Расчет системы вентиляции в помещении по избыткам тепла
Последовательность выполнения расчета:
1) произвести расчет тепловыделений в помещении от различных источников по формулам (5) – (8);
2) произвести расчет общей суммы тепловыделений в помещении по формуле (4);
3) произвести расчет теплопотерь в помещении по формулам (10), (11);
4) произвести расчет общей суммы теплопотерь в помещении по формуле (9);
5) определить по формуле (3) количество избыточного тепла в помещении;
6) определить по формуле (2) количество воздуха необходимое для борьбы с избыточным теплом;
7) определить по формуле (1) кратность воздухообмена в помещении;
8) определить тип вентиляции, который необходимо применять в данном помещении для борьбы с избыточным теплом;
9) установить тип вентиляции, применяемый в действительности в анализируемом помещении;
10) сравнить полученные данные и сделать выводы.
Расчет системы вентиляции.
Для выбора типа вентиляции необходимо определить кратность воздухообмена в помещении, которую можно вычислить по формуле (1):
 ,
| (1) |
где L – количество воздуха, которое следует удалять из помещения для обеспечения нормированных значений параметров микроклимата, м3/ч; V – объем помещения, м3.
В зависимости от кратности воздухообмена в помещении могут быть применены следующие типы вентиляции:
1) неорганизованная естественная вентиляцию, которая обеспечивает кратность воздухообмена n = 1…1,5;
2) аэрация (для производственных помещений) или канальная гравитационная система (для административных помещений), обеспечивающая кратность воздухообмена до 30;
3) механическая вентиляцию, обеспечивающая кратность воздухообмена 30 и выше.
Количество воздуха необходимое для борьбы с избыточным теплом, м3/ч:
| (2) |
где с – удельная теплоемкость воздуха, равная 1200 Дж/(кг·0С);
ρ – удельная масса воздуха при соответствующей температуре помещения, кг/м3 (t = 10…22 °С, ρ ≈ 1,2 кг/м3; t = 23...30 °С, ρ ≈ 1,17 кг/м3);
t1, t2 – соответственно температуры, при которых воздух удаляется и поступает в помещение, можно принять t1 – t2 = 10 0С;
Qизб – количество избыточного тепла в единицу времени, которое определяется суммой тепловыделений в помещении за вычетом теплопотерь, Вт:
| Qизб = ∑Q тепловыделений – ∑Q теплопотерь | (3) |
Сумма тепловыделений ∑Qтепловыделений определяется как сумма поступлений тепла в помещение от различных источников:
| ∑Q тепловыделений = Qоб + Qлюдей + Qламп + Qсолн | (4) |
При этом Qоб – поступления тепла от оборудования, Вт:
| Qоб = N·nоб, | (5) |
где N – мощность единицы оборудования (N = 150 Вт для компьютера, N = 50 Вт для принтера, ксерокса, сканера и т. п.), Вт;
nоб – количество единиц оборудования, шт.
Qл – поступления тепла от людей, Вт:
| Qлюдей = W·nл, | (6) |
nл – количество людей; W – энергозатраты человека в зависимости от категории выполняемых работ (см. табл. 1).
Qл – поступления тепла от ламп, Вт:
| Qламп = h·Nламп∙m, | (7) |
где h – коэффициент перехода электрической энергии в тепловую (для ламп накаливания h = 0,92 … 0,97, для люминесцентных ламп h = 0,5 … 0,6);
Nламп – мощность лампы, Вт;
m – количество ламп в помещении, шт.
Qсолн – поступления тепла от солнечной радиации, Вт:
| Qсолн = q∙Sо·ко.п., | (8) |
где q – тепловой поток, который поступает в помещение через 1 м2 одинарного стекла (значения см. по табл. 2 для географической широты 400), Вт/ м2;
Sо – площадь окон, м2;
ко.п. – коэффициент относительного проникновения солнечной радиации (см. табл. 3).
Сумма теплопотерь ∑Qтеплопотерь складывается из потерь тепла:
| ∑Qтеплопотерь = Qстен + Qо, | (9) |
где Qстен – теплопотери через стены помещения, Вт;
Qо – теплопотери через окна помещения, Вт.
Теплопотери через стены помещения Qстен определяют по формуле:
| ∑Qстен = k∙Fстен∙(t1 – t2)∙n, | (10) |
где k – коэффициент теплопередачи наружных ограждений (см. табл. 4), Вт/(м2·К);
Fстен – площадь стен, м2;
n – коэффициент, который учитывает положение внешней оградительной конструкции по отношению к наружному воздуху (в данном случае принимаем n = 1);
t1, t2 – соответственно температуры, при которых воздух удаляется и поступает в помещение, можно принять t1 – t2 = 10 0С.
