Технико-экономическое обоснование применения систем вентиляции с роторной рекуперацией тепла - часть 2

 

  Главная      Учебники - Разные     Технико-экономическое обоснование применения систем вентиляции с роторной рекуперацией тепла

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..      1      2      3      ..

 

 

Технико-экономическое обоснование применения систем вентиляции с роторной рекуперацией тепла - часть 2

 

 

Каждому конкретному значению t и d соответствуют определенные числовые
значения всех остальных параметров.
1.6.
Организация воздухообмена и распределение воздуха
в помещении
Эффективная организация воздухообмена является необходимой для
достижения следующих целей:
• обеспечение здоровья находящихся в помещении людей;
• комфорт людей в общественных зданиях;
• обеспечение качества продукции на производственных предприятиях.
Вентиляция нужна для удаления загрязняющих веществ, для подачи
наружного
(свежего) воздуха в помещение. Необходимый воздухообмен в
помещениях тесно связан с количеством поступления различных вредностей
(теплоты, влаги, газов, пыли) и предельно допустимыми концентрациями их в
воздухе помещений (ПДК) [32].
Распределение приточного воздуха и удаление воздуха из помещений
общественных, административно-бытовых и производственных зданий следует
предусматривать с учетом режима использования указанных помещений в
течение суток или года, а также с учетом переменных поступлений теплоты, влаги
и вредных веществ.
Воздухообмен следует организовывать таким образом, чтобы обеспечить
соблюдение требований по предельному содержанию вредных вещество и норм
метеорологических условий в воздухе рабочей или обслуживаемой зоны, а также
норм взрывопожарной безопасности наиболее экономичным способом [8].
В процессе организации
воздухообмена
и
при
подборе
воздухораспределительных устройств необходимо решить следующие задачи:
1. Определить требуемый расход вентиляционного воздуха;
2. Установить экстремальные значения скоростей, температур воздуха,
концентраций вредностей в рабочей или обслуживаемой зоне помещения;
3. Разработать расчетные схемы циркуляции воздушных потоков в
помещении;
При решении вопросов организации воздухообмена следует
руководствоваться указаниями
[1]. Решение задач должно основываться на
использовании
закономерностей
струйных
течений
при
подборе
воздухораспределительных устройств, вычислении расхода приточного воздуха с
помощью различных моделей тепловоздушных процессов в вентилируемых
помещениях, совместного взаимосвязанного определения воздухообмена и
расчета воздухораспределения.
Вентиляция представляет собой процесс переноса объемов воздуха,
вытекающего из приточных отверстий, а также движение воздуха, обусловленное
всасывающими отверстиями. Характер воздушных потоков зависит от формы и
количества приточных отверстий, их расположения, а также температуры и
скорости, с которыми воздух поступает в помещения. На характер
распространения воздушных потоков оказывают влияние работа технологического
оборудования и, кроме того, конструктивные элементы здания. Основная задача
при проектировании вентиляции учесть характер движения воздушных масс в
помещении, с тем, чтобы в пределах рабочей зоны были обеспечены параметры
микроклимата.
Концентрация и распределение загрязняющих веществ тесно связаны с
движением воздуха в помещении, поэтому приток свежего воздуха позволяет
удалять застоявшийся или загрязненный воздух. Подача свежего воздуха и
удаление загрязняющих веществ по существу являются разными сторонами
14
одной и той же проблемы. Достаточность воздухообмена может в основном
оцениваться его способностью поддерживать достаточно низкую концентрацию
загрязняющих веществ в заданной точке [7].
Для нормального жизнеобеспечения здания требуется подача свежего
воздуха и отвод избыточного тепла, удаление газов и частиц, выделяемых в этом
здании. Тепло выделяется находящимися в здании людьми, различного рода
оборудованием
(компьютерами, телевизорами, освещением и т.д.), а также
проникающей в помещение солнечной радиацией. Внутри зданий также
образуются и выделяются в воздух пар, различные газы и посторонние частицы.
Приготовление пищи, сушка, например одежды, и сами люди повышают
влажность в помещении. Несомненно, табачный дым является самым главным
источником химического загрязнения внутреннего воздуха, кроме этого, большой
вклад в загрязнение вносят летучие органические составы. Выделяющиеся из
строительных материалов, мебели, бытовых средств, косметики и офисных
материалов. В качестве газообразных веществ, загрязняющих воздух в здании,
следует указать углекислый газ (СО2), угарный газ (СО), двуокись азота (NO2) и
озон (О3). Углекислый газ выдыхают люди, к тому же он является естественным
компонентом атмосферного воздуха. СО и NO2 могут образовываться при
неполном сгорании и курении, озон вырабатывается копировальными аппаратами
и лазерными принтерами. Имеющиеся в воздухе загрязняющие вещества должны
удаляться из здания системой вентиляции. Основным предназначением
вентиляции является создание потока воздуха, ассимилирующего загрязняющие
вещества от различных источников таким образом, чтобы локальная
концентрация загрязнений была достаточно низкой во всем пространстве
помещения [6].
