение, 1976.; 4. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизческие основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха): Учебник дл вузов – 2-ое изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1982. – 415 с.,ил.; 5. Богословский В.Н., Кокорин О.Я., Петров Л.В. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. - М.: Стройиздат, 1985.; 6. Ананьев В.А. Балуева Л.Н. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. – М.: ЕВРОКЛИМАТ, 2001. 416с. Третье издание; 7. Голубков Б.Н. и др. Проектирование и эксплуатация установок кондиционирования воздуха и отопления: Учебное пособие для вузов. – М.: Электроатомиздат, 1988.- 190с.: ил.; 8. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»; 9. СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» Дополнительная литература 1. Тепловой режим зданий: Учебное пособие. – М.: Издательство АСБ, 2000 – 368 с.; 2. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция: Учеб. Для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1991. – 480 с.: ил.; 3. Нащокин В.В. «Техническая термодинамика и теплопередача»: учебное пособие для вузов.- 3-е изд., испр. и доп.- М. Высш. школа, 1980-469 с., ил.; 4. Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. – М.: Издво НЦ ЭНАС, 2004. – 208 с.; 5. Правила учета тепловой энергии и теплоносителя. – М.: ЗАО «Энергосервис», 2004. – 66 с.; 6. Учет тепловой энергии и теплоносителя. Выпуск 2. – М.: ЗАО «Энергосервис», 2004. – 208 стр. Автор-составитель: Рябинкин В.Н.; 7. Отопление: Учебник для вузов./ Сканави А.Н., Махов Л.М. – М.: Издательство АСВ, 2002. – 576 с.: ил. Лекция 1. Отопление. Тепловой режим здания. 1.1 Микроклимат помещения. Под микроклиматом помещения понимается совокупность теплового, воздушного и влажностного режимов в их взаимосвязи. В соответствии с ГОСТом микроклимат помещения – это состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемые показателями температуры воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха. Основное требование к микроклимату – поддержание благоприятных условий для людей находящихся в помещении. Основные микроклиматические параметры: 1. Температура внутреннего воздуха t в , 0 C 2 . Влажность внутреннего воздуха , % 3. Подвижность внутреннего воздуха V , м / с Основные нормативные требования к микроклимату помещений содержатся: 1. Для промышленных зданий параметры внутреннего воздуха нормируются: а) ГОСТ 12.1.005.88 «Общие санитарно–гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»; б) СаНПиН 2.2.4.548–96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений»; в) СНиП 41–01–2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»; г) ГОСТ 30494–96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях». Различные сочетания микроклиматических параметров определяют два условия комфортности: Оптимальные или комфортные – это такие сочетания t , , V , при которых человек не испытывает напряжения в системе терморегуляции. Например: t в 20 23 0 C t в1 20 0 C t в 2 22 0 C t в3 ; 40 60% 1 45% 2 55% 3 ; V 0,2 0,3 м / с V1 0,2 м / с V2 0,3м / с V3 ; Допустимые – это такие сочетания t , , V , при которых человек испытывает некоторый дискомфорт, который не наносит вреда система терморегуляции человека. t в 19 25 о С 30 70% V 0,1 0,5 м / с Требуемый микроклимат в помещении создается следующие системами инженерного оборудования зданий: 1. Отопления. 2. Вентиляции. 3. Кондиционирования. Системы отопления служат для создания в помещениях в холодный период года необходимых температур воздуха, соответствует нормативным. То есть создают тепловой режим помещения. Системы вентиляции – служат для удаления из помещений загрязненного и подачи в них чистого воздуха. То есть создают воздушный режим помещения. Системы кондиционирования – служат для обеспечения в помещениях заданной температуры, влажности и подвижности воздуха. 1.2. Тепловой режим здания. Тепловым режимом здания называется совокупность факторов и процессов, которые под влиянием внешних, внутренних воздействий и принятых инженерных устройств формируют тепловую обстановку в его помещениях. Различают: 1) Зимний воздушно–тепловой режим. 2) Летний воздушно–тепловой режим. Зимний воздушно–тепловой режим. На зимний воздушно–тепловой режим помещения оказывают влияния следующие факторы: 1. Расчетные зимние параметры наружного воздуха: а) температура наружного воздуха t н ; б) скорость ветра V н ; в) продолжительность отопительного периода. 2. Теплозащитные свойства ограждений: а) сопротивление теплопередаче Ro ; б) теплоустойчивость (тепловая инерция Д). 3. Воздухо – и влагопроницаемость ограждений. 1. Расчетные параметры наружного воздуха. Устанавливаются на основании данных метеорологических наблюдений в различных географических пунктах (приведены в СНиП 2.04.05–91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»). Согласно СНиП 2.04.05–91 климат холодного и теплого периодов года для различных географических пунктов характеризуется двумя расчетными параметрами: А и Б 1) А – принимаются для расчета системы вентиляции. 2) Б – принимаются для расчета системы отопления. Расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года принимается по параметрам Б (СНиП 2.04.05–91) и равна температуре наиболее холодной пятидневки. t н t5 V н – (СНиП 2.04.05–91) а) При выборе расчетных наружных характеристик для холодного периода года необходимо исходить из следующих предпосылок: 1) Расчетные параметры климата должны быть общими для расчета всех составляющих теплового режима (теплозащита ограждения, потери теплоты и т.д.), так как они отражают единый процесс теплообмена в помещении. 2) Они должны определяться с учетом коэффициента обеспеченности и быть достаточными для расчета нестационарной теплопередачи через ограждения, характерной для расчетных условий. Обеспеченность устанавливает, как часто или насколько продолжительны могут быть отклонения внутренних условий от заданных расчетных. (например:) Обеспеченность условий характеризуется коэффициентом обеспеченности. k об. – показывает в долях единицы или процентах число случае, когда недопустимо отклонение от расчетных условий. (Например: k об. 0,92 из 100 зим только в 8 в период наибольших зимних похолоданий могут быть отклонения условий в помещение от расчетных). В СНиП приняты следующие значения расчетной наружной температуры для каждого географического пункта: 1) t н1 – средняя температура наиболее холодных суток при k об. 0,92 и 0,98 ; 2) t н 5 – средняя температура наиболее холодной пятидневки при k об. 0,92 Эти температуры определены по 8 и соответственно 2 суровым зимам последних 50 лет. Выбор расчетной температуры по нормам зависит от тепловой инерции ограждения D R S по табл. Расчетная зимняя температура наружного воздуха б) V н D до 1,5 tн t н1 0,98 1,5D4 t н1 0,92 4D7 t н1 0 , 92 t н5 2 D7 t н5 расчетная скорость ветра по СНиП принимается равной максимальной скорости из средних скоростей ветра по румбам за январь. в) В нормах начало отопительного периода для всех зданий принято 0 одинаково t нос 8 С . Z ос. – продолжительность отопительного периода для различных географических пунктов приведена в СНиП. 2. Особенностью зимнего воздушно–теплового режима помещений является большой перепад температур внутреннего и наружного воздуха, т.е. tн tв . Вследствие этого помещение теряет какое–то количество тепла через ограждение. Переход теплоты из помещения к наружной среде через ограждение. Переход теплоты из помещения к наружной среде через ограждение является сложным процессом теплопередачи. Внутренняя поверхность наружного ограждения обменивается теплотой с помещением. Термическое сопротивление на внутренней поверхности равно: Rв 1 Lв где, Lв коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения принимается по СНиП строительная теплотехника. Наружная поверхность отдает теплоту наружному воздуху, окружающим поверхностям, небосводу. Термическое сопротивление на наружной поверхности ограждения: Rн 1 Lн В условиях установившегося теплового режима количество теплоты, прошедшее через внутреннюю поверхность ограждения, равно количеству теплоты, проходящему через толщу ограждения и количеству теплоты, отданному наружной поверхностью, т.е. q1 q2 q3 Тепловой поток последовательно преодолевает термические сопротивления на внутренней поверхности Rв , толщи ограждения Rт и наружной поверхности Rн , поэтому сопротивление теплопередаче ограждения Ro равно: сумме термических сопротивлений м 20С Ro Rв Rт Rн , Вт где Rт – термическое сопротивление первого слоя ограждения, зависит от материала ограничения и его толщины. Rт где – толщина слоя ограждения – коэффициент теплопроводности материала ограждения, Вт/м0С. СНиП II–3–79** Материал ограждения характеризуется коэффициентом теплопроводности и коэффициентом S1 . Если ограждение многоступенчатое, и состоит из нескольких плоских слоев, расположенных L направленного теплового потока, то термическое сопротивление ограждения равно сумме: п Rт Ri , i 1 где Rт = сумме термических сопротивлений отдельных слоев ограждения. Если в ограждении присутствует плоская воздушная прослойка, то она должна быть также учтена в сумме со своим термическим сопротивлением Rвп (СНиП II–3–79**), тогда п Ro Rв Ri Rвп Rн i 1 Для неоднородной оградительной конструкции: Rкпр R a 2 Rб 3 Коэффициент теплопередачи ограждения – величина обратная его сопротивлению теплопередаче, он равен k 1 Ro 1 i Rвп 1 / 2 н i 1 i п 1/ 2в Вт м 2о С Сопротивление теплопередаче наружных ограждений отапливаемых зданий Ro должно быть не менее требуемого сопротивления теплопередаче Roтр. м 2 дк Вт Roтр. – определяется с учетом санитарно–гигиенических требований, предъявляемых к помещениям зданий, и д.б. оптимальным с технико– экономической точки зрения. – Roтр. является теплопередаче, минимально удовлетворяющим в – допустимым зимних сопротивлением условиях санитарно – гигиенических требованиям, и определяется по формуле для наружных ограждений, кроме заполнений проемов. Roтр п(t в t н ) м 2 о k Вт t н Lв где п коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху СНиП II–3–79**; t в расчетная температура внутреннего воздуха, о С. t н расчетная зимняя температура наружного воздуха принимаем в соответствии со СНиП 2.01.01–82 «Климатология» с учетом тепловой инерции D ограждающих конструкций берется по СНиП II–3–79*. t н нормативный температурный перепад внутреннего воздуха и температурой между температурой ограждающей конструкции. СНиП II–3–79**. Из условия энергосбережение определяется по [СНиП II–3–79**] в зависимости от ГСО.П.= (t в t от.пер. ) Z от.пер. Для наружных дверей (кроме балконных), ворот тр. тр. Ro дв. 0,6Ro стен Для окон Ro октр.. по СНиП II–3–79*. Тепловая инерция «D» определяется по формуле: D R1 S1 R2 S 2 ... Rп S п ; таблице 1б где, R1 , R2 , Rп сопротивление теплопередаче отдельных слоев ограждающей конструкции. S1 , S 2 , S п м 2о k . Вт коэффициенты теплоусвоенности материала слоев ограждений S показывает способность поверхности стенки площадью 1 м2 усваивать тепловой поток мощностью 1 Вт при температурном перепаде 1оС. S н зависит от продолжительности отопления и физических свойств материала. 1.3. Воздухопроницаемость ограничений. При разности давлений воздуха вследствие разности температуры с одной и с другой стороны ограждения через него может проникать воздух от большего давления к меньшему. Это явление называется фильтрацией. Если фильтрация происходит в направлении от наружного воздуха в помещение, то она называется инфильтрацией. Свойство ограждения или материала пропускать воздух называется воздухопроницаемостью. Воздухопроницаемость ограждения конструкции оценивается по величине сопротивления воздухопроницанию Rи . Rи i м 2чПа кг где – толщина слоя ограждения, м i – коэффициент воздухопроницаемости материала кг /( м 2 чПа), характеризует количество воздуха в кг, который проходит через 1м2 ограждения за 1 час при разности давлений 1 Па. Воздухопроницаемость строительных материалов и конструкций существенно различна. Коэффициенты Rи стекла, пластмасс, прослоек = 0. Кирпичные стены со сплошной штукатуркой на наружной поверхности тоже достаточно воздухонепроницаемы. При наличии мельчайших трещин в плотном материале Ru возрастает во много раз, а Ru стыков между отдельными элементами ограждающих конструкций во много раз больше Ru материалов из которых выполнены эти элементы. Сопротивление должно быть не менее требуемого по СНиП II–3–79** Ruтр. , м 2 чПа . кг Сопротивление воздухопроницаемости многослойной конструкции определяют по формуле: Ru Ru1 Ru 2 ...Run , где Ru1 , Ru 2 , Run – сопротивление воздухопроницаемости отдельных слоев ограждающих конструкций. Влагопроницаемость строительных конструкций (ограждений). Влажность строительных материалов увеличивает их теплопроводность, что существенно теплопроводность их теплозащитные качества ограждений. Влажный строительный материал неприемлем с гигиенической точки зрения. Кроме того, влажностный режим ограждения оказывает существенное влияние на долговечность ограждения. Влага бывает: – строительная (технологическая); – грунтовая (проникновенная вследствие каппилярного всасывания); – атмосферная (дожди, осадки); – эксплуатационная; – гигроскопическая; – конденсационная. От всех видов влаги можно и должно избавиться кроме конденсационной. На образование конденсационной влаги оказывает существенное влияние теплотехнический режим ограждения. Лекция 2 2.1. Летний воздушно – тепловой режим помещения Для летнего периода определяющими параметрами климата являются: 1) интенсивность солнечной радиации; 2) температура наружного воздуха. За расчетную температуру наружного воздуха t в в летний период принимают температуру наиболее жарких летних суток. Особенностью расчета летнего теплового режима зданий является – определение теплопоступлений от солнечной радиации. Для поддержания в помещениях в летний период определенного микроклимата используют солнцезащитные стекла, средства тепло вентилируемые и солнцезащиты ограждения, (Это затеняющие приспособления) Помещения охлаждают: 1. путем проветривания; 2. функционирования общеобменной система вентиляции; 3. с помощью система кондиционирования. Для определения расчетной мощности система вентиляции и кондиционирования воздуха составляется тепловой баланс помещения. Его можно представить следующим образом: Qогр. Qв ент. Qтехн. 0 где Qогр. – теплопоступления через наружное ограждение; Qвент. – теплопоступления с воздухом система вентиляции и кондиционирования; Qтехн. – теплопоступления с технологическими тепловыделениями. 2.2. Тепловой баланс помещения Температурная обстановка в помещении зависит: 1) от тепловой мощности система отопления; 2) от расположения обогревающих устройств; и бытовыми 3) теплозащитных свойств наружных ограждений; 4) интенсивности других источников потерь и поступлений теплоты. В холодное время года помещение теряет теплоту: 1) из наружных ограждений – Qогр. 2) Q – расходуется (отдается) на нагрев наружного воздуха, который проникает через неплотность ограждений – Qинф. ; 3) на нагрев материалов, транспортных средств, изделий, одежды, которые поступают холодными в помещения – Qмат. Qоб. В то же время теплота поступает в помещение: 1) от технологического оборудования Qоб. ; 2) от источников искусственного освещения Qосв. ; 3) от нагретых материалов Qмат. 4) через оконные проемы солнечной радиации Q рад. ; 5) от людей Qл. ; 6) от технологических процессов, связанных с выделением Qтехн. В установившемся режиме теплопотери равны теплопоступлениям. Q пот. Qпост. Сведением всех составляющих поступлений и расхода теплоты в тепловом балансе помещения определяется дефицит или избыток теплоты. Qоб. Qосв. Qмат. Q рад. Qл. Qогр. Qмат. Qоб. Q Дефицит теплоты ( Q ) указывает на необходимость устройства в помещении система отопления (т.