2.3.6. Расчет системы вентиляции

Порядок проектирования общеобменной механической вентиляции.

1. Выбор конфигурации вентиляционной сети. Расчетную схему составляют в зависимости от размещения оборудования.

2. Определение необходимого воздухообмена при общеобменной вентиляции.

3. Расчет воздуховодов. Зная требуемое количество воздуха на отдельных участках воздуховодов, определяют их поперечные размеры с учетом допустимых скоростей движения воздуха.

4. Выбор вентилятора и электродвигателя.

Для проектирования и расчета вентиляции производственных помещений необходимы следующие данные: наименование цеха и его размеры, число рабочих мест и их назначение, численность работающих, характер и категория работ по уровню энергозатрат, перечень и размещение оборудования, машин, время работы, места выделения загрязнений (газов, паров, аэрозолей), интенсивность теплового облучения работников, значения предельно допустимых концентраций вредных веществ (по ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» или по гигиеническим нормативам ГН 2.2.5.1313-03), характеристика веществ по пожаро- и взрывоопасности.

Количество воздуха, необходимое для вентиляции производственного помещения, называется вентиляционным воздухообменом (L, м³/ч).

Вентиляционный воздухообмен следует определять расчетом, исходя из условий производства и наличия избыточной теплоты, влаги или вредных веществ.

1. При отсутствии в помещении источников выделения вредностей L определяют по количеству воздуха на одного человека:

(2.1)

где L – расход воздуха в помещении (м³/ч); L₁ – расход воздуха на одного человека: n – количество рабочих в помещении.

Расход воздуха на одного человека приведен в требованиях к вентиляции (п. 2.3.2).

2. При наличии вредных паров и газов необходимый воздухообмен определяется исходя из условия разбавления их до допустимых концентраций:

(2.2)

где G_вр – количество выделяющихся вредных веществ, мг/ч. Принимают по технологическим данным или из справочной литературы; С_пр, мг/м³ – концентрация вредных веществ в приточном воздухе, должна быть по возможности минимальной и не превышать 30 % ПДК (С_ПДК).

Этим методом расчета пользуются при равенстве количества приточного и удаляемого системой вентиляции воздуха, отсутствии в производственном помещении местных вентиляционных отсосов, равномерном распределении вредных веществ по помещению и постоянстве концентрации вредных веществ.

3. При выделении избытков явной теплоты в помещении вентиляционный воздухообмен (без учета количества тепла, уносимого с воздухом, удаляемым через местные отсосы) определяют по следующему отношению:

(2.3)

где ΔQ_изб – избытки явного тепла в помещении, кВт; С_ρ – удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, кДж/(кг·ºС); ρ_пр – плотность приточного воздуха, кг/м³; t_у – температура удаляемого воздуха, ºС; t_п – температура воздуха, подаваемого в помещение, ºС.

Температуру воздуха, удаляемого из помещения, определяют по формуле

(2.4)

где t_рз – температура в рабочей зоне, которая не должна превышать допустимую по нормам, т. е. t_рз ≤ t_доп; α – температурный градиент по высоте помещения, ºС/м; Н – расстояние от пола до центра вытяжных отверстий, м; 2 – высота рабочей зоны, м. Для помещений с избытками явного тепла меньше 23 Вт/м³ можно принять α = 0,5 ºС/м, для «горячих» цехов, где избытки явного тепла равны или больше 23 Вт/м³ – α принимает значения от 0,7 до 1,5 ºС/м.

Температура приточного воздуха при наличии избытка явной теплоты должна быть на 5 –8 ºС ниже температуры воздуха в рабочей зоне.

4. При выделении влаги необходимый воздухообмен находится по формуле:

(2.5)

где G_вп – масса водяных паров, выделяющихся в помещении, г/ч; ρ_пр – плотность приточного воздуха, кг/м³; d_у – допустимое содержание водяного пара в воздухе при нормативной температуре и относительной влажности воздуха, г/кг; d_пр – влагосодержание приточного воздуха, г/кг.

При одновременном выделении теплоты, влаги, вредных веществ следует рассчитывать воздухообмен для каждого из этих факторов и принимать наибольшее из полученных значений.

5. Метод определения необходимого количества воздуха по кратности вентиляционного воздухообмена. Применяют для ориентировочных расчетов, когда неизвестно количество выделяющихся вредных веществ.

Отношение воздухообмена к объему помещения дает величину кратности воздухообмена для данного помещения k, 1/ч:

где L – объем воздуха, подаваемого или удаляемого из помещения, м³/ч; V – объем вентилируемого помещения, м³.

Отсюда:

. (2.6)

Величина k обычно составляет от1 до 10.