Удаление воздуха из помещений системами вентиляции рекомендуется из
верхней зоны при значительных избытках явной теплоты и допускается на любом
уровне при значительных избытках явной теплоты. При выделении пыли удаление
воздуха следует предусматривать из нижней зоны.
1.7.
Мероприятия по шумоглушению в системах
вентиляции
При проектировании систем вентиляции необходимо рассчитывать уровень
шума, производимого вентиляционным оборудованием и, в случае, недопустимых
параметров следует принимать меры по шумоглушению. Низкий уровень шума
является одним из основных критериев комфорта, от которого в значительной
степени зависит наше хорошее самочувствие [4].
Источником шума вентиляторов являются любые колебательные явления,
сопровождающие их работу. Колебательные процессы аэродинамического
происхождения вызывают аэродинамический шум, а механические колебания
элементов конструкции вызывают шум, распространяющийся по строительным
конструкциям здания и примыкающим воздуховодам, иногда очень далеко от
места установки. В воздуховоды, подсоединенные к нагнетательному и
всасывающему патрубкам вентилятора, поступает аэродинамический шум. Кроме
вентилятора источником шума в вентиляционной сети обычно бывают
воздухораспределители и регулирующие клапан дроссельного типа.
1.7.1.
Звуковое давление, звуковая мощность, частота
Звуковые волны распространяются в воздухе в виде колебаний давления.
Наши уши воспринимают колебания давления как звук. Звуковое давление
измеряется в паскалях
(Па). Наименьшее звуковое давление, которое
воспринимает человеческое ухо (порог слышимости), равно 0,00002 Па. Большая
15
числовая разница между порогом слышимости и болевым порогом создает
неудобство при расчете. Поэтому используется логарифмическая шкала,
основанная на отношении действительного звукового давления к порогу
слышимости. Единицей шкалы является, дБ. При этом 0 дБ соответствует порогу
слышимости, а
120 дБ соответствуют болевому порогу. Звуковое давление
уменьшается при увеличении расстояния до источника звука, и зависит от
акустических свойств помещения.
Звуковая мощность определяется как количество энергии, передаваемой в
единицу времени. Звуковая мощность не может быть измерена непосредственно
и вычисляется через звуковое давление. Звуковая мощность, излучаемая
вентилятором, не зависит от конструкции помещения и поэтому её удобно
использовать для сравнения акустических характеристик различных
вентиляторов.
Периодические колебания источника звука выражаются его частотой.
Частота измеряется, как количество колебаний в секунду, одно колебание в
секунду есть 1 Герц (Гц). Большее количество колебаний в секунду, т.е. высокая
частота, даёт более высокий тон. Частотный диапазон очень часто делится на
восемь групп, так называемые октавные полосы частот: 63 Гц, 125 Гц, 250 Гц, 500
Гц, 1000 Гц, 2000 Гц, 4000 Гц и 8000 Гц.
Человеческое ухо имеет разную степень чувствительности для звуков
различной частоты. Это означает, что звуки с высокой и низкой частотой будут
распознаваться, как два разных звуковых уровня. Говоря проще, мы слышим
высокочастотный звук лучше, чем звук с низкой частотой [14].
1.7.2.
Уровень звуковой мощности и уровень звукового давления
Существует зависимость между уровнем звуковой мощности создаваемой
источником и уровнем его звукового давления. Расположение источника звука в
комнате
(фактор направленности), расстояние до источника и поглощающие
способности помещения.
1) Коэффициент направленности, Q
Коэффициент направленности определяет, как звук распределяется от
источника. Распространение во все стороны, сферическое, означает что Q = 1.
Для диффузора установленного в середине стены, направленность будет
полусферической, Q = 2.
2) Расстояние от источника шума, r, м
3) Эквивалентная площадь поглощения помещения, А
Способность материала поглощать звук определяется как коэффициент
поглощения. Коэффициент поглощения находится в диапазоне от
0 до
1,
Величина равная
1 соответствует полностью поглощающей поверхности, а
величина равная
0 соответствует полностью отражающей поверхности.
Эквивалентная площадь поглощения помещения (A), измеряется в м2 и может
быть рассчитана путём умножения площади поверхностей помещения на их
соответствующие коэффициенты поглощения:
A
S
S
+
S
,
1
1
2
2
n
n
где A
- эквивалентная площадь поглощения помещения; S - площадь
поверхности; α
- коэффициент поглощения, зависящий от материала; n
-
количество поверхностей.
Во многих случаях проще использовать средние значения для расчета
звукового поглощения в различных типах комнат, а затем приблизительно
рассчитать эквивалентную площадь поглощения всего помещения.
16
Если известен уровень звуковой мощности, можно рассчитать уровень
звукового давления. Уровень звукового давления может быть рассчитан по
следующей формуле:
Q
4
(1.6)
L
=
L
+10log
+
,
A
W
2
4πr
A
где LA - уровень звукового давления, дБ; LW - уровень звуковой мощности,
дБ; Q - коэффициент направленности; r - расстояние до источника шума; A -
эквивалентная площадь поглощения.
