KURS_LEKTsIJ_IOB

температурі і вологості, система терморегуляції не виконує свого завдання і настає перегрів організму.

4.6.2. Розрахунок надходжень шкідливих речовин від людей та потрібний

обмін повітря

Розрахунок надходжень тепла, вологи та вуглекислого газу виконується одночасно і за однією методикою та нормативною літературою. Розрахунок належить виконувати для трьох періодів з врахуванням значення температури внутрішнього повітря для кожного періоду та з використанням питомих виділень тепла, вологи та вуглекислого газу, які наводяться в довідковій літературі та в табл. 4.6, 4.5, за наступними виразами:

де N – кількість людей в приміщенні; qя, qп – питомі виділення явного та повного тепла, Вт/люд; Qя, Qп – надходження явного та повного тепла від людей, Вт; mw – питомі виділення вологи однією людиною, г/(год·люд); Мw – надходження вологи від людей, г/год; vCO2 – питомі виділення СО2 однією людиною, л/(год·люд); VСО2 – надходження вуглекислого газу від людей, л/год.

Питомі надходження від людей залежать від важкості роботи та

Вентиляція призначена для видалення із приміщення шкідливих виділень за рахунок обміну повітря. Бажано, щоб ця мета досягалась з мінімальними витратами на обробку повітря, тому під час проектування системи вентиляції найважливішою задачею є встановлення мінімального обміну повітря, який забезпечував би потрібний результат із заданим коефіцієнтом забезпеченості. Цей мінімальний обмін повітря зазвичай називають потрібним обміном. Існують такі обміни повітря:

•повітрообмін на асиміляцію явної теплоти;

•повітрообмін на асиміляцію повної теплоти;

•повітрообмін на видалення вологи;

•повітрообмін на розбавлення шкідливих речовин, які надходять у приміщення, до ГДК (в житлових та адміністративних будинках – за вуглекислим газом);

•повітрообмін за санітарними нормами;

131

•повітрообмін за нормативною кратністю.

Розрахунок потрібного обміну повітря виконують для трьох розрахункових періодів – теплого, перехідного та холодного. Перед розрахунком виконують розрахункову схему приміщення, варіант якої для громадської будівлі наведено на рис. 4.2.

Для розрахунку потрібного обміну повітря потрібно знати параметри повітря на впуску в приміщення, в самому приміщенні та при видаленні з приміщення, а також кількість шкідливих виділень. Параметри зовнішнього повітря та на окремих стадіях обробки не принципові – при розрахунку розглядається винятково приміщення.

В основу розрахунку обміну повітря покладено положення про стаціонарність режиму вентиляції, коли всі шкідливі речовини видаляються з приміщення разом з повітрям, не відбувається їх накопичення і значення

концентрацій та температур не змінюються в часі. З поняттям стаціонарного режиму пов'язане поняття балансу, тобто рівноваги. При розрахунку обміну мова йде про баланс повітря та шкідливих виділень.

Баланс повітря записується виразом:

Величина явного та повного тепла у формулах наведена в Вт, надходження вологи – в г/год, надходження вуглекислого газу – в л/год, значення витрат повітря – в кг/год.

Комбінуючи одне із рівнянь балансу шкідливого виділення з рівнянням балансу повітря, отримують систему з двох рівнянь, вирішуючи яку знаходять витрату повітря. Але ще до початку розрахунку всі інші величини, які входять в рівняння, потрібно визначити. Балансові рівняння за різними видами шкідливих виділень наведені в табл. 4.6.

В розрахунку обміну повітря за вуглекислим газом символи Сп і Свд означають концентрації вуглекислого газу в припливному повітрі та повітрі, яке видаляється.

132

В традиційній вентиляції виконують розрахунки за всіма видами шкідливих виділень, хоча при користуванні I-d діаграмою з достатньою точністю можна визначити, який з них має найбільший вплив, і тоді розрахунок здійснюють лише за ним.

Потрібний обмін повітря за санітарними нормами визначається залежно від кількості людей N, які перебувають в приміщенні, та мінімальної витрати свіжого повітря Lпит, яку потрібно подавати в приміщення на одну людину.

