10960
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Е.С. Козлов
ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям по дисциплине «Теплогазоснабжение и вентиляция»
для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство,
профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов (заочная форма обучения)
Нижний Новгород
2016
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Е.С. Козлов
ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям по дисциплине «Теплогазоснабжение и вентиляция»
для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство,
профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение
зданий, сооружений, населенных пунктов (заочная форма обучения)
Нижний Новгород
ННГАСУ
2016
УДК 697.9
Козлов Е. С. Основы вентиляции [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. / Е. С. Козлов; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 150 с; ил. 50 электрон. опт. диск (CD-RW)
Приведены теоретические и практические материалы по организации вентиляции на основе современных достижений отечественной и мировой практики в области обеспечения микроклимата в зданиях различного назначения.
Ключевые слова: микроклимат, воздушная среда помещений, влажный воздух вентиляция, приточные системы, вытяжные системы, тепловой баланс, воздушный баланс, баланс вредных выделений, воздухообмен, приточные центры, воздуховоды, расчет
воздуховодов.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ по направлению подготовки 08.03.01
Строительство, профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение
зданий, сооружений, населенных пунктов (заочная форма обучения)
©Е. С. Козлов, 2016
©ННГАСУ, 2016.
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………. 5
1.Свойства влажного воздуха…………………………………………... 6
1.1. |
Параметры, характеризующие состояние влажного воздуха……… 6 |
1.2.I-d- диаграмма влажного воздуха……………………………………. 11
2.Классификация систем вентиляции…………………………………. 19
3.Расчетные параметры воздушной среды……………………………. 25
3.1.Расчетные параметры наружного воздуха…………………………... 25
3.2. Расчетные параметры внутреннего воздуха………………………… 29
4.Баланс вредных выделений в помещениях………………………….. 32
4.1.Общие сведения о вредных выделениях…………………………….. 32
4.2.Расчет теплопоступлений…………………………………………….. 37
4.3.Расчет теплопотерь…………………………………………………… 50
4.4.Влаговыделения……………………………………………………….. 51
4.5.Выделения вредных веществ………………………………………… 53
5. |
Расчет воздухообмена в помещении………………………………… 58 |
5.1.Способы определения воздухообмена………………………………. 58
5.2.Определение требуемой производительности вентиляционных систем………………………………………………………………….. 60
6. |
Принципиальные схемы и решения вентиляции…………………… 63 |
6.1.Основные принципы организации вентиляции……………………... 63 Принципиальные решения вентиляции в зданиях различного
6.2.назначения……………………………………………………………... 65
6.3.Конструктивные решения вентиляционных систем………………... 74
7.Оборудование систем вентиляции…………………………………... 80
7.1.Воздуховоды…………………………………………………………... 80
7.1.1. Классификация воздуховодов……………………………………… 80
4
7.1.2. Аэродинамический расчет воздуховодов…………………………… 83
7.1.3.Расчет и подбор сужающих устройств………………………………. 93
8.Расчет и подбор вентиляторов……………………………………... 96
9.Устройства для нагрева воздуха……………………………………... 98
9.1. Классификация воздухонагревателей (калориферов)……………… 98
9.2.Конструктивное исполнение калориферов…………………………. 100
9.3Узлы управления калориферами…………………………………….. 104
9.4.Расчет и подбор калориферов………………………………………... 107
9.5.Электрокалориферы…………………………………………………... 110
10.Приточные установки вентиляционных систем…………………….. 112
10.1.Варианты исполнения приточных установок……………………….. 112
10.2.Воздухозаборные устройства………………………………………… 121
10.3.Устройства для очистки приточного воздуха………………………. 124
10.4.Энергосберегающие устройства приточных установок……………. 129
11.Защита от шума в системах вентиляции…………………………….. 136
11.1.Общие сведения об источниках шума………………………………. 136
11.2.Способы распространения шума…………………………………….. 140
11.3.Классификация шумоглушителей…………………………………… 141
11.4.Основы расчета шумоглушителей…………………………………… 143 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………. 148
5
ВВЕДЕНИЕ
Вентиляция это комплекс технических мероприятий, систем и устройств, предназначенных для создания и поддержания в помещениях зданий и сооружений нормируемых значений параметров воздуха.