1.7.3.
Мероприятия по снижению шума в системах вентиляции
Меры по снижению шума в системах вентиляции и кондиционирования
основываются на двух видах операций, применимых одновременно или
последовательно:
• Меры, относящиеся к самому источнику шума;
• Меры, относящиеся к каналам передачи шума.
Эти меры всегда предусматриваются на стадии проектирования и
применяются при монтаже систем (установок). В таком случае удается получить
наилучшие результаты при меньших затратах.
Установка в систему вентиляции шумоглушителей является одной из
эффективных мер по снижению аэродинамического шума в воздушном потоке.
Наиболее часто применяемые шумоглушители конструктивно делятся на
пластинчатые и трубчатые. Главная их особенность
- наличие развитых
поверхностей, облицованных звукопоглощающим материалом.
Величина затухания звука может быть получена из таблиц и графиков с
технической информацией оборудования. Снижение уровня звука может быть
достигнуто двумя путями: поглощением или отражением звука.
Затухание поглощением
- это использование глушителей и
звукоизолированных воздуховодов. Также происходит поглощение звука самим
помещением. Затухание отражением происходит при концевом отражении (когда
звук отражается от конечного диффузора назад в воздуховод), также затухание
происходит в разветвлениях и изгибах [19].
1.8.
Очистка вентиляционного воздуха
Пыль хотя и не является составной частью атмосферного воздуха. Тем не
менее почти неизбежная примесь его. В промышленности технологические
процессы нередко сопровождаются выделениями пыли. Пыль - это мельчайшие
частицы твердого или жидкого вещества, рассеянные в воздухе. Такие системы
называются дисперсными. При этом воздух (газ) называют дисперсной средой, а
взвешенные частицы - дисперсной фазой или аэрозолем. Пыль встречается
размерами от долей микрона до 100 мкм. Дисперсный состав характеризуется
содержанием частиц различных фракций. Фракция
- доля частиц, размеры
которых находятся в определенном интервале значений, принятых в качестве
нижнего и верхнего пределов [10].
При выборе способа очистки воздуха необходимо знать размеры аэрозолей,
их электрические и химические свойства, склонность к воспламенению и взрыву,
гигроскопичность и смачиваемость. Для очистки воздуха в системы вентиляции
устанавливаются фильтры.
Фильтр - это устройство, в котором с помощью фильтрующего материала
или иным способом осуществляется отделение аэрозольных частиц от
фильтруемого воздуха [9]. Эффективность (E, %) - характеристика фильтра или
фильтрующего материала, равная процентному отношению разности
17
концентрации частиц до NД и после фильтра NП к концентрации частиц до
фильтра NД:
N
(1.7)
Д N
П
E
=
100
N
Д
Производительность фильтра называется расход воздуха в единицу
времени, проходящего через фильтр. Аэродинамическим сопротивлением
фильтра называют перепад давления на фильтре - разность полных потерь
давлений до и после фильтра при определенной производительности фильтра.
Пылеемкость фильтра - это количество пыли, которое фильтр задерживает за
период непрерывной работы между двумя сроками регенерации фильтрующего
слоя или по достижении определенного значения сопротивления фильтра.
В соответствии с
[9] фильтры классифицируют по назначению и
эффективности на:
• Фильтры общего назначения - фильтры грубой очистки и фильтры тонкой
очистки;
• Фильтры, обеспечивающие специальные требования к чистоте воздуха, в
том числе для чистых помещений, - фильтры высокой эффективности и
фильтры сверхвысокой эффективности.
Конструкция фильтров должна обеспечивать удобство при монтаже, а также
возможность демонтажа фильтров при их замене. Также конструкция фильтров
должна обеспечивать герметизацию в установочных рамах вентиляционных
систем и исключать возможность протечек воздуха между корпусом фильтра и
установочными рамами.
1.9.
Энергосбережение в системах вентиляции
Человек всегда был тесно связан с окружающим миром. В связи с
техническим развитием общества, опасное вмешательство человека в природу
резко усилилось, это сейчас грозит стать глобальной опасностью для
человечества. Расход невозобновляемых видов сырья повышается, поэтому
проблема энергосбережения становится все более и более актуальной. Поэтому
эффективное использование энергетических и материальных ресурсов
становится основной задачей любой отрасли деятельности человека.
Обычно вентиляция в здании состоит из приточных и вытяжных систем.
Прямоточные системы вентиляции потребляют 50-60 % всей электроэнергии
здания [25]. В связи с этим необходимо искать пути экономии тепловой энергии в
системах вентиляции и кондиционирования зданий различного назначения.
Одним из направлений совершенствования и сокращения энергоемкости систем
вентиляции является использования для нагрева приточного воздуха вторичных
энергоресурсов (ВЭР) [18].
В качестве теплоносителя ВЭР может использоваться теплота:
• воздуха, удаляемого системами общеобменной вентиляции и местных
отсосов;
• газовоздушной смеси, удаляемой от технологического оборудования.