е. Избыток теплоты ( Q ) Q пот. Qпост. ). обычно ассимилируется система вентиляции. ( Qпот. Qпост. ). Тепловая мощность системы отопления определяется разностью величин теплопотерь и теплопоступлений. Q Qпот. Qпост. Стены и стеновые проемы h4м t p 0,5t в t в. з. t в.з. температура верхней зоны t в. з. t в t hп 2 t 0,3 07 0 C / м без значения теплоизоляции t 0,7 2 0 C / м со значением теплоизоляции Рис. 2.1.Теплопоступление и теплопотери в помещение общественного здания 2.3. Потери теплоты через ограждающие конструкции Потери теплоты через ограждающие конструкции разделяются условно на: 1. основные 2. добавочные Основные потери теплоты. Следует определять, суммируя теплопотери отдельных ограждающих конструкций. Определяется по формуле: Qо k F (t в t нБ ) n , где k – коэффициент теплопередачи ограждения конструкции. k 1 , Ro Вт / м 2 о С ; F – площадь ограждающих конструкций; t в – температура внутреннего воздуха в помещении; t нБ – расчетная зимняя температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки. Добавочные потери теплоты. Потери теплоты могут значительно возрасти за счет изменения температуры по высоте, врывания холодного воздуха через открываемые проемы и т.д. Эти дополнительные потери обычно учитывают добавками к основным теплопотерям. Qдоб Qосн. 1 , где – коэффициент добавок Величина добавок: 1) Добавка на ориентацию по сторонам горизонта (0,08 – для тепловых проектов (СНиП 2.04.05–91) c, в, с в, с з 0,110%, ю в, з 0,055% 2) Для угловых помещений дополнительно 0,055% , если одно из ограждений обращено на с, в, с–в, и с–з б) 0,1 в остальных случаях. Рис. 2.1. Потеря теплоты (без утепления). Потери теплоты на нагрев наружного воздуха при инфильтрации через наружные ограждения. Потери тепла на подогрев воздуха, проникающего в помещение путем инфильтрации через окна в балконные двери рассчитывается: Qинф. 0,288 С А0 F0 G0 t в t н где А0 – коэффициент, учитывающий влияние встречного теплового потока. Для окон и балконных дверей с раздельными переплетами 0,8. Со спаренными переплетами 1; Fo – расчетная площадь окон и балконных дверей, м2; G0 – удельная масса воздуха, поступающего в помещения путем инфильтрации через 1 м2 окон и балконных дверей, кг/м2ч; C – теплоемкость воздуха С=1 кДж/кг0К. Удельная масса воздуха: G0 где Rи P 2 3 Rи – сопротивление воздухопроницанию окон Па м2ч/кг, СНиП П–3–79**, Rи II 0,38 , Rи III 0,56 ; P – разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, Па P 9,8 H h н в0 0,05 нV 2 Сн С3 k где H – высота здания от поверхности земли до верха карниза вытяжной шахты, м (должна быть выше 0,5м. конька крыши); h – расстояние от поверхности земли до центра окон и балконных дверей рассматриваемого этажа, м н – плотность наружного воздуха при температуре t н , кг/м3 в – плотность воздуха при t в , кг/м3 0 V – расчетная скорость ветра, м/с по параметрам Б (СНиП 2.04.05–91, приложение 8) С н , С з – аэродинамические коэффициенты наветренной и заветренной поверхностей C н 0,8 , С3 0,6 ; k – коэффициент, учитывающий изменения скоростного напора в зависимости от высоты здания и типа местности. Для городских территорий с препятствиями более 10м при высоте здания над поверхностью земли до 10м k 0,65 (СНиП 2.01.07– 85, приложение 4). н , во используют уравнение х о То Тх где хТ х – определяемая плотность наружного воздуха н , в и соответствующая ей температура в оК Т н , Т в о 1,293 кг/м3 – плотность воздуха при Т о 273о К Для типовых проектов: 0,08 – при первой наружной стене; 0,13 – для угловых помещений, кроме жилых; для всех жилых 0,13. Через наружные двери необорудованные тепловыми завесами 0,27 H , H высота от поверхности земли до верха вытяжной шахты. 2.4. Удельная тепловая характеристика здания Для оценки технических показателей принятого конструктивно– планировочного решения расчет теплопотерь ограждениями здание заканчивают определением Удельной тепловой характеристики здания q уд Вт , Б м 3о К Vн tв t н Qco где Qco – максимальный тепловой поток на отопления здания, Вт ; V н – строительный объем здания по наружному обмеру, м 3 ; t в – средняя температура в отапливаемых помещениях; t нБ – средняя температура в отапливаемых помещениях. Величина q уд. численно равна теплопотерям 1м3 здания в Bт при Б разности t p внутреннего и наружного воздуха t в t и в 10С. Удельная тепловая характеристика здания зависит: - от объема здания; - конструктивно–планировочного решения (этажность, степень остекления, назначение помещений, климатические условия). Рассчитанную по формуле q уд. сравнивают со средними показателями для аналогичных зданий. Она не должна быть выше справочных величин. Иначе возрастают первоначальные затраты и эксплуатационные расходы на отопление. По q уд. можно ориентировочно определить теплопотери для предлагаемого к строительству здания. Теплозатраты на отопление здания при отсутствии данных о типе застройки и наружном объеме здания рекомендуется СНиП 2.04.05–91 определять по формуле: Qo1 max q уд F 1 k1 , где q уд. укрупненный показатель максимального теплового потока; F площадь здания; k1 коэффициент, учитывающий максимальный тепловой поток. При расчете мощности отопительной установки в тепловой баланс помещения вводят явные (излучением и конвекцией) тепловыделения людей Qл , учитывая интенсивность выполненной работы и теплозащитные свойства одежды. Явную теплоотдачу взрослым человеком (мужчиной) Qчел . , Вт (ккал/ч), определяют по формуле: Qчел . и од. 2,5 10,36 vв 35 t п где и коэффициент учета интенсивности работы, равный 1,0 для легкой работы, 1,07 для работы средней тяжести и 1,15 для тяжелой работы; од коэффициент учета теплозащитных свойств одежды, равный 1,0 для легкой одежды, 0,65 для обычной одежды и 0,40 для утепленной одежды; tп и vв – температура, помещении, м/с. 0 С, и скорость движения воздуха в Теплопоступления в помещение от нагретого оборудования Qоб. определяют по данным технологического проекта и вычисляют теплоотдачу от нагретой поверхности Qпов. , если заданы площадь Апов. , м2, и температура поверхности t пов. , 0С, оборудования и коммуникаций: Qпов. пов. t пов t в Aпов. где пов. – общий (полный) коэффициент лучисто–конвективного теплообмена на нагретой поверхности, Вт/(м2К). При искусственном производственном освещении оборудовании и работающем тепловыделения электрическом Qэ , Вт (ккал/ч), составляют: Qэ kNQэ 0,86kN , где k использование общий мощности коэффициент, ( k 0,7 0,9 ), учитывающий загрузку фактическое (k 0,5 0,8) и одновременность работы (k 0,5 1,0) нескольких приборов или оборудования и долю перехода электрической энергии в тепловую, которая поступает в помещение (принимают от 0,15 до 0,95 по проекту технологии); при светильниках в помещении k 1,0 , светильниках, встроенных в перекрытие помещения, k 0,40 ; N – мощность осветительных приборов или силового оборудования, Вт. Бытовые тепловыделения Qбыт. , Вт (ккал/ч), в жилых квартирах вычисляют по формуле: Qбыт. q1 An где q1 – теплопоступления на 1 м2 площади пола, Вт/м2 [ккал/(чм2)]; принимают по данным главы СНиП 2.04.05–86; An – площадь пола жилой комнаты или кухни, м2. Теплопоступления от нагретых материалов Q мат. и изделий, а также от горячих газов, выпускаемых в помещений, определяют по формуле: Qмат. G м ct м t в B Теплопоступления от солнечной радиации Qс. р. при расчете мощности отопительных установок включают в тепловой баланс в исключительных случаях. Лекция 3 3.1.Системы отопления зданий Общие сведения о системе отопления. Требования, предъявляемые к системе отопления. Теплоносители система отопления. Рис. 3.1 Система отопления загородного дома. Система отопления это: комплекс элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи тепла в обогреваемые помещения. Система отопления состоит из: 1. Генератора тепла (1). 2. Теплопроводов (2). 3. Отопительных (3). Генератор тепла служит для получения теплоты и передачи ее теплоносителю. Генераторами тепла могут служить: 1. Котельные установки на ТЭС, КЭС. 2. Печи. Теплопроводы – для транспортировки теплоносителя от генератора тепла к отопительным приборам. Теплопроводы системы отопления подразделяют на магистрали, стояки и подводки (лежаки) к приборам. Отопительные приборы – служат для передачи тепла от теплоносителя воздуху отапливаемых помещений. Основные требования, предъявляемые к системе отопления: 1. Санитарно–гигиенические – обеспечение СНиПами температур во всех точках помещения и поддержание температур внутренних поверхностей наружных ограждений и отопительных приборов на определенном уровне. 2. Экономические – обеспечение минимальных затрат на изготовление и эксплуатацию системы (возможность унифицирования узлов, деталей). 3. Строительные планировочным и – обеспечение конструктивным соответствия решениям. архитектурно– Увязка размещения отопительных приборов со строительными конструкциями. 4. Монтажные – обеспечение монтажа индустриальными методами с максимальным использованием унифицированных узлов, при минимальном количестве типоразмеров. 5. Эксплуатационные – простота и удобство обслуживания, управления, ремонта, надежность, безопасность, бесшумность действия. 6. Эстетические – минимальная площадь, сочетаемость с архитектурными решениями. Все перечисленные требования важны, и их необходимо учитывать при выборе и проектировании системы отопления. Но наиболее важными требованиями все же остаются санитарно– гигиенические требования. 3.2. Теплоносители системы отопления. Теплоносителем для системы отопления может быть любая среда, обладающая хорошей способностью аккумулировать тепловую энергию и изменять теплотехнические свойства, подвижная, дешевая, не ухудшающая санитарные условия в помещениях, позволяющая регулировать отпуск теплоты. Наиболее широко в системе отопления используют: воду, водяной пар, воздух, отвечающие всем перечисленным требованиям. Свойства теплоносителей (4,187 кДж/кг) Вода – обладает высокой теплоемкостью, большой плотностью (950 кг/м3), несжимаема, при нагревании расширяется с Р t. Пар – малая плотность, высокая подвижность, с Р t. Воздух – плотность и теплоемкость, подвижность. Лекция 4 4.1. Классификация систем отопления Системы отопления различаются по трем основным классификационным признакам: Центральными называют системы отопления, предназначенные для отопления нескольких помещений (зданий) из одного теплового пункта, расположенного вне отапливаемых помещений (зданий) (котельная, ТЭЦ). В таких системах теплота вырабатывается за пределами помещений, а затем с помощью теплоносителя по теплопроводам транспортируется в отдельное помещение здания. Например: система отопления котельной. Центральными могут быть: система парового отопления; система водяного отопления; система воздушного отопления. здания с собственной местной Местными называют такие системы отопления, где все три основных конструктивных элемента (генератор, теплопроводы, О.П.). Системы отопления объединены в одном устройстве, установленном непосредственно в отапливаемом помещении. Например: местная система отопления – отопительная печь, где теплогенератором является топка, теплопроводы – газоходы отопительная печь – стенки печи. К местному отоплению относят отопление газовыми и электрическими приборами, воздушно–отопительными агрегатами. По способу циркуляции теплоносителя. Система с естественной циркуляцией – циркуляция теплоносителя осуществляется за счет разности плотностей холодного и горячего теплоносителя 70 977 кг/м3 t 2 70 0 C 0 95 961 кг/м3 t1 95 0 C 0 m V m m m V Система с искусственной циркуляцией – где циркуляция теплоносителя осуществляется при помощи циркуляционных насосов. Центральные паровые системы отопления имеют искусственную циркуляцию за счет давления пара (т.е. насосов нет в паровых системах с искусственной циркуляцией). По виду теплоносителя центральные на: водяные (для жилья, школ, домов отд., больниц и т.д.); паровые (для жилья, школ, домов отд., больниц, спортивных сооружений, бассейнов, залов); воздушные (спортивные сооружения, бассейны, залы); комбинированные (паровоздушные). Водяные преимущества недостатки а) обеспечивает равномерность нагрева расход металла помещения б) невысокая температура поверхностей опасность размораживания отопительных приборов отопления в) простота центрального регулирования приборов t воды t н г) бесшумная Паровые преимущества а) теплоотдача отопительных приборов б) площадь поверхности приборов расход металла в) меньшая опасность замораживания недостатки температура на поверхности труб 1000С невозможность центрального качественного регулирования сложная эксплуатация долговечность (коррозия, шум, гидр. удары) г) быстрый нагрев помещений. Воздушные преимущества недостатки а) нет отопительных приборов, так как с большие сечения каналов (воздуховодов) системой вентиляции. в случае отклонения помещение быстро остывают. б) быстрый прогрев помещений в) возможность центрального регулирования. 4.2. Виды и типы отопительных приборов Отопительный прибор – это элемент системы отопления, служащий для передачи тепла от теплоносителя к воздуху отапливаемого помещения. Классификация Рис. 4.1. Схема установки оборудования в система отопления Регистры из гладких труб. расположенный Представляют собой пучок труб, в 2 ряда и объединенный с двух сторон 2 трубами – коллекторами, снабженных штуцерами для подачи и отвода теплоносителя. Применяют предъявляются регистры из повышенные гладких труб в санитарно–технические помещениях, и где гигиенические требования, а также в производственных зданиях, повышенной степенью пожароопасности, где недопустимо большое скопление пыли. Приборы гигиеничны, легко очищаются от пыли и грязи. Но не экономичны, металлоемки. Расчетная поверхность нагрева 1м гладкой трубы. при 40 мм 0,244 экм 50 мм 0,3 экм ЭКМ – это эквивалентный квадратный метр – это поверхность прибора с теплоотдачей 435х1,163 Вт при разности температур теплоносителя и воздуха помещения t т 64,5 0 С , расходе воды 17,4 кг/ч и подаче теплоносителя по схеме «сверху вниз». Чугунные радиаторы. Блок чугунных радиаторов состоит из секций, отлитых из чугуна соединенных между собой ниппелями. Они бывают 1–2 и многоканальными. В России в основном 2–х канальные радиаторы. По монтажной высоте радиаторы подразделяют на высокие 1000 мм, средние – 500 мм и низкие 300 мм. У радиаторов М140АО имеется межколонное оребрение, что увеличивает их теплоотдачу, но снижает эстетические и гигиенические требования. Чугунные радиаторы имеют ряд преимуществ. Это: 1. Коррозионностойкость. 2. Отлаженность технологии изготовления. 3. Простота изменения мощности прибора путем изменения количества секций. 4. Большая. Недостатками этих типов ОП являются: 1. Большой расход металла. 2. Трудоемкость изготовления и монтажа. 3. Их производство приводит к загрязнению окружающей среды. Ребристые трубы. Представляют собой отлитую из чугуна трубу с круглыми ребрами. Ребра увеличивают поверхность прибора и снижают температуру поверхности. Ребристые трубы применяют, в основном, на промышленных предприятиях. Достоинства: 1. Дешевые нагревательные приборы. 2. Большая поверхность нагрева. Недостатки: Не удовлетворяют санитарно–гигиеническим требованиям (трудно очищаются от пыли). Стальные штампованные радиаторы. Представляют собой два шпатлеванных стальных места, соединенных между собой контактной сваркой. Различают: колончатые радиаторы РСВ 1 и змеевиковые радиаторы РСГ 2. Колончатые радиаторы – образуют ряд параллельных каналов, объединенных между собой сверху и снизу горизонтальными коллекторами. Змеевиковые радиаторы – образуют ряд горизонтальных каналов для прохода теплоносителя. Стальные пластинчатые радиаторы изготавливаются однорядными и двухрядными. Двухрядные изготавливаются тех же типоразмеров, что и однорядные, но состоят из двух пластин. Достоинства: 1. Маленькая масса прибора. 2. Дешевле чугунных на 20–30%. 3. Меньше затраты на транспортирование и монтаж. 4. Удобны в монтаже и отвечают сан.–гигиеническим требованиям. Недостатки: 1. Небольшая теплоотдача. 2. Требуется специальная обработка теплофикационной воды, так как обычная вода коррозирует с металлом. Нашли широкое применение в жилье в общественных зданиях. В связи с удорожанием металла выпуск ограничен. В стоимость. Конвекторы. Представляют собой ряд стальных труб, по которым перемещается теплоноситель и насаженных на них стальных пластин оребрения. Конвекторы бывают с кожухом или без кожуха. Их изготавливают различных типов: Например: Конвекторы «Комфорт». Их подразделяют на 3 типа: настенные (навешиваются на стену h=210 м), островные (устанавливаются на полу) и лестничные (встраиваются в строительные конструкцию). «Аккорд», «Север», КВ «Универсал», «Ритм». Конвекторы изготавливают концевые и проходные. Конвекторы применяют для отопления зданий различного назначения. Используют в основном в средней полосе России. Рис. 4.2. Водяной конвектор 4.3. Неметаллические отопительные приборы. Керамические и фарфоровые радиаторы. Представляют собой панель, вылитую из фарфора или керамики с вертикальными или горизонтальными каналами. Применяют повышенные такие радиаторы в санитарно–гигиенические помещениях, требования предъявляющих к отопительным приборам. Применяются такие приборы очень редко. Они очень дороги, процесс изготовления трудоемок, недолговечны, подвержены механическому воздействию. Очень сложно осуществить подключение этих радиаторов к металлическим трубопроводам. Бетонные отопительные панели. Представляют собой бетонные плиты с заделанными в них змеевиками из труб. Толщина 40–50 мм. Они бывают: подоконные и перегородочные. Отопительные панели могут быть приставными и встроенными в конструкцию стен и перегородок. Бетонные панели отвечают самым строгим санитарногигиеническим требованиям, архитектурностроительным требованиям. Недостатки: трудность ремонта, большая тепловая инерция, усложняющая регулирование теплоотдачи, увеличение теплопотерь через дополнительно обогреваемые наружные конструкции зданий. Применяют преимущественно в лечебных учреждениях в операционных и в родильных домах в детских комнатах. Т.О. сантехнические отопительные приборы должны удовлетворят теплотехническим, санитарно–гигиеническим и эстетическим требованиям. Теплотехническая оценка отопительных приборов определяется его коэффициентом теплоотдаче. Санитарно–гигиеническая оценка характеризуется конструктивным решением прибора, облегчающим содержание его в чистоте. Температура внешней поверхности прибора должна удовлетворять санитарно– гигиеническим требованиям. Во избежание интенсивного пригорания пыли эта температура не должна превышать для помещений жилых и общественных зданий 950С, для лечебных и детских учреждений 850С. Эстетическая оценка – отопительный прибор не должен портить внутреннего вида помещения, не должен занимать много места. 4.4. Схему присоединения отопительных приборов к трубопроводам. Односторонняя подводка. По схеме питания отопительного прибора односторонняя подводка бывает: а) сверху вниз одно, двухсторонняя с верх. пан. коэффициент теплоотдачи; б) снизу вверх в односторонней с нижн. развод. Достоинства: Односторонняя подводка имеет лучший вид и требует меньшего расхода металла. Недостатки: Если количество секций велика, до 20 секций более удаленные от стояка секции плохо прогреваются. Схему сверху вниз применяют в двух и двухсторонней системы отопления с верхней разводкой коэффициент теплоотдачи. Разносторонняя подводка. По схеме питания отопительного прибора бывает: а) сверху – вниз б) снизу – вверх в) снизу – вниз в горизонтальных односторонних системах. Разносторонняя подводка применяется при количестве секций в приборе 20 и более. На сцепке. Присоединение приборов на сцепке позволяет число стояков. Такое присоединение допускается в пределах одного помещения, или в случаях, когда присоединенный прибор находится на кухне, в коридоре, сан. узле или другом вспомогательном помещении. Соединять на сцепке можно не более двух приборов. Приборы, соединенные «на сцепке» в теплотехнических и гидравлических расчетах рассматриваются как один прибор. Основные принципы теплотехнического расчета отопительных приборов (практика). После выбора вида нагревательных приборов, определения мест их установки и способа присоединения к трубопроводам системы отопления выполняют теплотехнический расчет отопительных приборов. Теплотехнический расчет приборов заключается в определении площади внешней обеспечивающий нагревательной необходимый поверхности тепловой каждого прибора, поток от теплоносителя в помещение. Для поддержания в отапливаемом помещении нужной температуры надо, чтобы количество тепла, отдаваемого нагревательными приборами, равнялось теплопотерям помещения. Т.е. тепловая мощность прибора (его расчетная теплоотдача) определяется теплопотребностью помещения за вычетом теплоотдачи теплопроводов, проложенных в этом помещении. Qпр Qп тр Qтр где, Qп – теплопотребность помещения (т.е.) теплопотери, Вт; тр – поправочный коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи трубопроводы полезную для поддержания заданной температуры воздуха в помещении; тр – при открытой прокладке трубопровода =0,9; тр – при скрытой прокладке трубопровода = 0,5; Qтр – теплоотдача трубопроводов, Вт. Qтр определяют по формуле: Qтр qв lв q2l2 где, qв q2 – теплоотдача 1 м горизонтально и вертикально проложенных труб, Вт/м; lв l 2 – длина вертикальных и горизонтальных трубопроводов, проложенных в пределах помещения, м. Теплоотдача (тепловая мощность прибора) д.б. пропорциональна его площади нагревательной поверхности, т.е. Qпр q пр Fпр Отсюда, площадь нагревательной поверхности прибора, м2 Fпр Qпр q пр где, q пр – поверхностная плотность теплового потока прибора, Вт/м2. Для теплоносителя пар: q пр k пр t Т 1 1 Для теплоносителя вода: q пр k пр t Т 1 1 2 где, k пр – коэффициент теплопередачи прибора, зависит от вида теплоносителя и разности температур t пр t в определяется экспериментальным путем и для каждого вида прибора имеет свое значение. tT – температурный напор, 0С 1 – коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи в зависимости от принятого способа установки прибора (у стены в нише, 1 1,1 , под подоконником 1 1,05 , у стены с экраном 1,12 и т.д.) 1 1 2 – коэффициент, учитывающий снижение температуры воды относительно расчетного значения вследствие остывания в трубопроводах. 2 1 Поверхность нагрева прибора удобнее вычислять в ЭКМ по формуле: для водяной системы Fпр Qпр qэ 1 2 , экм где, q э – теплоотдача 1 экм прибора, принимается по таблице, в зависимости от tT , Вт/экм или рассчитывается по формуле: q э 9,28tT 10 3 Z Вт/экм для паровых систем Fпр Qпр 1 экм qэ 1 1, напр. коэффициент Z – коэффициент, зависящий от схемы подачи воды в приборы. Температурный напор tT рассчитывается: в двух трубных системах отопления: tT t вх t вых. tв 2 т.к. температурный перепад в каждом приборе t пр в двухтрубных системах отопления одинаков и равен: t пр t Z t o где, t в – температура воздуха в помещении; t вх t Z – температура на входе в прибор; t вsх t 0 – температура на выходе из прибора; в однотрубных системах отопления: ведется расчет при const перепаде t p в стояках, когда учитываются теплопотери трубопровода по длине. tT t ср.пр. t в t пр. t ср.пр. t вх. t пр. 2 Qпр. LGст где, L коэффициент затекания, L = G – расход и определяется по формуле: 0 С t в х. t Z где, Q пр. Q пр. Gст. суммарная теплоотдача нагревательных приборов до расчета; Gст. количество воды, проходящее через стояк. t1вых. t 2вх. ; t 2вых. t 3вх. и т.д. Количество секций в приборе рассчитывается: п Gст. Fпр. Fсекц . , шт. Qст. , кг/г t Z t0 где, Qст. тепловая нагрузка стояка. Лекция 5 5.1. Системы водяного отопления. Система водяного отопления благодаря высоким санитарно– гигиеническим качествам, надежности, долговечности получили в России наиболее широкое применение в гражданских и производственных зданиях. Преимущества системы водяного отопления: 1. Обеспечивает равномерность температуры помещения. 2. Ограничивает верхний предел температуры поверхности отопительного прибора, что исключает пригорание на них пыли. 3. Простота центрального и местного регулирования теплоотдачи отопительных приборов. 4. Бесшумно действует. 5. Долговечна. 6. Простота обслуживания и ремонта. Недостатки системы водяного отопления: 1. Значительный расход металла. 2. Опасность замораживания воды с разрушением оборудования. 3. Значительное гидростатическое давление в системе, обусловленное ее высотой и большой массовой плотностью. Системы водяного отопления классифицируются по ряду классификационных признаков: I По способу создания циркуляции гравитационные системы отопления. Область применения гравитационной системы отопления – ограничена. Ее используют для отопления жилых квартир, обособленных зданий, в основном малоэтажных (это индивидуальные коттеджи). Недостатки: В малоэтажных зданиях а) небольшое циркуляционное давление Pрасп. отсюда сокращенный радиус действия до 20 м по горизонтали. б) Pрасп. необходимость применения труб большого диаметра, отсюда расход металла затраты труда на монтаж системы. в) опасность замерзания воды в трубах, проложенных в неотапливаемых помещениях. Достоинства: а) относительная простота устройства и эксплуатации. б) независимость действия от снабжения электроэнергией. в) отсутствие шума и вибрацией от насосов. г) долговечность (35 – 45 лет при правильной эксплуатации) Особенности конструкции гравитационной системы водяного отопления: 1. Гравитационная система водяного отопления устраивается, как правило, с верхним расположением подавающей магистрали, т.е. с верхней разводкой. 2. Расширительный бак присоединяется непосредственно к гладкому стояку системы отопления для непрерывного удаления воздуха. 3. Подавающая магистраль прокладывается с увеличенным уклоном до 0,005 против направления движения воды. 4. Приборы присоединяются к теплопроводам по схеме «сверху–вниз» с целью коэффициент теплопередачи приборов. 5. Однотрубные стояки устраняются с з.у. у приборов для потерь давления придвижении воды через отопительные приборы. Наиболее распространенная и надежная системы водяного отопления с верхней разводкой. схема гравитационной Принципиальная схема гравитационной системы водяного отопления Гравитационная система водяного отопления бывают как однотрубная, так и двухтрубная. с нижней разводкой магистралей с верхней разводкой магистралей Располагаемое давление в гравитационной системе водяного отопления рассчитывается по формуле: Р расп. h o Г Р где, h высота от середины котла до центра охлаждения воды в приборе; 0 удельный вес холодной воды; Г удельный вес горячей воды; P дополнительное давление от охлаждения воды в трубопроводах системы отопления с верхней разводкой. Величина P зависит от горизонтального расстояния между главным стоком и стояком, через отопительные приборы которого проходит расчетное кольцо, и от числа этажей в здании. Гравитационные системы водяного отопления бывают: 1. Двухтрубные вертикальные с верхней разводкой. 2. Двухтрубные вертикальные с нижней разводкой. 3. Однотрубные с верхней разводкой с замыкающими участками. 4. Однотрубная горизонтальная с верхней разводкой. 5. Однотрубная с верхней разводкой с проточными отопительными приборами. II. Насосные системы водяного отопления (с принудительной, искусственной, циркуляционной) НСВО. Насосные системы водяного отопления нашли широкое применение в жилых, общественных и промышленных зданиях. У нас в Энергетике применяются насосные системы водяного отопления. В насосных системах водяного отопления устанавливается насос на обратной магистрали перед котлом. Принципиальная схема насосной системы водяного отопления Рис. 5.2. Схема двухтрубной системы водяного отопления с насосной циркуляцией и нижней разводкой, присоединенной теплосети через бойлер: 1 – кран для спуска воздуха; 2 – обратный стояк; 3 – подающий стояк; 4 – воздушная линия; 5 – кран; 6 – нагревательный прибор; 7 – насос; 8 – канализация; 9 – водопровод; 10 – бойлер В насосной системе водяного отопления удаляется не через расширительный бак, а через воздухосборники или воздушные краны, устанавливаемые в верхней точке под магистрали. Расширительный бак присоединяется к обратной магистрали перед насосом для обеспечения лучшего распределения давления, создаваемого насосом в системе. Располагаемое давление, которое обеспечивает циркуляцию воды в насосной системе водяного отопления с верхней разводкой определяется по формуле: Pрасп. Pнас. h o Z P где, Pнас. – давление, создаваемое насосом, кг/м h o Z – естественное давление. III. По направлению объединения отопительных приборов (как однотрубные так и двухтрубные). Системы отопления бывают: а) вертикальные – в которых последовательно присоединяются к общему вертикальному стояку – теплопроводу отопительного прибора, расположенные на разных этажах. б) горизонтальные – к общей горизонтальной ветви присоединяются приборы, находящиеся на одном этаже. IV. По месту расположения подающих и обратных магистралей. Системы отопления бывают: а) с верхним расположением подающих магистралей – по чердаку или под потолком верхнего этажа, а обратные магистрали – по подвалу, над полом восьмого этажа. б) с нижним расположением магистралей – подающие и обратные магистрали расположены в подвале, или над полом 1 этажа. V. По схеме включения отопительных приборов в стояк (ветвь). Двухтрубные системы водяного отопления: в двухтрубных системах водяного отопления – теплоноситель поступает в отопительные приборы по одним (подающим) стоякам, а охлажденная вода отводится по другим (обратным) стоякам. Т.е. приборы присоединены по теплоносителю параллельно. Однотрубные системы водяного отопления: в однотрубных системах водяного отопления горячая вода подается в прибор и отводится из прибора по одному трубопроводу, т.е. приборы соединены по теплоносителю – последовательно. VI. По направлению движения воды в подающих и обратных магистралях. Тупиковые – когда горячая вода и охлажденная вода в магистралях двигается в противоположных направлениях. С попутным движением – когда направление движения воды в подающих и обратных магистралях совпадают. Система с попутным движением воды устраиваются только насосные. Лекция 6 Принципы устройства вентиляции в зданиях промышленного назначения 6.1. Системы вентиляции промышленного здания Промышленные здания имеют системы вентиляции со своими специфическими особенностями устройства и размещения. Способы вентиляции и число вентиляционных установок на предприятиях зависят от характера технологического процесса, мощности предприятия, а также от его экономической значимости. В промышленных размещение вентиляционного оборудования зданиях в возможно производственных помещениях или снаружи здания – на стенах (на кронштейнах) или кровле, но в любом случае должны быть обеспечены удобное обслуживание вентиляционного оборудования и защита его от возможной конденсации влаги. Внутри здания вентиляционное оборудование устанавливают в вентиляционных камерах, иногда допускается установка его непосредственно в обслуживаемом помещении. При проектировании систем вентиляции следует стремиться к наименьшей длине воздуховодов, определяемой их радиусом действия. Экономические расчеты показывают, что радиус действия приточных установок зависит от скорости движения воздуха в воздуховодах. Так, при скорости 6–10 м/с рекомендуемый радиус действия установки 30– 40 м, при скорости менее 6м/с – 60–70 м. Радиус действия вытяжных установок 30–40 м, а в очень крупных цехах он может достигать 100–120м. При проектировании местной вентиляции следует к одной вытяжной системе присоединять не более 10–12 отсосов. При удалении местными вытяжными установками влажного воздуха или воздуха, содержащего вредные газы, радиус действия принимается, равным 25–30 м. Радиус действия установок пневматического транспорта может достигать 80– 100 м. Эти соображения могут быть положены в основу для выбора числа приточных и вытяжных установок. Вытяжные вентиляционные установки, удаляющие взрыво– и огнеопасные смеси, должны иметь взрывобезопасное исполнение. Системы приточной вентиляции с искусственным побуждением для производственных помещений, работа в которых производится более 8ч в сутки, как правило, следует совмещать с воздушным отоплением. Системы приточной вентиляции, совмещенные с воздушным отоплением, следует предусматривать резервным вентилятором или не менее чем с двумя отопительными агрегатами. Системы общеобменной вентиляции для производственных и административно–бытовых помещений (с постоянным пребыванием людей) без естественного проветривания следует предусматривать не менее чем с двумя вытяжными вентиляторами каждая с расходом по 50% требуемого воздухообмена. Допускается предусматривать одну приточную и одну вытяжную системы с резервными вентиляторами. Для указанных помещений, соединенных открывающимися проемами со смежными помещениями той же категории взрывопожаробезопасности и с выделением аналогичных вредностей, допускается проектировать приточную систему без резервного вентилятора, а вытяжную – с резервным вентилятором. Системы местных отсосов следует проектировать так, чтобы концентрация удаляемых горючих газов, паров, аэрозолей и пыли в воздухе не превышала 50% нижнего концентрационного предела распространения пламени при температуре удаляемой смеси. 6.2. Схемы организации воздухообмена в помещениях промышленных зданий Распределение приточного воздуха и удаление воздуха из помещений производственных зданий следует предусматривать с учетом режима использования помещений в течение суток или года, а также с учетом переменных поступлений теплоты, влаги и вредных веществ. Рис. 6.1 Схема воздухообмена в промышленном здании При организации воздухообмена в помещениях промышленных зданий возможно применение следующих схем: а) «снизу – вверх» – при одновременном выделении тепла и пыли; в этом случае воздух подают в рабочую зону помещения, а удаляют из верхней зоны; б) «сверху – вниз» – при выделении газов, паров летучих жидкостей (спиртов, ацетона, толуола и т. п.) или пыли, а также при одновременном выделении пыли и газов; в этих случаях воздух подают рассредоточено в верхнюю зону, а удаляют местной вытяжной вентиляцией из рабочей зоны помещения и системой общеобменной вентиляции из его нижней зоны (возможно частичное проветривание верхней зоны); в) «сверху – вверх» – в производственных помещениях при одновременном выделении тепла, влаги и сварочного аэрозоля, а также во вспомогательных производственных зданиях при борьбе с теплоизбытками; обычно в этих случаях воздух подают в верхнюю зону помещения и удаляют из его верхней зоны; г) «снизу – вверх и вниз» – в производственных помещениях при выделении паров и газов с различными плотностями и недопустимости их скопления в верхней зоне из–за опасности взрыва или отравления людей (малярные цехи, аккумуляторные и т. д.); в этом случае подачу приточного воздуха осуществляют в рабочую зону, а общеобменную вытяжку – из верхней и нижней зон; д) «сверху и снизу – вверх» – в помещениях с одновременным выделением тепла и влаги или с выделением только влаги при поступлении пара в воздух помещения через неплотности производственной аппаратуры и коммуникаций, с открытых поверхностей жидкостей в ваннах и со смоченных поверхностей пола; в этих случаях воздух подают в две зоны – рабочую и верхнюю, а удаляют из верхней зоны. При этом для предотвращения туманообразования и капели с потолка приточный воздух, подаваемый в верхнюю зону, несколько перегревают по сравнению с воздухом, подаваемым в рабочую зону; е) «снизу – вниз» применяется при местной вентиляции. Приточный воздух следует подавать, как правило, непосредственно в помещение с постоянным пребыванием людей. Приточный воздух следует направлять так, чтобы воздух не поступал через зоны с большим загрязнением и не нарушал работы местных отсосов. Приточный воздух следует подавать на постоянные рабочие места, если они находятся у источников вредных выделений, у которых невозможно устройство местных отсосов. Удаление воздуха из помещений системами вентиляции следует предусматривать из зон, в которых воздух наиболее загрязнен или имеет наиболее высокую температуру или энтальпию. При выделении пыли и аэрозолей удаление воздуха системами общеобменной вентиляции следует предусматривать из нижней зоны. В производственных помещениях с выделением вредных или горючих газов или паров следует удалять загрязненный воздух из верхней зоны но не менее однократного воздухообмена в 1ч, а в помещениях высотой более 6м – не менее 6 м3/ч на 1м2 помещения. Расход воздуха через местные отсосы, размещенные в пределах рабочей зоны, следует учитывать как удаление воздуха из этой зоны. 6.3. Расчёт воздухообмена промышленного здания Расчёт воздухообмена производится для тёплого и холодного периодов года. Расчёту предшествует расчёт теплопоступлений и теплопотерь, расчёт местных отсосов и систем воздушного душирования. Исходные данные: – избытки (недостатки) явного тепла в помещении; – расчётные параметры наружного и внутреннего воздуха; – суммарная производительность местных отсосов [кг/ч] (без учёта рециркуляционных систем) (Gм.о); – суммарная производительность воздушных душей [кг/ч] (без учёта рециркуляционных систем) (Gд); – температура воздуха на выходе из душирующих патрубков (to); – габаритные размеры цеха; – минимальный расход воздуха удаляемого из верхней зоны [кг/ч], (Gв.з.min). Определяют допустимый способ подачи и удаления воздуха из данного цеха в тёплый и холодный периоды по данным СН 118–68 и намечают расчётную схему организации воздухообмена. 1. Воздухообмен для компенсации местных отсосов и вытяжки из верхней зоны (по «местным отсосам»). Расчёт ведётся для тёплого и холодного периодов года. Составляют уравнение массового баланса Gпр Gд G м.о. Gв. з. min . (6.1) Принимают Gв.з.min=6 ∙ Fпола ∙ ρв.з. (Fпола – площадь пола, м2; ρв.з плотность воздуха в верхней зоне, кг/м3), согласно СНиП 2.04.05–91* и решают уравнение баланса относительно Gпр. 2. Воздухообмен по ассимиляции теплоизбытков. Составляют уравнения массового и теплового баланса Gпр Gд G м.о. G в. з. ()Q c t пр Gпр c t о Gд c t р. з. G м.о. c t ух Gв. з. (6.2) Расчёт начинают с тёплого периода. В уравнения балансов подставляют соответствующие значения для тёплого периода: Gд, tо, Gм.о., c, tр.з., tух. Принимают, что наружный воздух подаётся приточными системами без обработки т.е. tпр= tнА и решают уравнения балансов относительно Gпр и Gв.з.. если полученные значения расходов больше нуля, проверяют условия Gв. з. Gв. з. min . (6.3) В случае выполнения условия (6.3) расчёт заканчивается и по найденным значениям расходов решается прямая задача аэрации (если она допускается) или рассчитываются приточные и вытяжные системы механической общеобменной вентиляции. Если в результате расчётов по балансовым уравнениям получено отрицательное значение Gв.з. или условие (6.3) не выполняется, то это означает, что количество избыточного воздуха, которое требуется для компенсации вытяжки, превышает количество воздуха необходимое для ассимиляции теплоизбытков, т.е. (tнА ≤ tр.з. ≤ t/р.з.) температура воздуха в рабочей зоне должна быть уточнена при этом, в уравнения баланса подставляются tпр= tнА и Gв.з.= Gв.з.min и определяется Gпр и tр.з, которая учитывается в дальнейших расчётах. По полученным Gпр и Gв.з рассчитывается аэрация или механическая вентиляция. При использовании механических приточных систем, для снижения расчётного воздухообмена возможна обработка воздуха в оросительной секции. В этом случае, как правило, применяют адиабатическое увлажнение. В холодный период года задаются Gв.з.= Gв.з.min и определяют из уравнений баланса tпр. дальнейшие расчёты зависят от полученной величины tпр. 1. Если tпр < tнБ и в цехе в холодный период допустима аэрация, то принимают tпр= tнБ и решают уравнения баланса относительно Gпр и Gв.з , после чего решается прямая задача аэрации. 2. Если tнБ < tпр ≤ tр.з–10оС, то в этом случае может применяться комбинированная схема подачи, т.е. часть воздуха должна подаваться механическими системами (Gпрмех), а часть поступает через аэрационные проёмы (Gпраэр). Тогда полученная из уравнений баланса tпр будет средневзвешенной по расходам т.е. t пр мех аэр аэр t пр Gпрмех t пр Gпр аэр Gпрмех Gпр ; (6.4) аэр . Gпр Gпрмех Gпр (6.5) В уравнениях (6.4), (6.5) неизвестны tпрмех, Gпрмех, Gпраэр. Для их решения задаются tпрмех = tр.з. – 5÷10оС, то применяют механическую приточную вентиляцию и рассчитывают системы по полученным Gпр и Gв.з.. 3. Если tпр ≥ tр.з. –10оС, то применяют механическую приточную вентиляцию и рассчитывают системы по полученным Gпр и Gв.з.. Если в помещении по условиям СН 118–68 аэрация не допустима в холодный период, то задаются ∆t = tр.з.– tпр в зависимости от способа подачи воздуха, находят tпр и решая уравнения баланса, находят Gпр, Gв.з.. 6.4. Вентиляция горячих цехов В цехах (кузнечных, термических и др.) с избытками явной теплоты (порядка 70–100 Вт) целесообразно устраивать приточную механическую вентиляцию в виде воздушного душирования фиксированных рабочих мест (при облучении более 300 Вт/м2); вытяжную установку в виде бортовых отсосов от оборудования ванн травильных, закалочных и др. Недостающий же воздухообмен для ассимиляции избыточной явной теплоты осуществляется общеобменной организованной естественной вентиляцией — аэрацией, при которой подача приточного воздуха в теплый период года осуществляется через створки проемов, размещаемых на высоте 0,5—1 м от пола, и в холодный период года через проемы, расположенные на высоте 4—6 м от пола. Естественная вытяжная вентиляция осуществляется из верхней зоны через вытяжные аэрационные фонари, устраиваемые, как правило, незадуваемыми, с ветрозащитными щитами. Оценку полноты использования приточного воздуха производить по коэффициенту эффективности (воздухообмена) можно К эф где t ух tпр t р. з t пр , tух, tпр, tр.з соответственно температура воздуха уходящего, приточного и рабочей зоны. 6.5. Аварийная вентиляция Системы аварийной вентиляции устраивают в производственных помещениях, в которых возможно внезапное поступление в воздух больших количеств вредных иди взрывоопасных веществ. Производительность аварийной вентиляции определяется расчетом в технологической части проекта или в соответствии с требованиями ведомственных нормативных документов. Аварийный воздухообмен обеспечивается совместной работой основной (общеобменной и местной) и аварийной вентиляции. В аварийный режим должен быть обеспечен воздухообмен не менее 8 крат/ч по полному внутреннему объему помещения, а в помещениях категорий А, Б и Е – 8– кратный воздухообмен дополнительно к воздухообмену, создаваемому основной вентиляцией. Совместными действиями вентиляционных устройств концентрация вредностей, попавших в помещение в кратчайшее время, должна быть уменьшена ниже предельно допустимой концентрации (ПДК). Расчет аварийной вентиляции состоит в определении величины аварийного воздухообмена и времени, за которое концентрация вредного вещества должна быть снижена до ПДК с помощью аварийной вентиляции. Системы аварийной вентиляции в помещениях с производствами категорий А, Б и Е устраиваются с механическим побуждением. Вентиляторы применяются во взрывобезопасном исполнении. В помещениях с производствами категорий В, Г и Д допускается применение аварийной вентиляции с естественным побуждением (с проверкой на теплый режим). Для перемещения взрывоопасных газов следует предусматривать системы аварийной вентиляции с помощью эжекторов. Если для аварийной вентиляции используется одна основная, производительность которой достаточна для аварийного воздухообмена, то для нее следует применять резервный вентилятор с электродвигателем. Резервные вентиляторы должны включаться автоматически при остановке основных. Для компенсации вентиляцией, воздуха, дополнительных удаляемого аварийной вытяжной приточных систем вентиляции правило, устраивается вытяжной. предусматривать не следует. Аварийная вентиляция, как Возмещение воздуха, удаляемого вытяжной аварийной вентиляцией, должно предусматриваться преимущественно за счет поступления наружного воздуха. Выбросные устройства аварийной вентиляции не следует располагать в местах постоянного пребывания людей и размещения воздухозаборных устройств приточной вентиляции. Запуск устройств аварийной вентиляции следует проектировать дистанционным у доступных мест как изнутри, так и снаружи помещений. Местные отсосы, удаляющие вещества 1–го и 2–го классов опасности от технологического оборудования, следует блокировать таким образом, чтобы оно не могло работать при бездействии вытяжной вентиляции. 6.6. Требования к вентиляции категорийных помещений К вентиляции категорийных помещений предъявляются следующие требования: 1) При устройстве общеобменной механической вентиляции, помещение должно иметь не менее 2–х приточных и 2–х вытяжных систем или должен предусматриваться резервный двигатель, причём производительность каждой системы должен быть не менее 50% потребного количества воздуха. 2) В помещениях категорий А, Б и Е должен быть создан подпор т.е. Gпр=0,95Gвыт. 3) Запрещено располагать вентиляционные камеры в подвальных помещениях. 4) Для помещений категорий А, Б и Е должны проектироваться самостоятельные системы вентиляции. 5) Для помещений категорий А, Б и Е не допускается рециркуляция. Вентиляторы должны располагаться вне обслуживаемого помещений и быть во взрывобезопасном исполнении. 6) Для предотвращения распространения взрыва по воздуховодам в них требуется устройство противовзрывных клапанов 7) Концентрация взрывчатых веществ в вытяжных воздуховодах должна быть не более 50% величины нижнего предела взрываемости. 8) системы воздуховодов, обслуживающих взрывоопасные помещения должны прокладываться по кратчайшему пути и выводиться на улицу. Системы местной приточной и вытяжной вентиляции Лекция 7 Воздушные души 7.1. Воздушный душ, его назначение и области применения Воздушным душем называют поток воздуха, направленный на ограниченное рабочее место или непосредственно на человека. В противоположность общей вентиляции, которая ставит своей задачей поддерживать определенные условия воздушной среды во всем помещении, местный приток имеет целью создание местных условий воздушной среды на ограниченном участке помещения. Такими участками являются или места наиболее длительного пребывания в них рабочих, или места отдыха. Таким образом, назначение воздушного душа заключается в том, чтобы в пространстве, ограниченной зоной действия потока, поддерживать особые, отличные от господствующих во всем помещении условий воздушной среды. Эти условия должны удовлетворять определенным, заранее поставленным гигиеническим и физиологическим требованиям. Воздушное душирование применяют для создания на постоянных рабочих местах требуемых метеорологических условий при тепловом облучении и при открытых производственных процессах, если технологическое оборудование, выделяющее вредные вещества, не имеет укрытий или местной вытяжной вентиляции. Воздушный душ устраивают в следующих случаях: 1) при нецелесообразности средствами вентиляции получать во всем объеме помещения надлежащие санитарно–гигиенические условия; 2) при наличии в помещении небольшого количества рабочих со строго фиксированными рабочими местами; 3) при наличии источников лучистого тепла, интенсивностью более 140 Вт/м2. 4) для предотвращения распространения вредных веществ на постоянные рабочие места при открытых технологических процессах, сопровождающихся выделением вредных веществ, и невозможности устройства укрытия или местной вытяжной вентиляции. Во многих случаях, когда работа производится в обстановке ощутимого теплового излучения, а средства общей вентиляции оказываются все же недостаточными, для того чтобы поддерживать требуемую температуру и влажность воздуха и устранить нарушение терморегуляции (нормального теплообмена между телом человека и окружающей средой), воздушные души должны несколько корректировать условия воздушной среды. Сюда нужно отнести металлургические и машиностроительные заводы (где души необходимы у промышленных печей, прокатных станов, молотов, прессов и т. д.), стекольные заводы, красильные фабрики, хлебозаводы и т. п. Таким же коррективом воздушные души должны служить при широко применяемом в настоящее время естественном вентилировании (аэрации) современных цехов. Это может иметь место в тех случаях, когда естественный приток, обусловливаемый при аэрации расположением приточных отверстий (фрамуг и пр.), не может в достаточной степени обслужить рабочие места (кузницы, литейные, термические и другие цехи). Роль воздушных душей при вентилировании путем аэрации приобретает особое значение и в силу того, что естественный приток вводится без предварительной подготовки (без подогрева или охлаждения и т. д.), в то время как для воздушных душей такая предварительная подготовка может быть осуществлена с небольшими затратами. В промышленных цехах, спроектированных с учетом аэрации, расход воздуха для воздушных душей составляет незначительный процент от естественного воздухообмена. И наконец, в горячих цехах в районах с высокой наружной температурой, когда общая вентиляция (естественная или механическая) поддерживает в цехах температуру воздуха на 3—5° выше наружной, воздушные души, устраиваемые на рабочих местах, создают условия, близкие к комфортным, причем наружный воздух для них подвергается предварительной обработке (охлаждению). При проектировании воздушного душирования должны быть приняты меры, предотвращающие сдувание производственных вредных выделений на близко расположенные постоянные рабочие места. Воздушная струя должна быть направлена так, чтобы по возможности исключалось подсасывание ею горячего или загрязненного газами воздуха. Для воздушного душирования рабочих мест следует предусматривать воздухораспределители, обеспечивающие минимальную турбулизацию воздушной струи и имеющие устройства для изменения направления струи в горизонтальной плоскости на угол 180о и в вертикальной плоскости на угол 30о. При проектировании воздушного душирования наружным воздухом следует принимать расчетные параметры А для теплого периода года и Б для холодного периода. Воздушное душирование при тепловом облучении должно обеспечивать на местах постоянного пребывания работающих температуру и скорость движения воздуха в соответствии с приложением Е СНиП 41– 01 – 2003. 7.2. Конструктивные решения воздушных душей. Воздушные души классифицируются по нескольким признакам: 1. По характеру распределения потока: — с рассосредоточенной подачей воздуха; — с сосредоточенной подачей воздуха; Сосредоточенная подача применяется только когда рабочее место строго фиксировано. 2. По качеству подаваемого воздуха: — с обработкой подаваемого воздуха; — без обработки подаваемого воздуха. 3. По месту забора воздуха: — с забором наружного воздуха; — с забором внутреннего воздуха (рециркуляционные). При устройстве воздушного душа воздух подвергается той или иной обработке. Может меняться температура воздушного потока, относительная влажность, концентрация газов, скорость движения воздуха. При борьбе с лучистым теплом бывает достаточно увеличить скорость воздушного потока до тех пор, пока температура окружающего воздуха не превышает 30о. При t > 30о увеличение скорости потока не может обеспечить нормальное самочувствие организма. Системы, подающие воздух к воздушным душам, проектируются отдельными от систем другого назначения. Расстояние от места выпуска воздуха до рабочего мета следует принимать не менее 1м при минимальном диаметре патрубка 0,3м, а воздушный поток должен быть направлен: - на грудь человека горизонтально или сверху под углом до 45о для обеспечения на рабочем месте нормируемых температур и скорости движения воздуха; - в лицо (зону дыхания) горизонтально или сверху под углом до 45о для обеспечения на рабочем месте допустимых концентраций по газу и пыли; при этом должны обеспечиваться нормируемые температура и скорость движения воздуха; Если невозможно достигнуть нормируемой температуры воздуха в душирующей струе на рабочем месте повышением скорости движения воздуха, следует устанавливать форсунки тонкого распыла воды в потоке подаваемого воздуха на выходе из воздухораздающего устройства или применять адиабатическое охлаждение воздуха при централизованной обработке его искусственного в приточных холода камерах. требуют Установки значительных с применением эксплуатационных и капитальных затрат, поэтому искусственное охлаждение воздуха следует применять только в случаях, когда нормируемая температура воздуха на рабочем месте ниже температуры приточного воздуха, полученной его адиабатическим охлаждением. При проектировании систем воздушного душирования, как правило, следует применять воздухораспределители УДВ. Воздухораспределители обычно устанавливают на высоте не менее 1,8м от пола (до их нижней кромки). Для душирования группы постоянных рабочих мест могут быть использованы воздухораспределители ВГК и ВСП. Унифицированные душирующие воздухораспределители УДВ рекомендуются к предпочтительному применению. Они разработаны в следующих исполнениях: нижний подвод воздуха без увлажнения УДВн и с увлажнением УДВну; верхний подвод воздуха без увлажнения УДВв и с увлажнением УДВув. Душирование фиксированных рабочих мест может осуществляться душирующими патрубками различного типа: ППД, ПДн, ПДв, ПДУ, ВП. При тепловом облучении постоянных рабочих мест нагретыми поверхностями интенсивностью от 140 до 350 Вт/м2 предусматривается установка вентиляторов — вееров. При применении вентиляторов — вееров следует обеспечивать поддержание допустимой ГОСТ 12.1.005–88 температуры воздуха увеличивая скорость на 0,2м/с более указанной в этом ГОСТе. Для этой цели душирование рабочих мест внутренним воздухом осуществляется поворотными аэраторами ПАМ–24. Расстояние от аэратора до рабочего места определяется конкретными условиями, максимальное расстояние равно 20м. В помещениях общественных, административно–бытовых и производственных зданий, сооружаемых в IV климатическом районе, а также при обосновании и в других климатических районах, при избытках явной теплоты более 23 Вт/м3 следует предусматривать дополнительно к общеобменной приточной вентиляции установку потолочных вентиляторов для увеличения скорости движения воздуха на рабочих местах или на отдельных участках в теплый период года. Для этой цели используют потолочные вентиляторы ВПК–15 "Союз", "Зангезур–3", "Зангезур–5".Применение потолочных вентиляторов не следует ограничивать районами с жарким климатом. Их рационально применять и в районах с умеренным климатом. 7.3. Расчет воздушных душей Достижение нормируемых параметров воздуха определяется расчетом по предельным (осевым) значениям параметров воздушной струи на постоянном рабочем месте. За расчетные величины на постоянном рабочем месте рекомендуется принимать: – температуру смеси воздуха в воздушной струе-равной нормируемой по приложению Е СНиП41–01–2003, при тепловом облучении интенсивностью 140 Вт/м2 и более. Для промежуточных значений поверхностей плотности лучистого теплового потока температуру смеси воздуха в душирующей струе следует определять интерполяцией. – минимальную концентрацию вредных веществ в воздушной струе – равной ПДК по приложению 2 ГОСТ 12.1.005–88; – скорость движения воздушной струи – соответствующей температуре смеси воздуха в душирующей струе по приложению Е СНиП41– 01 – 2003 при тепловом облучении интенсивностью 140 Вт/м2 и более. При расчете определяется типоразмер душирующего воздухораспределителя Fo , скорость выпуска воздуха о и расход воздуха на воздухораспределитель Lo. Температура приточного воздуха на выходе из воздухораспределителя to должна быть меньше или равной нормируемой. Расчет производится из условия обеспечения нормируемых параметров воздуха на постоянном рабочем месте по следующим формулам: а) при тепловыделениях и tнорм > to, полученной при адиабатическом охлаждении воздуха или без охлаждения, 2 (t рз t норм ) х Fo ; (t рз t о ) п о норм х т Fo норм , (7.1) (7.2) где, х расстояние от воздухораспределителя до рабочего места, м; т, п соответственно скоростной и температурный коэффициенты воздухораспределителя (принимаются по справочной литературе); б) при тепловыделениях и tнорм < to, полученной при адиабатическом охлаждении, Fo ( x / n) 2 ; (7.3) o норм ; (7.4) to = tнорм , (7.5) т.е. требуется неискусственное охлаждение воздуха; в) при газо– и пылевыделениях о рассчитывается по формуле (7.2),а 2 ( Z рз ПДК ) х Fo , ( Z рз Z o ) n (7.6) где, ПДК предельно допустимая концентрация вредных веществ на рабочем месте в соответствии с приложением 2 ГОСТ 12.1.005–88; Zрз и Zо концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны и в приточном воздухе на выходе из воздухораспределителя. Если заданы величины т, п, Fo и х следует определять: о при х т Fo по формуле (7.4); to при х n Fo по формуле (7.5); о при х т Fo по формуле (7.2); to при х n Fo по формуле t o t рз (t рз t норм ) х п Fo . (7.7) Лекция 8 Местная вытяжная вентиляция 8.1 Общие положения устройств местных вытяжных вентиляций Для борьбы с выделяющимися в воздух производственных помещений парами и газами вредных веществ, а также пылью наиболее эффективно применение эффективность местных местной систем вытяжной вентиляции. Высокая определяется максимально высокой концентрацией вредных примесей в удаляемом воздухе. Напротив, распространение вредности по всему объему помещения способствует уменьшению концентрации вредности, увеличивая воздухообмен необходимый для удаления выделившийся вредности, и ухудшая состояние воздушной среды в рабочей зоне помещения, даже не расположенной вблизи мест выделения вредностей. Удалять загрязненный воздух у места выделения вредности можно, устраивая укрытия у агрегата, причем вытяжка из–под укрытия может быть как естественной, так и механической. Рис. 8.1 Устройство вытяжное. Местная вытяжная вентиляция. Чистый приточный воздух следует подавать в отдалении от источников вредных выделений, т.е. приточный воздух должен всегда подаваться в «чистую зону» вдали от мест образования вредных выделений. Конструктивно устройства местной вытяжной вентиляции отличаются большим разнообразием т.к. должны учитываться конструкция оборудования, условия обеспечения технологического процесса, особенности выделяющейся вредности. 8.2 Требования, предъявляемые к местным отсосам Санитарно–гигиеническое значение местных отсосов заключается в том, что они не допускают проникновения вредных выделений в зону дыхания работающих. Кроме санитарно–гигиенических требований, к местным отсосам предъявляют следующие технологические требования: а) место образования вредных выделений должно быть укрыто настолько, насколько это позволяет технологический процесс, а открытый (рабочий) проем должен иметь минимально возможные размеры; б) местный отсос не должен мешать нормальной работе или снижать производительность труда; в) вредные выделения должны удаляться от места их образования в направлении их естественного движения горячие газы и пары вверх, холодные тяжелые газы и пыль вниз; г) конструкция местного отсоса должна быть простой, иметь малое гидравлическое сопротивление, легко сниматься и устанавливаться на место при чистке и ремонте оборудования. д) зону действия местного отсоса следует максимально ограничить экранами и ширмами. е) конструкция местного отсоса должна быть простой, иметь малое гидравлическое сопротивление, легко сниматься и устанавливаться на место при чистке. 8.3 Классификация местных отсосов Местный отсос — это устройство, состоящее собственно из местного отсоса и источника вредных выделений. Поэтому местный отсос можно считать частью вентиляционно–технологической системы и классифицировать по признакам, определяющим характер и основные особенности движения вредных выделений около всасывающих отверстий. В зависимости от взаимного расположения отсоса и источника вредных выделений различают полуоткрытые, открытые и полностью закрытые отсосы. Полуоткрытый отсос представляет собой укрытие, внутри которого находится источник вредных выделений. Укрытие имеет открытый проем или отверстие. Примерами такого укрытия являются вытяжные шкафы, вентилируемые камеры или кабины (для пульверизационной окраски, дробеструйной очистки и т. п.), витринные отсосы и фасонные укрытия у вращающихся режущих инструментов. Открытые отсосы укрытия, находящиеся за пределами источника вредных выделений, т.