2. Расчет механической системы вентиляции помещений

   1. Требования, предъявляемые при разработке систем вештшяща1

К требованиям, предъявляемым при проекгировашш систем вентиляции, относятся санитарно- гигиенические, сгро1ггельно-монгажные и архитектурные, эксплуатационные.

Общие строительные нормы и правила устройства систем вентилящш приведены в СНиП 41- 01-2003 "Отопление, вентиляция и кондиционирование", а для отдельных групп зданий в соответ­ствующих СНиП и приложениям к ним. Также в практике проектирования обязательно использу­ются Ведомственные нормативы. Правила устройства электроустановок (ПУЗ"), Санитарные и ги­гиенические нормы И Т.Д.

Санитарио-гигиеипческпе требования учитывают метеорологические условия, чистоту возду­ха, уровни игума в помещениях, минимальный расход свежего воздуха на ого человека. Строительно-монтажные и архитектурные требования:

• мпнимальиая потребность оборудования в плошади, его масса и габариты, дизайн (у'вязка элементов систем с интерьером помещения);

• простота монтажа (затраты времени и труда на монтаж и ввод в эксплуатацию);

• возможность строительства и ввода систем по этапам и отдельным помещениям, этажам;

• виброизоляция и звукоизоляция (необходима по санитар!ю-гишеш гческим требованиям);

• пожарная безопасность и наличие средств для предотвращения распространения огня и дыма по вен- пшяцпонным каналам что продиктовано охраной трудя, безопасностью жизни людей и сохранения материальных ценностей.

Основные эксплуатационные требования випочают:

• малая тепловая инерционность системы (возможность быстрого переключения с режима ох­лаждения на обогрев и наоборот);

• обеспечение индивидуального регулирования температуры и влажности воздуха в каждом помещении;

• простота и удобство обслуживания и при необходимости ремонта;

• минимальные потребности в обслужпвашш и ремонте;

• сосредоточение обору дования, требующего обслуживания в минимальном количестве технических помещений;

• взаимная блокировка систем т.е. при остановке одного оборудования другое должно обеспечивать необходимый воздухообмен.

2. Определение требуемого воздухообмена

При трудовой деятельности человека, протекающих технологических процессов в воздушную среду' протводственных помещений выделяется теплота Сявная, скрытая и тлная), вредные вещества в виде паров, газов различных аэрозолей и влага.

Явная теплота - это теплота, поступающая в помещение от нагретых поверхностей обо­рудования. средств и предметов труда, источников искусственного освещения, от солнечной ра­диации и людей. В зданиях с повышенной площадью остекления источником значительным теп- лопоступлений (особенно в теплый период) является солнечная радиация, проникающая в поме­щение через заполнения световых проемов и через нагретые массивные наружные ограждения

Скрытая теплота - теплота, вносимая водяным паром, источникам! которого являются технологические процессы и оборудование, люди.

Полная теплота равна сумме явной и скрытой теплоты.

Выделение влаги происходит с влажных поверхностей технологического оборудования, средств и предметов труда, людей. Выделение влаги с поверхности кожи и из легких человека за­висит от интенсивности работы, выполняемой человеком, температуры, относительной влажности и скорости окружающего воздуха. Так. при температуре воздуха 30 °С у человека, ие занятого фи­зическим трудом, выделение влаги составляет 2 г/мин, а при выполнении тяжелой работы увели­чивается до 9,5 г/мин

Одним из способов поддержания параметров воздушной среды отвечающих санитарным нормам является механическая вентиляция - комплекс инженерных решений, направленных на обеспечение комфортного и безопасного пребывания людей, как в целом, так и в отдельных рабо­чих зонах производственного помещения.

Общеобменная вентиляция ассимилирует и удаляет вредности, которые по условиям их выделения или улавливания ие могут быть полностью или частично локализованы местной венти­ляцией (теплота, пары и газы при их рассредоточенном выделении, а в некоторых случаях пыль), а также при использовании недостаточно эффективных местных отсосов (открытых).