В приміщеннях громадських будівель питома витрата повітря на одну людину становить 60 м3/год, а для глядацьких зал, зал засідань та інших приміщень, в яких люди перебувають до 3 годин безперервно, – 20 м3/год на одну людину. Для спортивних зал без глядачів мінімальна витрата на одну людину становить 60 м3/год, якщо ж є глядачі, то розрахунок проводять окремо для спортсменів та глядачів.

Для допоміжних приміщень, в яких тепловий та повітряний режими є типовими (санвузли, склади, адмінприміщення, вестибюлі тощо), розрахунок обміну повітря здійснюється за нормативною кратністю. Кратністю обміну повітря називають відношення об'ємної витрати повітря до об'єму приміщення:

Кратність повітрообміну по суті – це питомий обмін повітря, віднесений до одиниці об'єму приміщення. Нормативна кратність – це питомий обмін, встановлений нормативними документами на одиницю об'єму приміщення, одиницю обладнання, одного відвідувача, одну порцію їжі, один санітарний прилад тощо. Значення нормативних кратностей встановлюються окремо для припливу та окремо для видалення повітря. Якщо в нормативних даних не наводяться значення кратності за припливом, це свідчить про те, що організовану подачу повітря в це приміщення не виконують.

Втрадиційній вентиляції розрахунковий обмін повітря для основних приміщень для кожного періоду року вибирають з вирахуваних для кожного шкідливого виділення та за санітарними нормами. В промислових будівлях можуть бути і інші види обмінів повітря – за місцевими відсмоктувачами, за місцевим припливом тощо. Розрахунковим приймається найбільший з потрібних обмінів повітря. Після вибору обміну повітря зазвичай визначають потрібну кратність обміну повітря.

Всучасних умовах системою вентиляції забезпечують повітрообмін за санітарними нормами, а надлишки тепла чи вологи видаляють за рахунок використання спеціальних пристроїв для обробки повітря.

4.7 РУХ ПОВІТРЯ В ПРИМІЩЕННЯХ

Подача розрахункової витрати припливного повітря в приміщення в багатьох випадках ще не гарантує того, що потрібний обмін повітря буде забезпечено. Ефективність вентиляційної системи та комфортні умови безпосередньо залежать від поведінки припливного повітря, конструкції розподільників повітря та взаємного розташування припливних та витяжних

133

отворів. Вентиляція приміщень здійснюється в основному розбавленням та витісненням.

4.7.1. Вентиляція розбавленням

Використання такого методу (загальнообмінна вентиляція чи вентиляція зосередженими струменями) передбачає надходження в приміщення одного або кількох повітряних струменів (потік повітря з кінцевими розмірами) поза робочою зоною. При цьому повітряний потік підхоплює велику кількість внутрішнього повітря, яке змішується з припливним струменем. Струмінь розподіляється приміщенням, розширюється, але втрачає швидкість. Такий процес називають ежекцією підсмоктуванням внутрішнього повітря припливним струменем. Рух повітря, створений струменем, швидко поширює припливне повітря у всьому об'ємі приміщення і шкідливі виділення розчиняються у припливному повітрі та рівномірно розподіляються у всьому приміщенні.

Проектування вентиляції цього типу повинно передбачати достатньо

низьку швидкість повітряного струменя в робочій зоні.

Вільні ізотермічні струмені повітря. Повітряний струмінь, утворений повітрям кімнатної температури, яке надходить до приміщення через отвір і не має перешкод, називають вільним ізотермічним струменем (рис. 4.3). Струмінь має кілька зон, але з практичної точки зору найважливішою є основна ділянка, на якій створюється турбулентний потік. Осьова швидкість на цій ділянці обернено пропорційна відстані від отвору. Кут розширення, на значення якого впливають форма і кількість отворів та геометрія приміщення, за літературними даними становить 20-24°. Його збільшують, використовуючи спеціальні конструкції розподільників повітря, але на порівняно невеликій відстані від отвору потік однаково перетворюється на струмінь з вказаним кутом розширення.

