Понятие требуемого воздухообмена и основные принципы

ТРЕБУЕМЫЕ ВОЗДУХООБМЕНЫ

 

Понятие требуемого воздухообмена и основные принципы

Его расчета

 

Вентиляция (ВЕ) предназначена для удаления вредностей из помещения путем создания воздухообмена (ВО). Желательно, чтобы эта цель ВЕ обеспечивалась бы при минимальных расходах воздуха и, соответственно, минимальных затратах на обработку воздуха. Поэтому при проектировании ВЕ одной из важнейших задач является определение минимального воздухообмена, при котором может быть достигнут требуемый результат с заданным коэффициентом обеспеченности. Этот минимально требуемый воздухообмен обычно называют просто требуемым воздухообменом (ТВО).

Расчет ТВО для основных помещений производится для трех расчетных периодов: теплого (ТП), переходного (ПП) и холодного (ХП). Перед расчетом составляется расчетная схема помещения, вариант которой применительно к помещению общественного здания приведена на рисунке 7.1.

 

Верхняя зона G_у

t_у , d_у , I_у , c_у

М_вл, Q_изб,я, V_CO2

G_п

t_п, d_п, I_п, c_п Рабочая зона (РЗ)

 

 

Рис. 7.1. Расчетная схема помещения

 

Для расчета ТВО необходимо знать лишь условия в помещении и на его границе: параметры воздуха при выпуске его в помещение, внутри помещения и при удалении его из помещения, а также количество выделяющихся вредностей. Параметры наружного воздуха и на отдельных стадиях обработки его в приточной камере не принципиальны — при расчете ТВО рассматривается исключительно само помещение.

При расчете ТВО предполагается стационарный режим вентиляции, при котором все выделяющиеся вредности удаляются из помещения вместе с удаляемым воздухом. При этом не происходит накапливания вредностей в помещении, и значения концентраций вредностей и температур имеют постоянное значение, не изменяющееся во времени.

С понятием стационарного режима в любой области всегда связано понятие баланса, то есть равновесия, равенства. Это следует из законов сохранения вещества и энергии. Применительно к рассматриваемому вопросу можно говорить о балансе по воздуху и по выделяющимся вредностям.

Баланс по воздуху описывается уравнением

∑G = 0

При этом полагается, что суммирование ведется с учетом знака: приток воздуха (стрелка на расчетной схеме направлена внутрь помещения) считается положительной величиной, а вытяжка (стрелка на схеме направлена наружу, из помещения) считается отрицательной величиной.

Баланс по той или иной вредности описывается аналогичными уравнениями

∑Q_изб.я = 0; ∑Q_изб.я = 0; ∑М_w = 0; ∑V_СО2 = 0.

 

При этом суммирование также ведется с учетом знака: вредности, поступающие в помещение (выделяющиеся в нем или вносимые с приточным воздухом) считаются положительной величиной, а вредности, удаляемые из помещения вместе с удаляемым воздухом считаются отрицательными величинами.

В развернутом виде уравнение воздушного баланса выглядит следующим образом

G_п – G_у = 0

 

Уравнения баланса по вредностям в развернутом виде выглядят следующим образом

3,6 Q_изб.я + G_п с t_п – G_у с t_у = 0

 

3,6 Q_изб.п + G_п I_п – G_у I_у = 0

 

М_w + G_п d_п – G_у d_у = 0

 

V_СО2 + G_п С_п /ρ_п – G_у С_у/ρ_у = 0

 

Величина явного и полного теплопоступлений в приведенных формулах выражена в Вт, поступления влаги — в г/час, поступления углекислого газа — в л/час. Значения расходов приточного и вытяжного воздуха выражены в кг/час.

Комбинируя одно из уравнений баланса по той или иной вредности с уравнением баланса по воздуху, получают систему двух уравнений, из которой можно определить два неизвестных: расход приточного воздуха G_п и расход удаляемого воздуха G_у. Но для этого еще до расчета самого воздухообмена все остальные величины, входящие в балансные уравнения, должны быть предварительно каким-либо образом определены.

Выбор параметров наружного и внутреннего воздуха, а также температур приточного и удаляемого воздуха рассмотрен в разделе "Расчетные параметры воздуха". Определение количеств выделяющихся вредностей рассмотрено в разделе "Выделение вредностей в помещения". Остальные параметры приточного и удаляемого воздуха определяют по I-d диаграмме влажного воздуха, выполнив на ней построение схемы вентиляционного процесса для рассматриваемого периода года. При построении предполагают, что процесс обработки воздуха будет прямоточным, то есть без использования рециркуляции воздуха.