Целесообразность использования ВЭР для вентиляции, выбор схем
утилизации теплоты (холода), теплоутилизационного оборудования должны быть
обоснованы технико-экономическим расчетом с учетом неравномерности
поступления ВЭР и теплопотребления в системах. При равной экономичности
проектных решений
(в пределах
±5% по приведенным затратам) следует
принимать решение, обеспечивающее большую экономию топлива.
Достаточно широкое распространение получили системы утилизации с
воздухо-воздушными теплоутилизаторами (регенеративными и рекуперативными).
18
Если утилизированной теплоты недостаточно для обеспечения заданной
температуры
приточного
воздуха,
проектируются
дополнительные
воздухонагреватели.
Площадь поверхности нагрева дополнительных
воздухонагревателей рассчитывается с учетом неравномерности их тепловой
нагрузки в различных эксплуатационных режимах (при защите от обмерзания
теплоутилизационного оборудования, при изменении параметров и расходов
теплоносителей ВЭР и т.д.).
Как правило, расчет теплоутилизационного оборудования выполняется для
холодного периода года. Возможная экономия холода на обработку приточного
воздуха в теплый период года определяется в этом случае с учетом площади
теплообменной поверхности подобранного теплоутилизационного оборудования
(ТО).
При проектировании систем утилизации ВЭР необходимо учитывать, что не
допускается использование носители ВЭР, содержащие вещества, способные
оказать на оборудование разрушающее воздействие.
При использовании теплоты
(холода) вентиляционного воздуха,
содержащего осаждающиеся пыли и аэрозоли, следует предусматривать очистку
воздуха до концентраций, допустимых по техническим условиям на
теплоутилизационное оборудование, а также очистку теплообменных
поверхностей от загрязнений [29].
1.9.1.
Приточно-вытяжная установка с рекуперацией тепла.
Общие сведения.
В последние годы все более широкое применение находят приточно-
вытяжные системы вентиляции. Высокие цены на тепло- и электроэнергию не
только делают их использование выгодным для хозяев, но и позволяют достичь
приличного энергосбережения в масштабах страны, что в свою очередь, дает
возможность развивать экономику, не наращивая потребление угля, нефти,
электроэнергии. В России цены на энергоносители пока существенно отстают от
европейских, однако, и климат в России более суровый. Даже при одинаковых
среднегодовых температурах зима холоднее, а лето жарче. По этой причине в
зданиях повышенной комфортности с использованием принудительной системы
приточно-вытяжной вентиляции роторный рекуператор окупает себя достаточно
быстро [30].
Приточно-вытяжные установки обеспечивают как приток, так и вытяжку из
помещения отработанного воздуха. Существенным преимуществом приточно-
вытяжных установок является встроенный теплообменник
(рекуператор),
позволяющий использовать тепло удаляемого воздуха для подогрева приточного
воздуха. Некоторые модели способны также осуществлять влагообмен с
вытяжным воздухом.
Воздухообмен производится следующим образом. Постоянно работающая
приточно-вытяжная вентиляционная установка обеспечивает удаление воздуха из
помещений, где выделяются теплоизбытки, влага и запахи. Загрязненный воздух
выбрасывается на улицу через наружные решетки или в вытяжные каналы.
Свежий приточный воздух фильтруется, подогревается в рекуператоре за счет
тепла от вытяжного воздуха и подается по системе воздуховодов в помещения
при помощи воздухораспределителей. За установкой приточный воздух
дополнительно подогревается в калорифере до необходимой температуры.
Работой системы вентиляции управляет автоматика. Система контролирует
воздушные потоки, минимизируя энергозатраты в холодное время года за счет
передачи тепла от вытяжного воздуха приточному [42].
19
В работе в качестве примера приточно-вытяжной установки с рекуперацией
тепла рассматривается установка GOLD шведского производства компании «PM-
LUFT» [28].
Приточно-вытяжные установки с роторной рекуперацией воздуха
предназначены для комфортного вентилирования, в первую очередь,
общественных помещений: официальных контор, банков, производственных
помещений, школ, детсадов, больниц, магазинов, ресторанов, а также вилл,
гаражей и т.п. В комбинации с угольным фильтром, приточно-вытяжная установка
может быть использована также в зданиях с разными видами деятельности, где
имеется риск смешивания воздуха. Но агрегат не может быть использован во
влажных помещениях таких, как, например, бассейн.
Приточно-вытяжная установка - это комплектный воздухоподготовительный
агрегат с вентиляторами приточного и отработанного воздуха с
непосредственным приводом, фильтрами приточного и отработанного воздуха,
утилизатором тепла, а также встроенной системой автоматики, управляющей
агрегатом с помощью дисплея. На рисунке 1.1 представлена приточно-вытяжная
установка GOLD.
Рисунок 1.1 Приточно-вытяжная установка
1.9.2.
Утилизатор тепла
1.9.2.1. Теплообменники
Теплообменники - это аппараты, в которых теплота передается от одной
среды к другой. По принципу действия теплообменные аппараты могут быть
разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные [20].
