Расчёт вентиляции (кондиционирования) помещения

6.1. Расчёт тепло- и влагоизбытков

Расход приточного воздуха определяется видом ассимилируемых вентиляцией вредностей теплоизбытков или загазованности (влагоизбытки и загазованность в этом случае не рассматриваются).

Расчётные зависимости для определения расхода приточного воздуха представлены в табл.

Вид вредностей	Зависимости для вычисления расхода воздуха, L, м^3/ч	Зависимости для вычисления составляющих
1. Теплоизбытки	Qп/[c(tу-tп)ρ]	Qп=ΣQi=Qоб+Qл+Qосв+Qэ, Qоб=3,6·Рпотр; Qл=Q΄л·nл Qосв=3,6·AF Qэ=3,6kPэд(1-η)/η W=Wоб+Wл; Wл=ωnл
2. Тепло- и влагоизбытки	Qп/[(iу-iп)ρ] Wп/[(dу-dп)ρ]
3. Вредные газовыделения	М/(Ку-Кп)	М=Муто=КзКрVвн√μ/Т Мсн=dвКс√Р/370 Мпр=АлmFи/100

 

где: Q_п – полные тепловыделения в рабочую зону, кДж/ч (Вт); Q_об – теплоизбытки от технологического оборудования, кДж/ч;

Р_потр – потребляемая мощность, Вт;

Q΄_л – теплоизбытки от одного человека, 150…350Вт; (540…1250 кДж/ч);

n_л – число людей, работающих в смене;

Q_л – теплоизбытки от людей, кДж/ч;

Q_осв – теплоизбытки от освещения, кДж/ч;

А – удельный теплоприток в секунду, Вт/(м²с) (для производственных помещений А_п=4,5, для складских – А_с=1Вт/(м²с));

Q_э – теплоизбытки от работающих электродвигателей, кДж/ч;

Р_эд – установленная мощность, электродвигателя, Вт;

k – коэффициент, учитывающий одновременность работы, загрузку и тип электродвигателя, k=0,2…0,3;

η – к.п.д. электродвигателя;

W – влагоизбытки, кг/ч; ω – влаговыделения от одного человека, (при температуре воздуха в помещении t=22…28⁰С – ω=0,1…0,25 кг/ч);

W_л – влаговыделения от людей, кг/ч;

W_об – влаговыделения от оборудования, определяемое по справочникам, кг/ч;

М_уто – количество вредных веществ, поступающих в помещение в результате утечек через неплотности технологического оборудования, кг/ч;

К_з – коэффициент запаса, характеризующий состояние оборудования, К_з=1…2;

К_р – коэффициент, зависящий от давления газов или паров в технологическом оборудовании.

 

Р, Па	менее 1,96·10^5	1,97·10^5	до 6,88·10^5
Кр	0,121	0,166	0,182

V_вн – внутренний объём технологического оборудования и трубопроводов, находящихся под давлением, м³;

μ – относительная молекулярная масса газов или паров в аппаратуре (для трихлорэтилена μ=118);

Т – абсолютная температура газов или паров, ⁰К (273 +t⁰С);

М_сн – массовый расход (утечки) вредных веществ через сальники насосов, кг/ч;

d_в – диаметр вала или штока, мм;

К_с – коэффициент, учитывающий состояние сальников и степень токсичности вещества, К_с=0,0002…0,0003;

Р – давление, развиваемое насосом, Па;

М_пр – массовый расход паров растворителей;

А_л – расход лакокрасочных материалов в граммах на 1м² площади поверхности, г/м²;

m – содержание в краске летучих растворителей, % (см. табл.);

F_и – площадь поверхности изделия, окрашиваемая или лакируемая за 1 час, м²;

 

Материал	Способ покрытия	Ал, г/м^2	m, %
Бесцветный аэролак	кистью
Нитрошпаклёвка	кистью	100…180	35…10
Нитроклей	кистью		80…5
Цветные аэролаки и эмали	кистью
Масляные лаки и эмали	распылением	60…90

с – удельная теплоёмкость воздуха, с=1кДж/(кгК);

t_п, t_у – температура воздуха, подаваемого в помещение или удаляемого, ⁰С; ρ – плотность воздуха, кг/м³;

i_п, i_у – теплосодержание приточного или удаляемого воздуха, кДж/кг;

Теплосодержание приточного воздуха

Город	iп, кДж/кг
Москва Санкт- Петербург Архангельск Мурманск Киев Владивосток	49,6 46,7 47,0 41,6 53,8 55,0

 

d_п, d_у – влагосодержание приточного или удаляемого воздуха, г/кг сухого воздуха;

К_п – концентрация вредных веществ в приточном воздухе, г/м³.Обычно принимается равной 30% предельно допустимой концентрации (ПДК) данного вещества (см. приложение 4);

К_у – концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе, принимаемая равной ПДК, г/м³.

При выделении в воздух рабочей зоны нескольких вредных веществ разнонаправленного действия, воздухообмен для их нейтрализации вычисляется для каждого вредного вещества отдельно.

При выделении в воздух рабочей зоны нескольких вредных веществ однонаправленного действия, воздухообмен для их нейтрализации вычисляется путём суммирования объёмов воздуха для разбавления каждого вещества в отдельности до его ПДК, т.е. до К_i, определяемой по выражению:

К_i/(ПДК)_i≤1, тогда К_у=ПДК=К_i

6.2. Определение расхода воздуха,
необходимого для удаления тепло- и влагоизбытков

Исходные данные (пример)

Температура воздуха, подаваемого в помещение t_п=23,3⁰С; теплосодержание приточного воздуха, i_п=52,5 кДж/кг; полные тепловыделения в помещении Q_п=22800 кДж/ч=6333 Вт; влаговыделения в помещении W=1,78 кг/ч; объём помещения, V=108 м³; вертикальное растояние от пола до горизонтального отверстия всасывания вентилятора, Н=3,5м.