Местная вентиляция предназначена для улавливания и удаления от источника образова­ния загрязнителей, что предотвращает их распространение, перемешивание и загрязнение воздуш­ной среды во всем производственном помещении.

Расчет вентиляции сводится к определению объем воздуха (воздухообмена), который необхо­димо подавать или удалять id помещали для обеспечения технологических требований, норм взрыво­пожарной безопасности и поддержания санитарно-гигиенических параметров воздушной среды в соответствии с рекомендациям! СНиП 41-01-2003 "Ofпотение, вентиляция и кондиционирование".

1. При параметрах микроклимата отвечающих санитарным требованиям н отсутствии вредных выделений необходимый воздухообмен определяется в зависимости от числа находящихся в помещении людей по формуле

L_{=nL' м’/ч, (1)

где п- количество людей, работающих в помещении; L' - удельный расход воздуха на одного работающего (пришшается в зависимости от объема помещения согласно табл. 1) или по нормируемой кратноапи воздухообмена, применяемый для ориентировочных расчётов {инспекторский метод), формула (2).

Таблица 1 - Минимальный расход наружного воздуха на 1 чел., ъл/ч Помещения (участок, зона)	Удельный расход наружного воздуха для помещений, м'/ч
	с естественным проветриванием	без него
Производственные	30	60
Общественного и административного назначения*	40	60 20**
Жилые квартиры общей площадью на 1 чел.: более 20 мг менее 20 мГ	30 3 м'/ч на 1 мГ жилой площади	60
* Норма наружного воздуха прнаедена для рабочих помещении квбинетов, офисов общественных зданий админист­ративного назначения. В других помещениях общественного назначения норму наружного воздуха следует прини­мать по требованиям соответствующих нормативных документов. ** Для помещений, в которых люди находятся не более двух часов непрерывно. Примечание нормы установлены для людей, находящихся в помещении более двух часов непрерывно.

Ц=к-\^мЧ (2)

где к - нормируемая кратность воздухообмена, ч V_nou- объем помещения (при Н >6м принимается =6-5 м\ а при > 40 м¹ иа одного работающего и при наличии окои и две­рей воздухообмен ие рассчитывается).

2. При выделении вредных веществ («изо-, паро- или пылеобразных) воздухообмен рассчптывает- ся по формуле

С_вв ,

L, м /ч, (3)

Чуо-Чпр

где С_вв- количество вредных веществ поступающих в воздух помещения, мг/ч; q_ltJ, q_np- со­ответственно концентрация вредного или взрывопожарного вещества в удаляемом и приточном воздухе (мг/м^).

Величину G_ee можно определи гь по эмпирической формуле

О_вв = М-У_тм-С_ф мг/ч, (4)

где //- коэфф!щиент неорганизованного воздухообмена в помещении, обычно принимается

равным 2; объем помещения, м\ - фактическая концеитращш вредного вещества в воз

душной среде РМ, мг/м¹ (берется для наиболее вредного вещества согласно ЛР 5-6 "Гигиеническая оценка и определение класса условий труда по химическому фактору”).

Согласно СНиП 41-01-2003 принимаются следующие значения:

• Цуо~ ПДК_рз согласно ГН 2.2.5.1313-03;

• q по расчету с учетом фоновых концентраций этих веществ в местах размещения воздухоза­борных устройств, ио ие более 0,ЗПДК_рз для производственных и адмгшлстрантио-бытовых по­мещений и ПДК в воздухе иаселеиных мест для жилых и общественных зданий.

Так как в производственных помещениях обычно имеет место одновременное выделение различных веществ, то при наличии веществ однонаправленного действия (обладающее эффек­том сулшации), воздухообмен следует определять, суммируя расходы воздуха, рассчитанные для нормализации воздушной среды по каждому из этих веществ.

2. Если основной вредностью является избыточное тепло, то воздухообмен рассчитывается ис­ходя из асснмилящш избытков явной теплоты объёмом приточного воздуха

1. - м!ч, (5)

^f Pe ^yo-t^p)

где - количество тепла, выделяющегося в помещении. кДж/ч; с- массовая удельная тепдоемь кость воздуха, равная 1 кДж/(кг-°С); р_е - плотность приточного и удаляемого ш помещения воздуха, при стандартных условиях (Т = 20^е С. Р - 1013кПа р_е -1,2кг/м⁵); t_w и г^ - температура удалжмого и топочного воздуха. °С {t_nn лршпмается по кшшлтшонгтеекпм данным, а в рабсюл? - по среднему значе­нию нормируемого диапазона).

2. Если основной вредностью является избыток влаги (водяного пара), то требуемый возду­хообмен рассчитывается по формуле

7~—ТТ^м,/ч’

Ре ' (dyo —d^)

где w - количество постуттающего в помещение пара, г/ч; р_в - плотность воздуха; и d_np-

соответственно влагосодержаиие удаляемого и подаваемого в помещение воздуха, тс/кг.

Влагосодержание воздуха характеризует массу водяного пара, приходящуюся на 1 кг сухого воздуха, и зависит от температуры, направляющих ветров, количества осадков и наличия водоемов.

Каждому' значению температуры соответствует некоторое максимально возможное содержанпе водяных паров в единице объема, при котором воздух становиться насыщенным, см. табл. 2.

2011. Наряду' с температурой, ошоаггельной влажностью и вяагосодержанием физическое состояниеРасчет системы механической общеобменной вентиляции <3

воздуха характеризует теплосодержание (энтальпия).

Таблица 2 - Содержание водяных паров в насыщенном воздухе при атмосферной давлении

Температура воздуха °С	10	20	30	40	-10
Масса водяных паров, г/м1	9,40	17,30	30,40	51,10 , 230
Влагосодержание, г/кг	7.64	14,61	27,23	48,64	1,70
Парциальное давление насыщенных водяных паров, кПа	1,12	232	4,20	7,31	0.28

Энталытя влажного воздуха представляет собой количество теплоты, необходимое для на­гревания от 0 °С до данной температуры такого количества влажного воздуха, сухая часть которого имеет массу 1 кг.

Энтальпия влажного воздуха (i) выражают как сумму энгальппй 1 кг сухого воздуха (/_{с в}) и эн­тальпии водяных паров (/_в „) приходящихся на 1 кг сухой части воздуха., т.е.

i = i_{c в} + di_en = t + d • (1,89/ + 2500)

Расчет изменения состояния атмосферного воздуха можно произвести по соответствующим формулам посредством сложных вычислений или более простым и удобным способом с помощью пагсрометрической диаграммы, называемой г, d -диаграммой влажности воздуха 1 диаграмма Рамзина).

В координатах /, d -диаграммы наносят зависимости основных параметров влажного воздуха: температуры, вяагосодержания. относительной влажности, энтапыпш при заданном баромегриче- ском давлении, см. Приложение В. Диаграмма отображает процессы изменения состояния воздуха (ув­лажнения. нагревания, охлаждения и т.д.). происходящие при подводе (отводе) тепла (Q) пли влаги (W), либо одновременном воздействии этих факторов. Процесс изменения состояния воздуха характе­ризует тепловлажностиое отношение (е, кДж/кг), или угловой коэффициент.

Если начальные параметры воздуха различны, а изменение е одинаковые, то лшпш. характери­зующие изменение состояния воздуха, параллельны между' собой. Для удобства построения процессов изменения состоят и воздуха на /, d -диаграмме в виде пучка линий, исходящих из центра координат (/ - 0, / — 0, d- 0) нанесены лннш! углового масштаба со значением е от до+ °°. Чтобы эти лучи ие мешали основным линиям, оставлены только концы лучей на поле диаграммы (прнл. В).

По оси абсцисс диаграммы отложены значения влагосодержания и нанесена сетка вертикаль­ных линий d - const, а лшпш постоянной энтальпии (i) проведены под углом 135° к оси ординат. Также на диаграмме нанесены кривые равных значений относительной влажности от 0 до 100 %, линии постоянных температур в виде прямых под небольшим углом к оси абсцисс и лшпш парциальных дав­лений водяного пара

Каждая точка диаграммы характеризуется взаимно согласованными параметрами /, d, i, (р, р_п.

Состояния не ненасыщенного воздуха определяют точки находящиеся над кривой <р—100^, насыщенного воздуха точки на кривой <р — 100 % и насыщенного воздуха, содержащего капельки жид­кой влаги или льда под щншой (р-100

Диаграммой пользуются следующим образом. Пусть известно, что воздух имеет температуру 20 °С и относительную влажность (р — 60 %. На пересечении изотермы 20 °С с линией <р~Н) % полу'

чаем точку А (рис. 10) и тоща легко прочитать остальные параметры воздуха: d_A =8.8 г/кг.

i_A = 42.2 кДж/кг, р_пА -1,4кПа

2. Расход воздуха для обеспечения норм взрывопожариой безопасности следует определять по формуле (6), заменив в ней а на 0,1 о (где а - нижний концентрационный предел распро-

странения пламени по газо , паро- и пылевоздутлным смесям, мг/м¹).

Воздухообмен по пунктам 2-4 рассчитывается по данным ЛР 3-4 "Исследование и гигие­ническая оценка условий труда по параметрам лшкроклимата" н ЛР 5-6 "Исследование и ги­гиеническая оценка условий труда по хилшческому фактору".

Расход воздуха следует определять отдельно для теплого и холодного периодов года

2. Если источники выделения вредных веществ расположены на конкретных (фиксирован-

Рис. 10. Определение влагосодержанш воздуха с помощью i, d -диаграмм

К

ных) РМ, то их локализация осуществляется местной вытяжной веюттягщей пофедством вы­тяжных зоитов или других устройств.

оличество воздуха, удаляемого местной вентиляцией. определяется по формуле

L_m = 3fiOO F v м³, (7)

где L_m - количество удаляемого воздуха, м^}/ч, F - площадь оогадрытош проема вытяжного зонта или устройства. мГ; у - скорость воздуха в проеме, м/с (р екомендуемые скорости воздуха - табл. 3). Таблица 3 Рекомендуемые скорости всасывания воздуха в проемах местных систем вентилящш

Наименование веществ	Скорость всасывания, м/с
Азотная кислота	0,7-1,0
Аэрозоль свинца	1,5-1,6
Олово и другие сплавы без свинца	0,7-1,0
Металлы и окислы марганца	1,5
Газы и пары при ЦЦК (мг/м1): более 10	0,5
от 10 до 1	0,1 1,0
менее 1	1,2-1,6

Обычно в производственных помещениях имеют место различные вредные производствен­ные факторы (memo, повышенная пли пониженная влажность и температура, газы. пары и пыль), поэтому необходимо определить воздухообмен для каждого ВПФ отдельно и в качестве расчетно­го принимать наибольшее из полученных значений L, -L_A.

2. Необходимое давление (напор), которое должен создавать вентилятор для подачи или уда- лениярасчетного количества воздуха определяется по формуле

P.='MP_V + Pj Па, (9)

где 1.2 - коэффициент, у^штьгвающий непредвиденные потери давления: Р_тр - давление, не­обходимое для преодоления трения тршспортфуемой смеси о стенки воздуховодов, Па; Р_ш - сумма ме­стных сопротивлений (при изменена! направления, разветвлении и слиянии потоков, преодоление со­противления запарно-регулирующей арматуры и т. д.), Па.

Величина Р_гпртл Р_ш определяется согласно аэрод? шамгпескомурасчетувеинтящюиной сети (е

работе их величина принимается согласно варианту, см. таблищ* Приложения).

Наибольшее распространение получили центробежные вентиляторы, так как с их помощью можно создавать любые напоры и перемещать любые объемы воздуха. В зависимости от величи­ны полного давления, которое создает вентилятор при перемещении воздуха, различают вентиля­торы низкого (Р_е <1-10³ Па), среднего (Р_в свыше I 10³ до 310³ Па) и высокого давления

(Р_в >34-12-10³ Па)

В зависимости от конструктивных исполнений вентиляторы изготавливают с непосредст­венным соединением с элекгродвшателем (rj_e — 1). с соединением при помоши фрикционной со- едгшительиой муфты (?;_е - 0,98), с юишоремениой передачей (?;_е - 0,95) и плоскоременной пере­дачей (Г}_е - 0,9) с постоянным передаточным отношением, а также с регулируемой бесступенча­той передачей (вариаторы, гидравлические и электрические муфты скольжения) При соедине­нии вентилятора и электродвигателя двумя первыми способами необходимо, чтобы обороты их валов совпадали. Если это условие нельзя соблюсти, то применяется ременная передача, причем предпочтение отдается юшиоременной, которая надежна в работе, имеет более высокий КПД, хо­рошее сцепление ремня со шкивом и дает возможность установки вентилятора и элекгродвшателя в непосредственной близости друг от друга.

Для характеристики вентиляторов каждому' in них присваивают номер - величина соответ­ствующая номинальному' диаметру рабочего колеса D, выраженному' в дециметрах Например, вентилятор с диаметром рабочего колеса D - 200мм обозначают № 2. a D - 630 мм - № 6,3.

При выборе вентилятора нужно стремиться к тому, чтобы требуемым величинам давления и производительности соответствовало максимальное значение КПД (должен быть не менее 0,75 аксималъного значения для данной серии вентиляторав) агрегата, окружная скорость находилась в пределах, обеспечивающих бесшумную работу вентилятора, а число оборотов позволило непо­средственно соединить вентилятор с элекгродвшателем на одной оси. Эго упрощает уход за уста­новкой в период эксплуатации и дает экономию в расходе мощности.

Например, необходимо подобрать центробежный вентилятор, который бы обеспечивал полное расчетное давление Р_к - 300 Па для удаления L - 3000mV4 газовоздушной смеси. Венти­лятор выбирают по аэродинамическим характеристикам, построенным для наиболее выгодных ус­ловий работы при неизменных угловых скоростях и КПД (рис. 9).

Рис. 11 - Аэрод1шамическая характеристика вентилятора Ц4-70 № 4

Решение: на пересечении вертикальной прямой, соответствующей производительности L - 3000м7ч с горизонтальной прямой, соответствующей давлению Р_е = 300 Па находим точку А. Точка А близко лежит к кривой скорости вращения колеса вентилятора п - 1200об/мии при ок- ружиой скорости О) - 31 м/с и КПД - 0,75. После чего иаходим требуемую мощность на валу' вен­тилятора.

2. Опредетго количество воздуха и шпор, по каталогу или по номограммам иодбираюг веишпятор с таким расчетом. чтобы его КПД > 0,6 и затем производим расчет необходимо!i мшщосш навалу' венти­лятора по формуле

₌

^е 3600 1020 % з?„

где L_e - прапводигеяшостъ венишятора м³/ч; Р_в - полное давление, создаваемое венишятором. Па; rj_e - КПД вентилятора; Г}_п - КПД передачи; 3600 и 1020 - переводные коэффициенты.

2. Установочная мощность электродвигателя вентилятора определяется по формуле

N уст = N_e-K_J КВТ, (11)

где Kj -коэффищшнт запаса (табл. 4).

Таблица А Значение коэффициента запаса К_}

Мощность на валу' электродвигателя, кВт	Центробежный вентилятор	Осевой вентилятор
До 0,5	1,50	1,20
От 0,51 до 1	1,30	1,15
От 1,01 до 2	1,20	1,10
От 2.01 до 5	1,15	1,05
Свыше 5	1,10	1,05