10.2.2. Визначення основних параметрів вентиляторів та їх вибір

Кількість шкідливих домішок у повітрі приміщення є вихідною величиною при визначенні подачі свіжого повітря вентиляційною системою. Залежно від виду шкідливих домішок розрізняють повітрообмін за видаленням надлишкових вуглекислого газу, вологи, тепла.

При розрахунках вентиляції початковими даними є температура повітря і його відносна вологість як у середині приміщення, так і зовні. Для підтримання заданих параметрів мікроклімату в приміщенні охолоджують або підігрівають зовнішнє повітря.

До основних параметрів вентилятора відносяться його годинна продуктивність L, м3/год, та розрахунковий напір Н, Па. Годинну продуктивність вентилятора можна розрахувати, виходячи із:

витрати повітря, м3/год, на видалення надлишкової вологи, яка визначається так:

, (10.11)

де – видалення вологи із середини приміщення; – волога, яка виділяється тваринами при їх диханні та шкірою при відносній вологості , г/год·гол; – волога, яка виділяється шляхом випаровування з підлоги, поїлок, годівниць, г/год·гол; – допустимий вміст водяної пари в повітрі приміщення, г/м3; – вміст водяної пари в зовнішньому повітрі, г/м3; N – кількість тварин чи птахів, гол.

Значення величин , визначається за формулами:

; , (10.12)

де – відповідно наявність вологи у внутрішньому і зовнішньому повітрі в насиченому стані при даних температурах; – відповідно відносна вологість внутрішнього і зовнішнього повітря; – густина внутрішнього і зовнішнього повітря при даних температурах, кг/м³.

витрати повітря, м³/год, для видалення вуглекислого газу:

, (10.13)

де K_c – кількість вуглекислого газу, яку виділяє 1 кг живої ваги тварини за годину, см³/кг∙год; m – маса тварини, кг; C₂ – допустима кількість вуглекислого газу в одному м³ повітря в приміщенні, у частинах від одиниці; C₁ – концентрація вуглекислого газу в зовнішньому повітрі (C₁=0,0003, C₂=0,03); 1,2 – коефіцієнт, який враховує виділення вуглекислого газу мікроорганізмами та підстилкою.

витрати повітря, м³/год, для видалення надлишків тепла:

, (10.14)

де Q_н – кількість тепла, яку виділяє одна тварина, кДж/год; Q_ог – втрати тепла через зовнішню огорожу, кДж/год; α – температурний коефіцієнт розширення повітря, 1/ºС; C – теплоємність 1 м3 повітря при температурі 0 ºС і нормальному тиску, с=1,283 кДж/м³год; t_в, t_з – відповідно температура внутрішнього і зовнішнього повітря, ºС.

Втрати тепла через зовнішню огорожу приблизно можна визначити за формулою:

, (10.15)

де V – об’єм приміщення за зовнішніми вимірами, м³; g₀ – теплова характеристика приміщення, кДж/м³год. Для утеплених приміщень g₀=2,1–2,9, для не утеплених g₀=2,9–5,1.

Із трьох одержаних значень продуктивності вентилятора за розрахункове приймають найбільше значення.

Кратність повітрообміну визначають так:

, (10.16)

де L_p – розрахункова (найбільша) витрата повітря, м³; V – об’єм приміщення, м³.

Якщо кратність обміну повітря не більше 3, то приймають вентиляційну систему з природною тягою, а якщо більше 3 – з механічним спонукачем тяги.

Якщо припливна вентиляція здійснюється через один повітропровід круглого перерізу, то його діаметр D, м, визначають за формулою:

, (10.17)

де v – швидкість руху повітря в повітропроводі, м/с, v=5-10 м/с.

Розрахунковий напір вентилятора визначають заформулою:

, (10.18)

де Н_ст, Н_д – відповідно статичний та динамічний напір.

Статичний напір визначається за формулою:

, (10.19)

де Н_пр – втрати напору на прямих ділянках повітропроводу, Па; Н_м.о. – втрати напору на подолання місцевих опорів повітропроводу, Па.

У приміщеннях здебільшого застосовують повітропроводи круглого перерізу. Втрати напору, Па, на прямих ділянках у таких повітропроводах визначають за формулою:

, (10.20)

де λ – коефіцієнт опору прямого повітропроводу круглого перерізу; l і D – довжина і діаметр заданої прямої ділянки трубопроводу, м; ρ – густина повітря при заданій температурі, кг/м3 (при температурі 20 ºС, барометричному тиску 760 мм рт. ст. і відносній вологості 50 % ρ = 1,2 кг/м3); v – швидкість повітря, м/с.