Теплопотери через окна помещения Qо определяют по формуле:
| ∑Qо = k∙Sо∙(t1 – t2)∙n. | (11) |
_____________________
| Таблица 1 | |
| Разграничение работ по тяжести на основе общих энергозатрат организма в ккал/ч (Вт) (взято из ГОСТ 12.1.005-88) | |
| Категория работ | Энергозатраты организма человека |
| Легкие физические работы (категория I) | Виды деятельности с расходом энергии не более 150 ккал (174 Вт). |
| Примечание. Легкие физические работы разделаются на: 1) категорию Iа - энергозатраты до 120 ккал/ч (139 Вт); 2) категорию Iб - энергозатраты 121-150 ккал/ч (140-174 Вт). | |
| К категории Iа относятся работы, производимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением (ряд профессий на предприятиях точного приборо- и машиностроения (например, инженер, оператор набора и т.д.), на часовом, швейном производствах, в сфере управления (например, менеджеры, экономисты, бухгалтеры) и т.п.). | |
| К категории Iб относятся работы, производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением (ряд профессий в полиграфической промышленности, на предприятиях связи, контролеры, мастера в различных видах производства и т.п.) | |
| Окончание табл. 1 | |
| Категория работ | Энергозатраты организма человека |
| Средней тяжести физические работы (категория II) | Виды деятельности с расходом энергии в пределах 151-250 ккал/ч (175-290 Вт). |
| Примечание. Средней тяжести физические работы разделяют на: 1) категорию IIа - энергозатраты от 151 до 200 ккал/ч (175-232 Вт) 2)категорию IIб - энергозатраты от 201 до 250 ккал/ч (233-290 Вт). | |
| К категории IIа относятся работы, связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требующие определенного физического напряжения (ряд профессий в механо-сборочных цехах машиностроительных предприятий, в прядильно-ткацком производстве и т.п.). | |
| К категории IIб относятся работы, связанные с ходьбой, перемещением и переноской тяжестей до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением (ряд профессий в механизированных литейных, прокатных, кузнечных, термических, сварочных цехах машиностроительных и металлургических предприятий и т.п.) | |
| Тяжелые физические работы (категория III) | Виды деятельности с расходом энергии более 250 ккал/ч (290 Вт) |
| Примечание. К категории III относятся работы, связанные с постоянными перемещениями, перемещением и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий (ряд профессий в кузнечных цехах с ручной ковкой, литейных цехах с ручной набивкой и заливкой опок машиностроительных и металлургических предприятий и т.п.) |
| Таблица 2 | |||||||
| Тепловой поток, который поступает в помещение через окна | |||||||
| Географическая широта | Ориентация окон | ||||||
| Восток | Юго-восток | Юг | Юго-запад | Запад | Северо-запад | Северо-восток | |
| - | - | - | |||||
| - | - | - | |||||
| - | - | - | |||||
| - | - | - | |||||
| - | - | - | |||||
| - | - | - | |||||
| - | - | - | |||||
| - | - | - | |||||
| - | - | - |
Примечания: Тепловой поток солнечной радиации указан для одинарного остекления при вертикальном заполнении световых проемов. Для двойного остекления поправочный коэффициент 0,9; для тройного остекления – 0,8; для стеклоблоков и профильного стекла – 0,7.
Знак «–» означает, что тепловой поток в помещение не поступает, в данном случае принимаем q = 1 Вт/ м2.
| Таблица 3 | ||
| Коэффициент относительного проникновения солнечной радиации через окна | ||
| Заполнение окон | ко.п. | |
| Остекление | Солнцезащитное устройство | |
| Одинарное стекло | Без солнцезащитных устройств | |
| Внутренние жалюзи: | ||
| светлые | 0,56 | |
| среднего окраса | 0,65 | |
| темные | 0,75 | |
| Внутренние шторы из тонкой ткани: | ||
| светлые | 0,56 | |
| среднего окраса | 0,61 | |
| темные | 0,66 | |
| Внутренние шторы из плотной непрозрачной ткани: | ||
| светлые | 0,25 | |
| темные | 0,59 | |
| Двойное стекло | Без солнцезащитных устройств | 0,9 |
| Внутренние жалюзи: | ||
| светлые | 0,53 | |
| среднего окраса | 0,6 | |
| темные | 0,64 | |
| Внутренние шторы из тонкой ткани: | ||
| светлые | 0,54 | |
| среднего окраса | 0,59 | |
| темные | 0,64 | |
| Внутренние шторы из плотной непрозрачной ткани: | ||
| светлые | 0,25 | |
| темные | 0,6 |
| Таблица 4 | ||
| Коэффициент теплопередачи некоторых наружных ограждений | ||
| Конструкция ограждения | Толщина ограждения, мм | k |
| Кирпичные стены с внутренней штукатуркой: 1,5 кирпича | 1,54 | |
| 2 кирпича | 1,23 | |
| 2,5 кирпича | 1,04 | |
| Окончание табл. 4 | ||
| Конструкция ограждения | Толщина ограждения, мм | k |
| Стены из шлакобетонных пустотелых камней с внутренней штукатуркой: 1 камень | 1,85 | |
| 1,5 камня | 1,37 | |
| 2 камня | 1,09 | |
| Наружные окна и фонари: деревянные переплеты: одинарные | – | 5,82 |
| двойные | – | 2,67 |
| металлические переплеты: одинарные | – | 6,4 |
| двойные | – | 3,26 |
| Наружные двери и ворота: одинарные | – | 4,65 |
| двойные | – | 2,32 |
