Упражнение 5, вентиляция

1

Упражнение 5.

Расчет системы механической вентиляции.

ОБЩЕОБМЕННЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ предназначены для:

-подачи чистого воздуха в помещение;

-его обмена во всем объеме помещения;

-ассимиляции (переработки) избыточного тепла, влаги и малоопасных вредных

веществ (IV класс).

По способу подачи и удаления воздуха различают 4 схемы:

-приточная, когда воздух подается в помещение после подготовки его в приточной камере; в помещении создается ИЗБЫТОЧНОЕ давление, за счет которого воздух УХОДИТ НАРУЖУ через окна, двери, не плотности ограждающих конструкций или в другие помещения;

ПРИМЕНЯЮТ для вентиляции помещений , в которых нежелательно попадание загрязненного воздуха из соседних помещений или холодного воздуха извне.

СХЕМА: воздухозаборное устройство (ВЗ) – воздуховоды (ВВ) -фильтры очистки (Ф) - калориферы (К) для подогрева – вентиляторы (В)- увлажнитель/осушитель/ -приточные решетки (ПР) /отверстия или насадки/ .

-вытяжная, для удаления воздуха из помещения; в котором создается ПОНИЖЕННОЕ

давление; за счет чего воздух из соседних помещений и наружный ПОСТУПАЕТ в ДАННОЕ помещение;

ПРИМЕНЯЮТ, когда вредные выделения в данном помещении не должны распространяться на соседние (например в химических и биологических лабораторий); СХЕМА: вытяжные отверстия (ВО) или насадки – вентиляторы (В)- воздуховоды(ВВ) - устройства для очистки (О) воздуха от пыли или газов для защиты атмосферывыбросные устройства (ВУ) для выброса воздуха /на 1-1,5 м выше конька крыши/.

- приточно-вытяжная, наиболее РАСПРОСТРАНЕННАЯ, воздух подается приточной системой и удаляется вытяжной; обе системы работают ОДНОВРЕМЕННО.

-системы с рециркуляцией , в которых к поступающему снаружи свежему воздуху (не менее 10-20%) ПОДМЕШИВАЮТ воздух,отсасываемый из помещения вытяжной системой.

ПРИМЕНЯЮТ: при условии отсутствия в ПОВТОРНО подаваемом воздухе ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ или присутствуют вещества 4-го класса опасности (НАИМЕНЕЕ ОПАСНЫХ ) в

концентрации не более 0,3 ПДК ; для сокращения эксплуатационных расходов на нагревание воздуха.

НЕ ДОПУСКАЕТСЯ: при наличии в воздухе бактерий, вирусов или резко выраженных неприятных запахов.

Расчет воздухообменов ПРИТОЧНО-ВЫТЯЖНЫХ СИСТЕМ

При обще обменной вентиляции обычно объем подаваемого в помещение (приточного) воздуха L пр, РАВЕН объему удаляемого из помещения L уд, что позволяет поддерживать

нормальное давление в рабочей зоне: L пр = L уд = L

нормативных значений)

t1 - температура воздуха, удаляемого из помещения за пределами обслуживаемой или

рабочей зоны, °С;

t1 = tуд = twz + t (Н-2)

-t – температурный градиент по высоте помещения (= 0,5 – 1,5) °С/м;

-Н- расстояние от пола до центра вытяжных проёмов, м;

-2 – высота рабочей зоны, м.

tin - температура воздуха (приточного), подаваемого в помещение, °С, W - избытки влаги в помещении, г/ч;

dwz - влагосодержание воздуха удаляемого, из обслуживаемой или рабочей зоны

помещения системами местных отсосов, и на технологические нужды, г/кг;

d1 - влагосодержание воздуха, удаляемого из помещения за пределами обслуживаемой

или рабочей зоны, г/кг;

din - влагосодержание (приточного) воздуха, подаваемого в помещение, г/кг;

воздуха L = L пр , м3/ч , (приняв twz, = t1)рассчитывают по формуле:

L = Qизб / c ρ.ρ.(t1 - tin),

где Qизб – избыточный тепловой поток, Дж/с

(1 Дж/с = 3600 Дж/час = 3,6 кДж/час= 1 Вт) (3,6 Вт / 3,6 кДж/час = 1 кДж/час )

c ρ – удельная теплоёмкость при постоянном давлении, Дж/(кг·°К); 1 Дж = 0,24 кал;

4

1 Дж/(кг·°К) = 0,24 кал/(кг·°К) ; 1 кДж/(кг·°К) = 0,24 ккал/(кг·°К).

