4.1.5. Расчет необходимого воздухообмена

Проектирование вентиляции должно начинаться с определения необходимого воздухообмена для данного помещения или рабочего места.

Если одновременно выделяется несколько вредных веществ разнонаправленного действия, расчет воздухообмена ведут для каждого из них, и в итоге принимают наибольшее значение воздухообмена. Если выводятся одновременно несколько вредных веществ однонаправленного действия (например, окись углерода и нитросоединения), вентиляцию рассчитывают суммированием воздухообмена, необходимого для каждого вещества в отдельности.

Для помещений, где не происходит выделения производственных вредностей (например, административного помещения), воздухообмен L (м³/ч) определяется по формуле:

(4.4)

где N – число работающих в помещении; L₀ – расход воздуха на одного работающего (м³/ч), зависящий от объема. При объеме помещения на одного работающего менее 20 м³ L₀ принимают равным 30 м³/ч, при объеме 20…40 м³ L₀ принимают 20 м³/ч, если на одного работающего приходится более 40 м³, воздухообмен не рассчитывается.

В производственных помещениях, где выделяются вредности (пыль, газ, пары, тепло и т.д.), воздухообмен L определяют по следующей общей формуле:

(4.5)

где В – количество вредного вещества, выделяющегося в помещении в течение 1 часа, мг/ч; ПДК – предельно допустимая концентрация, мг/м³; К_в – концентрация этого вещества в приточном воздухе, мг/м³, если подается чистый воздух, то К_в = 0.

При расчетах удаления вредных веществ из помещений, где работают двигатели внутреннего сгорания, В можно определить так:

(4.6)

где Q_я – часовой расход топлива, кг/ч; q – содержание вредного вещества в выпускных газах, %.

Для поддержания в помещении нормальной температуры L_t рассчитывается по следующей формуле:

(4.7)

где Q_изб – избыточное количество тепла, Вт; с – удельная теплоемкость для воздуха, Дж/кг  К; t_в, t_н – температура воздуха внутри и снаружи помещения, С; _н – плотность наружного воздуха, кг/м³.

Необходимый воздухообмен для снижения в помещении влажности рассчитывают по формуле:

(4.8)

где n_i – количество источников, выделяющих влагу; g_i – количество входящих паров, выделяемых одним источником, г/ч; _в, _н – относительная влажность воздуха внутри и снаружи помещения, %; g_mв, g_mн – максимально возможное при данной температуре содержание влаги в воздухе помещения и в воздухе, подаваемом в помещение, г/м³.

Если определить количество вредности, выделяемое в течение одного часа невозможно, воздухообмен может быть определен по упрощенной формуле:

(4.9)

где V – объем помещения, м³; К – кратность воздухообмена – число, показывающее сколько раз надо обновить воздух в помещении в течение часа, ч^-1; для животноводческих помещений можно принять К = 2…4, для участков ремонтной мастерской К = 3…8.

4.1.6. Расчет естественной и механической вентиляции

а) Естественная вентиляция

По характеру действия естественная вентиляция может быть организованной и неорганизованной. Неорганизованную естественную вентиляцию осуществляют через открытые окна, двери, форточки, неплотности в конструкции помещения. Организованная вентиляция имеет устройства регулирования направления воздушных потоков и воздухообмена.

Организационная вентиляция подразделяется на канальную (воздух проходит по специальным каналам) и аэрацию (воздух поступает через верхние окна фонарей высотных помещений).

Естественное движение воздуха в помещении происходит вследствие разностей его плотностей, а также за счет разности давления наружного воздуха с наветренной и заветренной сторон здания (рисунок 4.6).

Рисунок 4.6 – Схема аэрации производственных помещений в теплый период года

Расчет естественной вентиляции проводится в такой последовательности:

1. Определяют воздухообмен L по приведенным формулам.

2. Определяют плотность наружного _н и внутреннего _в (кг/м³) воздуха:

(4.10)

3. Определяют напор, обеспечивающий движение воздуха:

(4.11)

где h – высота между серединами приточных и вытяжных проемов, м.

4. Рассчитывают скорость воздушного потока v_в, м/с:

(4.12)

где  – коэффициент, учитывающий сопротивление воздуха в канале; для деревянных каналов  = 0,5.

5. Определяют суммарную площадь каналов:

(4.13)

6. Определяют число вытяжных устройств:

(4.14)

где f – площадь сечения вытяжного канала или проема, м².

Для повышения эффективности естественной вентиляции применяют специальные устройства – дефлекторы, которые устанавливают в верхних частях каналов (рисунок 4.7). Поток ветра, обтекая дефлектор, создает в канале некоторое разряжение, за счет этого скорость движения воздуха по каналу увеличивается.

Рисунок 4.7 – Дефлектор ЦАГИ

Расчет дефлектора конструкции ЦАГИ сводится к определению диаметра d патрубка:

(4.15)

где L_д – производительность дефлектора, м³/ч.

Скорость воздуха в канале v_к зависит от скорости ветра v_в. В приближенных расчетах принимают v_к = (0,2…0,4)v_в.

Производительность одного дефлектора

(4.16)

где n_д – число дефлекторов.

б) Механическая вентиляция

В системах механической вентиляции движение воздуха осуществляется специальными устройствами – вентиляторами или эжекторами. Механическая вентиляция применяется там, где естественная вентиляция не обеспечивает требуемую чистоту воздуха. Она позволяет также подавать чистый воздух в любую зону помещения или удалять загрязненный воздух. В системе механической вентиляции в необходимых случаях предусматриваются устройства для очистки приточного или вытяжного воздуха, его подогрева или увлажнения.

Расчет системы искусственной вентиляции проводится следующим образом:

1. На плане помещения в масштабе вычерчивают схему вентиляционной сети, разбивают ее на участки и подбирают диаметры воздуховодов.

2. Определяют необходимый воздухообмен L по вышеуказанным формулам.

3. Рассчитывают производительность вентилятора:

(4.17)

где К_з – коэффициент запаса (1,3…2,0).

4. Рассчитывают потери напора на прямых участках воздуховодов:

(4.18)

где  – коэффициент, учитывающий сопротивление воздуховодов (для железных труб  = 0,02); _I, d_i – длина и диаметр участка, м; v_в – средняя скорость воздуха на рассматриваемом участке воздушной сети; для прилегающих к вентилятору участков принимается 8…12 м/с; для удаленных – 1…4 м/с; _в – плотность воздуха, кг/м³; n – количество прямых участков сети.

5. Рассчитывают местные потери напора:

(4.19)

где _м – коэффициент местных потерь напора; для колена с углом 90 _м = 1,1; для суживающихся воздуховодов _м = 0,2-0,3; при установке жалюзей на входе _м = 0,5, на выходе – 3,0.

6. Определяют полные потери напора:

(4.20)

7. Зная величины Q_в и Н, по аэродинамической характеристике вентиляторов находят номер вентилятора N (диаметр рабочего органа, дм), коэффициент полезного действия _в и безразмерное число А.

8. Определяют частоту вращения вентилятора:

(4.21)

9. Рассчитывают мощность электродвигателя для вентилятора:

(4.22)

где _п – КПД передачи; Н_в – полное давление вентилятора, Па.

На практике часто нужно повысить производительность вентилятора, при этом необходимо знать, что производительность вентилятора прямо пропорциональна частоте вращения, давление – квадрату частоты, а потребная мощность – кубу частоты вращения.