Рекуперативные теплообменные аппараты представляют собой устройства,
в которых два теплоносителя с различными температурами текут в пространстве,
разделенном твердой стенкой. Теплообмен происходит за счет конвекции и
теплопроводности стенки, а если хоть один из теплоносителей является
излучающим газом, то и за счет теплового излучения.
В смесительных аппаратах теплопередача осуществляется при
непосредственном контакте и смешении горячего и холодного теплоносителя.
20
Регенераторы - такие теплообменные аппараты, в которых одна и та же
поверхность нагрева через определенные промежутки времени омывается то
горячим, то холодным теплоносителем. Сначала поверхность регенератора
отбирает теплоту от горячего теплоносителя и нагревается, затем поверхность
регенератора отдает энергию холодному теплоносителю. Таким образом, в
регенераторах теплообмен всегда происходит в нестационарных условиях, тогда
как рекуперативные теплообменные аппараты большей частью работают в
стационарном режиме. Так как в регенеративных и рекуперативных аппаратах
процесс передачи теплоты неизбежно связан с поверхностью твердого тела, то их
еще называют поверхностными.
1.9.2.2. Роторный рекуператор
Приточно-вытяжная установка снабжена роторным регенератором тепла,
температурный к.п.д. которого может достигать 85%. Для нагрева приточного
воздуха утилизатор тепла использует избытки тепла помещения. Роторный
регенератор в нормальных условиях не подвержен замерзанию и может быть с
успехом использован в различных температурных зонах. Роторный рекуператор
возвращает всего
2% запахов воздуха помещения. Угольный фильтр,
размещенный на притоке после вентилятора, позволяет достичь абсолютной
очистки воздуха, поступаемого в помещение. Преимуществом монтажа угольного
фильтра на притоке является также полная очистка наружного воздуха от
выхлопных газов и запахов и, кроме того, угольный фильтр несколько снижает
уровень шума [41].
В рекуперационной секции установлен вращающийся теплообменник (ротор),
который приводится в действие электромотором. Электромотор может иметь
постоянную или переменную скорость вращения и работает на ременную
передачу с понижающим или повышающим передаточным числом. Потребность в
тепле регулируется автоматически путем плавного
(бесшагового) изменения
скорости вращения ротора. При вращении ротора, приточный и вытяжной воздух
проходят сквозь него поочередно в противоположные направления.
Максимальная допустимая рабочая температура составляет 75°С. В обычных
условиях работы установки скорость воздушного потока сквозь ротор составляет 3
м/с. Ротор теплообменника изготовлен из гофрированного алюминиевого листа,
благодаря чему через теплообменник проходит ламинарный поток. Регенератор
снабжен сектором чистовой продувки, который предназначен для
предотвращения перемещения вытяжного воздуха в сторону притока, а также для
отделения грязи, приставшей к ротору.
Ротор негигроскопического выполнения перемещает только теплоту, имеет
высокий температурный к.п.д. и перемещает влагу лишь в случае, если вода
конденсируется в роторе.
Для возможности утилизации влажности и холода, надо использовать ротор
в гигроскопическом выполнении. Гигроскопический ротор перемещает теплоту и
влагу с одинаковым к.п.д. Такой ротор предназначен для объектов, где помимо
высокого температурного к.п.д., требуется также эффективная передача влаги и
охлаждающей мощности в летнее время, например, в больницах, лечебных
учреждениях, конторских помещениях, текстильной промышленности и так далее.
Уплотнения вращающегося теплообменника невозможно отрегулировать так,
чтобы они были совершенно герметичными. В случае, когда перемещения
вытяжного воздуха не допускается, вентиляторы необходимо расположить так,
чтобы давление на стороне притока было выше давления стороны вытяжки на
обеих сторонах теплообменника. При этом определенное количество приточного
21
воздуха протекает на сторону вытяжки и объемный поток вытяжного воздуха
растет [40].
1.10. Исходные данные для разработки систем
вентиляции
1.10.1. Расчетные параметры наружного воздуха
На микроклимат существенно влияют параметры наружного воздуха.
Поэтому в зависимости от времени года нормативные требования,
предъявляемые к воздушной среде помещения, различны [5]. При эксплуатации
вентиляции различают два характерных режима работы: теплый - летний, когда
возможно открытие окон, и холодный - зимний, когда окна, как правило, открывать
нельзя. Условной границей между ними является так называемый переходный
период, которому соответствует наружная температура воздуха
8°С.
Следовательно, вентиляционные установки, как правило, рассчитываются на три
режима работы: теплый, переходный и холодный. В [1] для каждого населенного
пункта приведены расчетные характеристики наружного воздуха для параметров
А и параметров Б в теплый и холодный периоды года.
1.10.2. Расчетные параметры внутреннего воздуха
Микроклимат помещений определяется сочетаниями температуры,
влажности и скорости движения воздуха. Метеорологические условия в пределах
допустимых норм принимаются по
[1] в обслуживаемой зоне жилых,
общественных и административно-бытовых помещений и по [1] на постоянных и
непостоянных рабочих местах производственных помещений (кроме помещений,
для которых метеорологические условия установлены другими нормативными
документами).