Коефіцієнт втрат на тертя λ залежить від числа Рейнольдса Re та відносної шорсткості ∆ повітропроводу. Число Рейнольдса визначають за формулою

, (10.21)

де υ – кінематична в'язкість повітря. При температурі повітря + 20 ºС кінематична в'язкість повітря дорівнює 1,5‧10-5 м²/с.

Відносна шорсткість – це відношення її абсолютного значення до гідравлічного діаметра. Абсолютна шорсткість повітропроводу з нової прооліфеної сталі становить 0,10 - 0,15 мм, оцинкованих стальних труб – 0,10 - 0,15, оцинкованої листової сталі – 0,15 - 0,18, азбоцементних труб – 0,05 - 0,1, з труб, що виготовлені з дерев'яних струганих дощок – 0,15 - 0,3 мм.

Знаючи абсолютну шорсткість, гідравлічний діаметр повітропроводу і число Re , знаходять коефіцієнт втрат на тертя:

. (10.22)

Гідравлічний діаметр повітропроводу D визначають так:

D = 4.F/П, де F і П — відповідно площа, м², і периметр, м, поперечного перерізу повітропроводу. Для повітропроводів круглого поперечного перерізу гідравлічний діаметр дорівнює діаметру повітропроводу.

При малих значеннях Re (ламінарний потік) вплив відносної шорсткості стає незначним. При цьому вираз (10.22) записують так:

. (10.23)

При великих значеннях Re (турбулентний потік) значення виразу 100/Re дуже мале і ним нехтують. При цьому коефіцієнт втрат визначають за залежністю:

. (10.24)

Вираз (10.24) використовують при наближених розрахунках шорстких повітропроводів.

Втрати напору в місцевих опорах:

, (10.25)

де ξ – коефіцієнт місцевого опору, який залежить від конструкції та параметрів фасонної частини повітропроводу; v – найбільша швидкість повітря у даній фасонній частині, м/с.

Динамічний напір можна визначити, користуючись формулою:

. (10.26)

Маючи розрахункові значення продуктивності та напору, за універсальною характеристикою вентилятора при максимальному значенні коефіцієнта корисної дії визначають його параметри за умовами:

; . (10.27)

При роботі вентилятора завжди виникає шум, який не повинен перевищувати значень, встановлених санітарними нормами для відповідних приміщень. Вибір вентилятора передбачає перевірку його шумової характеристики. У ряді випадків надмірно високий рівень шуму обмежує можливості вико­ристання вентилятора з необхідними аеродинамічними характеристиками та потребує спеціальних заходів по зниженню шуму, що ускладнює вентиляційну установку та збільшує її вартісні показники.

При роботі вентилятора також мають місце коливні процеси аеродинамічного походження внаслідок виникнення вихрів в міжлопаткових каналах, пульсацій тиску і швидкості від неоднорідності потоку, а також автоколивань при малих швидкостях системи вентилятор — повітропровід. Коливні процеси аеродинамічного походження є джерелом шуму вентилятора. Крім того, при роботі вентиляторної установки має місце механічний шум, який створюється підшипниками вентилятора та його незбалансованістю. Шум електродвигуна та передавального пристрою не включають до шуму вентилятора. У шумовій характеристиці вентилятора переважають шуми аеродинамічного походження. Процеси генерації шумів у вентиляторі досить складні і математично не описуються. Шумові характеристики одержують експериментально і наводять для кожного вентилятора в графічній формі (рис. 10.12). Маючи графік шуму вентилятора залежно від частоти обертання та подачі і допустимі санітарними нормами значення шумових навантажень, приймають рішення про придатність вентиляційної установки для конкретного приміщення.

При проектуванні вентиляційної установки приймають до уваги фактори, що знижують її шум. З метою зменшення шуму вентилятор із всмоктувальним і нагнітальним повітропроводами з'єднуються за допомогою гнучких вставок з брезенту. Як випливає з рис. 10.12, зниження частоти обертання робочого колеса вентилятора дає можливість знизити шум.

Якщо перераховані заходи не дають можливості довести рівень шуму до норми, використовують спеціальні облицювальні шумопоглинальні матеріали та підкладки під вентиляторну установку.

Рис. 10.12. Шумова характеристика відцентрового вентилятора Ц4-70-5: 1 - канал нагрівання; 2 – канал всмоктування