10

Практическое занятие №3

2008/2009 уч.год

Проектирование вытяжной механической вентиляции

3.1. Общие положения

Вентиляцией называется обмен воздуха в помещениях для удаления избытков теплоты, влаги, вредных и других веществ с целью обеспечения допустимых метеорологических условий и чистоты воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне. В зависимости от способа перемещения воздуха вентиляция делится на естественную, искусственную и смешанную. При естественной вентиляции воздух перемещается под влиянием разности удельных весов (разности температур) наружного и внутреннего воздуха или действия ветра. При искусственной (механической) вентиляции воздух перемещается механическим побудителем (вентилятором или эжектором). При смешанной вентиляции для перемещения воздуха используются как естественные силы, так и механические побудители.

По принципу действия различают вытяжную, приточную и приточно-вытяжную вентиляции. Приточно-вытяжная вентиляция наиболее полно обеспечивает санитарно-гигиенический эффект. Вентиляция может быть общеобменной (проветривание всего помещения), местной (проветривание отдельных рабочих мест или зон) или комбинированной (сочетание первых двух). По способу организации воздухообмена различают вентиляцию с уравновешенным (приток воздуха равен вытяжке), положительным (приток превышает вытяжку) и отрицательным (вытяжка превышает приток) воздушным балансом. По функциональному назначению вентиляция может быть рабочей и аварийной. Выбор системы вентиляции осуществляют в зависимости от назначения помещения, применяемой технологии и оборудования, его расположения и свойств выделяющихся веществ, климатических условий района, где находится здание с учетом требований нормативных документов [1].

3.2. Методика проектирования

Проектирование механической вентиляции выполняется в три этапа. На первом этапе определяют помещение, где необходима механическая вентиляция, его размеры, наличие в нем избытков тепла, влаги, вредных веществ, работающих людей, а также расчетные метеорологические и иные условия, вытекающие из требований СНиП [1]. Здесь же решаются вопросы размещения воздухово­дов, воздухозаборных шахт и других элементов механической вентиляции. Их принимают с учетом строительных особенностей данного помещения и эстетических требований. В частности, наиболее удобно располагать воздуховоды над подвесными потол­ками или на специальных технических этапах, в толщах стен (при сборном строительстве), под полом или перекрытием. Расположе­ние воздуховодов и их трасс в значительной мере предопределя­ется местом установки вентилятора. Его по возможности устанав­ливают в середине воздуховода, соединенного параллельно. Опре­деление числа воздуховодов (ветвей) для обслуживания данного помещения является одной из важнейших задач проектирования ме­ханической вентиляции.

На втором этапе определяют потребный расход приточного воздуха L, м³ /ч для помещения (а следовательно и проектируемой механической вентиляции) и ведут аэродинамический расчет вентиляционной сети, заданной (принятой) к проектирова­нию.

Согласно СНиП 41-01-2003 [1, прил. Л] расход приточного воздуха L, м³/ч, для системы вентиляции и кондиционирования следует определять расчетом и принимать больший из расходов, требуемых для обеспечения:

А) санитарно-гигиенических норм;

Б) норм взрывопожарной безопасности.

А) Расход воздуха, требуемого для обеспечения санитарно-гигиенических норм следует определять отдельно для теплого и холодного периодов года и переходных условий, принимая большую из величин, полученных по формулам (1)…(7) (при плотности приточного и удаляемого воздуха, равной 1,2 кг/м³):

а) по избыткам явной теплоты:

. (1)

Тепловой поток, поступающий в помещение от прямой и рассеянной солнечной радиации, следует учитывать при проектировании:

вентиляции, в том числе с испарительным охлаждением воздуха, для теплого периода года;

кондиционирования - для теплого и холодного периодов года и для переходных условий;

б) по массе выделяющихся вредных или взрывоопасных веществ;

. (2)

При одновременном выделении в помещении нескольких вредных веществ, обладающих эффектом суммации действия, воздухообмен следует определять суммируя расходы воздуха, рассчитанные по каждому из этих веществ:

а) по избыткам влаги (водяного пара):

. (3)

Для помещений с избытком влаги следует проверять достаточность воздухообмена для предупреждения образования конденсата на внутренней поверхности наружных ограждающих конструкций при расчетных параметрах Б наружного воздуха в холодный период года;

г) по избыткам полной теплоты:

; (4)

д) по нормируемой кратности воздухообмена:

; (5)

е) по нормируемому удельному расходу приточного воздуха:

; (6)

. (7)

В формулах (1)…(7):

L_w,z - расход воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов, и на технологические нужды, м³/ч;

Q, Q_h,f - избыточный явный и полный тепловой потоки в помещение, Вт;

с - теплоемкость воздуха, равная 1,2 кДж/(м³×°С);

t_w,z - температура воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне помещения, удаляемого системами местных отсосов, и на технологические нужды, °С;

t_l - температура воздуха, удаляемого из помещения за пределами обслуживаемой или рабочей зоны, °С;

t_in - температура воздуха, подаваемого в помещение, °С;

W - избытки влаги в помещении, г/ч;

d_w,z - влагосодержание воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов, и на технологические нужды, г/кг;

d_l - влагосодержание воздуха, удаляемого из помещения за пределами обслуживаемой или рабочей зоны, г/кг;

d_in - влагосодержание воздуха, подаваемого в помещение, г/кг;

I_w,z - удельная энтальпия воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов, и на технологические нужды, кДж/кг;

I_l - удельная энтальпия воздуха, удаляемого из помещения за пределами обслуживаемой или рабочей зоны, кДж/кг;

I_in - удельная энтальпия воздуха, подаваемого в помещение. кДж/кг, определяемая с учетом повышения температуры;

m_po - расход каждого из вредных или взрывоопасных веществ, поступающих в воздух помещения, мг/ч;

q_w,z, q_l - концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, удаляемом соответственно из обслуживаемой или рабочей зоны помещения и за ее пределами, мг/м³;

q_in - концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, подаваемом в помещение, мг/м³ (для производственных и административно-бытовых помещений – не более 30% ПДК);

V_p - объем помещения, м³; для помещений высотой 6 м и более следует принимать V_p = 6·A;

A - площадь помещения, м²;

N - число людей (посетителей), рабочих мест, единиц оборудования;

n - нормируемая кратность воздухообмена, ч^-1;

k - нормируемый расход приточного воздуха на 1 м² пола помещения, м³/(ч×м²);

m - нормируемый удельный расход приточного воздуха на 1 чел., м³/ч, на 1 рабочее место, на 1 посетителя или единицу оборудования.

Параметры воздуха t_w,z, d_w,z, I_w,z следует принимать равными расчетным параметрам в обслуживаемой или рабочей зоне помещения по [1, разд. 5], а q_w,z - равной ПДК в рабочей зоне помещения. В частности, в холодный период года в обслуживаемой или рабочей зоне производственных помещений следует принимать минимальную из допустимых температур при отсутствии избытков явной теплоты и экономически целесообразную в пределах допустимых норм в помещениях с избытками теплоты. Для теплого периода года в производственных помещениях с избытками теплоты следует принимать температуру воздуха в пределах допустимых норм, но не более чем на 4°С выше расчетной температуры наружного воздуха для соответствующих районов строительства (по параметрам А) [2] и не более максимально допустимых температур по приложению Б [1], при отсутствии избытков теплоты – температуру воздуха в пределах допустимых температур, равную температуре наружного воздуха для соответствующих районов строительства (по параметрам А) [2], но не менее минимально допустимых температур по приложению Б [1]. Параметры наружного воздуха для переходных условий следует принимать 10°С и удельную энтальпию 26,5 кДж/кг.

