Проектирование и расчет реконструируемой системы вентиляции

Реконструкция и техническое перевооружение действующих предприятий, жилых, общественных и административно—бытовых зданий приводит к изменению их строительных объемов, как следствие, к изменению процессов воздухообмена, поэтому при технико—экономическом обосновании проекта при реконструкции систем отопления, вентиляции и кондиционирования зданий необходимо выполнять сопоставительный анализ существующих и модернизируемых систем, при этом следует максимально использовать существующие, если они отвечают требованиям положений нормативных документов [13-18].

Проектирование реконструируемых систем вентиляции основано на анализе и расчете, при котором сравниваются показатели систем вентиляции до и после реконструкции, для чего определяются:

− сечение каналов и геометрия узлов их сопряжения, а также входы в вентканалы, обеспечивающие номинальный пропускной режим воздуха;

− область применения существующих или вновь разрабатываемых вентсистем в зависимости от этажности и других конструктивно—планировочных решений реконструируемых зданий.

Для правильного анализа и выбора схемы вентиляции при реконструкции необходимо собрать следующую информацию (сведения):

− расположение и характеристики существующих систем вентиляции и кондиционирования (при реконструкции).

− общие данные, характеризующие проектируемый объект: район (город) размещения объекта строительства, назначение здания, ориентировку здания по сторонам света;

− строительные чертежи здания и помещений: планы и разрезы с указанием всех размеров и отметок высот, характеристику строительных конструкций - стен, перекрытий, покрытий, заполнения оконных и дверных проемов и т.п.;

− указание категорий помещений (на архитектурных планах) в соответствии с противопожарными нормами;

− для производственных зданий - чертежи технологического проекта (планы) с указанием размещения технологического оборудования, его спецификацией с указанием установленных мощностей. Кроме того, необходимо знать характеристику технологического режима — число рабочих смен, количество рабочих в смене или посетителей в магазине, зрителей в зале и т.д., режим работы оборудования (одновременность работы, коэффициенты загрузки и пр.), характеристику и количество вредных выделений, открытые поверхности парящего оборудования и т.п.;

− освещенность помещения (количество ламп, их мощность);

− характеристику теплоносителей: (электричество или вода с температурой 105–70⁰С или 95 –70⁰С, пар);

− наличие технических площадок с указанием их размеров;

При использовании аналитического метода необходимо определить:

− расход воздуха, подаваемый приточно— вытяжной системой;

− распределение температур и концентраций загрязнений;

− эффективность системы вентиляции.

Отсюда, задача расчета системы вентиляции при ее реконструкции должна решаться на основе технико—экономического сравнительного анализа нескольких возможных вариантов. Для этого необходимо всесторонне оценить объект по предъявляемым к нему требованиям, основными среди которых являются:

− санитарные требования, заключающиеся в необходимости поддержания в помещениях нормативных значений температуры и влажности;

− архитектурно — строительные требования, обеспечивающие возможность монтажа по зданию или помещению воздуховодов, трубопроводов или других элементов системы вентиляции;

− противопожарные требования — на соответствие помещений категориям: "Д" (нормальные условия), "В" (пожароопасные) или "А" и "Б" (взрывопожароопасные) с проектными решениями (установка обратных и огнезадерживающих клапанов, раздельная установка оборудования, различные схемы прокладки коммуникаций) [19];

− экономические требования: оптимизация ценовой политики, достигаемая методом сопоставления стоимости оборудования разных фирм.

В ряде случаев при реконструкции систем вентиляции и кондиционирования производственных помещений (животноводческие и птицеводческие здания, сооружения для хранения и переработки сельскохозяйственной продукции, здания с герметизированными помещениями для точных производств и электроники, предприятия легкой, пищевой, мясной, рыбной и молочной промышленности и т.д.) отсутствуют исходные данные о технологическом процессе и оборудовании, необходимые для проведения расчетов, соответственно, не представляется возможным установить расчетным путем количество вредных веществ, выделяющихся в воздух. В таком случае в проектах возможно применение рекомендаций ведомственных нормативных документов.

 

3.1 Определение требуемой величины воздухообмена в помещениях

жилых зданий

 

Выбор системы вентиляции здания и ее производительность основаны на последовательности расчета требуемого воздухообмена:

− задаются параметры приточного и удаляемого воздуха;

− определяется требуемый воздухообмен для заданного периода по вредным выделениям, явным тепловыделениям и минимальной кратности;

− за основу берется значение максимального воздухообмена из всех расчетов по различным факторам.

Требуемый воздухообмен можно определить с помощью графоаналитического метода с использованием Id—диаграммы [9, стр. 382], предложенной в 1918г. профессором Л.К. Рамзиным, согласно решению уравнения вида, кДж/кг:

 

I = 1,005t + (r + 1,806t) d/1000 (3.1)

 

где I – значение энтальпии влажного воздуха, кДж/кг;

t – температура влажного воздуха, ⁰С;

d/1000 – влагосодержание в граммах на килограмм сухого воздуха;

r = 2260 кДж/кг - скрытая теплота парообразования 1 кг воды при температуре 0⁰С.

Расчет воздухообмена по I-d диаграмме выполняется для теплого, переходного и холодного периодов года.

При расчете воздухообмена на Id – диаграмме наносят точку, характеризующую расчетные параметры наружного воздуха. Из этой точки проводят линию d = const до изотермы t_п = +10…16⁰С. По нормативному значению температуры возду­ха внутри помещения t_вн и лучу процесса ε_х, проведенному из этой точки, определяют параметры воздуха в обслуживаемой зоне. При этом следует установить, соответствует ли полученная таким образом относительная влажность воздуха внутри помещения требуемому значению по санитарно—гигиеническим условиям. Параметры удаляемого из помещения воздуха находят продлением луча до изотермы t_ух.

Для расчетных параметров воздуха принимают следующие обозначения: Н — наружный; П — приточный, У — удаляемый; В — в обслуживаемой зоне помещения, МО — удаляемый местными отсосами; МП — пода­ваемый местной приточной вентиляцией.

По второму методу требуемый воздухообмен, например, в помещении жилого дома определяется расчетным путем или находится с помощью нормативных значений — из расчета 3 м³/час на 1 м² жилой площади, но не менее требуемого воздухообмена для вентиляции кухонь и санузлов.

Количество воздуха, которое должно удалятся через вентканалы кухни, зависит от жилой площади квартиры (коттеджа) и определяется соотношением, м³/час:

V_к =3SF_п – 50, (3.2)

 

где SF_п – суммарное значение площади жилых комнат, м².

Если полученное по расчету значение воздухообмена меньше минимального, требуемого для вентиляции кухни, то количество воздуха принимается по нормативным значениям (табл. 3.1).

Для общественных зданий и сооружений воздухообмен по нормативной кратности можно определить по формуле, м³/час:

 

L = n _min V _P (3.3)

 

где V _P – расчетный объем помещения, м³ (для помещений высотой 6 м и более следует принимать V _Р = 6 A, здесь А – площадь помещения,м²);

n _min – минимальная кратность воздухообмена в единицу времени, час^-1.

 

Таблица 3.1 - Расчетные значения температуры и воздухообмена в помещениях жилых зданий [17]

 

Помещения	Расчетная температура в помещении в холодный период года, 0С	Объем или кратность возду-хообмена за час-1
Вытяжка	Приток
Жилая комната То же, в районах с температурой наиболее холодной пятидневки – 310С Кухни в квартирах и общежитиях Ванная индивидуальная Совмещенный санузел Газифицированная кухня с плитами на: три конфорки четыре конфорки		3 м3 /час на 1 м2   3 м3 /час на 1 м2   >60 м3 /час   25 м3 /час 25 м3 /час   >75 м3 /час >90 м3 /час	—   — — — —   — —

 

Воздухообмен в зависимости от количества людей в помещении может быть определен по формуле, м³/час:

L = n N (3.4)

 

где n — нормируемая кратность воздухообмена, час^-1;

N — число людей (посетителей), рабочих мест, единиц оборудования;

Воздухообмен по углекислому газу находится из соотношения, м³/час:

 

L = M_CO2/ (Y_ПДК - Y_п) (3.5)

 

здесь M_CO2 – количество выделяющегося СО₂, дм³/час;

Y_ПДК – предельно- допустимая концентрация СО₂ в воздухе, при долговременном пребывании людей в помещении можно принятьY_ПДК = 3,45 г/м³;

Y_п – содержание углекислого газа в приточном воздухе, г/м³.

Расход воздуха при избытках явной теплоты определяется отдельно для теплого, холодного и переходных периодов года по уравнению [17], м³/час:

(3.6)

здесь L_w,z — расход воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов и на технологические нужды, м³/ч;

Q — полный тепловой поток в помещение, Вт;

с — теплоемкость воздуха, принимается равной 1,2 кДж/(м^{3 0}С);

t_w,z — температура воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне помещения, удаляемого системами местных отсосов и на технологические нужды, ⁰С;

t_l — температура воздуха, удаляемого из помещения за пределы обслуживаемой или рабочей зоны, ⁰С;

t_in — температура воздуха, поступающего в помещение, ⁰С.

При проектировании вентиляции промобъектов следует учитывать тепловой поток, поступающий в помещение от прямой и рассеянной солнечной радиации - для теплого периода года (см. выше).

Расход воздуха по нормируемому удельному расходу приточного воздуха [17]:

L = A k (3.7)

 

где A — площадь помещения, м²;

k — нормируемый расход приточного воздуха на 1 м² пола помещения, м³/час.

Расход воздуха для обеспечения норм взрывопожарной безопасности находится по массе выделяющихся вредных или взрывоопасных веществ в соответствие с формулой:

(3.8)

здесь m_po — расход любого из вредных или взрывоопасных веществ, поступающих в воздух помещения, мг/ч;

q_w,z и q_l — концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, удаляемом из обслуживаемой или рабочей зоны помещения за ее пределы, мг/м³;

q_in — концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, подаваемого в помещение, мг/м³.

Параметры воздуха t_w,z, d_w,z, I_w,z следует принимать равными расчетным параметрам в обслуживаемой или рабочей зоне помещения, а q_w,z — равной ПДК в рабочей зоне помещения.

В случае расчета реконструируемых систем вентиляции по взрывопожароопасным вредностям концентрация смеси в формуле (3.8) q_w,z и q_l заменяется на 0,1 q_g, мг/м³, где q_g — нижний концентрационный предел распространения пламени по газо-, паро- и пылевоздушной смесям.

Расход приточного воздуха L,м³/ч, требуемый для обеспечения санитарно- гигиенических норм и норм взрывопожарной безопасности в соответствии с [17, п.2 и п.3] определяется по формулам (3.3) - (3.8) при плотности приточного и удаляемого воздуха, равной 1,2 кг/м³ (t = 20⁰C). В дальнейших расчетах принимается большее из полученных значений расходов.

Концентрацию вредных веществ в воздухе рабочей зоны и на рабочих местах в производственных помещениях при реконструкции систем вентиляции следует принимать равной предельно допустимой концентрации (ПДК) в воздухе рабочей зоны, установленной ГОСТ [8] и СанПиН [11] Госкомсанэпидемнадзора России.

При одновременном выделении в помещении нескольких вредных веществ, обладающих эффектом суммации действия, воздухообмен следует определять суммируя расходы воздуха, рассчитанные по каждому из этих веществ.

Температуру приточного воздуха, подаваемого системами вентиляции с искусственным побуждением t_in,⁰С, следует определять по формулам:

а) при необработанном наружном воздухе:

 

t_in = t_ext +0,001 p (3.9)

 

б) при наружном воздухе, нагретом в воздухонагревателе, повышающем его температуру на Dt₃, ⁰С:

 

t_in = t_ext + 0,001 p +D t ₃ (3.10)

 

где p — полное давление вентилятора, Па;

t_ext — температура наружного воздуха, ⁰С.

Расход теплоты на нагрев поступающего в помещения наружного воздуха определяется исходя из количества инфильтрующегося воздуха через неплотности наружных ограждений или на основании санитарной нормы 3 м³/ч воздуха на 1 м² площади пола жилых комнат.

Для жилых комнат из двух полученных величин принимают большую, для кухонь — по нормативным показателям.

 

 

3.2 Аэродинамический расчет естественной гравитационной системы

вентиляции

Задача аэродинамического расчета воздуховодов заключается в определении размеров их поперечного сечения и потерь давления на отдельных участках системы воздуховодов, а также потерь давления во всей системе воздуховодов.

Расчету воздуховодов предшествует графическое изображение на планах здания элементов системы вентиляции — каналов и воздухово­дов, воздухозаборных и вытяжных шахт, приточных и вытяжных установок.

В соответствии с принятыми конструктивными решениями состав­ляют расчетную аксонометрическую схему воздуховодов с указанием вентиляционного оборудования и запорных (регулирующих) узлов, например так, как изображено на рис. 3.1.

Схему делят на отдельные расчетные участки, границами которых обычно являются тройники или крестовины. Расчетным называется участок, на котором расход воздуха и живое сечение воздуховодов не меняется. Каждый расчетный участок обозначается выносной горизонтальной линией, над которой проставляют расчетный расход воздуха L, м³/ч, а под линией — длину участка l, м. В кружке у линии записывают номер участка (см. рис. 3.2).

Для эффективной работы естественной гравитационной системы вентиляции сопротивление движению потока воздуха в вентканалах должно быть меньше располагаемого давления, возникающего за счет разности ветрового и гравитационного напоров, Па:

 

DP_е = aS(b_ш R l + Z) (3.11)

 

где b _ш – поправочный коэффициент потерь давления на трение с учетом коэффициента шероховатости материала воздуховода, принимается в зависимости от скорости движения воздуха и абсолютной эквивалентной шероховатости материала k_э по табл.Б.2 Приложения Б;

R — удельные потери давления на трение, Па/м, отнесенные к единице длины воздуховода [17];

l — длина участка воздуховода, м;

Z — потери давления в местных сопротивлениях, Па;

a— коэффициент запаса, принимается равным 1,1...1,15.

Потери давления на трение R на один погонный метр зависят от d _э и v _кан и определяются по номограмме Приложения В или таблицам [17].

Располагаемое гравитационное давление системы вентиляции для вертикальных каналов каждого этажа можно определить по формуле,Па:

 

Р = (r _н- r _в) g h (3.12)

 

где h — вертикальное расстояние от центра вытяжного отверстия жалюзийной решетки до устья вентшахты, м, которое определяется конструктивно с учетом правил устройства дымовых труб (см. рис. 3.3);

r _н и r _вн - плотность наружного и внутреннего воздуха при нормативном значении температуры, кг/м³.

Располагаемое давление для системы вытяжной вентиляции с естественным побуждением в жилых, общественных и административно—бытовых зданиях определяется при температуре наружного воздуха 5⁰C и температуре внутреннего воздуха при расчетных параметрах холодного периода года.

При расчете сети воздуховодов жилых зданий производят предварительный расчет их сечения, исходя из допустимой скорости движения воздуха по ним.

Для систем с естественным побуждением значение скорости допускается предварительно принимать: в вертикальных каналах верхнего этажа -5 м/с, в сборных каналах на чердаке - 0,8…1 м/с и в вытяжной шахте - 1...1,5 м/с.

Рекомендуемые скорости воздуха в элементах систем механической вентиляции: в жалюзийной решетке - 4...6 м/с; в приточных шахтах –3...6 м/с; в вертикальных воздуховодах и каналах – 5...8 м/с; в горизонтальных воздуховодах - 6...12 м/с. Принято уменьшать значение скорости воздуха по мере приближения к концевым участкам системы воздуховодов [1].

 

 

D_у200

 

 

 

Рисунок 3.2 - Вариант нанесения обозначений на расчетном участке

 

Определение потерь давления на местные сопротивления в зависимости от скорости движения воздуха к сумме коэффициентов местных сопро­тивлений выполняют по формуле, (Па):

 

Z=S ζ (r v²/2) (3.13)

где r v²/2 — динамическое давление потока воздуха при скорости v и плотности r;

S ζ —сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчет­ном участке, значения которых принимаются по табл. Б1 Приложения Б или по СНиП[19].

 

 

Рисунок 3.3 - Схема устройства дымовых труб

 

 

3.3 Вычисление необходимой площади сечения воздуховодов

 

 

Площадь сечения воздуховодов при реконструкции системы вентиляции зависит от количества удаляемого воздуха и принятой скорости движения v потока воздуха в проектируемом вентканале

Вследствие наименьшего сопротивления трению при движении воздуха наиболее эффективным сечением вентканалов по сравнению с другими формами считается круглая, но для жилых зданий и помещений принято проектировать воздуховоды прямоугольного сечения. В номограмме для потерь напора указаны диаметры круглых воздуховодов (Приложение В).

Если вместо круглых воздуховодов используются воздуховоды прямоугольного сечения, то необходимо найти их эквивалентные диаметры с помощью приведенной выше таблицы (табл. 3.2), или при рас­чете прямоугольных каналов можно определить эквивалентный диаметр равновели­кого им по трению воздуховода d_экв по формуле:

 

d _экв = 2 ab /(a + b) (3.14)

 

где а и b — размеры сторон прямоугольного воздуховода, м.

При расчете необходимо учитывать, что сечение вентканалов должно быть не менее 140 х 140 мм для кирпичных стен и не менее 100 х 150 мм для стен из блоков. Соотношение между сторонами прямоугольного вентканала допускается не более чем 1: 3.

 

 

Таблица 3.2 - Отношение размеров воздуховодов к их эквивалентным диаметрам

 

Ширина воздуховода, а, мм	Высота воздуховода, b, мм
Эквивалентные диаметры воздуховодов, dэ, мм

 

Скорость движения воздуха в воздуховоде находится из уравнения расходов по следующей формуле, м/с:

 

v = 10 ^-3 L / 3,6 f или v = 4 L 10^-3/3,6p d ²_экв, (3.15)

 

где L — расход воздуха на расчетном участке, м³/ч;

f — площадь поперечного сечения воздуховода, м².

С учетом формулы (3.15) находится поперечное сечение воздуховода по уравнению, которое запишется в виде, м²:

 

f = 10^-3 L /3,6v_р (3.16)

 

Необходимую (расчетную) площадь сечения вентканалов находят по алгоритму, выполняя последовательно следующие действия:

1. Вычерчивается таблица - формуляр или бланк расчета рекомендуемой формы (табл. А.4 Приложения А).

2. На аксонометрической схеме выбирается основное расчетное направление, которое характеризуется наибольшей протяженностью и нумеруются его участки, начиная с периферийного - на них проставляется количество проходящего воздуха и длина расчетного участка. Затем нумеруются участки ответвлений от магистрального (основного) направления.

3. Принимается ориентировочная скорость движения воздуха на участке воздуховода и по формуле (3.16) определяется его сечение. Скорость движения воздуха рекомендуется принимать от 0,5 до 2 м/с. Расчет круглых воздуховодов упрощается при использовании номограммы (приложение В).

4. На основании расчетного расхода воздуха в холодный период года при естественной вентиляции подбирается ближайшее по значению стандартное сечения канала, кратное размеру кирпича или блока и определяется его эквивалентный диаметр.

5. Находится действительная скорость воздуха в вентканале по формуле (3.15) для расчетного по нормативной кратности воздухообмена и выбранного сечения канала. По эквивалентномудиаметру и действительной скоростив канале определяютсяудельные потери давленияна трение R (Па), которые также можно определить и по номограмме (Приложение В).

6. Определяются коэффициенты местных сопротивлений на расчетном участке. По формуле (3.13) находятся потери давления в местных сопротивлениях. Местными сопротивлениями являются регулирующие устройства, элементы конструкций на входе и выходе воздуха, повороты, тройники, жалюзи, диафрагмы и пр.

7. Суммируются потери давления на всех участках расчетной вентиляционной ветви и по формуле (3.11) находится значение DP_е. Полученное значение сравнивается с располагаемым давлением в вентиляционной ветви. При этом должно быть обеспечено условие:

 

0,9 S (R l b + Z) < P_расп (3.17)

 

Если суммарные потери давления в вентиляционной ветви не соответствуют значению располагаемого давления, аэродинамический расчет ветви выполняется повторно в соответствие с п. 8.

8. Методом последовательных приближений, который состоит в последо­вательном подборе сечений уточняется аэродинамический расчет ответвлений. На каждом ответвлении потери давления должны быть равны потерям давления на участках воздуховода от узла, к которому присоединено данное ответвление, до конца магистрального направления.

Расчет ответвления считается законченным, если разница значений потерь давления не превышает 10 %.

Вентканалы рассчитываются по значению располагаемого гравитационного давления, соответствующего разности плотности наружного воздуха при температуре 5 ⁰С и внутреннего воздуха при нормированном значении его температуры (не менее 15 ⁰С).

Скорость воздуха в поперечном сечении вертикального вентканала вычисляется по формуле, м/с:

 

(3.18)

 

где h — высота канала между центром вытяжного отверстия и устьем вентканала, м;

d — диаметр (эквивалентный диаметр) вентканала,м;

∑ ζ — сумма коэффициентов местных сопротивлений (вход в вентканал, утепленный клапан, выход из вентканала и др.);

t_в и t_н —нормируемые значения внутренней и наружной температур, ⁰С [17].

Потери давления в местных сопротивлениях Z отдельного канала с учетом жалюзийных решеток можно определить [1] по формуле, Па:

 

Z = z _жр r_в (v²_жр/2) + (z _кан1 + z _кан2) r_в (v²_кан/2) (3.19)

 

где: z _жр – коэффициент местного сопротивления жалюзийной решетки (можно принять z _жр = 1,4);

z _кан1 и z _кан2 – соответственно коэффициенты местных сопротивлений при повороте потока на 90° и выходе из устья канала при наличии зонта (z _кан1 = 1,1; z _кан2 = 1,9).

 

3.4 Расчет и выбор вентиляционных установок

Вентиляторы являются механическими побудителями движения воздуха в вентиляционных системах. Они обеспечивают передачу энергии воздуху, необходимую для преодоления сопротивлений при его движении по системе вентиляции.

По величине создаваемого давления вентиляторы делятся на три группы: низкого давления - до 1000 Па, среднего - от 1000 до 3000 Па и высокого - от 3000 до 12000 Па.

В вентиляционных системах, в основном, применяют вентиляторы низкого давления (до 1 кПа) и среднего давления (от 1 до 3 кПа).

По устройству и принципу действия различают вентиляторы осевые и радиальные. В радиальных воздух засасывается через боковой приемный патрубок в кожух вентилятора вращающимся рабочим колесом с лопатками, отбрасывается к стенкам улиткообразного кожуха и выбрасывается через выходное отверстие. Таким образом, направление движения воздуха в радиальном вентиляторе меняется на 90°.

Вентиляторы выпускаются с односторонним и двусторонним всасыванием, с правым и левым вращением рабочего колеса. В зависимости от состава перемещаемого воздуха вентиляторы могут быть обычного исполнения — из углеродистой стали для перемещения неагрессивных сред с температурой до 80°С и коррозионностойкого исполнения — из титана, нержавеющей стали, алюминия, винипласта, полипропилена, углеродистой стали с антикоррози-онным покрытием и т.п.(см. табл.П.1 Приложения П).

Электродвигатель (см. табл. П.4 Приложения П), приводящий во вращение рабочее колесо вентилятора, может соединяться с последним следующими способами: непосредственно насаживаться на один общий с рабочим колесом вал или через эластичную муфту; клиноременной передачей с постоянным передаточным отношением; регулируемой бесступенчатой передачей через гидравлические и индукционные муфты скольжения и т.д.

Осевой вентилятор представляет собой рабочее колесо, помещенное внутри кожуха (обечайки) и посаженное на один вал с электродвигателем. Такие вентиляторы имеют высокую производительность по воздуху, но развивают малое давление (до 700 Па), поэтому применяются в системах вентиляции с малым аэродинамическим сопротивлением. Осевые вентиляторы, в отличие от радиальных, являются реверсивными: т.е. в них можно изменять направление вращения рабочего колеса, вследствие чего меняется направление движения воздуха.

Выбор вентилятора для реконструируемых механических вентсистем заключается в определение его эффективной производительности и частоты вращения рабочего колеса, при которых выполнялись бы все требования технического задания, в том числе: минимизация массы, потребляемой энергии и аккустических характеристик.

Предварительный выбор типа вентилятора производится по каталогам, где представлен полный перечень вентиляторов, работающих при разных условиях эксплуатации.

Исходными данными для выбора вентилятора являются расчетные значения производительности Q_р (м³/ч) и полного Р_V или статического Р_S давлений (Па), а также условия его эксплуатации: параметры перемещаемой газовоздушной среды, класс взрывоопасности и пр., поэтому выбор вентиляторов предусматривает их анализ по аэродинамическим характеристикам, т.е. по зависимости между полным давлением Р_v (Па) и требуемой производительностью Q_р (м³ /ч) – примеры вентиляторов приведены в табл. П.2, П.3 и П.5 Приложения П.

Производительность вентилятора Q _р или расход воздуха, который может переместить вентилятор за определенный промежуток времени, м³/час. Динамическое давление P_d - это кинетическая энергия потока, отнесенная к 1 м³ воздуха, определяется в зависимости от скорости движения воздуха в воздухопроводе. Статическое давление P_S - это потенциальная энергия 1 м³ воздуха в рассматриваемом сечении или давление потока воздуха на стенки воздуховода, перпендикулярно им. Значение давления P_S положительно в случае, если оно больше атмосферного. Полное давление P_v - это сумма статического P_S и динамического P_dдавлений.

Полное давление Р_V, создаваемое вентилятором, с учетом 10 % коэффициента запаса, находят по формуле, Па:

Р_V = 1,1 ^. Р_max (3.20)

 

где Р_max – максимальные потери давления в сети, Па.

Аэродинамические характеристики вентиляторов получены для нормальной плотности воздуха ρ _n = 1,2 кг/м³. Поэтому заданные значения полного Р_V или статического Р_S давления необходимо привести к нормальной плотности воздуха по соотношению:

P_V = P_В + Р_S = P_В + (r _н - r _вн) g h (3.21)

 

здесь r определяется как:

r = (353)/(273 + t_вн) (3.22)

 

С учетом возможных дополнительных потерь или подсоса воздуха в воздуховодах требуемая производительность вентилятора увеличивается на 10 %, поэтому, м³ /час:

Q_V = 1,1 ^. Q_вент (3.23)

 

Мощность электродвигателя N на привод вентилятора рассчитывается по формуле, кВт:

N = N_уh (3.24)

где h - коэффициент полезного действия, например, вентилятора и ременной передачи h = 0,98.

После выбора типа вентилятора его характеристики определяются по графикам аэродинамических параметров Приложения Р или С. Окончательный выбор вентилятора и частоты его вращения производится по индивидуальным характеристикам методом сравнения параметров и определения оптимального варианта с учетом технического задания.

Точка с заданным значением производительности и полного давления не всегда совпадает с кривой давления характеристики вентилятора. Для того, чтобы получить параметры рабочего режима вентилятора необходимо провести через эту точку прямую, параллельную линиям постоянного значения КПД. Точка пересечения этой прямой с кривой давления Р_v(Q) и определит параметры рабочего режима вентилятора в вентсистеме.

Привод вентилятора выбирается по кривой N _y = const, располагаемой выше точки рабочего режима и методом интерполяции определяется скорректированный уровень аккустического шума на стороне нагнетания L _w. По таблицам с акустическими параметрами находятся поправки ∆L_wi и вычисляется спектр шума, создаваемого вентилятором в режиме эксплуатации.

Если плотность перемещаемой среды больше нормальной плотности r _n = 1,2 кг/м³, например, при отрицательной температуре на входе, то установочная мощность N_y, приведенная на графике должна быть увеличена в соответствии с формулами (3.21) и (3.22). После чего может потребоваться комплектация вентилятора электродвигателем большей мощности, например, по графикам характеристик выбирается вентилятор с номинальным диаметром рабочего колеса D = D_n и частотой вращения колеса n, об/мин, характеристика которого ближе всего располагается к заданным параметрам.

На режиме Q = Q_ном, м³/ч, динамическое давление составляет Р_д, Па, а статическое давление Р_S вентилятора находится из выражения, Па:

Р_S = В - Р_д = 1290 - 120 = 1170.

По таблицам с комплектацией двигателей выбирается двигатель, например, А112М4 с установочной мощностью N_y = 5,5 кВт. Рассчитав плотность перемещаемой среды, которая, например, в 1,26 раза больше плотности воздуха при нормальных физических условиях, находится установочная мощность двигателя привода вентилятора, которая должна быть увеличена в 1,26 раза, например:

N_y = 5,5 ^. 1,26 = 6,93 кВт.

 

На основании расчета из соответствующего типоряда выбирается электродвигатель с большей установочной мощностью, например, N_y = 7,5 кВт.

 

4 Особенности проектирования реконструируемых систем

вентиляции промышленных предприятий

 

Параметры воздуха в рабочей зоне помещений промышленных объектов принимаются в соответствии с данными СанПиН и СНиП [11,17,20].

Рабочей зоной считается пространство высотой 2 м над уровнем пола или площадки, на которой находятся рабочие. Постоянным рабочим местом считается то, где работающие находятся более 50 % своего рабочего времени или не менее 2 часов непрерывно. Если обслуживание произ­водственных процессов осуществляется в разных частях рабочей зоны или помещения, то постоянным рабочим местом является вся рабочая зона [8].

Систему вентиляции с естественным побуждением при ее реконструкции в производственных помещениях следует рассчитывать:

− на разность удельных весов наружного и внутреннего воздуха по расчетным параметрам переходного периода года для всех отапливаемых помещений, а для помещений с избытками теплоты — по расчетным параметрам теплого периода года;

− на действие ветра скоростью 1 м/с в теплый период года для помещений без избытка теплоты.

Для производственных помещений необходимо учитывать явные тепловыделения, которые зависят от вида работ: легкие (с энергетическими затратами до 175 Вт), средней тяжести (с энергетическими затратами 175...220 Вт) и тяжелые (с энергетическими затратами более 290 Вт).

К первому виду можно отнести работу с оргтехникой, офисные и пр.; ко второму - работу в механосборочных цехах, на деревообрабатывающих предприятиях и др.; к третьему - работу с систематическим физическим напряжением, например, в кузнечном и литейном цехах преимущественно с ручными видами работ и т.д.

В холодный период года температуру воздуха в помещении t_В принимают: для легкой работы 20...23⁰С, для работ средней тяжести 17...20⁰С, для тяжелой работы 16...18⁰С.

В теплый период года температура воздуха t_В для указанных категорий работ должна составлять, соответственно: 22...25⁰С, 21...23⁰С и 18...21 ⁰С (см. табл. Д.1 Приложения Д).

Для помещений общественных зданий теплопоступления от людей определяются по формуле:

 

, (4.1)

 

где: q _м и q _ж – полное тепловыделение мужчин и женщин, Вт/чел;

n _м и n _ж – число мужчин и женщин в помещении.

Полное тепловыделение q определяется для теплого и холодного периода.

Воздухообмен по избыткам полной теплоты рассчитывается по формуле [17]:

 

(4.2)

где L_w,z — расход воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов и на технологические нужды, м³/ч;

Q_h,f — избыточный полный тепловой поток в помещение, Вт;

I_w,z — удельная энтальпия воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов и на технологические нужды, кДж/кг;

I_l — удельная энтальпия воздуха, удаляемого из помещения за пределы обслуживаемой или рабочей зоны, кДж/кг;

I_in — удельная энтальпия воздуха, подаваемого в помещение, кДж/кг, определяемая с учетом повышения температуры в соответствии с положением СнИП [17, п.6].

Температуру и скорость движения воздуха на рабочем месте при душировании наружным воздухом в производственных помещениях следует принимать:

а) при облучении с поверхностной плотностью лучистого теплового потока 140 Вт/м²и более по [17, п.3];

б) при открытых технологических процессах с выделениями вредных веществ - по СниП [17, п.2.1].

Количество диоксида углерода СО₂, выделяемом человеком и содержащееся в воздухе зависит от интенсивности его труда и определяется по формуле, г/ч [17]:

M _CO2 = n _л m _CO2, (4.3)

 

где n _л – количество людей, находящихся в помещении, чел;

m _CO2 – удельное выделение СО₂ одним человеком, г/час. Для справки: взрослый человек при легкой работе выделяет примерно m _CO2 = 25 г/час.

Параметры приточного воздуха принимают в зависимости от периода года. При подаче воздуха в верхнюю или нижнюю зону помещения, но при условии удаленности от рабочих мест t_п принимают на 6...10⁰С ниже t_в. Если система оборудована местными отсосами в цехах со значительными избытками теплоты (термическое производство, печи, кузнечно – прессовые цехи и др.), то температура приточного воздуха t_п не должна превышать 5 ⁰С. Приточный воздух должен подаваться отдаленно от рабочих мест.

Для переходного периода учитывают подогрев воздуха в воздухо­воде и поэтому значение t_п принимают на 0,5...1⁰С выше расчетной температуры наружного воздуха для данного периода.

В струе приточного воздуха при входе ее в обслуживаемую или рабочую зону помещения следует принимать:

а) максимальную скорость движения воздуха n_х, м/с, рассчитываемую по формуле:

n_х = Кn_n (4.4)

б) максимальную температуру t_x при восполнении недостатков теплоты в помещении по формуле,⁰С:

t_x = t_n + D t₁ (4.5)

 

в) минимальную температуру t¢_x при ассимиляции (разбавлении) избытков теплоты в помещении по формуле,⁰С:

t¢_x = t_n + D t₂ (4.6)

 

В формулах (4.4) — (4.6) соответственно:

n_n и t_n —нормируемая скорость движения воздуха, м/с, и нормируемая температура воздуха в обслуживаемой зоне или на рабочих местах в рабочей зоне помещения,⁰С:

К — коэффициент перехода от нормируемой скорости движения воздуха в помещении к максимальной скорости в струе, определяемый по обязательному приложению СНиП [17, п.6]:

D t₁ и D t₂ —допустимое отклонение температуры воздуха в струе от нормируемой, ⁰С, определяется по обязательному приложению СНиП [17, п.7].

Температуру воздуха, удаляемого из помещения, определяют по эмпирическим зависимостям, полученным в результате экспериментальных исследований.

Для общественных зданий:

t_yx = t_в + (Н_пом – 1,5) grad t, (4.7)

 

где Н_пом — высота помещения, м;

grad t — градиент температуры, зависящий от теплонапряжения объема помещений и равный среднему увеличению температуры внутреннего воздуха по высоте помещения, ⁰С/м, (см. табл. 4.1, где меньшее значение grad t соответствуют холодному периоду года, большее – теплому).

 

Таблица 4.1 - Удельные избытки явной теплоты

 

кДж/м3	Менее 40	40...80	Более 80
grad t,0С/м	0...0,5	0,3...1,2	0,8...1,5

 

Для производственных зданий

 

t_ух = [t_р.з – (1— m) t_п]/ m (4.8)

 

где t_р.з — температура воздуха в рабочей зоне, ⁰С; а m определяется как:

 

m = (t_р.з – t_п)/(t_ух – t_п) (4.9)

 

Для каждого конкретного случая значения m приведены в [17].

Источниками влагопоступлений в помещения являются испарения со свободной поверхности воды, с влажных поверхностей материалов, при работе технологического оборудования, с поверхности кожных покровов и при дыхании людей. Для помещений с избытком влаги (водяного пара) следует проверять достаточность воздухообмена для предупреждения образования конденсата на внутренней поверхности наружных ограждающих конструкций при расчетных параметрах Б наружного воздуха в холодный период года по уравнению, м³/ч:

(4.10)

где L_w,z — расход воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов и на технологические нужды, м³/ч;

W— избытки влаги в помещении, г/ч;

d_w,z — влагосодержание воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов и на технологические нужды, г/кг;

d_l — влагосодержание воздуха, удаляемого из помещения за пределами обслуживаемой или рабочей зоны, г/кг;

d_in — влагосодержание наружного воздуха, подаваемого в помещение, г/кг.

Расход наружного воздуха, требуемый для удаления испаряющейся влаги, до и после реконструкции вентсистемы можно определить по формулам:

 

(m _L- m _W) / (d _in - d _j) = 0 (4.11)

 

(m ¹_L- m ¹_W) / (d ¹_in – d ¹_j) = 0 (4.12)

 

При постоянном значении перепада влагосодержания наружного воздуха и воздуха внутри помещения, г/кг, равенства (4.11) и (4.12) можно переписать в виде:

(m _L- m _W) / (d _in - d _j) = (m ¹_L- m ¹_W) / (d ¹_in – d ¹_j). (4.13)

 

После соответствующих преобразований получим значение массового расхода воздуха по вытяжке при реконструкции системы вентиляции, которое будет равно:

 

m ¹_L = m _L- (m _W/(d _in - d _j)), (4.14)

 

здесь m _L и m ¹_L - массовый расход приточного воздуха до и после реконструкции, кг/сек;

m _W и m ¹_W - массовый расход воздуха по вытяжке до и после реконструкции, кг/сек;
d _j и d ¹_j - влагосодержание воздуха в помещении до и после реконструкции, г/кг;

d _in и d ¹_in - влагосодержание наружного воздуха до и после реконструкции, г/кг.

Влагосодержание наружного воздуха d _in в зависимости от времени года находится в пределах 2...3 г/кг зимой и до 11...12 г/кг летом. На практике следует ориентироваться на вели-чину d _in около 9 г/кг, так как ее превышение наблюдается в течение непродолжительного времени, составляющего лишь 15 % от всего годового периода. Эта величина рекомендуется стандартом VDI-2089 (Germany). Кроме того, конденсация влаги в летнее время является незначительной, поэтому величина d _j может быть принята немного выше расчетной.

Количество влаги, поступающее в помещение с поверхности некипящей жидкости определяется по эмпирическому соотношению (характерно для расчета бассеинов), кг/ч:

M_H2O (4.15)

где n_в — скорость воздуха над поверхностью испарения, м/с;

r _пов и r _окр — парциальное давление водяного пара соответственно при температуре поверхности испарения жидкости и полном насыщении и в окружающем воздухе, 10³Па;

В— барометрическое давление, 10³Па;

F— площадь поверхности испарения, м²;

a — коэффициент, зависящий от температуры поверхности испарения t_п.и (табл. 4.2):

Для некипящей воды, находящейся в спокойном состоянии, температура на поверхности испарения t_п.и принимается в зависимости от средней температуры воды t_ср (табл.4.3):

 

Таблица 4.2 - Зависимость коэффициента a от температуры поверхности испарения [12 ]

 

tп.и, 0С
a	0,020	0,028	0,033	0,037	0,041	0,046	0,051	0,060

 

Если вода перемешивается вследствие движения материала или по другим причинам, температуру поверхности следует принимать равной средней температуре воды.

 

Таблица 4.3 - Зависимость t_п.и от средней температуры воды t_ср [12]

 

tср,0С
tп.и,0С

 

Количество влаги, поступающей с мокрых поверхностей здания и оборудования, определяют по формуле (4.15), где a принимают равным 0,031.

Количество воды, попадающей в воздух при адиабатном процессе испарения можно определить по уравнению, кг/ч:

 

M_ад = (18…19,5) 10^-3 (t_с – t_м) А (4.16)

 

где t_с и t_м — температуры воздуха помещения соответственно по сухому и мокрому термометрам, ⁰С.

Количество влаги, испаряющейся с поверхности кипящей воды, кг/ч:

 

 

М_кип = 3,6 k_ук (Q /r), (4.17)

 

где k_ук — коэффициент, учитывающий степень укрытия кипящей воды (при плотных укрытиях без отсосов воздуха — 0,1; при отсосах воздуха — 0,2...0,25);

Q — тепло­вя мощность источника испарения, Вт;

r — скрытая теплота парообразования, равная 2260 кДж/кг.

Ориентировочно можно считать, что с 1 м² поверхности в течение одного часа испаряется 40 грамм воды.

При реконструкции крытых бассеинов количество теплоты, отдаваемое водой воздуху помещения можно найти из уравнения теплового баланса в виде, Вт:

Q_возд = Q₂ –Q₁ (4.18)

 

здесь Q₁ - теплота отдаваемая воздухом воде по уравнению:

 

Q₁ = aF(t_возд – t_вод) (4.19)

 

где F – площадь бассеина,м²;

a – коэффициент теплоотдачи, Вт/м^{2 0}С.

Теплота Q₂, отдаваемая водой воздуху крытого бассеина находится по выражению:

 

Q₂ = k r F (4.20)

 

где k – коэффициент преобразования объемного расхода.

Количество влаги, поступающей в воздух от металлорежущих станков при использовании охлаждающих эмульсии, принимают 0,15 кг на 1 кВт установленной мощности станков [1].

Теплопоступления в производственные помещения от источников освещения Q_осв определяются по формуле, Вт:

 

, (4.21)

 

где E - удельная освещенность, лк, принимается по [20, табл. 2.3]

F - площадь освещенной поверхности, м²;

q _осв - удельные выделения тепла от освещения, Вт/(м²/лк), определяются по [1, табл. 2.4]

h _осв - коэффициент использования теплоты для освещения, принимается по [1].

 

4.1 Параметры микроклимата общественных зданий

 

Системы вентиляции должны обеспечивать содержание вредных веществ в воздухе производственных помещений не привышающее предельно допустимых концентраций (ПДК) и утверждаемых Минздравом РФ[8, п.4].

Для обеспечения требуемого воздухообмена на предприятиях сферы обслуживания, в частности, гостиниц, домов быта, торговых центров и павильонов, требуется постоянно действующая вентиляция. Выбор принципиальных схем системы при этом может быть различен и определяется только назначением помещений. Учитывая эти условия, в каждом конкретном случае процесс воздухообмена имеет свои особенности.

Например, в помещениях предприятий бытового обслуживания населения должна проектироваться приточно-вытяжная вентиляция. При расчете воздухообмена следует использовать данные из табл. Ж.1 Приложения Ж.

Состав и количество вредных выделений, поступающих от технологического оборудования в воздух помещения, следует принимать по нормам технологического проектирования или в соответствии с технологической частью проекта.

Если вентиляционные выбросы содержат пары органических растворителей и других вредных газов, то необходимо предусматривать обезвреживание паров растворителей с помощью специальных адсорбентов, а также обеспечивать факельный выброс воздуха.

В помещения, где установлено оборудование для обезжиривания, следует подавать как минимум 4-х кратный объем приточного воздуха, остальной объем приточного воздуха должен поступать в помещение для посетителей или в примыкающие производственные помещения.

При удалении газовоздушной смеси отсосами, встроенными в обезжиривающее оборудование, не допускается их объединение с вытяжными системами другого назначения.

В помещениях срочной химчистки и помещениях для посетителей химчистки с самообслуживанием удаление воздуха должно производиться из верхней и нижней зон помещений непосредственно рядом с обезжиривающими машинами.

Общеобменные системы приточной и вытяжной вентиляции производственных помещений и кладовых разрешается устраивать общими при условии установки огнезадерживающих клапанов автоматического действия в подающих воздуховодах [19].

В помещениях предприятий телефонно-телеграфной связи – т.е в комнатах: инженерно-технического персонала, мастерских по ремонту телефонных аппаратов, в цехе эксплуатации абонентских устройств и таксофонов, кабельно-канализационном цехе, техническом отделе, производственной лаборатории и службе метрологии; в комнатах: технического обслуживания и контроля оборудования, программистов, операторов; в службе обработки ярлыков и расчета с абонентами, в гарнитурной (хранение и ремонт гарнитур и шнуров); в комнатах подготовки данных, дежурного электромеханика, приема телеграмм по телефону, участка контроля и справок, участка последующей обработки телеграмм и экспедиции, участка контроля криптограмм и обслуживания развития абонентской сети; в эксплуатационно-техническом отделе; в помещениях: обслуживающего персонала АУКС, ЭСК, службы учета и переключения, станционно-ремонтной службы, службы индексации телеграмм, службы особо важных телеграмм, службы технического контроля и диспетчера АУКС и т.д. – расчетную внутреннюю температуру воздуха и кратность воздухообмена следует принимать по табл. Ж.2 Приложения Ж.

В помещениях зданий городских телефонных станций емкостью менее 1000 номеров и в зданиях отделений связи общим объемом менее 2500 м³ должна предусматриваться естественная вентиляция в объеме однократного воздухообмена в 1 час.

Для переговорных кабин следует предусматривать вентиляцию в объеме пятикратного воздухообмена в час. Подачу воздуха следует обеспечивать в верхнюю часть кабины вентсистемой, обслуживающей помещение пepeговорного пункта. При этом вытяжка воздуха осуществляется из помещения переговорного пункта через отверстия в нижней части двери кабины.

При числе переговорных кабин менее пяти приточную вентиляцию кабин можно не предусматривать, если в помещении переговорного пункта нет системы механической вентиляции, но при этом должна осуществляться естественная вентиляция кабин через отверстия в конструкции кабины.

При расчете воздухообмена помещений почтовой связи температура, относительная влажность и скорость движения воздуха в производственных помещениях определяются по СНиП [17] с учетом следующих категорий работ:

− участок обработки крупногабаритных посылок - тяжелая;

− участок обработки филателии, цех (участок) экспедирования периодических изданий и товаров, цех (участок) обмена, обработки посылок, страховой почты, печати - средней тяжести;

− в остальных - легкая.

В производственных помещениях почтовой связи – к которым относятся помещения обмена и обработки крупногабаритных посылок, обработки прямых групп посылок и почтовых вещей, приема и выдачи порционных посылок и бандеролей, приема мешков с корреспонденцией из почтовых ящиков, кладовая спецсвязи; помещения обработки: посылок, печати, страховой почты, экспедирования периодической печати, непериодических изданий и товаров, марочная база, операционный зал приема и выдачи почтовых отправлений, пункт приема подписки, помещение обработки филателии, кладовая филателии, комната оформления дефектных посылок, кладовая обработки и хранения посылок к выдаче, комната оформления документов, помещение автоматизированного оформления документов, поме-щение обработки абонементов, помещение обработки заказов на газеты и журналы, помещение для доставочной картотеки, контрольно-справочный участок, главная касса, кладовая хранения денежных сумм и условных ценностей, помещение инструкторов по подписке, помещение инструкторов по рознице, производственная лаборатория, телетайпная, диспетчерская и т.д. - расчетную внутреннюю температуру воздуха и кратность воздухообмена следует принимать по табл. Ж.3 Приложения Ж.

Гостиницы оборудуются приточно-вытяжными системами с подачей приточного воздуха для обеспечения нормативных параметров микроклимата в номерах.

При наличии проживающих система приточной вентиляции должна обеспечивать 0,8...1 кратность воздухообмена в номерах гостиниц и 0,4...0,6 при их отсутствии. Вытяжная вентиляция обеспечивается через сантехнические помещения (40...70% от объема приточной вентиляции, в зависимости от режима работы) и за счет утечек через другие конструктивные элементы здания. Объемы приточного наружного воздуха должны быть больше объемов вытяжного воздуха, что создает небольшое избыточное давление в помещениях на уровне 50...150 Па, вследствие чего исключается нежелательный подсос воздуха через возможные пути его проникновения (двери и пр.).

Объемы приточного наружного воздуха, необходимые для каждого конкретного номера, должны определяться либо на основе действующих в данном регионе норм и правил, либо по рекомендациям местных органов санитарного контроля, или положений СНиП. Вентканалы, удаляющие воздух из ванных комнат, выводятся на кровлю здания.

Расчетная температура воздуха и кратность воздухообмена в помещениях бань и в душевых промпредприятий должны определяться на основе положений СНиП и действующих в данном регионе норм и правил. Данные для расчета воздухообмена приведены в табл. Ж.4 и табл. Ж.5 Приложения Ж.

Для ресторанных залов, конференц-залов и пр. рекомендуется применять приточно - рециркуляционные системы. При этом в помещения подается смесь наружного и рециркуляционного воздуха. Смешивание производится внутри воздухообрабатывающего агрегата, который отводит часть отработанного воздуха рециркуляции за счет работы взаимодействующих заслонок. Соответственно, определение требуемых объемов наружного воздуха основано на принципе, упомянутом выше. Данные для расчета воздухообмена приведены в табл. Ж.6 Приложения Ж.

В торговых центрах обычно проектируют воздушные системы ОВК. Для многоэтажных торговых зданий характерно:

- чем выше этаж, тем ниже посещаемость, следовательно, необходимо проектировать такую систему вентиляции, которая учитывала бы меньшую плотность посетителей.

- на верхних этажах, особенно за рубежом, для привлечения покупателей размещают рестораны и кафе в виде атриума. Наличие светопрозрачных куполов в ресторанах и кафе ставит ряд специфических проблем по вентиляции и отводу отработанного воздуха.

Атриум, как элемент объемно-планировочного решения, представляет собой внутренний объем, образованный за счет ограждающих конструкций здания и светопрозрачного покрытия. Как правило, в этот объем выходят проемы смежных с ним помещений, часто через него проходят галереи и открытые лестничные марши.

Смежные с атриумом помещения в основном занимаются предприятиями торговли, общественного питания, офисами и салонами для оказания различного рода бытовых услуг населению, имеются примеры их использования для размещения производствен