ρ = 1,2 – плотность воздуха, кг/м3 (принимаем ρ= const).

c = c ρ.ρ - теплоемкость, Дж/( м3· °К)

( 1Дж/(кг·°К ) . 1 кг/ м3 = 1 Дж/ (м3 .°К) = 0,24 кал/ м3·°К)

t1 – температура воздуха, удаляемого из рабочей зоны помещения вентиляцией,.°С; tin – температура приточного воздуха, .°С;

Пример.

В цехе имеет место избыточная теплота Qизб=2400 ккал/ч и одновременно выделяется в воздух 20 г/ч оксида углерода СО (ПДК СО=20 мг/м3 ). Определить потребный воздухообмен в

помещении, если удельная теплоёмкость воздуха c ρ =0,24 ккал/(кг·.°C), плотность ρ=1,2 кг/м3 и температура приточного воздуха tпр=16 °.C, а вытяжного – tвыт=21 °.C.

Расход приточного воздуха по избыточному теплу L = L пр (тепло), м3/ч; Избыточная теплота Qизб=2400 ккал/ч;

Удельная теплоёмкость воздуха c ρ =0,24 ккал/(кг .°C). Плотность воздуха ρ =1,2 кг/м3

Температура приточного воздуха tin = tпр=16.°С, вытяжного – t1 = tвыт =21 °С По формуле:

L тепло = Qизб / c ρ.ρ.(t1 - tin) = 2400/ [(0,24 .1,2) . (2116)]= 2400/0,24. 1,2 . 5 = 2000/ 1,2 = 1666, 7 м3/

ч

Для приближенных расчетов:

- при выделении в воздух помещения производственных вредных газов, паров или пыли (приняв qwz, = q1) необходимое количество приточного воздуха, подаваемого в

помещение L = L пр, м3/ч, можно определить по формуле:

L = mвр /( qрз - qпр ), где

- mвр – количество вредного вещества, поступающего в воздух помещения, мг/ч;

qрз = q1 – концентрация вредного вещества в воздухе, удаляемом из помещения системой вентиляции, как правило, qрз ≤ qПДК (qПДК– предельно допустимая концентрация удаляемого вредного вещества), мг/м3;

qпр = qin– концентрация вредного вещества в приточном воздухе, мг/м3; qпр ≤0,3 qПДК. (рз – рабочая зона)

Продолжение предыдущего примера.

Расход приточного воздуха по выделению оксида углерода СО L = L пр (СО), м3/ч Количество поступающего в воздух помещения оксида углерода СО:

m вр = mСО = 20 г/ч = 20 000 мг/час;

Концентрация СОв воздухе, удаляемом из помещения системой вентиляции: qрз = q1 = qПДК(СО) = 20 мг/м3

Концентрацию СО в приточном воздухе, примем qпр = 0,3 qПДК(СО) qпр = qin = 0,3 qПДК(СО) = 0,3 . 20 = 6 мг/м3

По формуле L СО = m вр /( qрз - qпр) = 20000 / (20 – 6) = 20000/ 14 = 1428,6 м3/ч

Потребный воздухообмен должен обеспечивать больший из расходов , посчитанных для

удаления избыточного тепла L тепло и выделению СО в воздух помещения L СО . Системы вентиляции для данного помещения должна обеспечивать потребный

воздухообмен:

L тепло= 1666, 7 м3/ч > L СО =1428,6 м3/ч/

(Если задать, чтобы концентрация СО в приточном воздухе была нулевая ( qin = qпр = 0 ), то потребный воздухообмен по выделению СО будет еще меньше

На каждом i-том прямолинейном уч астке (имеющим постоянное сечение и одинаковое конструктивное исполнение /материал и обработку внутренней поверхности/) потери на трение

где ζ i - коэффициент местного сопротивления в i-том расчетном элементе (дзета); v i - скорость воздуха в i-том участке воздуховода ,м/с;

ρ - плотность воздуха, кг/м 3 .