е. над ним или сбоку от него. Такими укрытиями являются вытяжные зонты, боковые, бортовые и кольцевые отсосы. Полностью закрытые отсосы являются составной частью кожуха машины или аппарата (элеватора, мельницы, бегуна, дробилки, барабана для очистки литья и т. п.), который имеет небольшие отверстия, щели или неплотности для поступления через них воздуха из помещения. Местные отсосы можно классифицировать в зависимости от схемы расположения источника вредных выделений и отсоса. В соответствии с этим местные отсосы делятся на расположенные сносно, боковые и нижние. По форме приемного отверстия местные отсосы могут быть круглые, прямоугольные и щелевые. Для более эффективного улавливания вредных выделений можно использовать приточную струю, которая может изолировать зону вредных выделений от окружающего пространства, обеспечивать сдув вредностей в зону эффективного действия местного отсоса или выполнять обе указанные функции. В связи с этим местные отсосы могут быть простыми, когда вредности удаляются только за счет разряжения, и активизированные поддувом воздуха. В зависимости от назначения приточной струи, активизированные поддувом воздуха местные отсосы подразделяются на активизированные приточной струей (или просто активизированные), если струя используется только для сдува вредностей, и комбинированные с завесой стенкой (или просто комбинированные), если струя используется для локализации вредных выделений в ограниченной зоне. В основу классификации местных отсосов можно положить форму источника вредных выделений (плоские, объемные), причину и характер движения вредных выделений (тепловые, динамические и диффузионные), класс опасности вредных выделений (чрезвычайно опасные, высокоопасные, умеренно опасные, опасные) и другие признаки. Производительность местных отсосов L,м3/ч, для многих видов местных отсосов можно определять по формуле L= 3600 F , где, F суммарная площадь рабочего проема щелей и неплотностей местного отсоса, м2; скорость воздуха в сечении рабочего проема отсоса, при котором происходит минимальное поступление вредных выделений в окружающее пространство, м/с. Выбор скорости в сечении рабочего проема отсоса зависит от многих причин, главными из которых являются: – степень токсичности отсасываемых вредностей; – наличие или отсутствие механических или физических явлений, стимулирующих выбивание вредностей из–под укрытия отсоса; – конструктивные особенности местного отсоса. Полное улавливание вредных выделений даже отсосом закрытого типа невозможно из–за ряда причин, одной из которых является диффузия, вызванная наличием поля турбулентности в помещении. В связи с этим вводится понятие эффективности местного отсоса, определяемой по формуле =(Lм – Lпр)/Lм, где, Lм производительность общеобменной вентиляции, которая была бы необходима при отсутствии местного отсоса, м3/ч; Lпр расход воздуха, необходимый для разбавления до ПДК неуловленных местным отсосом вредных выделений, м3/ч. Каждый местный отсос обладает оптимальной эффективностью соответствующей такому режиму своей работы, при котором дальнейшее увеличение расхода воздуха через отсос заметно не улучшает его действия. Оптимальная эффективность отсоса неодинакова в отношении различных вредных выделений. 8.4 Местные отсосы открытого типа Исходными данными для расчета отсосов открытого типа являются: размеры источника вредных выделений; количество выделяемой им конвективной теплоты Q, Вт; расход вредных веществ М, мг/с; расположение и размеры отсоса; нормируемая скорость движения воздуха в помещении , м/с. Расход воздуха для отсоса от источника, выделяющего теплоту и газы, пропорционален характерному расходу воздуха в конвективном потоке, поднимающихся над источником: Lотс = Lо· Кп· Кв· Кт , (8.1) где, Lо — характерный расход, м3/ч; Кп безразмерный множитель, учитывающий влияние геометрических и режимных параметров, характеризующих систему «источник — отсос»; Кв коэффициент, учитывающий влияние воздуха в помещении; Кт коэффициент, учитывающий токсичность вредных выделений. Если источник выделяет теплоту и газы, то должно соблюдаться условие Кт 1. В этом случае значение Кт определяется по графику (Рис. 8.1), где с 3600 М ; Lотс1 ( ПДК qпр ) здесь qпр концентрация вредного вещества в приточном воздухе, мг/м3; Lотс1 расход, м3/ч, определяемый по формуле (8.2) при Кт =1. Рис. 8.2. К определению коэффициента токсичности Кт. Если источник выделяет только теплоту, Кт = 1. Для отсосов от укрытий, имеющих рабочие проемы и неплотности, используется также формула Lотс = 3600 F о (8.2), где, F— площадь рабочих проемов и неплотностей, м2; о — средняя по площади рабочих проемов и неплотностей скорость всасывания, м/с. Скорость воздуха о зависит от характера технологического процесса и токсичности вредных выделений и определяется обычно экспериментально. При расчете отсосов от теплоисточников необходимо знать их конвективную теплопередачу, которая вычисляется по формулам: — для горизонтальной поверхности 4 3 Qг 1,3 п Fг (t п t в ) ; (8.3) — для вертикальной поверхности Qв n Fв (t п t в ) 4 3 , (8.4) где, t г и t в — температуры нагретой поверхности и воздуха в помещении, оС; Fг и Fв — площади горизонтальных и вертикальных поверхностей, м2. Значение коэффициента п принимается в зависимости от t п . tп , оС…. 50 100 200 300 400 500 1000 n………. 1,63 1,58 1,53 1,45 1,40 1,35 1,18 При расчете отсосов от объемных теплоисточников принимается суммарная теплоотдача всех поверхностей. Q Qг Qв . (8.5) Лекция 9 Местные отсосы (вытяжки) 9.1. Вытяжные зонты Вытяжными зонтами называют местные отсосы, имеющие форму усеченных конусов или пирамид и располагающиеся над тепловыми источниками на некоторых расстояниях от них. Вытяжные зонты используют для улавливания теплоты и вредных веществ от теплоисточников, когда более полное укрытие последних невозможно по условиям производства. Для зонтов характерно наличие пространства между источником и приемником вредных выделений, незащищенного от воздействия воздушных потоков помещения. По этой причине воздух помещения свободно подтекает к источнику и может отклонить поток удаляемых вредных выделений от зонта. В связи с этим зонты требуют значительно большего расхода воздуха, чем другие местные отсосы. Для предупреждения выбивания вредностей необходимо располагать зонт возможно ближе к источнику. Вытяжные зонты могут быть одиночными и групповыми (рис.9.1). а) б) в) Рис.9.1. Схема вытяжных зонтов. а) зонт простой индивидуальный; б) зонт активизированный поддувом воздуха; в) групповой зонт. Зонты могут устраиваться как с естественной, так и с механической вытяжкой. Применять зонты рекомендуется при небольшой подвижности воздуха в помещении ( 0,7 м / с ). Зонты устанавливаются на высоте 1,7–1,9 м над полом. Эффективность работы зонта обеспечивается созданием достаточной скорости всасывания в с увлекающей вредности и предупреждающей поперечный унос. Если зонт открыт со всех сторон, то в с = 1,1–1,2 м/с, если открыт с трех сторон, то в с = 0,9–1,1 м/с, с двух сторон в с = 0,75–0,9 м/с, с одной стороны в с =0,5–0,75 м/с. Зонт следует делать с центральным углом раскрытия не более 60о; при больших углах резко увеличивается площадь, занятая вихревыми зонтами у острых кромок, и соответственно уменьшается «эффективно всасывающая площадь» приемного отверстия. При больших углах раскрытия зонта достичь эффективного всасывания по всей его площади можно путем устройства уступа (рис.9.2). Рекомендуемые размеры D1 = 0.8D; h = (0.12–0.15) D. Рис.9.2. Вытяжной зонт с уступом по периметру. По форме сечения зонты могут быть прямоугольные и круглые; по способу установки — стационарные и поворотные. Размеры приемного отверстия зонта над круглым или прямоугольным (а/в<2) источником (рис.II.4) рекомендуется принимать следующими: D d 2 ; A a 2 ; в 2 l 2 где 2,14 ( ) l d Для прямоугольного источника вместо эквивалентный по площади диаметр d э 1,13 a b (9.1). d следует принимать Осевая скорость в конвективном потоке на уровне всасывания, м/с 1 Q l l 0.068 ( 2 ) 3 . d (9.2) Рис.9.3. Вытяжной зонт над теплоисточником. Если проектируется зонт над вытянутым источником ( a / b 2 ), то 2,14 ( в 2 l 2 ) ; l b 1 (9.3) l b l 0.039 Q 3 ( ) 0.38 . Использование вытяжных зонтов рационально (9.4) при значениях комплекса (в ) ( l d ) 0.35 . l При (в ) ( l d ) 0.35 необходимый расход удаляемого воздуха резко l возрастает и применение зонтов становится нецелесообразным. Полная высота зонта, м h A d1 2tg h1 , (9.5) 2 где d1 — диаметр вытяжной трубы, м; h — высота борта зонта ; h1 0.1 0.3 м. При рекомендованных выше размерах зонтов, входящих в формулу (3.1) коэффициент Кп = 1,а характерные расходы и коэффициенты вычисляются следующим образом: — для круглых и прямоугольных источников L 945 d 2 l ; K в (1 — для вытянутых источников 2 2 ) ; d (4.6) L0 1800 a b l ; K в (1 2 2 ) . b (4.7) 9.2 Зонты козырьки Зонты козырьки (рис.9.4) устанавливают над входными отверстиями печей, сушил и другого подобного им оборудования для удаления выбивающихся газов в момент загрузки и выгрузки технологического оборудования. При расчете количества воздуха, удаляемого зонтом козырьком, необходимо учитывать вид и режим работы технологического оборудования. Для пламенных печей и сушил, работающих на твердом, жидком или газообразном топливе, основной предпосылкой является то, что печь или сушило работают с избыточным давлением, под влиянием которого газ вбивается из печи по всей высоте загрузочного отверстия. При расчете зонта козырька определяют размеры приемного отверстия зонта и массовый расход удаляемой смеси продуктов сгорания и воздуха помещения. Рис.9.4. Зонт – козырек у щелевого отверстия при выпуске из него продуктов сгорания. Расчет выполняют в следующей последовательности: 1. Определяют среднее давление Рср , Па, в печи перед отверстием Рср 2 h (в п ) g , 3 (9.8) т.е. 2/3 высоты печного отверстия работает на вытяжку. 2. Определяют среднюю скорость г , м/с выхода газов из печи при избыточном давлении Рср г 2 Рср п , (9.9) где, — коэффициент расхода загрузочного отверстия, принимаемый равным 0,65. 3. По скорости выхода газов из печи, размерам печного отверстия и температуре газов в печи определяют критерий Архимеда: Ar g d экв Т п Т в , Тв г 2 (9.10) где, d экв 4 F S (здесь F и S — соответственно площадь и периметр печного отверстия) ; Тп и Тв — абсолютная температура соответственно газов в печи и воздуха в помещении, К. 4. Определяют расстояние х, м на котором искривленная ось струи пересечется с плоскостью приемного отверстия зонта — козырька. y d экв 2 m y d экв 0,5 x 3 , Ar ( ) , откуда x 3 m d экв 0,5 Ar (9.11) где, т коэффициент изменения скорость, который для данного случая истечения струи может быть принят равным 4; у расстояние до оси струи от плоскости всасывающего отверстия, м. 5. Определяют ширину вытекающего из печи газового потока на расстоянии х в х во 0,4 х h 0.4 x , (9.12) где во ширина печного отверстия. 6. Ширина зонта принимается на 200 мм больше ширины печного отверстия, а вынос зонта должен быть не меньше l вх l = х + 0,5вх (9.13); 7. определяют массовый расход газов Gг, кг/ч, выбивающихся из печи Gг Fотв г п 3600 ; (9.14) 8. Определяют массовый расход воздуха Gв , кг/ч, удаляемого через зонт из помещения Gв Gг (t г t см ) , t см t в (9.15) где, tсм температура смеси продуктов сгорания и воздуха, принимаемая в зависимости от способа удаления смеси за пределы цеха: при естественной вытяжке tсм = 200 0С, а при механической tсм = 160 0С. 9.3. Комбинированные зонты Такие зонты применяют у печей, работающих на органическом топливе, т.е. когда требуется удаление из печей продуктов сгорания. Конструктивно у печей предусмотрено отверстие для постоянного отвода продуктов сгорания, и дверца, открывающаяся на период загрузки и выгрузки деталей из печи (рис.II.6). Количество продуктов сгорания и их температура принимается по технологическим данным, либо определяется расчетом (по формулам горения или приближенным эмпирическим). Так, используя эмпирическую (приближенную) формулу, получим Рис.9.5. Комбинированный зонт р Lп где / 1,14 Qн 0,25 , (нм3/м3), 1000 (9.16) > 4000 ккал/м3 — низшая теплота сгорания. Тогда объем продуктов сгорания Lп = L/пBГ, м3/ч, (9.17) где BГ — расход газа в печи, м3/ч. Температуру продуктов сгорания, оС, можно приближенно рассчитать по формуле Qн р tп К, С п Lп (9.18) где, Сп удельная объемная теплоемкость сгорания; К пирометрический коэффициент печи, К 0,8. При наличии в конструкции нагревательной печи рекуператора температура продуктов сгорания, поступающих в комбинированный зонт, должна приниматься по технологическим данным, обычно на 300–400 оС ниже начальной температуры продуктов сгорания. Удаляемая через зонт смесь газов и воздуха может выбрасываться в атмосферу системами естественной и механической вентиляции. Предпочтение обычно отдается естественной вентиляции как наиболее экономичной. При удалении смеси газов и воздуха системами с естественным побуждением температура ее не должна превышать 300 оС, а при удалении с помощью вентиляторов, без водяного охлаждения принимается из условия их надежной работы не более 80 оС. Достижение требуемой температуры обеспечивается увеличением объема воздуха, подсасываемого зонтом из рабочей зоны. Массовый расход смеси можно определить по формуле: Вт Qн / Q м Qокр р Gсм Ссм (t к t рз ) , (9.19) где, Вт расход топлива, кг/ч; / коэффициент, учитывающий неполноту сгорания топлива ( / 0,9 ); Qм ,Qокр потери тепла с нагретым металлом и в окружающую среду. Qм С м G м (t к t н ) 0,3 Вт Qн р / , Qокр 0,25 Вт Qн / . р Количество газов, выделяющихся при сжигании топлива определяют по формуле GГ Т ( 1) (273 t n ) 273 в Вт , (9.20) где Т удельный расход воздуха, м3/кг; коэффициент избытка воздуха в топке; в плотность воздуха, кг/м3. Количество подсасываемого из помещения воздуха Gв = Gсм – GF . (9.21) Расчет габаритных размеров комбинированных зонтов аналогичен расчету зонтов–козырьков. Лекция 10 Расчет местных отсосов (вытяжек) различного типа. 10.1. Вытяжные шкафы Вытяжные шкафы представляют собой укрытия с рабочим проемом для наблюдения за технологическим процессом и для его проведения. Вредные выделения вместе с воздухом могут удаляться из него естественной или механической вытяжкой. Для предотвращения выбивания вредных выделений из шкафа уровень нулевых давлений (нейтральная линия) в нем должен располагаться не ниже верхней кромки проема (рис.10.1). Рис.10.1. Вытяжной шкаф с естественной вытяжкой. 1 – уровень нулевых давлений; 2 – эпюра распределения. Для вытяжки из шкафа избытков тепла или других вредных выделений естественным путем необходимо наличие подъемной силы за счет разности температур Т2 – Т1 . Кроме того, удаляемый поток должен иметь достаточный запас энергии для преодоления аэродинамического сопротивления на пути от входа в шкаф до места выброса в атмосферу. Различают шкафы (рис.10.2.) с верхним (а), нижним (б) и комбинированным (в) удалением воздуха через компактные или щелевые воздухоприемные отверстия. а) б) в) Рис.10.2. Укрытия шкафного типа. Шкафы с верхним отсосом применяются для улавливания восходящего потока (например теплового), обладающего значительной подъемной силой. Шкафы с нижним отсосом применяются в случае выделения пыли и тяжелых газов без повышения температуры в шкафу. Шкафы с комбинированным отсосом могут применяться при совместном выделении разнородных вредностей, например тепла и тяжелых газов или пыли. Расход воздуха, удаляемого от шкафного укрытия при отсутствии в нем источника тепловыделений, определяют по формуле (10.2), при этом скорость всасывания о принимается в пределах от 0,3 до 1,5 м/с, в зависимости от операции, выполняемой в укрытии. При наличии в укрытии источника тепловыделений расход воздуха проверяется по формуле Lотс 120 3 H Q F 2 , (10.1) где, Н и F высота, м, и площадь рабочего проема, м2; Q тепловыделения в укрытии, идущее на нагревание воздуха в нем, Вт (принимается равным 50–70 % полной теплопроизводительности источника). В расчет принимают большее значение Lотс. Если величину открывания рабочего проема установить невозможно, то расход определяют по условным площадям проемов, принимаемых 0,2 м 2 на 1м длины вытяжного шкафа и скоростям: 73 ПДК > 10 мг/м3 о = 0,5 м/с; ПДК = 0,1–10мг/м3 о = 0,7 м/с; ПДК < 0,1 мг/м3 о = 1 м/с; при работе, связанной с выделением аэрозолей о = 1,2–1,5 м/с. Из нижней зоны следует отсасывать, как правило, 2/3 общего расхода воздуха, из верхней — 1/3. Аэродинамический расчет вытяжных шкафов состоит в определении потерь давления, сечений втяжной трубы при удалении воздуха. 