В холодный период года в общественных, административно-бытовых и
производственных помещениях отапливаемых зданий, когда они не используются,
и в нерабочее время принимают температуру воздуха ниже нормируемой, но не
ниже 5°С, обеспечивая восстановление нормируемой температуры к началу
использования помещения или к началу работы.
1.10.3. Температура воздуха, удаляемого из помещения
Температура уходящего воздуха tу зависит от многих факторов, в частности
от отношения площади, занятой теплоотдающим оборудованием, к площади пола
цеха, высоты помещения, способа организации воздухообмена [11]. Температуру
воздуха, уходящего из помещения определяют по формуле:
t
=t
ψ(H
2),
(1.8)
ух
р
з
где tр.з. - температура воздуха в рабочей зоне (на высоте 2 м от пола); ψ -
изменение температуры по высоте помещения
(температурный градиент,
выражающийся в градусах на 1 м высоты); H - вертикальное расстояние от пола
до середины вытяжного отверстия, м; 2 - высота рабочей зоны, м.
1.10.4. Общие принципы подбора установки
Подбор типоразмера приточно-вытяжной установки сводится к подбору
приточного и вытяжного вентилятора.
Вентилятор представляет собой механическое устройство, предназначенное
для перемещения воздуха по воздуховодам систем вентиляции. Вентиляторы,
приточные камеры, воздухонагреватели, теплоутилизаторы, фильтры, клапаны,
шумоглушители и др. следует выбирать исходя из расчетного расхода воздуха с
22
учетом подсосов и потерь через неплотности: в оборудовании - по данным
завода-изготовителя; в воздуховодах вытяжных систем до вентилятора и
приточных систем после вентилятора
- в соответствии с требованиями
[1]
(исключая участки воздуховодов систем общеобменной вентиляции,
прокладываемых в пределах обслуживаемых ими помещений).
При установке вентилятора в сеть рекомендуется предусматривать прямые
участки стабилизации воздушного потока с обеих сторон от вентилятора. Для
уменьшения аэродинамических потерь, связанных с турбулизацией потока [27].
Зависимость полных потерь давления в сети от расхода воздуха называется
характеристикой сети
[24]. Графически характеристика сети представляется
квадратичной параболой и выражается уравнением:
2
p= kL
,
(1.9)
где p - полная потеря давления в сети; k - коэффициент, постоянный для
данной сети; L - воздухообмен, расход воздуха, перемещаемого в сети, м3/ч.
p
Определяем:
k = .
2
L
Задаваясь значениями L, вычисляют p, по точкам которой строится график -
квадратичная парабола сети. Подбор вентилятора заключается в том, что на
характеристику давления вентилятора, построенную в координатах pL,
накладывается построенная в тех же координатах и в том же масштабе
характеристика сети. Точка пересечения двух кривых (рабочая точка) определит
давление и производительность этого вентилятора при работе в данной сети. При
выборе вентилятора стремятся к тому, чтобы требуемым значениям подачи L и
давлению p соответствовало максимальное значение к.п.д.
1.10.5. Определение требуемого воздухообмена
Определение вентиляционного обмена является одной из главных задач,
возникающих при устройстве вентиляции [19]. Распределение приточного воздуха
и удаление воздуха из помещений общественных, административно-бытовых и
производственных зданий следует предусматривать с учетом режима
использования указанных помещений в течение суток или года, а также с учетом
переменных поступлений теплоты, влаги и вредных веществ.
Воздухообменом L называется количество вентиляционного воздуха,
необходимое для обеспечения санитарно-гигиенического уровня воздушной
среды помещений и одновременно удовлетворяющее
(если помещение
производственное) технологическим требованиям к воздушной среде
производственных помещений.
Количество наружного воздуха, обрабатываемого и вводимого системой
вентиляции в помещение, оказывает большое влияние на расход тепла и холода.
Поэтому в целях экономии энергии там, где это возможно, необходимо
стремиться к уменьшению количества обрабатываемого наружного воздуха.
Минимальное количество наружного воздуха должно быть не менее требуемого
по санитарным нормам подачи на 1 человека, не менее необходимого для
компенсации удаляемого воздуха местными отсосами и не менее количества,
обеспечивающего поддержание в помещениях избыточного давления.
1.10.5.1. Воздухообмен по нормируемой кратности
воздухообмена
Кратностью воздухообмена K называется отношение воздухообмена,
создаваемого в помещении, к внутреннему объему помещения [14]. Эта величина
показывает, сколько раз в течение часа весь объем помещения заполняется
23
вводимым в помещение приточным воздухом. Количество приточного воздуха
определяется по формуле:
L=
K
V
, м3/ч,
(1.10)
Рmin
P
где КPmin - минимальная кратность воздухообмена, 1/ч, VP - расчетный бьем
помещения, м3.
Расчет воздухообмена в помещении по кратности делают в случаях, когда
точное определение количества выделяющейся вредности затруднительно. По
кратности обмена определяют воздухообмен в помещениях общественных и
промышленных зданий. Определение воздухообмена по любому виду расчетных
вредностей следует завершать нахождением значения кратности воздухообмена,
как критерия, характеризующего величину вентиляционного обмена [7].
1.10.5.2. Воздухообмен по нормируемому удельному расходу
приточного воздуха
Очень большое значение имеет величина воздухообмена, отнесенная к
одному человеку, находящемуся в данном помещении
[1]. Воздухообмен в
помещении определяется по формуле:
L=
K
V
, м3/ч,
(1.11)
Рmin
P
где lЛ - воздухообмен на одного человека, м3/ч*чел, nЛ - количество людей в
помещении.
Воздухообмен на одного человека определяется по прил.19
[1]. Для
общественных и административно-бытовых помещений: lЛ = 60 м3/ч*чел.
1.10.5.3. Воздухообмен из условия удавления из помещения
углекислого газа
Основными вредностями в помещении являются избыточная теплота,
избыточная влага или одновременно избыточная теплота и избыточная влага,
газы, пыль. При одновременном выделении в помещении различных вредностей
воздухообмен определяют из условия ассимиляции каждой вредности. Расчетной
же вредностью является та, расчет по которой дает наибольшую величину
воздухообмена
[21]. СО2 является одним из основных видов вредностей,
выделяющихся в жилых и общественных зданиях. Воздухообмен из условия
удаления из помещения углекислоты СО2 определяется по формуле:
M
(1.12)
CO
2
L=
, м3/ч,
У
ПДК У
П
где МСО2
- количество выделяющегося СО2, л/ч, УПДК
- предельно-
допустимая концентрация СО2 в воздухе, г/м3, УП - содержание газа в приточном
воздухе, г/м3. Количество СО2, содержащееся в выдыхаемом человеком воздухе,
зависит от интенсивности труда и определяется по формуле:
M
= n m
, г/ч,
CO
2
л
CO
2
где nл - количество людей, находящихся в помещении, чел, mCO2 - удельное
выделение СО2 одним человеком.
1.10.5.4. Воздухообмен из условия удаления из помещения
избыточной теплоты и влаги
При расчете воздухообмена в системе вентиляции в качестве расчетных
параметров наружного воздуха для летнего и зимнего периодов принимают
параметры А. Наибольший воздухообмен, как правило, получается при летнем
режиме. Объясняется это тем, что в теплый период года тепло- и
влагосодержание наружного
(приточного) воздуха являются наибольшими,
вследствие чего ассимилирующая способность по теплоте и влаге становится
24
минимальной. Поэтому производительность приточных и вытяжных
вентиляционных установок следует рассчитывать для летнего режима.
В зимнее время можно уменьшить количество вентиляционного воздуха
путем регулирования расхода воздуха. При расчете зимнего режима, как правило,
количество вентиляционного воздуха принимают равным полученному для
летнего режима. В зимнее время, при отсутствии в помещениях выделений
вредных газов и пыли, можно применять частичную рециркуляцию внутреннего
воздуха, что влечет за собой снижение расхода теплоты на подогрев приточного
воздуха и, следовательно, экономию энергии [21].
В помещениях с тепло- и влаговыделениями воздухообмен определяется по
Id-диаграмме. Расчет воздухообменов в помещениях сводится к построению
процессов изменения параметров воздуха в помещении.
При выделении в помещении избыточной теплоты воздухообмен
определяется по формуле:
Q
(1.13)
изб
L
=
, м3
k
⋅ ρ
c
(t
t
)
в
в
у
пр
где Qизб - избыточная явная теплота, отводимая из помещения вентиляцией;
cв
- удельная теплоемкость воздуха, равная 1,005 кДЖ/кг*°С; ρв - плотность
воздуха, кг/м3; tу
- температура воздуха, уходящего в приемные отверстия
вытяжной вентиляции; tпр - температура приточного воздуха, поступающего в
помещение; k - коэффициент, учитывающий долю теплоты, поступающей в
рабочую зону и определяется по формуле:
t
t
(1.14)
у
пр
k
=
,
t
t
р.з
пр
где tр.з. - температура в рабочей зоне помещения.
Воздухообмен из условия удаления влагоизбытков определяется по
формуле:
G
(1.15)
вл
L
=
, м3/ч,
ρ
(d
d
)
в
у
пр
Где Gвл
- количество влаги, испаряющейся в помещении, подлежащее
удалению, кг/ч; dу - влагосодержание воздуха, удаляемого из помещения, г/кг.св;
dпр - влагосодержание приточного воздуха, г/кг.св.
Воздухообмен из условия одновременного удаления избыточной теплоты и
влаги определяется по формуле:
Q
(1.16)
изб
L
=
,
ρ
(I
I
)
в
у
пр
где Iу, I пр - полное теплосодержание воздуха, соответственно удаляемого из
помещения и приточного воздуха.
1.10.5.5. Расчетный воздухообмен
После выполнения всех расчетов выбирается максимальный воздухообмен,
по которому в дальнейшем ведется расчет. Расход приточного воздуха
(наружного или смеси наружного и рециркуляционного) следует определять
расчетом в соответствии с [1] и принимать большую из величин, необходимую для
обеспечения санитарных норм или норм взрывопожаробезопасности.
Вентиляционные системы здания и их производительность выбирают в
результате расчета воздухообмена.
25
1.10.5.6. Аэродинамический расчет воздушных сетей
Распределение воздуха в системах вентиляции осуществляется по более
или менее сложной системе воздуховодов. Речь может идти и о простейшем
одиночном воздуховоде, и о сложной разветвленной системе воздуховодов,
обслуживающих целый этаж или все здание [12]. В обоих случаях речь идет о
воздухораспределительной сети, которая должна отвечать определенным
требованиям:
• Обеспечивать производительность по воздуху;
• Иметь минимальные потери напора;
• Иметь скорость потока воздуха удовлетворяющую требованиям
санитарных норм;
• Иметь уровень шумов, не превышающий допустимый по санитарным
нормам;
• Быть герметичной;
• При необходимости воздуховоды должны иметь соответствующую
тепло-, звуко- и пароизоляцию;
• Пространство,
занимаемое воздуховодами,
должно быть
минимальным.
Общее давление, создаваемое вентилятором, представляет собой сумму
статического и динамического давления и должно соответствовать общим
потерям напора на пути движения воздуха. Такие потери напора возникают: за
счет трения воздуха о стенки воздуховода, из-за изгибов и повторов, изменения
сечений воздуховода и т.д. Все эти потери должны быть уравновешены общим
давлением, создаваемым вентилятором. Указанные потери напора влияют на
потребление электроэнергии вентилятором, поэтому целесообразно вести
проектирование воздуховодов и осуществлять их монтаж по возможности с
меньшим количеством изгибов, поворотов и изменений сечения.
Расчет сети воздуховодов в общем виде сводится к определению потерь
давления в воздуховодах при данном расходе воздуха [24].
В воздуховодах становятся существенными потери напора за счет трения
воздуха о стенку воздуховода, приводящие к превращению части механической
энергии в теплоту. Эта часть потерь напора называется потерями напора по
длине воздуховода. К потерям напора приводят также повороты, резкие сужения,
расширения и другие изменения геометрии воздуховода, способствующие
вихреобразованию, приводящему тоже к превращению части механической
энергии воздуха в теплоту. Эти препятствия потоку называются местными
сопротивлениями. Общие потери давления, Па, в сети воздуховодов для
стандартного воздуха (t= 20°С, ρ=1,2 кг/м3) определяются по формуле:
p
=
(Rl
+
z),
(1.17)
где R - потери давления на трение на расчетном участке сети, Па, на 1 м; l -
длина участка воздуховода, м; z - потери давления на местные сопротивления на
расчетном участке сети, Па.
Потери давления на трение R, Па, на
1 м в круглых воздуховодах
определяют по формуле Вейсбаха-Дарси:
2
(1.18)
v
R =λ ρ
,
d
2
где λ - коэффициент сопротивления трения; d - диаметр воздуховода, м; v -
скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с; ρ
- плотность воздуха,
перемещаемого по воздуховоду, кг/м3; ρv2/2
- скоростное
(динамическое)
давление, Па.
26
Для гидравлически шероховатых воздуховодов при турбулентном режиме
течения коэффициент сопротивления рассчитывается по формуле Альтшуля:
0.25
λ
=
0,11(K
/ d
+
68 /
Re)
,
(1.19)
э
где Kэ
- абсолютная эквивалентная шероховатость поверхности
воздуховода, мм; d - диаметр воздуховода, мм; Re - число Рейнольдса.
Скорости движения воздуха в воздуховодах в общественных и
вспомогательных зданиях в магистралях следует принимать до
8 м/с, в
ответвлениях до 5 м/с.
Для воздуховодов прямоугольного сечения за расчетную величину d
принимается эквивалентный диаметр dэv, при котором потери давления в круглом
воздуховоде при той же скорости воздуха равны потерям в прямоугольном
воздуховоде. Значения эквивалентных диаметров, м, определяют по формуле:
d
=
2 AB(A+
B, где A и B
- размеры сторон прямоугольного воздуховода.
эv
Следует иметь в виду, что в прямоугольном воздуховоде и соответствующем ему
круглом воздуховоде с условным диаметром dэv при равенстве скоростей
движения воздуха расходы воздуха не совпадают.
Потери давления z, Па, на местные сопротивления определяются по
формуле Вейсбаха:
2
ρv
(1.20)
z
=
ζ
,
2
где Σζ - сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке
воздуховода [24].
1.11.
Подбор приточно-вытяжной установки с
рекуперацией тепла на примере агрегата GOLD
Зная полные потери давления в сети и расчетный воздухообмен, подбирают
типоразмер приточно-вытяжной установки по графику зависимости
располагаемого напора системы от объема воздуха [28].
Приточно-вытяжные установки GOLD производятся семи типоразмеров, т.е.
работают в семи зонах расходов воздуха.
27

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..      1      2      3      ..