Расчет сети воздуховодов сводится к определению потерь давления в них при данном расходе воздуха. Воздухопровод состоит из участков, характеризуемых постоянством расхода и поперечного сечения, а, следовательно, и скорости. К участкам относят и примыкающие к ним фасонные части – местные сопротивления. Общие потери давления Δр, Па, в сети воздуховодов для стандартного воздуха (температура t = 20 ºС и плотность ρ = 1,2 кг/м³) определяются по формуле:

(2.7)

где Δp_тр – потеря давления, обусловленная трением, Па; Δp_мс – потери давления на преодоление местных сопротивлений, Па.

Потеря давления на трение на прямолинейном участке в круглых воздуховодах определяются по формуле:

(2.8)

где ξ_тр – коэффициент потерь на трение; l_i – длина i-го прямолинейного участка воздуховода, м; d_i – диаметр воздуховода на i-том участке, м; v_i – скорость движения воздуха на i-том участке, м/с; ρ – плотность воздуха, перемещаемого по воздуховоду, кг/м³.

Коэффициент потерь на трение определяется по эмпирической формуле

(2.9)

где d – диаметр воздуховода на i-том участке в см.

Зависимость плотности воздуха от температуры при нормальном атмосферном давлении приведена в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Объемная масса воздуха при нормальном барометрическом давлении

tв, ºC	15	17	19	21	23	25	28	30	35	40	45	50
ρ, кг/м3	1,228	1,217	1,209	1,201	1,193	1,185	1,173	1,165	1,146	1,128	1,110	1,093

Если воздуховод имеет не круглое, а прямоугольное сечение, в формулу надо подставлять эквивалентный диаметр, который для воздуховода со сторонами А и В равен:

d_экв = 2А∙В/(А + В).

Скорости движения воздуха определяются исходя из минимальной стоимости эксплуатации сети и надежности работы воздуховодов без засорения их отложениями пыли.

С увеличением скорости движения воздуха уменьшается площадь поперечного сечения воздуховодов, понижается их первоначальная стоимость, но одновременно возрастают эксплуатационные расходы, связанные с затратой энергии на преодоление потерь давления в сети при повышенной скорости движения воздуха; возрастают также аэродинамические шумы и вибрации в воздуховодах.

В магистралях рекомендуется принимать большие скорости, чем в ответвлениях, причем по мере приближения к вентилятору желательно их постепенно увеличивать.

Примерные скорости в воздуховодах рекомендуется принимать по таблице 2.5.

Таблица 2.5

Ориентировочные скорости воздуха в каналах и воздуховодах при механическом

побуждении, м/с

Наименование воздуховодов	Вспомогательные и административные здания	Промышленные здания
Магистральные сборные каналы и воздуховоды	5-8	5-12
Ответвления	1-5	2-8
Вытяжные шахты	4	4-6

Потери давления на преодоление местных сопротивлений определяются по формуле

(2.10)

где ∑ξ_мс– сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке воздуховода.

Коэффициенты местных сопротивлений выбираются по справочникам. Отдельные значения приведены ниже:

колено круглого сечения при α = 90⁰ξ_к= 1,13

диффузор вентилятора ξ_{д в}= 0,15

дефлектор ξ_д= 0,64

фильтр ξ_ф= 5

глушитель ξ_г= 7.

Если сопротивление оказалось слишком большим, размеры воздуховодов увеличивают и производят пересчет сети.

Исходными для выбора вентилятора по его характеристикам являются полученные из расчета воздуховодов величины L и Δp, а также соображения конструктивного и эксплуатационного характера. Необходимо стремиться к выбору такого вентилятора, который будет работать наиболее экономично, т. е. при наибольшем к.п.д. и относительном небольшой скорости вращения колеса.

Выбор проводят по диаграмме, которая выражает связь между давлением, производительностью и к.п.д. при определенных частотах вращения (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Аэродинамическая характеристика ВР280-46 № 2

При выборе электродвигателя к вентилятору установочную мощность электродвигателя N, кВт, определяют по формуле

(2.11)

где L – производительность вентилятора (или необходимый воздухообмен в помещении), м³/ч; p – рабочее давление вентилятора (или расчетное сопротивление сети), Па; η_в – к.п.д. вентилятора, принимаемый по характеристикам; η_п – к.п.д. передачи, значение которого приведено в таблице 2.6; k_з – коэффициент запаса мощности, принимаемый по таблице 2.7.

Таблица 2.6

Значение к.п.д. передач

Вид передачи	ηп
Непосредственная насадка колеса на вал электродвигателя	1,00
Соединение вала вентилятора и электродвигателя при помощи муфты	0,98
Ременный привод с клиновыми ремнями	0,95
Ременный привод с плоским ремнем	0,90

Таблица 2.7

Коэффициент запаса мощности k_з

Мощность на валу электродвигателя, кВт	Коэффициент запаса при вентиляторе
	радиальном	осевом
до 0,5	1,50	1,20
от 0,51 до 1	1,30	1,15
от 1 до 2	1,20	1,10
от 2 до 5	1,15	1,05
более 5	1,10	1,05