Різні типи розподільників повітря формують і струмені різних типів – конічний, площинний, кільцевий, віяловий. Однак на форму струменя впливає не тільки форма розподільника, а й розташування отвору. Якщо отвір розташований поблизу поверхні огородження, то струмінь настилається на цю поверхню і називається настилаючим чи напівобмеженим (рис. 4.4). Механізм його виникнення (ефект Коанди) достатньо простий – повітря, яке знаходиться між стелею та припливним струменем, підхоплюється потоком, створюючи розрідження, яке відхиляє струмінь.

Струмінь буде настилатися лише тоді, коли відстань від припливного отвору до стелі не перевищуватиме 0,3 м. Горизонтальний кут розширення збільшується до 30°, вертикальний залишається в звичайному діапазоні. Швидкість повітря в такому потоці зростає. Ефект Коанди використовують для подачі холодного повітря в приміщення вздовж стелі, звідки припливне повітря опускається в робочу зону.

134

Одним з важливих показників є далекобійність струменя. Для настінних розподільників повітря в каталогах вказується значення х0,2 – відстань до точки, де осьова швидкість струменю падає до 0,2 м/с. Системи вентиляції проектуються таким чином, щоб в робочій зоні уникнути високої швидкості повітряних потоків. Оскільки в більшості випадків припливні потоки не досягають робочої зони, то для неї важливою є швидкість зворотних повітряних потоків (руху повітря від протилежної до місця розташування припливного отвору стіни). Швидкість зворотного потоку становить близько 70 % від кінцевої швидкості струменю. Якщо швидкість струменю біля протилежної стіни становить 0,2 м/с, то швидкість зворотного потоку дорівнюватиме 0,14 м/с. Така швидкість приймається максимальною при забезпеченні комфортних умов в приміщенні. Тому для розподільника, розташованого на стіні поблизу стелі, рекомендують величину x0,2, рівну глибині приміщення.

Для розподільника, розташованого на стелі, в довідниках наводиться горизонтальна довжина струменя. Для приміщень висотою не більше 3,5 м використовують горизонтальний розподіл повітря. Потрібну далекобійність струменя визначають за аналогією зі стіновим розподільником. Слід також враховувати, що при використанні такого розподільника струмінь буде настилаючим, а повітря в приміщенні рухатиметься до центра плафону, тому на

поверхні стелі довкола розподільника накопичуватиметься пил.

Структура повітряного потоку залежить не лише від форми розподільника повітря та його розташування відносно стін та стелі. Важливе значення має і форма приміщення. Якщо поперечний переріз струменю досягає 40 % поперечного перерізу приміщення, ежекція внутрішнього повітря припиняється і струмінь не проникає на всю глибину приміщення. Він розвертається і у вигляді зворотного потоку рухається туди, де повітря підсмоктується припливним струменем. Збільшення початкової швидкості струменю не дозволяє збільшити його довжину. В тій частині приміщення, до якої струмінь не дістає, утворюються один або два циркуляційних потоки, залежно від глибини кімнати. Вважається, що струмінь проникає до кінця кімнати, якщо глибина кімнати перевищує висоту не більше, ніж в три рази.

Неізотермічні струмені повітря. Неізотермічним називають струмінь, температура повітря якого відрізняється від кімнатної. Для неізотермічних умов характер процесу ускладнюється через те, що температурний вплив на струмінь відхиляє його вниз. Відхилення струменя від початкового напрямку залежить від різниці температур припливного та внутрішнього повітря. Холодний настилаючий струмінь ефектом Коанди притискається до стелі, а температурний вплив на певній віддалі від припливного отвору відриває його від поверхні. Існують емпіричні формули для визначення відстані між отвором та точкою відриву.

Ефект Коанди дуже вигідно використовувати при подачі в приміщення холодного повітря. Настилаючий струмінь краще змішується з внутрішнім повітрям і зростання температури досягається раніше, ніж повітря надійде до робочої зони. При цьому слід забезпечити високу початкову швидкість, інакше струмінь настилатися не буде. Якщо ж струмінь відірветься від стелі занадто рано, холодне повітря надійде в робочу зону. Тому під час проектування користуються наступним критерієм: відстань до точки відриву повинна

135

становити 60 % від глибини кімнати, що забезпечує максимальну швидкість в робочій зоні на такому ж рівні, як і при ізотермічних процесах. Якщо відрив настане раніше, то висока швидкість струменя та різниця температур призведуть до утворення протягів.