Вбольшинстве зданий нормируемыми параметрами являются температура, относительная влажность, подвижность воздуха, концентрации вредных примесей.
Современные требования к уровню комфорта вместе с ограничениями, по экологии и энергопотреблению обусловили стремительное развитие вентиляционной техники. Расширяется номенклатура оборудования для транспортирования, температурно-влажностной обработки, очистки приточного воздуха и вентвыбросов. Появились новые технологии и материалы для изготовления воздуховодов и сетевого оборудования, для регулирования и обеспечения безотказной эксплуатации вентсистем. Повысились требования к качеству изготовления и монтажа систем. Для расчета процессов, подбора оборудования и автоматического регулирования режимов работы вентиляционных систем широко используются компьютерные технологии.
Отмеченное выше оказывает влияние и на требования к специалисту, занимающемуся проектированием, монтажом и эксплуатацией систем вентиляции.
Всовременной практике заметно изменился набор материалов, оборудования, альтернативных конструктивных и схемных решений систем вентиляции. Это зачастую затрудняет выбор рациональных решении и требует от специалиста хорошей подготовки не только в области собственно вентиляции, но и в базовых дисциплинах, таких как техническая термодинамика, механика жидкости и газа, тепломассообмен, информатика, прикладная математика и др..
6
1.СВОЙСТВА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
1.1.Параметры, характеризующие состояние влажного воздуха
Основной средой, которая обеспечивает создание требуемых
климатических условий в помещении и подвергается различным видам обработки в системах вентиляции является влажный воздух. Комфортная (для людей или технологических процессов) обстановка в помещении во многом зависит от параметров влажного воздуха.
Воздух рассматривают как смесь сухих газов приблизительно постоянного состава с переменным количеством водяного пара. Такая двухкомпонентная смесь сухих газов и водяного пара называется влажным
воздухом.
Таблица 1.1
Примерный состав влажного воздуха
Газ |
Содержание, % по объему |
Азот |
78,13 |
Кислород |
20,9 |
Аргон |
0,93 |
Углекислый газ |
0,03 |
Водород, озон и др. |
Незначительное количество |
Водяной пар |
Переменно |
Основными физическими параметрами воздуха, характеризующими его состояние, а также закономерности перехода из одного состояния в другое, являются температура t, оС; давление р, Па; плотность ρ, кг/м3, и удельный объем γ, м3/кг; абсолютная, кг/м3, и относительная влажность φ, %; влагосодержание d, г/кг сух.в.; теплоемкость с, кДж/(кг оС); энтальпия I , кДж/кг.
Температура.
Единицей измерения температуры в системе СИ (по термодинамической шкале температур) является “градус Кельвина”, К. Допускается использование единицы температуры по международной практической шкале в “градусах Цельсия”, оС.
7
Соотношение между этими единицами представлено зависимостью
t, оС = T, К – 273,15 |
(1.1) |
В зарубежной практике применяют единицу измерения температуры по |
|
шкале Фаренгейта, oF. |
|
1 oF = 1,8 оС +32; |
(1.2) |
t, оС = 5/9 (oF – 32). |
(1.3) |
Давление.
Единицей измерения давления в Международной системе единиц является Паскаль, Па (1 Па = Н/м2 = кг/(м·с2).
В практических расчетах атмосферный воздух рассматривают как смесь сухой части и водяных паров.
Согласно закону Дальтона атмосферное (барометрическое) давление может быть представлено как сумма давлений сухого воздуха и водяных паров:
Рб = Рс.в. + Рв.п., |
(1.4) |
где Рс.в. – парциальное давление сухой части воздуха, Па;
Рв.п – парциальное давление водяных паров, Па.
Влажный воздух при атмосферном давлении принято считать по своим свойствам близким к “идеальному газу”.
В практических расчетах к влажному воздуху применяют основные
законы идеальных газов. |
|
Так, для сухой части воздуха: |
рс.в.V = Gс.в. Rс.в.T |
Для водяных паров: |
рв.п.V = Gв.п. Rв.п.T |
Для влажного воздуха: |
рв.в.V = Gв.в. Rв.в.T |
где рв.в – давление влажного воздуха, равное атмосферному давлению; |
|
Gс.в, Gв.п, Gв.в. – масса сухой |
части, водяного пара и влажного |
воздуха, соответственно, кг;
Rс.в, Rв.п., Rв.в. – газовая постоянная сухой части (Rс.в. =287 Дж/(кг К)), водяного пара (Rв.п. = 461 Дж/(кг К)) и влажного воздуха;
V – объем влажного воздуха, м3;
8
T – температура влажного воздуха, оС.
