KURS_LEKTsIJ_IOB

очищенням в EU 6–EU 7, лікарні – EU 3–EU 5 з фінішним очищенням в EU 6– EU 9, операційні та стерильні приміщення – на першій стадії – EU 3–EU 5, на другій – EU 6–EU 9 і фінішне очищення в EU 10–EU 14.

4.8.5. Нагрівачі повітря

Повітронагрівачі (рис. 4.21-4.22) класифікуються:

-за типом теплоносія: водяні, парові;

-за конструкцією теплообмінної поверхні з боку повітря: трубки гладкі,

трубки поребрені;

-за характером руху теплоносію у трубках: одноходові, багатоходові;

-за матеріалом трубок і поребрення: стальні, мідні, алюмінієві та їх сполучення;

-за типом поребрення трубок поверхні теплообміну: платівкове,

спирально-навівне, спирально-накатне та ін.;

-за числом рядів трубок у напрямі руху повітря: однорядні, багаторядні.

Зазначимо, що наведена класифікація повітронагрівачів не вичерпує їх

можливих конструктивних ознак. Майже кожна галузь промисловості ставить свої вимоги до характеристик теплообмінників. Це вимоги компактності (до 500 м2/м3 і вище), хімстійкості, надійності та ін. Але не треба перейматися ідеями конструювання теплообмінників, які створені за специфікою інших галузей промисловості. Техніка вентиляції та кондиціювання повітря звичайних об'єктів господарства має свою шкалу цінностей. Наприклад, у більшості випадків не треба застосовувати дорогі мідні теплообмінники для підігріву повітря, бо звичайні стальні повітронагрівачі виконають це завдання не гірше, але значно дешевші. Техніка вентиляції й кондиціювання повітря мусить задовольняти таким вимогам:

-забезпечувати технологічність виготовлення, надійність та ремонтопридатність обладнання;

-мати помірні капітальні й експлуатаційні витрати.

Для нагрівання повітря в системах вентиляції, кондиціювання та повітряного опалення використовують нагрівачі – калорифери, які бувають водяними, паровими та електричними. В сучасних установках найчастіше використовують електричні, традиційна ж вентиляція передбачає нагрівання повітря у водяних чи парових калориферах.

Калорифери поділяють на гладкотрубні та ребристі, однота багатоходові, пластинчасті, мідно-алюмінієві та спірально-навивні. Гладкотрубні нагрівачі мають велику кількість трубок з гладкою поверхнею. Теплотехнічні характеристики таких калориферів гірші, ніж інших, тому використовуються вони досить рідко.

В ребристих калориферах зовнішня поверхня трубок має ребра, за рахунок чого зростає площа поверхні теплообміну. В пластинчастих калориферах ребра утворюються сталевими пластинами з отворами для одягання на труби. В мідно-алюмінієвих нагрівачах колектори та патрубки виготовлені з мідних трубок з алюмінієвим ребрами, вони компактні, мають оптимальні статичні та аеродинамічні показники (рис. 4.21).

142

зниження надійності роботи повітронагрівача. Дійсно, якщо є такий запас, температура повітря після повітронагрівача буде вище заданої і її треба знижувати шляхом зменшення подачі теплоносія на теплообмінники. А при цьому імовірне виникнення застійних зон у трубках теплообмінника, де швидкість руху теплоносія буде мінімальною, можливе заморожування льодових пробок і повне припинення циркуляції теплоносія у трубці. Кінцевим актом такого процесу буде розрив льодом трубок теплообмінника і його вихід із ладу. Як свідчить досвід експлуатації, ризик такого пошкодження обладнання систем кондиціювання повітря збільшується при температурах зовнішнього повітря, близьких до 0 °С, бо при цьому є найбільшою глибина регулювання кількості теплоносія, що подається на повітронагрівач, і обумовлене цим зниження швидкості руху теплоносія в трубках. Іноді треба зменшити поверхню теплообміну відносно того, що одержано згідно з розрахунком. Наприклад, одержано 2,5-рядний повітронагрівач, а приймається до застосування 2-х рядний, а не 3-х рядний, як це робиться звичайно. Приймаючи таке рішення, слід ураховувати, чи додержують в тепломережі графіка якісного регулювання температури теплоносія.

Розглянемо питання тільки стосовно розрахунків повітронагрівачів припливних вентиляційних систем.

Розрахунок рекомендується виконувати у такому порядку:

1. Задаємося значенням масової швидкості повітря vρ у живому перерізі повітронагрівача й знаходимо приблизну площу живого перерізу повітронагрівача:

де mв - кількість повітря, що нагрівається, кг/год.

2. Виходячи з f, типу та моделі обраного повітронагрівача, визначаємо число встановлених паралельно по повітрю повітронагрівачів. Це

дозволяє визначити дійсну площу живого перерізу по повітрю fд і масову швидкість руху повітря:

теплоємність теплоносія, кДж/(кг °С); ρw – щільність води, кг/м3; n – кількість повітронагрівачів, що паралельно підключені по теплоносію, шт.

4. Знаходимо швидкість теплоносія у трубках:

де fтр – живий переріз трубок повітронагрівача по теплоносію, м2.

5. Коефіцієнт теплопередачі повітронагрівача залежить від його конструкції та гідродинамічного режиму роботи, що визначається величинами швидкості повітря і теплоносія у живих перерізах повітронагрівача. Ця залежність була визначена при теплотехнічних випробуваннях даного повітронагрівача і далі застосовується при його розрахунках на конкретні умови використання. Вона має вигляд

144

де А – числовий коефіцієнт.

Маючи залежність такого типу для обраного повітронагрівача, обчислюють коефіцієнт k.

6. Необхідну поверхню теплообміну всієї повітронагрівальної установки визначаємо за формулою

7. Знаходимо загальну кількість повітронагрівачів, що встановлюються:

де F – теплообмінна поверхня одного повітронагрівача, м2.

8.Число повітронагрівачів приймаємо "nк" – кратним їх кількості у першому ряді установки, що обиралася згідно з п.2. У загальному випадку n1 не дорівнює nк, і тому потрібні подальші обчислення.

9.Обчислюємо дійсну величину поверхні теплообміну:

обираючи новий тип повітронагрівачів.

Аеродинамічний і гідравлічний опір установки визначаються за даним завода-виготовника теплообмінника.

Методика розрахунку повітронагрівачів центральних кондиціонерів відрізняється від наведеної, бо мусить враховувати фіксованість габаритів фронтального перерізу кожного з типорозмірів кондиціонерів.

4.8.7. Повітропроводи

Повітропроводи – пристрої для переміщення повітря по системі вентиляції.

Всі повітропроводи та фасонні частини до них можуть бути круглої та прямокутної форми, металеві, метало пластикові та неметалеві. За конструкцією вони поділяються на прямошовні та спіральні, за способом з'єднання – фланцеві, безфланцеві та зварні. Крім того, повітропроводи бувають гнучкими, напівгнучкими, з тепловою ізоляцією та такими, що виконують функції глушника шуму (рис. 4.25).

нержавіючої сталі. Круглі повітропроводи можуть виконуватись зі стрічки – спірально-навивні або прямо-шовні. Найпоширеніші є прямошовні повітропроводи. Можуть бути спірально – замкові та спірально-зварні повітропроводи. Для з'єднання та комплектації повітряної мережі

145

використовують фасонні частини – трійники, хрестовини тощо. З'єднання повітропроводів в основному виконується на фланцях, досить рідко – зварне.

Металопластикові повітропроводи. Такі повітропроводи легкі, міцні,

виготовляються безпосередньо на об'єкті з листового жорсткого спіненого

пластика з обох сторін покритого шарами алюмінію.

Гнучкі та напівгнучкі повітропроводи. Гнучкі гофровані повітропроводи виготовляються з багатошарової ламінованої алюмінієвої фольги та поліефірної плівки, одягненої на сталевий спіральний каркас із дроту. Такі повітропроводи легкі, термостійкі і при пожежі не виділяють токсичних газів. Товщина стінки і кількість шарів фольги може бути різною. Найміцнішим є повітропровід з тканини, просоченої поліхлорвінілом. Різні фірми постачають на ринок України і повітропроводи з ізоляцією – скловата товщиною 25 та 50 мм між шарами алюмінієвої фольги. Такі повітропроводи можуть виконувати роль глушника шуму. Напівгнучкі гофровані повітропроводи називаються так тому, що після розтягнення повторному стисненню вже не підлягають. Для монтажу повітропроводів використовуються сучасні пристрої – затискачі, вставки, підвіски, з'єднувальні стрічки тощо.

Неметалеві повітропроводи виготовляють із синтетичних матеріалів – поліетилену, вініпласту, склопластику тощо. Повітропроводи з поліетиленової плівки зварюються з двох стрічок і використовуються в припливних системах. Повітропроводи із склотканини виконують в металевому каркасі, основною перевагою є можливість гнуття в будь-який площині та під будь-яким кутом. Вініпластові повітропроводи виготовляють з листа товщиною 3-9 мм і використовують при транспортуванні агресивних середовищ.

Якщо порівнювати переваги та недоліки різних повітропроводів, то слід підкреслити, що круглі порівняно з прямокутними мають менший опір, міцніші та на їх виконання потрібно на 20 % менше металу. Прямокутні ж краще вписуються в інтер'єр при відкритому прокладанні. Гнучкі повітропроводи легкі, не потрібні спеціальні фасонні частини для поворотів, що спрощує монтаж. Однак вони мають значний аеродинамічний опір, тому найчастіше їх використовують для приєднання ділянок мережі. Металопластикові мають невелику вагу та гладку поверхню, не вимагають додаткової теплової ізоляції, однак до цього часу використовуються достатньо рідко.

4.8.8. Запірні, регулюючі пристрої та розподільники повітря Запірні та регулюючі пристрої поділяються за способом регулювання

повітряного потоку – на пристрої з поворотними стулками, діафрагми та шибери, за призначенням – прохідні, змішувальні та розділювальні, за характером дії – запірні і регулювальні, за конструкцією стулок – утеплені і неутеплені.

Повітряні клапани (рис. 4.26)–

пристрої для регулювання витрати повітря, які використовують в припливних вентиляційних установках для припинення доступу зовнішнього

146

відключенні механічного припливу. В кондиціонерах клапани вмонтовуються в спеціальну камеру, яка утворює приймальне відділення. Для запобігання замерзанню лопаток клапанів передбачають його електрообігрів. Розміри клапанів повинні відповідати розмірам каналів, в яких вони встановлені. Під час аеродинамічного розрахунку необхідно враховувати аеродинамічний опір клапанів.

На відгалуженнях повітропроводів для регулювання витрат встановлюється діафрагма, що регулюється, – диск з отвором перемінного перерізу, який працює за принципом діафрагми фотоапарата. Цей пристрій має найбільшу вартість з усіх регулюючих, тому використовується не так часто.

Зворотні клапани використовуються для пропуску повітря в одному напрямку і випускаються в двох варіантах – типу «метелика» та типу «інерційної решітки». Клапан «метелик» має дві підпружинених пелюстки і встановлюється в будь якому положенні. Пелюстковий клапан «інерційна решітка» з легкими пластиковими жалюзями встановлюється лише на

горизонтальних ділянках. Під дією потоку повітря пелюстки піднімаються. Пристрій, через який припливне повітря потрапляє в приміщення,

називають розподільником (рис. 4.27). Вище наводились різновиди струменів, якими припливне повітря подається в приміщення. Компактні струмені утворюються при випуску повітря з патрубків, круглих та прямокутних отворів з решітками та без них тощо. Щільові отвори дають змогу отримати площинні струмені. Дифузори та плафони дозволяють отримати віялові струмені. За конструктивним виконанням розподільники повітря – це решітки, плафони, сопла, перфоровані панелі та повітропроводи, панелі з форсунками, різні насадки тощо.

Решітки бувають припливними та витяжними, регульовані та ні, круглої та прямокутної форми, металеві та пластмасові. Конструкції решіток створюють компактні, плоскі, неповні віялові та інші струмені (рис. 4.28). В конструкції решіток можуть бути регулятор витрати, регулятор характеристики струменю та регулятор напрямку. Деякі конструкції решіток універсальні і можуть використовуватись як у припливних, так і у витяжних системах. Решітки встановлюються в стінах, на стелі, в підлозі. Бувають також перетічні решітки, які перепускають повітря з одного приміщення в інше.

Щільові розподільники створюють далекобійніші площинні струмені, можуть бути регульованими і ні, металеві та пластикові, призначені для будь якої установки.

Плафони встановлюються на стелі і створюють віялові чи конічні струмені. Вони бувають дисковими та багатодифузорними. Дискові мають плоский диск, між яким та корпусом утворюється щілина. Багатодифузорні плафони складаються з кількох конусів і можуть створювати струмені, які

147

розмиваються на невеликій віддалі від плафона. Плафони можуть здійснювати закрутку потоку.

Насадки з форсунками складаються з розподільчої панелі та камери постійного тиску. На панелі розташовані форсунки, через які повітря подається в приміщення окремими закрученими струменями.

Соплові розподільники призначені для подачі повітря з високими швидкостями до 30-40 м/с.

Перфоровані розподільники – панелі чи трубопроводи з перфорацією в стінках призначені для подачі повітря в робочу зону не струменем, а потоком повітря, і використовуються в системах вентиляції витісненням.

4.9 АЕРОДИНАМІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ПОВІТРЯНИХ МЕРЕЖ

Система розподілу повітря (простий повітропровід чи складна мережа) повинна забезпечувати подачу потрібної кількості повітря з мінімальними втратами напору, мати задану швидкість руху повітря та допустимий рівень шуму, бути герметичною та займати якомога менше місця. Системи повітряних комунікацій поділяють на малошвидкісні (зі швидкістю руху повітря в каналі до 13 м/с) та високошвидкісні (13-25 м/с), малого (до 900 Па), середнього (до 1700 Па) та високого тиску (1700-3000 Па). Для невеликих приміщень використовуються низькошвидкісні системи низького тиску. Високошвидкісні з високим тиском використовуються в багатоповерхових будівлях, однак характеризуються вони підвищеним шумом.

Загальний тиск, який утворює вентилятор, повинен відповідати загальним втратам тиску на шляху руху повітря. Такі втрати виникають за рахунок тертя повітря об стінки повітропроводу, поворотів, змін поперечного перерізу повітропроводу тощо. Втрати тиску впливають на витрати електроенергії вентилятором, тому монтаж системи потрібно виконувати з найменшою кількістю вигинів, поворотів та змін перерізів.

Розрахунок мережі повітропроводів зводиться до встановлення втрат тиску в повітропроводах при заданій витраті повітря. Задаючись перерізом чи діаметром повітропроводу, визначають швидкість і втрати тиску на 1 м довжини. Сумарні втрати тиску визначаються за виразом:

де R – втрати тиску на тертя на 1 погонний метр повітропроводу, кг/м2, l – довжина повітропроводу, м; z – втрати тиску в місцевих опорах, кг/м2.

Якщо температура повітря відрізняється від 20 °С, то вводяться поправочні коефіцієнти.

Втрати тиску на тертя в круглих повітропроводах можна визначити за виразом:

де λ – коефіцієнт опору тертя; l – довжина повітропроводу, м; d – діаметр повітропроводу; м; v – швидкість, м/с; ρ – густина повітря, кг/м3.

v2

Значення 2g називають динамічним тиском.

148

де Σξ – сума коефіцієнтів місцевих опорів, значення яких наведені в довідковій літературі.

Аеродинамічний розрахунок проводять в два етапи – спочатку розраховують магістральний напрямок, потім – відгалуження.

Аеродинамічний розрахунок виконують різними методами:

•питомих втрат тиску (метод Рітшеля);

•динамічних тисків, коли втрати тиску на тертя замінюють втратами в місцевих опорах;

•еквівалентних довжин, коли втрати тиску в місцевих опорах замінюють трубопроводом еквівалентної довжини;

•еквівалентних отворів, коли окремий повітропровід замінюється соплом чи отвором;

•характеристик труб;

•еквівалентних опорів.

Розрахунок кожної ділянки гілки виконують в наступному порядку.

1.Визначають необхідну площу каналу.

2.Підбирають стандартний перетин каналу з близьким значенням площі.

3.Знаходять еквівалентний діаметр повітропроводу.

4.За допомогою таблиць або номограми по витраті повітря L і еквівалентному діаметру визначають питомі втрати тиску на тертя, швидкість і динамічний тиск.

5.Визначають втрати тиску на тертя і місцеві втрати тиск.

6.Визначають втрати тиску на ділянці.

Після цього знаходять сумарні втрати тиску в гілці. Якщо з першої спроби нерівність не виконується - слід змінити перетин повітропроводів. Аналогічні розрахунки виконують і для інших гілок. Всі розрахунки виконують в табличній формі.

4.10 ДЖЕРЕЛА ШУМУ В СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦІЇ ТА КОНДИЦІЮВАННЯ ПОВІТРЯ. ЗАХОДИ ДЛЯ ЗНИЖЕННЯ РІВНЯ ШУМУ

Звук – це хвильовий рух пружного середовища, який сприймається органом слуху.

Шумом називають різнорідні звуки, які заважають сприймати бажані звуки, порушують тишу чи викликають подразнюючу або шкідливу дію на організм людини.

Шуми та звуки створюються хвилями в повітрі, повітропроводах, системі гідравліки тощо. Швидкість поширення звуку в повітрі – близько 340 м/с, у воді

– 1370 м/с, в сталі – 4880 м/с. Основним параметром шуму є його частота – кількість коливань в секунду. Одиницею виміру частоти є герц – коливання в секунду. Людина розпізнає звуки з частотою від 20 до 20000 Гц – низькі частоти – 20-200 Гц, середні 250-1000 Гц,високі до 8000 Гц і вище. Звук, який має частоту нижче 20 Гц, називають інфразвуком і він може стати причиною коливань стінок повітропроводів. Діапазон частот поділяється на вісім стандартних груп хвиль, які називають «вісімковими групами». Кожна група

149

характеризується середньою для неї частотою хвилі – 63 Гц, 125 Гц, 250 Гц, 500 Гц, 1000 Гц, 2000 Гц, 4000 Гц та 8000 Гц. Поділ на вісімкові групи допомагає визначити звуковий спектр шуму з розподілом звукової енергії за різними частотами.

Для вимірювання шуму використовується величина логарифмічного типу

– децибел (дБ), яка характеризує звуковий рівень шуму. В табл. 4.8 наведені

типові джерела шуму.

Таблиця 4.8

Типові джерела шуму

врахуванням чутливості людського вуха. Рекомендації з фонових шумів наведені в табл. 4.9.

Вентиляційні установки, кондиціонери та інше обладнання створюють певний шум під час роботи, рівень якого становить 25-50 дБ. Передача шуму від джерела може відбуватись:

·через повітря: джерелом шуму може бути установка, труба, стінка тощо, цей шум безпосередньо сприймається людьми;

·шум гідравлічних систем – передається рідиною;

·шум, який поширюється через споруди. Його джерело – вібрація, яка передається на будівельні конструкції.

Для зниження шумового рівня в системах вентиляції та кондиціювання здійснюють одночасно чи послідовно заходи, які відносяться безпосередньо до джерела шуму та заходи, які відносяться до шляхів передачі шуму. Такі заходи потрібно передбачати на стадії проектування, що дає можливість отримати

150