Практическое занятие 3

Способы организации вентиляции и кондиционирования для создания благоприятных микроклиматических условий на рабочем месте, определение требуемой производительности

1. Целью практического занятия является закрепелние знаний об особенностях организации комфортных параметров микроклимата в проиводственном помещении, а также приобретение навыков расчета требуемой производительности вентиляционных устройств.

2. В результате выполнения практического занятия студенты приобретают знания о способах создания комфортных микроклиматических условиях, навыки организации искусственной вентиляции в помещении для минимизации воздействия на человека опасных факторов техносферы.

3. Актуальность темы практического занятия определяется необходимостью обеспечения оптимальных микроклиматических параметров на рабочем месте для повышения производительности труда.

4. Теоретическая часть

Для нормализации микроклиматических параметров в производственном помещении используют вентиляцию, отопление, кондиционирование. Под вентиляцией понимают организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязненного воздуха и подачу на его место чистого, определенной влажности и температуры.

Кондиционирование воздуха – создание и поддержание в закрытых помещениях определенных параметров воздушной среды по температуре, влажности, чистоте, составу, скорости движения и давлению воздуха. Кондиционеры бывают местные и центральные.

Общеобменная вентиляция предназначена для удаления из всего объема помещения вредных веществ, избыточной теплоты и влаги. При расчете общеообменной вентиляции необходимо решить две задачи.

1. Определение необходимого количества воздуха, подаваемого в помещение.

2. Аэродинамический расчет вентиляционной сети, в результате которого находим необходимый напор вентилятора для подачи заданного количества воздуха и диаметры воздуховодов. По результатам расчетов, по каталогу подбирают вентилятор с КПД не менее 0,6.

Для решения первой задачи необходимо руководствоваться следующими условиями. При отсутствии газообразных выделений в производственных помещениях с объемом на каждого работающего менее 20 м³, воздухообмен должен составлять не менее 30 м³ /ч, а в помещениях с объемом от 20 до 40 м³ не менее 20 м³/ч. В помещениях с объемом на одного работающего более 40 м³ при наличии естественной вентиляции воздухообмен не рассчитывается. В тех случаях, когда естественная вентиляция отсутствует, расход воздуха на одного работающего должен составлять не менее 60 м³/ч. Воздухообмен в зависимости от конкретных условий рассчитывается по следующим показателям.

При выделении явного тепла воздухообмен определяется по формуле:

, м³/ч (3.1)

где L_пр –требуемое количество приточного воздуха, м³/ч;

С – удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, равная 1 кДж/кг· ;

– плотность приточного воздуха, для стационарных условий принимается 1,2 кг/м³;

t_ух –температура удаляемого воздуха, ;

t_пр –температура приточного воздуха, . Для эффективного удаления избытков явной теплоты температуры приточного воздуха должна быть на 5 – 8 ниже температуры воздуха рабочей зоны.

Температуру удаляемого воздуха из помещения с теплоизбытками можно определить по формуле:

, (3.2)

где t_р.з. – температура рабочей зоны ( на высоте 2 м от пола), ;

– нарастание температуры в градусах на каждый метр высоты выше 2 м. Принимается для помещений с небольшим тепловыделением 0,5 , с большим тепловыделением 0,7 – 1,5 ;

H – высота помещения, м. Для помещения высотой до 4 м увеличение температуры по высоте практически можно не учитывать.

Общее количество явного тепла, выделяемое в помещении, определится по формуле:

, Дж/с (3.3)

Учитывая, что 15 – 20% явного тепла теряется, уходит через неплотности и поры ограждающих конструкций, избыточное тепло определяется по формуле:

, Дж/с (3.4)

Для определения избытков явного тепла в помещении используют следующие зависимости.

Тепловыделение от оборудования, приводимого в движение электродвигателями, рассчитывается по формуле:

, Дж/с (3.5)

где Q_об – количества тепла от оборудования, Дж/с;

N_у – установочная суммарная мощность электродвигателей, кВт;

– коэффициент использования установочной мощности (0,7 – 0,9);

– коэффициент нагрузки (0,4 – 0,9);

– коэффициент одновременности работы оборудования (1).

Расчет количества тепла, поступающего от светильников производится из условия, что вся энергия, мощность затрачиваемая на освещение, в конечном счете преобразуется в тепло.

, Дж/с (3.6)

где Q_c– количество тепла, поступающего от светильников, Дж/с;

n – общее количество ламп, шт.;

P_л– мощность одной лампы, Вт;

η – коэффициент тепловых потерь (для ламп накаливания 0,9; для люминесцентных ламп 0,55)

Тепловыделение от нагретых поверхностей определяется по формуле:

, Дж/с (3.7)

где – коэффициент теплоотдачи от поверхности в воздуху, Дж/м³;

t_п – температура нагретой поверхности , м²;

t_В– температура воздуха,

Величина коэффициентов теплоотдачи определяется для цилиндрической поверхности по формуле:

_, (3.8)

для плоской поверхности по формуле:

_, (3.9)

Организм человека также выделяет тепло. Количество тепла, выделяемое человеком, зависит от метеорологических условий и характера выполняемой работы. Потери тепла происходят в основном с поверхности кожи путем излучения, конвекции и испарения влаги.

Количества тепла, выделяемое людьми может быть определено по формуле:

, Дж/с (3.10)

где N – количество людей, работающих в помещении, чел.;

g_л – количество тепла, выделяемое одним человеком, Дж/с (таблица 3.1).

Таблица 3.1 – Количество тепла, выделяемое одним человеком

Показатели	Тепловыделения от взрослых людей, Вт при температуре окружающего воздуха в
	10	15	20	25	30	35
В состоянии покоя
Тепловыделения явные	143	116	87	58	41	12
скрытые	23	29	29	35	52	81
полные	163	145	116	93	93	93
При легкой работе (категория I)
Тепловыделения явные	151	122	99	64	41	6
скрытые	29	35	52	81	105	140
полные	180	157	151	145	146	46

Тепловыделения от солнечной радиации. Расчет тепла поступающего в помещение от солнечной радиации:

Вт (3.11)

где Q_i – тепловой поток через i-й световой проем, Вт;

Q_i,м – тепловой поток, через i-е массивное ограждение, Вт;

a, b – число световых проемов и массивных ограждений.

Расчетным является максимальный тепловой поток Q_макс, Вт, выбираемый из часовых поступлений теплоты за период, когда в помещении работают или отдыхают люди или ведется производственный процесс.

, Вт (3.12)

где – поверхностная плотность теплового потока, Вт/м², через остекленный световой проем в июле в данный час суток, соответственно от прямой ( ) и рассеянной ( ) солнечной радиации, принимаемая для вертикального и горизонтального остекления в зависимости от ориентации световых проемов на 12 часов до полудня (таблица 3.2);

– коэффициенты облученности прямой солнечной радиацией для учета площади светового проема, незатененной горизонтальной и вертикальной K плоскостями в строительном исполнении;

– коэффициенты облученности для учета поступления рассеянной солнечной радиации через световые проемы, незатененные горизонтальной и вертикальной наружными солнцезащитными плоскостями в строительном исполнении;

– коэффициент теплопропускания солнцезащитных устройств (шторы, карнизы, жалюзи и др. изделия заводского изготовления); При отсутствии солнцезащитных устройств К₁, К_2, К₃ = 1;

– коэффициент теплопропускания остеклением световых проемов (таблица 3.3);

– площадь светового проема (остекления), м².

Таблица 3.2 – Поверхностная плотность теплового потока (прямой/рассеянный) солнечной радиации в июле, Вт/

Географи-ческая широта, градус	Часы до полудня	Ориентация вертикального светового проема (до полудня)								Горизонталь-ный световой проем		Время начала и окончания прямой радиации
		С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
44	5-6	84 42	222 53	292 58	72 40	__ 23	__ 22	__ 22	__ 23		31 36		18-19
	6-7	42 70	369 98	452 112	209 86	__ 55	__ 44	__ 44	__ 44		126 62		17-18
	7-8	__ 77	357 110	500 130	333 109	__ 71	__ 55	__ 55	__ 55		283 76		16-17
	8-9	__ 71	256 101	490 121	398 108	66 79	__ 60	__ 59	__ 60		481 83		15-16
	9-10	__ 64	84 80	371 100	387 101	162 81	__ 63	__ 60	__ 62		543 93		14-15
	10-11	__ 60	2 71	193 81	305 86	245 84	__ 67	__ 60	__ 64		629 98		13-14
	11-12	__ 59	__ 67	37 72	214 79	288 85	73 77	__ 65	__ 65		668 98		12-13
		Ориентация вертикального светового проема (после полудня)								Горизонтальный световой проем		Часы после полудня
		С	СЗ	З	ЮЗ	Ю	ЮВ	В	СВ

Таблица 3.3 – Сопротивление теплопередаче ( кв. м. /Вт) и коэффициент теплопропускания заполнений световых проемов (К₄)

№ пп	Заполнение светового проема	кв. м. /Вт (приведенное)	К4
1	Двойное остекление в деревянных спаренных переплетах	0,39	0,60
2	Двойное остекление в деревянных раздельных переплетах	0,42	0,51
3	Двойное остекление в металлических раздельных переплетах	0,34	0,61
4	Двухслойные стеклопакеты в деревянных переплетах.	0,36	0,60
5	Двухслойные стеклопакеты в металлических переплетах.	0,31	0,68
6	Одинарное остекление в раздельных деревянных переплетах и двухслойные стеклопакеты	0,53	0,41

Тепловой поток, Вт, через массивную ограждающую конструкцию (наружную стену или покрытие)Q , для данного часа суток (Z) следует определять по формуле.

Q = , (3.13)

где R – сопротивление теплопередаче массивной ограждающей конструкции (наружной стены, покрытия), м²· /Вт;

t , t_р.з. – средняя температура наружного воздуха в июле и температура воздуха в помещении;

– коэффициент поглощения солнечной радиации поверхностью ограждающей конструкции;

J – среднесуточное значение поверхностной плотности теплового потока суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной), Вт/м² (таблица 5.4);

– коэффициент равный 1 – при отсутствии вентилируемой воздушной прослойки в ограждении (покрытии) и равный 0,6 для всех других ограждающих конструкций.

n – величина затухания амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей конструкции;

А – максимальная суточная амплитуда температуры наружного воздуха в июле, ;

– коэффициент, выражающий гармоническое изменение температуры наружного воздуха;

₂– коэффициент, выражающий гармоническое изменение температуры внутреннего воздуха ( = ₂ =1);

А_j– амплитуда суточных колебаний суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной), равная разности максимального (J_max) и среднесуточного (J_ср) значений суммарной солнечной радиации (прямой и рассеянной), поступающей на наружное ограждение принимаемых по таблице 3.4:

А_м – площадь массивной ограждающей конструкции (наружной стены, покрытия), м²;

– коэффициенты теплоотдачи наружной и внутренней поверхности ограждения Вт/(м · ).

Таблица 3.4 – Поверхностная плотность потока солнечной радиации , поступающей на вертикальную поверхность, северной ориентации, Вт/м², в июле

Географическая широта,	ЧАСЫ СУТОК ДО ПОЛУДНЯ								Среднее суточное значение
град.	5-6	6-7	7-8	8-9	9-10	10-11	11-12
44	125 52	99 94	20 104	__ 96	__ 86	__ 81	__ 80	72
	ЧАСЫ СУТОК ПОСЛЕ ПОЛУДНЯ
	18-19	17-18	16-17	15-16	14-15	13-14	12-13