Следует отметить, что построение процесса на I-d диаграмме целесообразно в том, и только в том случае, если в помещении выделяется влага, или производится обработка приточного воздуха с изменением его влагосодержания (увлажнение или осушение). В противном же случае использование I-d диаграммы не дает никаких преимуществ, и для расчетов достаточно знать лишь температуры воздуха. В помещения общественных зданий почти всегда поступает влага, выдыхаемая людьми, поэтому расчет воздухообменов обычно ведут с использованием I-d диаграммы влажного воздуха.

 

 

На I-d диаграмме

 

 

Прямоточные вентиляционные процессы строят на I-d диаграмме для трех периодов года. Перед построением предварительно определяют расчетные параметры наружного воздуха, допустимые параметры внутреннего воздуха, предполагаемые температуры приточного и удаляемого воздуха. Затем расчетом определяют угловой коэффициент луча процесса в помещении, то есть процесса изменения состояния приточного воздуха после выпуска его в помещение. При этом условносчитается, что помещение разделено на две зоны: рабочую зону (РЗ) и верхнюю зону. Приточный воздух, вбирая вначале тепло и влагу из РЗ, принимает параметры, соответствующие расчетным параметрам РЗ. Затем, условно поднимаясь из РЗ в верхнюю зону, он вбирает тепло и влагу из нее, принимает параметры, соответствующие расчетным параметрам воздуха в верхней зоне.

Подчеркнем, что деление помещения на РЗ и верхнюю зону достаточно условно, так как часто очень трудно выделить из общего количества теплопоступления и вредности, поступающие именно в РЗ. Кроме того, воздух редко подается именно в РЗ, так как это конструктивно достаточно сложно, нарушает интерьер, требует раздачи воздуха с малыми скоростями и, как следствия, большой площади воздухораспределительных устройств. Чаще воздух подается в верхнюю зону струями из решеток или потолочных плафонов, при этом он вначале воспринимает тепло, влагу и другие вредности именно из верхней зоны, а не из РЗ. В принципе, деление помещения на две зоны придумано для того, чтобы отразить тот факт, что главной заботой вентиляции и обслуживаемой ею зоной является именно РЗ, а также подтвержденный на практике факт существования разности температур в РЗ и в верхней зоне помещения. Если считать помещение одним большим общим объемом, то пришлось бы принимать в расчетах одну среднюю температуру по всему объему помещения. Однако, теплый воздух всегда стремится вверх, и в верхней зоне, как правило, температура воздуха выше, чем в РЗ. Это расслоение воздуха наблюдается в любом помещении, в котором имеются конвективные источники теплоты, причем даже при общих недостатках теплоты. Расслоение воздуха зависит именно от наличия конвективных струй в помещении, а не от средней температуры воздуха. Воздух из помещений удаляется чаще всего именно из верхней зоны, поэтому в расчеты желательно вводить более точное значение температуры воздуха в ней, определенное с учетом предполагаемого расслоения воздуха по высоте помещения. Таким образом, при делении объема помещения на две зоны расчетная модель помещения становится более корректной и больше соответствует реальным условиям.

Учитывая, что трудно разделить два этапа восприятия приточным воздухом избыточного тепла и влаги в РЗ и верхней зоне, считается, что лучи двух этих процессов на I-d диаграмме идут под одним наклоном, и угловой коэффициент луча процесса в помещении определяется по общим избыткам полного тепла и влаги

ε = 3600 Q_{изб.полн} / М_w

 

Величина полных теплопоступлений Q_{изб.полн} в приведенной формуле выражена в Вт, а поступления влаги М_w — в г/час. Значение ε получается в кДж/кг. При использовании в расчете других единиц измерения следует учитывать перевод единиц.

Помещений

Для помещений вспомогательного назначения (санузлы, кладовые, склады, административные помещения, вестибюли и фойе и др.), в которых тепловой и воздушный режимы являются типовыми, не производят подробный расчет выделения вредностей и воздухообменов по вредностям. Для них требуемый воздухообмен определяется по нормативной кратности.

ТРЕБУЕМЫЕ ВОЗДУХООБМЕНЫ

 

Понятие требуемого воздухообмена и основные принципы

Его расчета

 

Вентиляция (ВЕ) предназначена для удаления вредностей из помещения путем создания воздухообмена (ВО). Желательно, чтобы эта цель ВЕ обеспечивалась бы при минимальных расходах воздуха и, соответственно, минимальных затратах на обработку воздуха. Поэтому при проектировании ВЕ одной из важнейших задач является определение минимального воздухообмена, при котором может быть достигнут требуемый результат с заданным коэффициентом обеспеченности. Этот минимально требуемый воздухообмен обычно называют просто требуемым воздухообменом (ТВО).