4.7.2. Вентиляція методом витіснення

Традиційний спосіб вентиляції виробничих приміщень – вентиляція потоком, який витісняє. Його використовують і для комфортної вентиляції. При правильних розрахунках цей спосіб забезпечує високу ефективність вентиляції.

Розподільники повітря при такому способі встановлюються на незначній висоті над підлогою і повітря подається безпосередньо в робочу зону. Конвективні потоки від людей та інших джерел тепла піднімаються вгору і нагріте повітря видаляється через витяжні отвори, розташовані на стелі. Правильно запроектована система забезпечує дуже високу якість повітря. Однак широкому застосуванню перешкоджає таке:

·розподільники повітря мають великі розміри та займають багато

місця;

·розподільники часто закриваються;

·через високу швидкість повітря виникає проблема протягів;

·надто великі значення температурного градієнта.

Крім того, наявність кількох джерел тепла, розташованих на різній висоті, рух людей та предметів в приміщенні сприяють рухові повітря з верхньої зони в нижню, що перетворює метод у вентиляцію розбавленням. Однак потрібно відмітити, що вентиляція витісненням використовується в так званих системах вентиляції підлоговими каналами (UFAD системи) та при використанні певних типів кондиціонерів – прецизійних чи шафових.

4.8 ВЕНТИЛЯЦІЙНЕ ОБЛАДНАННЯ ТА АКСЕСУАРИ

До систем вентиляції входять групи різного обладнання – вентилятори, вентиляторні агрегати, вентиляційні установки, глушники шуму, фільтри, калорифери, регулятори та розподільники потоків тощо.

4.8.1. Вентилятори Вентилятор – це механічний пристрій, призначений для транспортування

повітря в системах механічної вентиляції. За конструкцією та принципом дії вентилятори поділяють на: осьові (аксіальні), радіальні (відцентрові) та діаметральні (тангенційні). За повним тиском, який вони створюють, вентилятори бувають низького (до 1 кПа), середнього (до 3 кПа) та високого (до 12 кПа) тиску, за напрямком обертання робочого колеса – правого та лівого обертання. Залежно від того, для транспортування якого середовища вони призначені, вентилятори поділяють на звичайні, корозійностійкі, термостійкі, вибухобезпечні та пилові. За способом з'єднання робочого колеса з електродвигуном вентилятори можуть бути з безпосереднім з'єднанням, зі з'єднанням через еластичну муфту, з клиноремінною передачею та з регульованою безступеневою передачею. За місцем встановлення вентилятори

136

поділяють на звичайні, встановлені на спеціальній опорі, канальні, встановлені безпосередньо в повітропроводі та дахові, встановлені на даху.

Основними характеристиками вентиляторів є такі параметри: витрата повітря, м3/год; повний тиск, Па; частота обертання, об/хв.; споживана потужність, кВт; коефіцієнт корисної дії; рівень звукового тиску, дБ.

Осьовий вентилятор (рис. 4.5) – це розташоване в циліндричному корпусі колесо із консольних лопатей, закріплених під кутом до площини обертання. Робоче колесо найчастіше закріплюється на валу електродвигуна. При обертанні колеса повітря захоплюється лопатями і

транспортується в осьовому напрямку. Порівняно з іншими типами, осьові вентилятори мають більший ККД і застосовуються в основному для подачі значної кількості повітря при малих опорах мережі.

Радіальний вентилятор (рис. 4.6,) – це розташоване в спіральному корпусі робоче колесо, при обертанні якого повітря потрапляє в простір між лопатями, рухається в радіальному напрямку і стискається.

За призначенням вентилятори підрозділяють на: вентилятори загального призначення – для переміщення чистого і мало запиленого повітря з температурою до 80°С; у корозійностійким виконання - для пересування газоподібних корозійностійких середовищ; в іскрозахисному виконанні – для переміщення вибухонебезпечних і легкозаймистих середовищ; пилові – для

пересування повітряних мас, що містять пил і інші домішки в кількості більше

100 мг/м3.