10.2. Боковые отсосы Боковые отсосы (рис.10.3) используют в тех случаях, когда устройство зонтов невозможно из–за технологических ограничений или же нецелесообразно из–за большого расхода удаляемого воздуха. Они находят широкое применение на горячих процессах, например при выбивке опок, когда конвективная струя увлекает выделяющиеся газы, пары и высокодисперсную пыль и разносит их по помещению. В этих случаях для улавливания вредностей приходится улавливать конвективную струю. При выборе схемы отсоса предпочтение следует отдавать отсосам с меньшим углом несоосности , как наиболее экономичным по расходу удаляемого воздуха. Всасывающее отверстие выполняется прямоугольным. Длина его А равна длине (диаметру) источника, а высота В = (0,5–1)(хо + в/2). Наличие по периметру всасывающего отверстия ограничивающей плоскости (или широкого фланца), улучшает условия работы отсоса. Если ширина фланца hф < B, то его влияние можно не учитывать. 74 Рис.10.3. Боковые отсосы. а) отсос в стенке или с широким фланцем; б) отсос без фланцев; в) отсос с экраном; г) наклонный отсос. Расход воздуха определяется по формуле (10.1), значение коэффициента КП для различных конструктивных схем отсосов вычисляются по формулам: — отсос в стенке или с широким фланцем (см. рис.10.2, а) К П 0,22 (1 0,0625 D 2 где D ), (10.2) 4.17 D ; D и d диаметры (эквивалентные) отсоса и источника, м; (s d ) s параметр, имеющий размерность длины и вычисляемый по формуле: s 0.5 ( xo y o xo2 y o2 ) ; (10.3) — отсос без фланца (см. рис. 10.3, б) 7 К П 0,32 0,06 ( В ) 3 (1 0,0625 D 2 ) ; А — отсос с экраном (см. рис. 10.3, в) 75 (10.4) 7 К П 0,2 0,025 ( В ) 3 (1 0,0625 D 2 ) ; А (10.5) — наклонный отсос (см. рис. 10.3, г) К П (0,15 0,043 ) 1,025 (1 0,324) D 2 ; (10.6) Угол измеряется в радианах. Для отсосов круглой формы следует считать, что В/А = 1. Если наклонный отсос имеет фланец шириной более 0,5В, то значение КП , вычисленное по формуле (5.6) следует уменьшить в 1,6 раза. Для всех конструктивных схем боковых отсосов характерный расход Lo и Кв, входящие в уравнение (1), рассчитываются по формулам: Lo 310 3 Q (s d ) 5 , К в 1 20.8 в3 3 ( (10.7) d2 ). yo Q (10.8) При производстве сварочных работ и при других технологических процессах применяются наклонные боковые отсосы в виде панелей равномерного всасывания. При сварке электродами с качественным покрытием расход воздуха на 1м2 габаритного сечение панели составляет 3300м3/ч при расположении панели у стен и 5000–7000м3/ч при расположении вдали от стены. 10.3. Бортовые отсосы Для удаления вредных газовых выделений с поверхности ванн при травлении или гальванизации наилучшими являются бортовые отсосы. Различают однобортовые отсосы, когда щель отсоса расположена вдоль одной из длинных сторон ванны, двухбортовые, когда щели расположены у двух противоположных сторон, и угловые при расположении щелей у двух соседних сторон. Бортовой отсос называют простым (рис. 10.4, а), когда щели расположены в вертикальной плоскости, и опрокинутым (рис 10.4,б), когда щели расположены горизонтально в плоскости, параллельной зеркалу ванны. Простые отсосы применяют при высоком уровне раствора в ванне, когда Н = 80 150мм; при Н = 150 300мм и более применяют опрокинутые отсосы требующие значительно меньшего расхода воздуха. 76 Рис.10.4 Бортовые отсосы от ванн а — простой; б — опрокинутый; в — с передувкой. Расход воздуха тем больше, чем больше ширина ванны В, выше температура раствора и чем ближе к поверхности раствора необходимо прижать поток. Однобортовые отсосы применяют при ширине ванны до 600 мм; при ширине ванны 0,6 1,5 м применяют двухбортовые отсосы и при ширине > 1,5 м отсосы с передувкой. 10.4. Расчет бортовых отсосов Расчет бортовых отсосов заключается в определении геометрических размеров и расходов воздуха, обеспечивающих удаление вредностей, выделяющихся с поверхности растворов. Известны несколько инженерных методов расчета: метод И.Л. Виварелли; метод М.М. Баранова и метод института Проектпромвентиляция. Расчет бортовых отсосов по методу И. Л. Виварелли. Расчет бортового отсоса состоит в определении количества воздуха, отсасываемого от него. При этом имеется в виду, что частицы восходящего от зеркала ванны потока должны замыкаться на щель отсоса, т.е. удаляться системой вентиляции и не попадать в помещение, где расположены ванны. Объемный расход воздуха L, м3/ч, отсасываемого от горячих ванн, может быть определен по формуле L К з К Т Б ( 1 Т в Т пом g B 3 ) 2 l 3600 , 3 Т пом 77 (10.9) где Кз коэффициент заноса, равный 1,5 1,75; для ванн с особо вредными растворами Кз = 1,75–2,0; КТ коэффициент для учета подсоса воздуха с торцов ванны, зависящий от отношения ширины ванны В к ее длине l: для однобортового простого отсоса К Т (1 для двухбортового К Т (1 В 2 ) , 4l В 2 ) , при наличии сдува КТ =1; Б 8l безразмерная характеристика, равная для однобортового отсоса 0,35; для двухбортового 0,5; угол между границами всасывающего факела, рад; Тв и Тпом абсолютные температуры соответственно жидкости в ванне и воздуха в помещении, К. Бортовой отсос с передувкой (рис.10.4,в) представляет собой простой однобортовый отсос, активизированный поддувом при помощи плоской струи, направленной из воздуховода с противоположной стороны ванны. Чтобы передувка была эффективной, расход воздуха, удаляемого отсосом, должен соответствовать сумме начального воздуха и того расхода, который присоединиться к струе на пути к щели отсоса. Объемный расход воздуха на сдув Lсд, м3/ч, определяется по формуле Lсд 300 К В 2 l , (10.10) где К коэффициент, зависящий от температуры tв раствора в ванне; В ширина зеркала ванны, м; l длина зеркала ванны, м. Щель сдува необходимо сделать высотой не менее 5–7 мм, а начальную скорость сдува принимать 10–12м/с. Высота щели сдува, м: hсд = 0,013B. Средняя скорость сдува определяется по формуле сд 6,67 К В , и должна приниматься не более 12 м/с. 78 Расчет бортовых отсосов по методу М.М. Баранова. Расчет производится с помощью графиков, составленных на основании экспериментальных исследований простого и опрокинутого, одно– и двухбортовых отсосов. Объемный расход воздуха L, м3/ч, удаляемого бортовыми отсосами всех видов, может быть определен по формуле L q 3 t в t пом l К н К , (10.11) где q удельный расход воздуха, м3/ч на 1м длины ванной; l длина ванны, м; Кн поправочный коэффициент на глубину уровня раствора в ванне Н; К поправочный коэффициент на скорость движения воздуха в помещении. Для опрокинутых отсосов расчетную ширину ванны принимаю меньше фактической на ширину щелей: — при однобортовых отсосах В/ = В – в; — при двухбортовых отсосах В// = В – 2в; Ширину (высоту) щели отсюда по конструктивным и технологическим соображениям принимают равной 0,1В, но не менее 50мм. Для всех ванн с низкими температурами разность t = tв – tпом следует принимать не менее 10 оС. В целях экономии расхода воздуха на отсос глубину уровня раствора Н для одно– и двухбортовых опрокинутых и однобортовых простых отсосов необходимо принимать не более 120–200мм, для двухбортовых простых отсосов не более 80 – 100мм. Расчет бортовых отсосов по методу института Проектпромвентиляция. 79 Рис.10.5 Бортовые отсосы от ванн а и б опрокинутые двухбортовой и однобортовой; в и г обычные двухбортовой и однобортовой; д и е отсосы с передувкой двухбортовой и однобортовой. Расчет воздуха, м3/ч, для бортовых отсосов вычисляется по формулам: – для отсосов без передувки (см рис.10.5, а, б, в, г): Lотс 0,53 в p 1400 hp в p l 1/ 3 1 0,16 t в p l K1 K 2 K 3 K 4 K T , (10.12) где вр расчетная ширина ванны, м; hр расчетное заглубление зеркала жидкости, м; t = tп – tв разность температур поверхности жидкости и воздуха в помещении, оС; К1 коэффициент, значение которого равно 1 для двухбортового и 1,8 для однобортового отсосов; К2 коэффициент, учитывающий наличие воздушного перемешивания жидкости (К2 = 1,2); К3 коэффициент, учитывающий укрытие зеркала жидкости плавающими телами (К3 = 0,75); К4 коэффициент, учитывающий укрытие зеркала жидкости пенным слоем путем введения добавок ПАВ (К4 = 0,5); 80 — для отсосов с передувкой (см. рис.10.5, д,е): 3 Lотс 1200 в р 2 l (1 0.03 t ) К1 КТ , (10.13) где К1 = 1 для однобортового и К1 = 0,7 для двухбортового отсосов. Значение коэффициента КТ для отсосов без передувки принимают по таблицам4 для отсосов с передувкой во всех случаях КТ = 1. Расход воздуха на передувку,м3/ч Lп 60 в р l (1 0.03 t ) . (10.14) 10.5. Кольцевые отсосы Кольцевой бортовой отсос представляет собой щелевой воздухоприемник, расположенный по периметру круглой ванны, печи. Кольцевые отсосы устраиваются по схемам, приведенным на рис.10.6. Рис.10.6. Кольцевые отсосы. а — обычный; б — заглубленный; в — с экраном. Пир одинаковом размере отсасывающей щели отсосы заглубленные и снабженные экраном обеспечивают улавливание вредных выделений при меньших расходах удаляемого воздуха по сравнению с обычными отсосами. При одинаковом конструктивном вертикальном габарите Г (Г = В; Г = В + hз , Г = В +hэ) все три типа отсосов равноценны по расходу удаляемого воздуха. Увеличение вертикального габарита позволяет уменьшить расход удаляемого воздуха. Расход удаляемого воздуха для всех конструктивных схем отсосов 81 определяется по формуле(1), где Lo 69.3 Q 1 3 5 d 3. (10.15) Значение коэффициента Кп определяется по графику. Коэффициент Кв определяется по формуле К в 1 42,4 в3 d Q . (10.16) При относительной неравномерности всасывания 0,5 необходимо о увеличивать расчетный расход удаляемого воздуха на 20%, при 0,3 , о поправка на расчетный расход не вводится ( максимальное отклонение от средней скорости всасывания в щели, м/с; 0 средняя скорость всасывания в щели, м/с). Приведенные данные пригодны без введения дополнительных поправок и для случаев, когда отсос представляет собой незамкнутый кольцевой воздухоприемник из одного или двух элементов с углом охвата источника на менее 270о. 82 Аэрация помещений промышленного здания Лекция 11 Аэрация под действием тепловых избытков 11.1. Области применения аэрации Аэрацией называется организованный естественный воздухообмен, возникающий за счет гравитационных сил или ветра или того и другого вместе. Аэрация может обеспечить весьма интенсивное проветривание помещений. Разница между механической вентиляцией и аэрацией состоит в следующем. При механической вентиляции удаляются сравнительно малые объемы воздуха непосредственно от места его загрязнения и подается воздух в заданные места при довольно значительных давлениях вентилятора порядка 40 80 кг/м2. 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, когда по условиям технологии производства требуется предварительная обработка приточного воздуха или приток наружного воздуха вызывает образование тумана либо конденсата. В промышленных цехах одновременно с аэрацией может применяться и механическая вентиляция. Нельзя применять аэрацию в цехах, в которых имеются источники выделения газов и паров вредных веществ или пыли из–за опасности отравления окружающей среды. Кроме того, естественный приток в этих цехах способствует распространению вредных выделений по объему помещения. Не применяется аэрация и в кондиционируемых помещениях. Преимущества аэрации: 1) организация воздухообмена без затраты механической энергии, большая экономическая выгода; 2) возможность широкого применения. Недостатки аэрации: 1) невозможность обработки подаваемого воздуха; 2) непостоянство расхода воздуха во времени; 83 3) при организации аэрации возможно возникновения циркуляции воздуха в помещении. Для притока наружного воздуха в теплый период года устраивают проемы в наружных стенах, располагая низ проемов на высоте 0,3 1,8 м от пола; приточные проемы можно размещать в два яруса и более в продольных стенах здания, которые должны быть свободны от пристроек. Проемы для притока наружного воздуха в переходный и холодный периоды года устраивают в наружных стенах, располагая низ проемов в цехах высотой менее 6м на высоте не 3 м от пола (при этом проемы оборудуются козырьками или другими конструктивными элементами, отклоняющими приточный воздух под углом в верх), а в цехах высотой более 6 м на высоте не менее 4 м от пола. Для притока наружного воздуха в многопролетных цехах могут устраиваться проемы в наружных стенах и фонари в "холодных" пролетах, которые должны чередоваться с "горячими", причем "холодные" пролеты отделяют от "горячих" спущенными сверху перегородками, не доходящими до пола на 2 4 м. При расчете аэрации должны рассматриваться все три задачи воздушного режима здания: внешняя определение располагаемых давлений, обеспечивающих естественный воздухообмен; при этом решаются вопросы расположения здания на промышленной площадке, аэродинамики здания и рассевание удаляемых вредных веществ в окружающей среде; краевая определение характеристик сопротивления воздухопроницанию, составление уравнения баланса воздуха в помещении и вычисление площадей аэрационных проемов; внутренняя определение направления воздушных потоков в помещении, а также распределение скоростей и температур в помещении при известном расположении источников тепла, приточных и вытяжных отверстий. Учитывая сложность процесса аэрации, практические расчеты ее проводят 84 при определенных допущениях. Основные из этих допущений следующие: 1) тепловой и воздушный режимы помещения считают установившимися во времени; 2) под температурой рабочей зоны понимают среднюю по объему зоны температуру воздуха; 3) изменение температуры по вертикали принимают по линейному или линейно–ступенчатому закону; 4) стеснения конвективных струй над нагретым оборудованием не учитывают; 5) энергию приточных струй не учитывают, считая, что она полностью рассеивается в объеме рабочей зоны; 6) при определении расходов через проемы не учитывают их высоту, пренебрегая изменением разности давлений по вертикали; 7) при составлении баланса воздуха в помещении не учитывают неорганизованный естественный воздухообмен. 11.2. Понятие о внутреннем избыточном давлении Внутренним избыточным давлением называется разность давлений внутри и снаружи здания на одном и том же уровне. Ризб = Рвн – Рн . (11.1) Величина избыточного давления может быть как положительной величиной, так и отрицательной. Рассмотрим как изменяется давление по высоте здания (рис.11.1) Для плоскости 1–1 избыточное давление будет равно Р1 изб = Рв – Рн . 85 (11.2) Рис.11.1. Изменение внутреннего избыточного давления внутри цеха Для плоскости 2–2 внутреннее давление будет Рв н g H 1 ср , (11.3) где — плотность воздуха при средней температуре воздуха в помещении, кг/м3. Средняя температура воздуха в помещении tср t рз t ух 2 . (11.4) Наружное давление для плоскости 2–2 Рн g H1 н (11.5) От величины давления внутри цеха в плоскости 2–2 отнимем величину давления снаружи цеха в той же плоскости; тогда получим величину избыточного давления в плоскости 2–2 Р2изб Рв g H1 ср Рн g H1 н Рв Рн g H1 ( н ср ) ; или P2изб P1изб gH1 н в P1изб gH1 . (11.6) Таким образом, если под влиянием тепловых избытков в какой–нибудь плоскости внутри цеха имеется избыточное давление Ризб, то во всякой плоскости, лежащей на Н1 м ниже, избыточное давления величину g H1 . Определим избыточное давление в плоскости 3–3. Наружные давления в плоскости 3–3 86 уменьшается на Рн g H 2 н (11.7) Давление воздуха внутри здания Рв g H 2 ср (11.8) Избыточное давление внутри цеха в плоскости 3–3 Р3 изб Рв g H 2 ср Рн g H 2 н Рв Рн g H 2 ( н ср ) Р1изб g H 2 т.е. во всякой вышележащей плоскости избыточное (11.9) давление увеличивается на величину Н 2 g . Для расчета естественного воздухообмена в цехе под действием гравитационных сил следует пользоваться таким правилом: внутреннее избыточное давление по направлению вверх от любой горизонтальной плоскости увеличивается, а по направлению вниз — уменьшается на величину Н g . Если избыточное давление в какой–то плоскости больше нуля, то через отверстие воздух будет выходить наружу. Если избыточное давление меньше нуля, то наоборот, воздух будет поступать в помещение, а если оно равно нулю, то движение воздуха через отверстие прекратится. Плоскость, в которой внутреннее избыточное давление равно нулю, носит название нейтральной зоны (плоскости). 11.3. Аэрация за счет теплового напора Рассмотрим стену здания с двумя отверстиями 1 и 2 (рис.11.2). Пусть температура воздуха внутри помещения больше чем снаружи tв > tн, тогда в н . Вследствие неравенства плотностей возникает гравитационный напор, под действием которого через нижнее отверстие наружный воздух будет поступать в помещение, а через верхнее отверстие внутренний воздух будет выходить наружу. Определим положение нейтральной плоскости. Допустим, что на H1 м от центра первого отверстия внутреннее избыточное давление равно нулю: тогда в плоскости центра этого отверстия внутреннее избыточное давление равно: 87 Рис.11.2. Естественный воздухообмен в помещении Р1изб 0 Н1 g . (11.10) Следовательно, в плоскости первого отверстия давление снаружи будет больше давлений внутри помещения на величину g H1 и равно динамическому давлению воздуха в первом отверстии. 1 12 н , g H 1 2 2 1 (11.11) где — коэффициент расхода. В плоскости центра второго отверстия внутреннее избыточное давление будет равно: Р2 изб 0 g H 2 (11.12) следовательно: 2 1 2 ух . g H 2 2 2 2 (11.13) Разделив почленно уравнение (11.11) на (11.13), получим: 1 12 н 2 Н1 12 ( 2 )2 ( 1 ) н 2 Н2 1 2 ух 1 2 ух 2 22 но 1 , G G и 2 т.к. G1 = G2 = G = const. f1 н f 2 ух Подставляя значение скоростей 1 и 2 в формулу (11.14) получим 88 (11.14) ух Н1 f . ( 2 2 )2 Н2 1 f 1 н (11.15) Если принять равным ух н и 1 2 , то можно сделать вывод, что нейтральная плоскость находится на расстоянии от отверстий обратно пропорционально квадратам их площадей. Если f1 f 2 , то H1 H 2 ; в этом случае нулевое избыточное давление находится по середине высоты между отверстиями. Так как Н = Н1 + Н2, то из уравнения (11.15) можно получить ух ух Н Н2 f f Н , отсюда ( 2 2 )2 ( 2 2 )2 1 Н2 1 f 1 н Н2 1 f 1 н И тогда расстояние от центра верхних проемов до нейтральной зоны, т.е. до плоскости нулевого избыточного давления: Н2 Н ух f ( 2 2 )2 1 1 f 1 н 89 (11.16) Лекция 12 Аэрация под действием ветра 12.1. Обтекание зданий ветром При обтекании одиночно стоящего здания, в следствии торможения ветрового потока, он начинает отклоняться на расстоянии 57 Нзд. Поток спрямляется за зданием на расстоянии 1012 Нзд. Рис. 12.1. Обтекание ветром одиночного здания Рассмотрим 2 сечения (рис.12.1). В первом сечении, площадь живого сечения(s1) больше чем во втором сечении (s2). Расход воздуха в сечениях одинаков. Следовательно в первом сечении скорость меньше чем во втором. Полная энергия потока определяется Эпол = Эпот + Экин = const Т.к. в первом сечении скорость меньше, то и кинетическая энергия будет тоже меньше чем во втором сечении. Во втором сечении потенциальная энергия потока меньше чем в первом, следовательно в местах отрыва потока от здания создаются зоны разряжения. На наветренной стороне здания возникают избыточные давления. Если бы воздушный поток полностью затормозился, то величина избыточного давления на наветренной стороне, была бы равна скоростному напору Ризб Рд 90 в2 2 . Т.к. торможение не полное, то Ризб К в2 2 , где К аэродинамический коэффициент, учитывающий какая часть ветрового напора передается зданию. Аэродинамический коэффициент показывает отношение избыточного давления или разряжения, создаваемого ветром на элементарной площадке, к динамическому давлению ветра. По абсолютной величине К 1 . Коэффициент К может быть > 0 и К < 0, т.е. положительный и отрицательный. Для наветренной стороны К > 0, а для зоны разряжения К < 0. Величина коэффициента К не остается постоянной, она изменяется по высоте, длине здания и т.д., поэтому коэффициент К определяется экспериментальным путем на основе продувки модели в аэродинамической трубе. Рассмотрим как будет происходить обтекание здания более сложной конфигурации (рис.12.2.). Рис. 12.2. Обтекание ветром здания сложной конфигурации Поток воздуха на некотором расстоянии от здания начинает менять свое направление (обтекать). В зависимости от отношения l/Н обтекание может быть различным. При l/Н < 5 поток обтекает здание аналогично предыдущему. Если l/Н > 5 то могут быть зоны подпора. Такие аэрационные фонари 91 называются задуваемыми, т.к. через него входит и выходит воздух. Рассмотрим аэродинамическую картину воздействия ветра на группу последовательно расположенных зданий (рис.12.2). В зависимости от расстояния между зданиями воздушный поток или полностью восстанавливает свое первоначальное направление, если расстояние между зданиями > 10–12Нзд, или отклоняется последующим зданием, если расстояние < 10–12Нзд. Зона разряжения между зданиями называется аэродинамической тенью. В этом случае вредности первого здания могут попадать в приточные отверстия следующего здания. Рис. 12.3. Обтекание ветром группы последовательных зданий Если ветер дует под углом, то за первым зданием образуется аэродинамическая тень. На наветренной стороне здания часть отверстий будет работать на вытяжку, а часть на приток. 12.2. Понятие о фиктивном давлении Пусть имеется здание находящиеся в потоке воздуха (рис. 12.4). В здании нет никаких источников тепла, т.е. tв = tн следовательно в н Рис.12.4. Определение фиктивного давления Имеются 2 отверстия площадью f1 и f2 . Ветер создает давление на 92 наветренной стороне Р1 К1 2 (12.3) 2 и на подветренной Р2 К 2 2 (12.4) 2 За начальный уровень отсчета принимаем плоскость проходящую через середину нижнего отверстия. Примем, что в этой плоскости атмосферное давление = 0. В этой плоскости внутреннее давление будет отличаться от Р1 и Р2, обозначим его Рх . Если Р1 – Рх > 0 , то располагаемый напор будет равен Р1 Р2 Р1 (12.5) Для второго отверстия: — внутренне давление равно Рх g H — давление снаружи P2 g H — располагаемый напор P2 Px P2 Под действием P1 и P2 воздух будет поступать в помещение. По закону неразрывности потока G1 G2 ; G f P1 и P2 можно рассматривать как скоростное давление f1 2 ( P1 Px ) 2 hск ; f 1 2 ( P1 Px G 1 ; (12.6) (12.7) G2 f 2 2 ( Px P2 ) ; (12.8) f 1 ( P1 Px f 2 ( Px P2 ) . (12.9) Решим относительно Рх Рх f1 P1 2 P2 Р1 f12 P2 f 22 , где . f2 f12 f 22 2 1 (12.10) Давление Р1 можно определить если известна скорость ветра и конфигурация здания. 93 Рх зависит от наружного давления и соотношения открытых площадей. Если наветренную сторону убрать, а с подветренной стороны стену сделать глухой, то Рх = Р1 . Если наоборот, то Рх = Р2. Если f1 = f2 , то Рх Р1 Р2 . 2 Надо задатьcя соотношением площадей 1,25 т.е. приточные проемы несколько больше чем вытяжные, при одинаковом количестве подаваемого и удаляемого воздуха. В этом случае в приточных проемах скорости будут небольшие. В помещении есть теплоизбытки в н . Обозначим Рх внутреннее избыточное давление на уровне центра приточных отверстий. На уровне вытяжных отверстий Рх g H ; ( н в ) . (12.11) Перепад давлений для приточных и вытяжных проемов Р1 Р1 Рх ; Р2 Рх g H P2 . (12.12) Представим фиктивную картину Р2 Рх ( Р2 g H ) . (12.13) Обозначим ( Р2 g H ) P2 ф , тогда Р2 Рх Р2ф . Фиктивное ветровое давление это такое ветровое давление которое оказывает тоже действие, что и ветровой и тепловой напор вместе Рх Р1 f12 P2ф f 22 f12 f 22 . (12.14) 12.3. Способы расчета аэрации В зависимости от удельной теплонапряженности помещения, высоты помещения, температуры наружного воздуха и скорости ветра применяют один из трех вариантов расчета. Основным условием, определяющим вариант расчета, является соотношение между значениями ветрового и гравитационного давлений. Аэрация под действием только гравитационных сил. Действием ветра можно пренебречь, если Р 0,5 Н g , т.е. избыточное ветровое давление 1 94 меньше половины максимального значения гравитационного давления. Здесь Р ветровое давление на уровне нижнего ряда аэрационных отверстий; 1 Н расстояние по вертикали между центрами приточных и вытяжных аэрационных отверстий. Для изолированного помещения, в котором аэрация происходит через открытые проемы, расположенные на одном из фасадов, при любой скорости ветра будет иметь место рассматриваемый случай. Аэрация под действием только ветра при Р 10 Н g . Этот случай 1 наблюдается в помещениях без тепловыделений. Аэрация при совместном действии гравитационных сил и ветра при 0,5 Н g P1 10 H g . Варианты расчета аэрации различаются в основном способом определения расчетных перепадов давлений. При расчете аэрации возможна прямая и обратная задачи. Прямая задача определение площади открытых проемов. Эту задачу приходится решать в случае, когда площадь аэрационных проемов заведомо меньше площади остекления, определенной из условия освещения помещения. При этом обычно задаются значением Ро (давлением в помещении) и по заданным Gпр и Gуд определяют площади аэрационных проемов. Обратная задача — расчет фактического воздухообмена при заданных площадях аэрационных отверстий. В цехах, где площадь открывающихся световых проемов недостаточно для организации аэрации, в наружных ограждениях необходимо предусматривать устройство специальных аэрационных проемов. Цель расчета — определение минимальной площади этих проемов. Задачу решают подбором: задаваясь площадями Fпр и Fуд, определяют значение Ро, при котором осуществляется расчетный воздухообмен. Для обеспечения устойчивой аэрации при решении как прямой, так и обратной задачи следует выполнять следующую рекомендацию: эквивалентная площадь приточных отверстий F пр пр 95 должна превышать эквивалентную площадь вытяжных отверстий F уд F пр уд пр F уд уд , (12.15) где коэффициент, равный 1,2 1,3. Выполнение этого условия предотвращает "опрокидывание" потока в вытяжных отверстиях. В более общем случае, когда Gпр G уд , это условие удобно выразить через соотношение долей располагаемого давления для приточных и вытяжных отверстий Рп и Р у Рп 1 96 2 Р у у . п (12.16) Лекция 13 Расчет аэрации однопролетных и многопролетных зданий 13.1. Расчет аэрации однопролетных цехов При расчете аэрации могут быть поставлены две задачи: прямая и обратная. Прямая задача – по заданному воздухообмену определить площадь приточных и вытяжных проемов. Обратная – по заданной площади проемов определить воздухообмен. Поставленные задачи могут быть решены тремя методами: методом внутренних избыточных давлений; методом ветровых давлений и методом фиктивных ветровых давлений. Расчет по методу внутренних избыточных давлений. Прямая задача. Для проведения расчета аэрации должны быть заданы: количество вредных выделений в помещении, высота здания Нзд, отметки центров приточных и вытяжных отверстий, коэффициенты расхода , температуры tрз и tн, количество воздуха Gпр и Gуд. Последовательность расчета. 1. Принимаем tпр = tн. 2. Определяем tух t ух t рз К ( Н 2) t н t рз t н 3. Определяем среднюю температуру по объему здания t ср t ух t рз 2 4. Задаемся соотношением площадей f пр f уд 1,25 . 5. Определяем расстояние от центров отверстий до нейтральной плоскости Н1 и Н2. Н Н Н1 Н 2 ; Н 2 ( 2 f 2 2 ух 1 ) 1 f 1 н 6. Определяем перепады давлений в каждом из проемов Р1 g H 1 ( н ср ), Р2 g H 2 ( н ср ) 97 7. Определяем скорости в приточных и вытяжных проемах 1 1 1 2 Н 1 g ( н ср ) н ; 2 1 2 2 Н 2 g ( н ср ) ср 8. Определяем площади приточных и вытяжных проемов f пр f уд Gпр 3600 1 2 Н 1 g ( н ср ) н G уд 3600 2 2 Н 2 g н ср ) ух ; . Обратная задача — по площади открытых проемов определяем расходы воздуха. Последовательность расчета. 1. Задаются внутренним избыточным давлением на уровне пола (–0,8 или –0,3 кг/м2). 2. Определяют внутреннее избыточное давление на уровне центра отверстий. 3. Задаются схемой движения воздуха. 4. Определяют количество воздуха поступающего или удаляемого через тот или иной проем. 5. Проверяют баланс Gпр = Gуд , если равенство не получилось, надо перезадаться внутренним избыточным давлением на уровне пола, им задаются только два раза. Рис.13.1. К определению баланса воздуха Метод ветрового давлений. По известным расходам воздуха Gпр 98 и Gуд определяют площади аэрационных проемов Fпр и Fуд. Последовательность расчета. 1. Определяют температуры tрз , tв , tуд , tн . 2. Определяют по таблицам значение аэродинамических коэффициентов К1 и К2 . 3. Определяют наружное избыточное давление Р1 К1 2 2 ; Р2 К 2 2 2 4. Задаваясь соотношением площадей определяют Рх. 5. Зная давление внутри и наружи определяют перепад давлений Р1 Р1 Рх ; Р2 Рх Р1 6. Определяют скорости из условия 1 22 н 2 Р1 ;2 22 уд 2 Р2 7. Определяют площади аэрационных проемов Fуд Gпр 3600 1 1 н ; Fуд G уд 3600 2 уд 2 Метод фиктивных давлений. Данный метод аналогичен ветровых давлений, только давление Р2 заменяют на фиктивное ветровое давление Рф2 . По известным расходам воздуха определяем площади аэрационных проемов. Последовательность расчета. 1. Определяют температуры tрз , tв , tуд , tн . 2. Определяют по таблицам значение аэродинамических коэффициентов К1 и К2 . 3. Определяют наружное избыточное давление Р1 К1 2 2 ; Р2 К 2 2 2 4. Определяют фиктивное ветровое давление Рф 2 Р2 g H 99 5. Определяют внутреннее избыточное давление Рх Рх Р1 F12 P2ф F22 F12 F22 P1 2 P2 ф 2 1 6. Определяют перепад давлений для приточных и вытяжных проемов Р1 Р1 Р х ; Р Р х Р2ф 7. Определяют скорости из условия 2 уд 22 н Р1;2 Р2 2 2 2 1 8. Определяют площади аэрационных проемов Fуд Gпр 3600 1 1 н ; Fуд G уд 3600 2 н 2 13.2. Расчет аэрации многопролетных цехов Рассмотрим аэрацию многопролетного цеха (рис.13.2.). Особенность Рис.13.2. Схема аэрации многопролетного цеха расчета заключается в том, что во внутренний пролет воздух может поступать только из крайних пролетов. Загрязненный воздух удаляется из всех пролетов через фрамуги аэрационных фонарей. Часть воздуха поступившего в 1 и 3 пролеты будет поступать во 2 пролет, следовательно, приточный воздух поступивший во 2 пролет отличается параметрами от воздуха 1 и 3 пролетов, т.к. он ассимилирует часть теплоизбытков. Последовательность расчета. 1. Определяем теплоизбытки в каждом пролете. 2. Принимаем площади 9 и 10 отверстий. 100 3. Принимаем температуру воздуха в рабочей зоне 1 и 3 пролетов. 4. Принимаем соотношение расходов воздуха поступающего через 9 и 10 отверстия. G9 G ; G9 G10 . 10 5. Определяют температуру уходящего воздуха из 1 и 3 пролетов t ух t пр t рз t пр m 6. Определяем среднюю температуру приточного воздуха во 2 пролете. 2 t пр G9 t рз3 G10 t рз1 G9 G10 t рз3 t рз1 1 Определяют температуру уходящего воздуха из 2 пролета 2 2 t уд t пр 2 t рз2 t пр т 2 7. Определяют необходимое количество воздуха для каждого пролета G 2 2 Qизб G 2 G G G 1 ; G ; G9 G10 9 10 10 10 2 2 1 с t уд t пр 8. Определяют количество воздуха удаляемого из 2–3 и 6–7 отверстий G2 3 1 3 Qизб Qизб 1 1 ; G67 3 3 с t уд t пр с t уд t пр Через 1 отверстие поступает в первый пролет G 1 G23 G10 Аналогично определяется количество воздуха поступающего через 8-ое отверстие. G3 G67 G9 9. Для каждого продета определяется располагаемый тепловой напор Р Н g 10.Определяются площади отверстий f 101 G 3600