Б) Расход воздуха для обеспечения норм взрывопожарной безопасности следует определять по формуле 2. При этом в формуле 2 q_w,z и q_l следует заменить на 0,1∙q_g, мг/м³, где q_g - нижний концентрационный предел распространения пламени по газо-, паро- и пылевоздушной смесям (определяется по справочным данным).

Температуру приточного воздуха, подаваемого системами вентиляции с искусственным побуждением и кондиционирования воздуха, t_in, °С, следует определять по формулам:

а) при необработанном наружном воздухе:

; (8)

б) при наружном воздухе, охлажденном циркулирующей водой по адиабатному циклу, снижающем его температуру на Dt₁, °С:

; (9)

в) при необработанном наружном воздухе (см. подпункт «а») и местном доувлажнении воздуха в помещении, снижающем его температуру на Dt₂, °С:

; (10)

г) при наружном воздухе, охлажденном циркулирующей водой (см. подпункт «б»), и местном доувлажнении (см. подпункт «в»):

; (11)

д) при наружном воздухе, нагретом в воздухонагревателе, повышающем его температуру на Dt₃, °С:

, (12)

где p - полное давление вентилятора, Па;

t_ext - температура наружного воздуха, °С.

Затем ведут конкретный аэродинамический расчет воздухово­дов в направлении определения суммарных потерь давления в наи­более длинной вентиляционной ветви расчетной (принятой) схемы воздуховодов. При компоновке расчетной схемы воздуховодов еще раз надо убедиться, что свежий приточный воздух подается в ра­бочую зону (а не в места наибольшего выделения вредностей) че­рез распределительные насадки, находящиеся на высоте 1...3 м от пола; приемные устройства вытяжных систем должны распола­гаться только со стороны, противоположной фронту обслуживания, чтобы удаляемый (загрязненный) воздух не проходил через зоны дыхания работающих.

Аэродинамический расчет ведут в следующей последовательности:

1) определяют расходы L, м³ /ч вытяжного воздуха по ответвлениям и магистральным воздуховодам;

2) определяют диаметры воздуховодов d, мм из уравнения расхода воздуха

. (13)

При этом начинают с наиболее удаленного от вентилятора участ­ка, задавшись для данного участка скоростью (в вы­тяжных системах V- 10...25 м/с) и необходимым расходом. Полученные диаметры округляют до ближайшего стандартного значения (приложение 1 [1, прил. Н]) и пересчитывают скорость V по вышеприведенной формуле;

3) определяют коэффициенты местных сопротивлений ξ и приведенный коэффициент сопротивления трения /d по длине [3,4];

4) подсчитывают потери давления по формуле

. (14)

Для упрощения вычислений можно составить таблицу 3.1, куда заносятся результаты расчетов.

Таблица 3.1

№ участка	l, м	L,м³ /ч	d, мм	V, м/с				Р, Па	Р', Па	∆Р, Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
а
б
в
г
1
2
3

5) нарастающим итогом записывают Р' потери давления в магистрали до концов соответствующих участков, а для ответвлений - располагаемые давления. В графе 11 вычисляются для ответвлений невязки Р - разницы между потерями давлений в ответвлениях и располагаемыми для них давлениями. Если эти невязки не превышают 10% от располагаемого давления, то пересчет ответвлений можно не выполнять.

На третьем этапе по общей потере давления в рассчитанном воздуховоде Р' и потребному расходу воздуха L, м³/ч, подбирают вентилятор [3, 4, 5]. Затем определяют установленную мощность Nу, кВт, электродвигателя по формуле

, (15)

где L- принятая производительность вентилятора, м³ /ч;

Hв - принятый напор вентилятора, Па;

η_в- кпд вентилятора (ре­комендуется выбирать наибольший по графику для необходимых (Qв и Нв);

η_п - кпд передачи (для клиновой - 0.9... 0.95; при со­единении на одном валу - 1.0).

По полученному значению Nу подбирают по каталогам [3, 4, 5] электродвигатель. Затем при­ступают к конструктивным решениям, указанным в подразделе 3.5.