Під дією відцентрової сили повітря відкидається в спіральний корпус і спрямовується в нагнітальний отвір. Лопатки робочого колеса виготовляють загнутими вперед чи назад. В системах вентиляції та кондиціювання застосовують такі радіальні вентилятори: одностороннього чи двостороннього всмоктування, на одному валу з двигуном чи ні, із загнутими вперед чи назад лопатями.

створюють плоский рівномірний потік повітря великої ширини і досить широко використовуються в установках кондиціювання та вентиляції.

Вентилятори підбирають за індивідуальними характеристиками, наведеними в каталогах фірм – виробників, таким чином, щоб при заданих значеннях витрати та тиску ККД вентилятора був максимальним.

137

4.8.2. Вентиляторні агрегати

Вентиляторний агрегат – це установка, в якій вентилятор змонтований з електродвигуном. Більшість вентиляторів надходить в агрегатованому вигляді. До вентиляторних агрегатів відносяться канальні та дахові вентилятори.

Канальні вентилятори призначені для встановлення безпосередньо у

4.8.3. Вентиляційні установки

Вентиляційні установки поділяють на припливні, витяжні, припливновитяжні та повітряно-теплові завіси.

Припливні установки призначені для подачі в приміщення свіжого повітря і здійснюють його фільтрування, нагрівання та подачу в систему повітропроводів. Припливна вентиляційна установка (рис. 4.10) складається з корпусу, в якому змонтовані фільтр, калорифер, вентилятор, система автоматики та звукоізоляція. Система автоматичного регулювання дозволяє плавно регулювати теплову потужність калорифера. При застосуванні такої установки додатково використовуються пристрої для забору повітря, клапани, глушники шуму, регулюючі пристрої та розподільники повітря. Вибір здійснюється за продуктивністю та потрібним тиском.

витяжні вентиляційні установки. До складу установки входить вентилятор двостороннього всмоктування, який з'єднується з електродвигуном ремінною передачею. Передбачається встановлення пристроїв для забезпечення герметичності та зменшення вібрації.

138

Припливно-витяжні установки з

утилізацією тепла (рис. 4.11) широко використовуються в офісних приміщеннях, кіноконцертних залах тощо. На ринок України такі установки надходять від багатьох фірм і є достатній вибір. До складу такої установки входять вентиляторні агрегати припливного та

Рис. 4.11 Конструкція припливно- витяжного повітря, фільтри для очищення витяжної установки повітря, калорифери для нагрівання припливного повітря та пристрій для утилізації тепла витяжного повітря. Залежно від типу утилізатора до 90 % тепла може утилізуватись. Установки дуже легко монтуються та прості в експлуатації.

Для утилізації тепла в системах кондиціювання чи вентиляції використовуються такі способи (рис. 4.12-4.15):

•Twivent – з двома теплообмінниками батарейного типу та проміжним теплоносієм;

•Directvent – з пластинчатим рекуперативним теплообмінником;

•Heatvent – із застосуванням теплових труб;

•Rotorvent – з обертовим ротором – регенератором. Ефективність утилізації тепла при використанні роторів становить 80-90 %, установок з тепловими трубами 55-75 %, з пластинчатими перехресноструменевими рекуператорами – 40-60 % та з теплообмінниками батарейного типу – 40-45 %.

Twivent. В якості проміжного теплоносія використовується водний розчин етиленгліколю, оскільки він замерзає при температурах нижче 0 °С та не викликає корозії. Використання такої схеми дозволяє утилізувати теплоту в установці з віддаленими один від одного потоками припливного та витяжного повітря, хоча за рахунок проміжного теплоносія ефективність утилізації падає.

Directvent. В рекуперативних перехресноструменевих теплообмінниках передача еплоти здійснюється через стінки каналів, які відокремлюють повітряні потоки. Канали утворюються чергуванням плоских та гофрованих алюмінієвих пластин.

Heatvent. Це рекуперативні утилізатори на базі теплових труб з об'єднаними тепловими потоками. Теплова труба – це герметична посудина, заправлена фреоном – рідиною, яка легко випаровується. Робоча рідина за рахунок теплого повітря випаровується, піднімається вгору і там конденсується, віддаючи тепло холодному повітрю. Конденсат збігає в нижню частину. Теплові труби використовуються для підвищення ефективності осушення повітря.

139