Газовая постоянная для влажного воздуха определяется из выражения:
R |
= |
Gс.в. |
R |
+ |
Gв.п. |
R . |
(1.5) |
|
|
||||||
в.в. |
|
G |
с.в. |
|
G |
в.п. |
|
|
|
в.в. |
|
|
в.в. |
|
|
Плотность и удельный объем.
Плотность атмосферного воздуха ρ, кг/м3, и удельный объем v, м3/кг, определяют по соотношениям:
ρ = G/ V; |
v = V / G. |
Из уравнения состояния можно выразить |
|
pi / Ri T = Gi / V |
т.е. ρ = pi / Ri T |
Если воздух абсолютно сухой, то его парциальное давление
Рс.в = Рб
Тогда, зная газовую постоянную Rс.в. =287 Дж/(кг К), определим
ρс.в. = Рб / 287 T
При давлении 760 мм рт. ст. (101325 Па)
ρс.в. = 101325 / 287 T ≈ 353 / T.
Для водяного пара (Rв.п. = 461 Дж/(кг К)
ρв.п. = 101325 / 461 T ≈ 219 / T.
Для влажного воздуха плотность определится как для смеси сухого воздуха и водяного пара:
|
|
|
|
|
ρв.в. = ρс.в..+ ρв.п. |
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
в.в.= |
с.в. |
|
+ |
|
в.п. |
= |
б |
|
в.п. + |
в.п. |
|
или |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
с.в. |
|
|
|
в.п. |
с.в. |
|
|
|
в.п. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
ρв.в. = б ∙(в.п.∙ ) в.п.(в.п.∙ ) в.п.(с.в.∙ ) |
или |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(с.в.∙ )(в.п.∙ ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ρв.в. = |
|
б |
− в.п. |
|
|
− |
|
= |
б |
− в.п. |
( |
|
− |
|
) . |
|
|
||||||||
|
∙ |
|
|
∙ |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
с.в. |
|
с.в. |
|
в.п. |
|
|
с.в. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
При нормальном атмосферном давлении (101325 Па) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
− 1,32 ∙ 10 |
в.п. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в.п. |
|
||||||||||
|
|
ρв.в. = ∙ |
|
|
|
= |
− 1,32 ∙ 10 |
|
(1.6) |
||||||||||||||||
Из приведенного расчета следует вывод - плотность влажного воздуха меньше плотности сухого воздуха.
9
При обычных условиях в помещении парциальное давление водяного пара незначительно, второе слагаемое в выражении (1.6) незначительно и, поэтому, в инженерных расчетах принимают
ρв.в. = ρс.в. = 353 / T.
Влагосодержание воздуха – масса водяного пара в килограммах, приходящегося на 1 кг сухого воздуха в составе влажного воздуха:
|
# |
вп св∙ |
= |
св вп |
= 0,623 |
вп |
|
|
|
d = |
#вп = |
|
вп св |
|
, |
(1.7) |
|||
вп∙ |
св |
б вп |
|||||||
|
св |
|
|
|
|
|
|
|
|
где принята следующая подстановка Рс.в. = Рб – Рв.п..
Выражение (16) неудобно использовать в практических целях из-за малых величин d, поэтому чаще применяют зависимость, где единицей измерения является г/кг сух.возд. :
d = 623 |
|
Рв.п. |
(1.8) |
|
|
|
|||
|
. |
|
||
Р − Р |
|
|||
|
б |
в.п. |
|
|
Относительная влажность воздуха – величина, характеризующая степень насыщенности воздуха водяными парами по отношению:
ϕ = |
Рв.п. |
100% , |
(1.9) |
|
|||
|
Рп.н. |
|
|
где Рв.п. – парциальное давление водяного пара при заданных условиях, Па;
Рп.н. – то же в состоянии полного насыщения, Па.
Для графического изображения состояния влажного воздуха применяют I-d – диаграмму влажного воздуха, где выделяют три стадии влажностного состояния воздуха: