Расчет вентиляции по тепловыделениям

2. Расчёт потребного воздухообмена при общеобменной вентиляции Общие сведения

Вентиляция – организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения воздуха, загрязнённого вредными примесями (газами, парами, пылью), и подачу в него свежего воздуха.

По способу подачи в помещение свежего воздуха и удалению загрязнённого системы вентиляции подразделяют на естественную, механическую и смешанную. По назначению вентиляция может быть общеобменной и местной.

Методика расчёта

При общеобменной вентиляции потребный воздухообмен определяют из условия удаления избыточной теплоты и разбавления вредных выделений свежим воздухом до допустимых концентраций. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны устанавливают по ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

(2.1)

гдеQизб– избыточное количество теплоты, кДж·ч;с– теплоёмкость воздуха, Дж/кг·К;с= 1,2 кДж·кг К;р– плотность воздуха, кг/м3; t уд– температура воздуха, удаляемого из помещения, принимается равной температуре воздуха в рабочей зоне,t пр– температура приточного воздуха,оС.

Расчётное значение температуры приточного воздуха зависит от географического расположения предприятия; для Москвы её принимают равной 22,3оС.

Температуру воздуха в рабочей зоне принимают на 3…5оС выше расчётной температуры наружного воздуха.

Плотность воздуха, поступающего в помещение.

(2.2)

Избыточное количество теплоты, подлежащей удалению из производственного помещения, определяют по тепловому балансу.

Q изб = Q пр - Qрасх (2.3)

гдеQ пр – теплота, поступающая в помещение от различных источников, кДжч,Qрасх - потери теплоты в помещении через конструкции зданий, кДж/ч.

К основным источникам тепловыделений в производственных помещениях относятся:

1. Горячие поверхности оборудования (печи, сушильные камеры, трубопроводы и др.)

2. Оборудование с приводом от электродвигателей;

3. Солнечная радиация

4. Персонал, работающий в помещении;

5. Различные остывающие массы (металл, вода и др.)

Поскольку перепад температур воздуха внутри и снаружи здания в тёплый период года незначительный (3…5 С), то при расчёте воздухообмена по избытку тепловыделений потери теплоты через конструкции зданий можно не учитывать. При этом некоторое увеличение воздухообмена благоприятно влияет на условия труда работающих в наиболее жаркие дни тёплого периода года.

С учётом изложенного формула (2.3) принимает следующий вид:

Qизб= Q пр (2.4)

В настоящем расчётном задании избыточное количество теплоты определяется только с учётом тепловыделений электрооборудования и работающего персонала.

Qпр =Qэ.о. + Qр (2.5)

гдеQэ.о.- теплота, выделяемая при работе электродвигателей оборудования, кДж/ч, Qр – теплота, выделяемая работающим персоналом, кДж/ч

Теплота, выделяемая электродвигателями оборудования.

Qэ.о.= 3528· ·N (2.6)

где - коэффициент, учитывающий загрузку оборудования, одновременность его работы, режим работы;= 0,25… 0,35;N– общая установочная мощность электродвигателей, кВт.

Теплота, выделяемая работающим персоналом,

Qр = n ·Kp(2.7)

гдеn– число работающих человек;Кр– теплота, выделяемая одним человеком, кДж/ч, принимается равной при лёгкой работе 300 кДж/ч, при работе средней тяжести 400 кДжч; при тяжёлой работе 500 кДжч.

Расход приточного воздуха, м3ч, необходимый для поддержания концентрации вредных веществ в заданных пределах,

(2.8)

гдеG– количество выделяемых вредных веществ, мг/ч,qуд – концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе, которая не должна превышать предельно допустимую, мг/м3, т.е.qудqпдк;qпр– концентрация вредных веществ в приточном воздухе, мг/м3.

qпр0,3qуд (2.9)

Определение потребного воздухообмена.

Для определения потребного воздухообмена L необходимо сравнить величины L1 и L2, рассчитанные по формулам (2.1) и (2.8) и выбрать наибольшую из них.

Кратность воздухообмена, 1/ч:

(2.10)

гдеL– потребный воздухообмен, м3ч;Vc– внутренний свободный объём помещения, м3

Кратность воздухообмена помещений обычно составляет от 1 до 10 (большие значения для помещений со значительными выделениями теплоты, вредных веществ или небольших по объёму).

Для машино- и приборостроительных цехов рекомендуемая кратность воздухообмена составляет 1…3, для литейных, кузнечно-прессовых, термических цехов, химических производств – 3…10.

Расчет воздухообмена

Основными расчетами воздухообмена являются расчет за санитарными нормами, расчет за нормированной кратностью, расчет за компенсацией местных вытяжек. Также существует воздухообмен на ассимиляцию явной и полной теплоты, на удаление влаги, на разбавление вредоносных веществ в воздухе. Для каждого из этих критериев существует своя методика расчета воздухообмена.

Перед началом расчета воздухообмена нужно знать такие данные:

количество вредных выбросов в помещение(теплоты, влаги, газов, паров) за один час;
количество вредных веществ на один кубометр воздуха в помещении.

Расчет по кратности

Воздухообмен за кратностью определяется по формуле:

Lk=k•V (м3/час),

где k – нормированная кратность воздухообмена;

V- объем помещения, м3.

Показатель k для разных помещений и подробности расчета по кратности представлены в статье Кратность воздухообмена и Таблицы кратности воздухообмена по СПиПам.

Воздухообмен по теплоизбыткам

Воздухообмен по тепловыделениям определяется в том случае, если в помещении присутствует большое количество теплоты, которую нужно удалить.

Расчет воздухообмена по теплоизбыткам ведут по формуле:

L=3,6•Qизл/(ρ•c•(tуд–tпр)) (м3/час),

где Qизл – количество теплоты, которая выделяется в помещение, Вт;

ρ — плотность воздуха в помещении, кг/м3;

с – массовая теплоемкость воздуха;

tуд – температура воздуха, который удаляется вентиляцией, ºС;

tпр – температура воздуха,что подается, ºС.

Расчет воздухообмена по влаговыделениям

Нужный воздухообмен по избыткам влаги в помещении можно рассчитать за формулой:

L= W/(ρ(dyд–dпр) (м3/час),

где W – выделение влажности в помещении, ;

ρ — плотность воздуха в здании, кг/м3;

dуд – содержание влаги в воздухе, что удаляется системой вентиляции;

dпр – содержание влаги в воздухе, который подается.

Воздухообмен по газовыделениям

Воздухообмен по газовым выделениям в помещение рассчитывают за формулой:

L=K/(Kгдк–Kпр) (м3/час),

где К – весовое количество газов, что выделяются в помещение;

Кгдк – предельно допустимая концентрация газов;

Кпр – концентрация газов в подающемся воздухе.

Воздухообмен по санитарным нормам

Расчет воздухообмена в помещении по санитарным нормам (по количеству людей) определяется с условия обеспечения человека необходимым количеством свежего воздуха. Для общественных зданий санитарные нормы предусматривают подачу 20 м3/час•чел при временном пребывании человека в помещении, 40 м3/час•чел при длительном пребывании и 80м3/час•чел для спорт зала.

Формула расчета воздухообмена:

L= n•l (м3/час),

где n — количество людей, чел;

l — санитарная норма подачи воздуха, м3/час•чел.

Расчетный воздухообмен

За расчетное значение воздухообмена принимают максимальное значение из расчетов по теплопоступлениям, влагопоступлениям, поступлением вредных паров и газов, по санитарным нормам, компенсации местных вытяжек и нормативной кратности воздухообмена.

Воздухообмен жилых и общественных помещений обычно рассчитывают по кратности воздухообмена или по санитарным нормам.

После расчета требуемого воздухообмена составляется воздушный баланс помещений, подбирается количество воздухораспределителей и делается аэродинамический расчет системы. Поэтому советуем вам не пренебрегать расчетом воздухообмена, если хотите создать комфортные условия вашего пребывания в помещении.

Расчет потребного воздухообмена при общеобменной вентиляции

Вентиляция — организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения воздуха, загрязненного вредными примесями (газами, парами, пылью), и подачу в него свежего воздуха.

По способу подачи в помещение свежего воздуха и удалению загрязненного системы вентиляции подразделяют на естественную, механическую и смешанную. По назначению вентиляция может быть общеобменной и местной.

Общеобменная вентиляция – это система вентиляции, которая предназначена для подачи чистого воздуха в помещение, удаления избыточной теплоты, влаги и вредных веществ из помещения. В последнем случае она применяется, если вредные выделения поступаю непосредственно в воздух помещения, а рабочие места не фиксированы и располагаются по всему помещению.

Обычно объем воздуха Lпрподаваемого в помещение при общеобменной вентиляции, равен объему воздухаLв, удаляемого из помещения. Однако в чистых цехах электровакуумного производства для которых большое значение имеет отсутствие пыли, объем притока воздуха делается больше объема вытяжки, за счет чего создается некоторые избыток давления в производственном помещении, что исключает попадание пыли из соседних помещений. В общем случае разница между объемами приточного и вытяжного воздуха не должна превышать 10…15%.

В системах с механическим побуждением перемещения воздуха по воздуховодам осуществляется вентиляторами, которые создают значительно большее давление по сравнению с естественным побуждением. Это дает возможность увеличить скорость движения воздуха, подавать воздух на большее расстояние и предусматривать воздуховоды меньшего сечения.

Подбор вентилятора осуществляется по аэродинамическим характеристикам, которые составлены для каждого номера и типа вентилятора и выражают зависимость между его производительностью по воздуху, давлением и числом оборотов рабочего колеса. При этом из различных типов и номеров вентиляторов выбирается тот, чей КПД больший при одинаковых производительности и давлении. Следует помнить, что КПД выбранного вентилятора должен быть не менее 0,85 ήмакс(ήмакс- максимальный КПД вентилятора по его аэродинамической характеристики). Окружная скорость рабочего колеса центробежного вентилятора по условию бесшумности должна быть не более 25 м/с для жилых зданий и 17 м/с для клубов и кинотеатров; окружная скорость рабочего колеса осевых вентиляторов – не более 35 м/с для жилых зданий и 25 м/с для клубов и кинотеатров.

2. Методика расчета

При общеобменной вентиляции потребный воздухообмен определяют из условия удаления избыточной теплоты и разбавления вредных выделений свежим воздухом до допустимых концентраций [2, 3]. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны устанавливают по ГОСТ 12.1.005-88.

2.1.Расчетное значение температуры приточного воздуха зависит от географического расположения предприятия принимают равной 22,3 °С.

Температуру воздуха в рабочей зоне принимают на 3...5 °С выше расчетной температуры наружного воздуха. Плотность воздуха, кг/м3, поступающего в помещение,

.(1)

Избыточное количество теплоты, подлежащей удалению из производственного помещения, определяют по тепловому балансу:

,(2)

где —теплота, поступающая в помещение от различных источников, кДж/ч; —теплота, расходуемая (теряемая) стенами здания и уходящая с нагретыми материалами, кДж/ч.

К основным источникам тепловыделений в производственных помещениях относятся:

горячие поверхности оборудования (печи, сушильные камеры, трубопроводы и др.);
оборудование с приводом от электродвигателей;
солнечная радиация;
персонал, работающий в помещении;
различные остывающие массы (металл, вода и др.).

Поскольку перепад температур воздуха внутри и снаружи здания в теплый период года незначительный (3...5 °С), то при расчете воздухообмена по избытку тепловыделений потери теплоты через конструкции зданий можно не учитывать. При этом некоторое увеличение воздухообмена благоприятно влияет на условия труда работающих в наиболее жаркие дни теплого периода года.

С учетом изложенного формула (2) принимает следующий вид:

.(3)

В настоящем расчетном задании избыточное количество теплоты определяется только с учетом тепловыделений электрооборудования и работающего персонала:

,(4)

где , —теплота, выделяемая при работе электродвигателей оборудования, кДж/ч; , — теплота, выделяемая работающим персоналом, кДж/ч.

Теплота, выделяемая электродвигателями оборудования,

,(5)

где β — коэффициент, учитывающий загрузку оборудования, одновременность его работы, режим работы; β = 0,25...0,35; N—общая установочная мощность электродвигателей, кВт.

Теплота, выделяемая работающим персоналом,

(6)

где n—число работающих, чел.; Кр—теплота, выделяемая одним человеком,КДж/ч (принимается равной при легкой работе 300 кДж/ч; при работе средней тяжести 400 кДж/ч; при тяжелой работе 500 кДж/ч).

2.2.Расход приточного воздуха, м3/ч, необходимый для отвода избыточной теплоты,

(7)

где Qиз6 — избыточное количество теплоты, кДж/ч; с — теплоемкость воздуха, Дж/(кг-К);с= 1,2кДж/(кг·К); ρ —плотность воздуха, кг/м3;tуд — температура воздуха, удаляемого из помещения, принимается равной температуре воздуха врабочей зоне, °С; tпр — температура приточного воздуха, °С.

Расход приточного воздуха, м3/ч, необходимый для поддержания концентрации вредных веществ в заданных пределах,

,(8)

где G— количество выделяемых вредных веществ, мг/ч (см. таблицу); qуд —концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе, которая не должна превышать предельно допустимую, мг/м3, т. е.qуд < qпдк;qпр—концентрация вредных веществ в приточном воздухе, мг/м3.

(9)

2.3.Определение потребного воздухообмена.

Для определения потребного воздухообмена L необходимо сравнить величиныL1 иL2, рассчитанные по формулам (1) и (8), и выбрать наибольшую из них.

2.4. По номограмме (рис. 1) подобрать вентилятор ЦАГИ серия Ц4-70 № 6 и определить его основные характеристики: окружная скорость колеса ω, м/с, число оборотов n, об/мин, КПД η, полное давление H кгс/м2 ( мм вод ст)

2.5. Кратность воздухообмена, 1/ч,

(10)

где L—потребный воздухообмен, м3/ч;Vc—внутренний свободный объем помещения, м3.

Кратность воздухообмена помещений обычно составляет от 1 до 10 (большие значения для помещений со значительными выделениями теплоты, вредных веществ или небольших по объему).

Для машино- и приборостроительных цехов рекомендуемая кратность воздухообмена составляет 1...3, для литейных, кузнечно-прессовых, термических цехов, химических производств — 3...10.

6.2. Расчет потребного воздухообмена при общеобменной вентиляции

Вентиляция – организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения воздуха, загрязненного вредными примесями (газами, парами, пылью), и подачу в него свежего воздуха.

При ощеобменной вентиляции потребный воздухообмен определяют из условия удаления избыточной теплоты и разбавления вредных выделений свежим воздухом до допустимых концентраций. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны устанавливают по ГОСТ 12.1.005-88 [55].

Методика расчета.

Расход приточного воздуха, м/ч, необходимый для отвода избыточной теплоты, определяют по зависимости

L=, (3)

где Q- избыточное количество теплоты, кДж/ч; с – теплоемкость воздуха, Дж/(кг К); с=1,2 кДж/(кг К); - плотность воздуха, кг/м;t- температура воздуха, удаляемого из помещения, принимается равной температуре воздуха в рабочей зоне, С;t-температура приточного воздуха, С.

Расчетное значение температуры приточного воздуха зависит от географического расположения предприятия; для г. Ижевска ее принимают равной 22,3С.

Температуру воздуха в рабочей зоне принимают на 3…5С выше расчетной температуры наружного воздуха.

Плотность воздуха, кг/м, поступающего в помещение,

. (4)

Q=, (5)

где - теплота, поступающая в помещение от различных источников, кДж/ч;- теплота, расходуемая стенами здания и уходящая с нагретыми материалами, кДж/ч.

К основным источникам тепловыделений в производственных помещениях относятся:

горячие поверхности оборудования;
оборудование с приводом от электродвигателя;
солнечная радиация;
персонал, работающий в помещении;
различные остывающие массы (металл, вода и др.).

Поскольку перепад температур воздуха внутри и снаружи здания в теплый период года незначительный (3…5С), то при расчете воздухообмена по избытку тепловыделений потери теплоты через конструкции зданий можно не учитывать. С учетом этого формула (6) принимает следующий вид:

Q=. (6)

Избыточное количество теплоты будем определять только с учетом тепловыделений электрооборудования и работающего персонала:

, (7)

где Q- теплота, выделяемая при работе электродвигателей оборудования, кДж/ч; Q- теплота, выделяемая работающим персоналом, кДж/ч.

Теплота, выделяемая электродвигателями оборудования,

Q=3528, (8)

где - коэффициент, учитывающий загрузку оборудования, одновременность его работы, режим работы;=0,25…0,35;N – общая установочная мощность электродвигателей, кВт.

Теплота, выделяемая работающим персоналом,

Q=nK, (9)

где n – число работающих, чел.; К- теплота, выделяемая одним человеком, кДж/ч (принимается равной при легкой работе 300 кДж/ч; при средней тяжести 400 кДж/ч; при тяжелой работе 500 кДж/ч).

Расход приточного воздуха, м/ч, необходимый для поддержания концентрации вредных веществ в заданных пределах,

L=, (10)

где G – количество выделяемых вредных веществ, мг/м, определяется проектной документацией на объект (по ацетонуG=20000…60000 мг/м, по древесной пыли – 70000…14000 мг/м, по аэрозоли свинца – 30…60 мг/м);q - концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе, мг/м,qq; q- концентрация вредных веществ в приточном воздухе, мг/м.