Расчет ТВО для основных помещений производится для трех расчетных периодов: теплого (ТП), переходного (ПП) и холодного (ХП). Перед расчетом составляется расчетная схема помещения, вариант которой применительно к помещению общественного здания приведена на рисунке 7.1.

 

Верхняя зона G_у

t_у , d_у , I_у , c_у

М_вл, Q_изб,я, V_CO2

G_п

t_п, d_п, I_п, c_п Рабочая зона (РЗ)

 

 

Рис. 7.1. Расчетная схема помещения

 

Для расчета ТВО необходимо знать лишь условия в помещении и на его границе: параметры воздуха при выпуске его в помещение, внутри помещения и при удалении его из помещения, а также количество выделяющихся вредностей. Параметры наружного воздуха и на отдельных стадиях обработки его в приточной камере не принципиальны — при расчете ТВО рассматривается исключительно само помещение.

При расчете ТВО предполагается стационарный режим вентиляции, при котором все выделяющиеся вредности удаляются из помещения вместе с удаляемым воздухом. При этом не происходит накапливания вредностей в помещении, и значения концентраций вредностей и температур имеют постоянное значение, не изменяющееся во времени.

С понятием стационарного режима в любой области всегда связано понятие баланса, то есть равновесия, равенства. Это следует из законов сохранения вещества и энергии. Применительно к рассматриваемому вопросу можно говорить о балансе по воздуху и по выделяющимся вредностям.

Баланс по воздуху описывается уравнением

∑G = 0

При этом полагается, что суммирование ведется с учетом знака: приток воздуха (стрелка на расчетной схеме направлена внутрь помещения) считается положительной величиной, а вытяжка (стрелка на схеме направлена наружу, из помещения) считается отрицательной величиной.

Баланс по той или иной вредности описывается аналогичными уравнениями

∑Q_изб.я = 0; ∑Q_изб.я = 0; ∑М_w = 0; ∑V_СО2 = 0.

 

При этом суммирование также ведется с учетом знака: вредности, поступающие в помещение (выделяющиеся в нем или вносимые с приточным воздухом) считаются положительной величиной, а вредности, удаляемые из помещения вместе с удаляемым воздухом считаются отрицательными величинами.

В развернутом виде уравнение воздушного баланса выглядит следующим образом

G_п – G_у = 0

 

Уравнения баланса по вредностям в развернутом виде выглядят следующим образом

3,6 Q_изб.я + G_п с t_п – G_у с t_у = 0

 

3,6 Q_изб.п + G_п I_п – G_у I_у = 0

 

М_w + G_п d_п – G_у d_у = 0

 

V_СО2 + G_п С_п /ρ_п – G_у С_у/ρ_у = 0

 

Величина явного и полного теплопоступлений в приведенных формулах выражена в Вт, поступления влаги — в г/час, поступления углекислого газа — в л/час. Значения расходов приточного и вытяжного воздуха выражены в кг/час.

Комбинируя одно из уравнений баланса по той или иной вредности с уравнением баланса по воздуху, получают систему двух уравнений, из которой можно определить два неизвестных: расход приточного воздуха G_п и расход удаляемого воздуха G_у. Но для этого еще до расчета самого воздухообмена все остальные величины, входящие в балансные уравнения, должны быть предварительно каким-либо образом определены.

Выбор параметров наружного и внутреннего воздуха, а также температур приточного и удаляемого воздуха рассмотрен в разделе "Расчетные параметры воздуха". Определение количеств выделяющихся вредностей рассмотрено в разделе "Выделение вредностей в помещения". Остальные параметры приточного и удаляемого воздуха определяют по I-d диаграмме влажного воздуха, выполнив на ней построение схемы вентиляционного процесса для рассматриваемого периода года. При построении предполагают, что процесс обработки воздуха будет прямоточным, то есть без использования рециркуляции воздуха.

Следует отметить, что построение процесса на I-d диаграмме целесообразно в том, и только в том случае, если в помещении выделяется влага, или производится обработка приточного воздуха с изменением его влагосодержания (увлажнение или осушение). В противном же случае использование I-d диаграммы не дает никаких преимуществ, и для расчетов достаточно знать лишь температуры воздуха. В помещения общественных зданий почти всегда поступает влага, выдыхаемая людьми, поэтому расчет воздухообменов обычно ведут с использованием I-d диаграммы влажного воздуха.