Значения р тр.i и ζ i приводятся в справочниках. Допустимые значения скорости

воздуха v не должно превышать 3-10 м/с.

По производительности (расходу воздуха L ) и полному давлению Р, которые должен

обеспечить вентилятор, производят его выбор по его АЭРОДИНАМИТЧЕСКОЙ характеристике.

Аэродинамическая характеристика вентилятора представляет собой СОВМЕЩЕНИЕ в осях "давление-Р (Па)" и "производительность-L (м 3/час)" графиков мощности N (кВт),

КПД и скорости вращения n (об/мин).

7

-наиболее высокий КПД;

-относительно небольшую скорость вращения, чтобы частота вращения колеса позволяла осуществить соединение с электродвигателем на одном валу.

вращения колеса n.

L 1 /L 2 = n 1 / n 2; Р 1 / Р 2 = (n 1 / n 2 ) 2 ; N 1 / N 2 = (n 1 / n 2 ) 3 .

Установочную мощность электродвигателя N эл.дв. (кВт) для вентилятора расчитывают по формуле:

N эл.дв. = k з . L . Рв . 10-6 / (3,6 η в . η п ),

где k з - коэффициент запаса (k з = 1,05 - 1,5);

L - расход или производительность, м 3/час; Рв - давление , создаваемое вентилятором, η Па;

η в - КПД вентилятора (принимается по его характеристике); η п - КПД привода (при плоскоременной передаче = 0,9, при непосредственной

установке на валу двигателя = 1, при присоединении колеса через муфту = 0,98).

Ниспадающая кривая полного давления

Аэродинамические характеристики вентилятора обычно включают в себя:

-кривую полного давления PV(L);

-кривую мощности N(L) или полного КПД вентилятора η (L);

- кривую (либо шкалу) динамического давления вентилятора PdV (L) или кривую статического давления вентилятора PSV(L).

Рабочая зона аэродинамической характеристики вентилятора должна быть ограничена

характеристики вентиляторов в каталогах большинства производителей. Однако в этом

8

случае теряются режимы максимальной производительности , при которых возможна работа вентилятора, хотя и с несколько меньшей эффективностью.

Расходная характеристика:

1- вентилятора;

2- сети; А- рабочая точка;

Pххдавление холостого хода; Pстстатическое давление в сети;

Pдиндинамическое давление вентилятора;

Pпполное давление, развиваемое вентилятором.

2.Один вентилятор не в состоянии создать требуемый напор в вентиляционной сети. С целью получения требуемого напора за ним последовательно включают второй такой же вентилятор. Позволит ли это увеличить напор и во сколько раз?

а) не позволит;

б) позволит увеличить в 2 раза; Последовательная работа двух одинаковых вентиляторов:

1, 2 – характеристики дополнительного и основного вентиляторов 3 – характеристика совместной работы двух вентиляторов

9

Оба вентилятора имеют производительность LP, рабочим режимом каждого из вентиляторов является точка А, а системы из двух вентиляторов — точка В , давление в которой равно сумме давлений двух вентиляторов.

Наиболее распространенные типы вентиляторов:

- осевые, представляющие собой расположенное в цилиндрическом кожухе лопаточное колесо, при вращении которого поступающий в вентилятор воздух под действием лопаток

перемещается в осевом направлении. Преимущества:

-простота конструкции;

-возможность эффективного регулирования производительности в широких пределах посредством поворота лопаток;

-большая производительность;

-реверсивность работы;

Недостатки:

-относительно малая величина давления;

-повышенный шум.

При малых сопротивлениях вентиляционной сети применяют радиальные

(центробежные) вентиляторы, имеющие СПИРАЛЬНЫЙ корпус с размещенным внутри лопаточным колесом, при вращении которого воздух, поступающий через входное отверстие, попадает в каналы между лопатками и под действием центробежной силы перемещается по этим каналам, собирается в корпусе и выбрасывается через выпускное отверстие /улитку, спираль/.

Радиальные вентиляторы бывают правого и левого вращения. ПРАВОГО вращения -

когда колесо вращается ПО часовой стрелке если смотреть со стороны, противоположной входу. Направление вращения колеса будет ПРАВИЛЬНЫМ, если направлено ПО ХОДУ разворота

СПИРАЛИ.