Последовательность расчётов:

1. Определение температуры воздуха в помещении по выражению:

t_р.з.=t_п+(6…10⁰С)=23,3+6,7=30⁰С.

2. Определение удельных избытков тепла:

q= =6333/108=58,6 Вт/м³

3. Определение температуры воздуха, удаляемого из помещения:

t_у=t_р.з.+Δ(Н-2),

где: Δ – градиент температуры, ⁰С/ м

при q<16,8 Вт/м³ – Δ=0…0,3

q=16,8…33,6 – Δ=0,3..1,2

q>33,6 - Δ=0,8…1,5

Принимаем Δ=0,9⁰С/м, т.к. q=58,6>33,6 Вт/м³; тогда: t_у=30+0,9(4-2)=31,8⁰С.

4. Определение направления луча процесса изменения параметров приточного воздуха под воздействием тепло- и влагоизбытков:

а) вычисляем параметр: ε= =22800/1,78=12809 кДж/кг

б) на i-d диаграмме (см. приложение 5) находим точку «Е» (ε=12809) и точку «А» (t₀=0⁰C и d=0, г/кг сухого воздуха). Соединим точку «А» с точкой «Е» примой линией на диаграмме i-d и получим луч «АЕ».

5. Определение направления луча процесса изменения параметров удаляемого воздуха.

а)на i-d диаграмме находим точку «В», характеризующуюся параметрами приточного воздуха t_п =23,3⁰С и i_п =52,5кДж/кг.

б) проводим из точки «В» луч параллельный линии «АЕ» до пересечения с линией t_у=31,8⁰С и получаем точку «С» (т.е. линия ВС||АЕ).

6. Находим параметры приточного воздуха точке «В», а именно d_п г/кг сух. воздуха и φ_п %, и в точке «С» - i_у кДж/кг, d_у г/кг сух. воздуха. и φ_у%. d_п=11,4 г/кг сух воздуха; φ_п=62%; d_у=12 г/кг сух. воздуха, i_у=622 кДж/кг, φ_у=42%/

7. Определяем плотность воздуха ρ кг/м³ при t градС, по выражению:

при температуре воздуха поступающего в помещение t_п: ρ_п= ,

при температуре наружного воздуха t_н: ρ_н= ; ρ_у= .

8. Вычисляем расход воздуха, необходимый для нейтрализации тепловыделений, м³/ч:

=22800/[(62,2-52,5)1,2]=1958,8 м³/ч

и влаговыделений:

=1000·1,78/[(12-11,4)1,2]=2472,2 м³/ч

В дальнейшем за расчётный принимается более высокий воздухообмен.

9. Определение кратности вентиляционного воздухообмена, 1/ч:

=2472,2/108≈23 1/ч

где: L_max – максимальный расход воздуха, необходимый для нейтрализации тепло- и влаговыделений, м³/ч (т.е. L_max→L_T или L_В).

10. Вычисляем теплоту, уносимую с вентилируемым воздухом, по выражению:

Q_В=с·ρ_у·V(t_П-t_H)K_ВВ

где: с – удельная теплоёмкость воздуха, с=0,28 .

11. Вычисляем потери теплоты в Вт через ограждения (потолок, стены, двери и окна) помещения:

Q_О=(t_П-t_H)ΣK_ТF=(t_П-t_H)(K_ТПF_п+K_ТСF_C+K_ТОF_О+К_ТДF_Д),

где: F_П, F_C, F_О и F_Д – площади ограждений перекрытий, стен, окон и дверей, соответственно.

Значения коэффициента теплопередачи К_т 10

Перекрытие с теплоизоляцией, Ктп	Стены, Ктс	Окна, Кто	Двери, Ктд	Теплообменник (радиатор), Ктт
кирпич ные	шлако бетонн.	двой- ные	одинар ные	двой- ные	одинар ные
1,17	1,55	1,85	2,33	4,68	2,68	5,65	10,03

 

12. Расчётная теплоотдача калорифера, Вт:

Q_K= Q_В+Q_O.

13. Вычисляем мощность калорифера по формуле, Вт:

,

где: η_к – к.п.д. калорифера (при установке непосредственно в вентилируемом помещении η_к=1, а при установке в другом помещении η_к=0,9).

14. Вычисляем суммарную поверхность нагрева калорифера по выражению, м²:

,

где: Δt – разность между средней температурой теплоносителя теплообменника и температурой воздуха в помещении, т.е. Δt=t_у-t_ср, где: t_ср= .

6.3. Подбор вентилятора и электродвигателя

Вентилятор подбирается в соответствии с подсчитанным общим расходом воздуха L, м3/ч и общей потерей давления ΣРi, Па.

а) определение параметров вентилятора.

Наиболее современными и экономичными являются центробежные (радиальные) вентиляторы типа Ц4-70. Характеристики вентиляторов Ц4-70 различных типоразмеров представлены в приложении 6.

Для обеспечения воздухообмена сL=2500 м³/ч (0,7 м³/с) возможно применение следующих вентиляторов, где η_в – частота вращения, мин^-1; Р – напор, Па и ν – окружная скорость колеса, м/с.

1. №5 при η_в=400 мин^-1, Р=80 Па, ν=13 м/с;

2. №4 при η_в=1200 мин^-1, Р=230 Па, ν=22 м/с;

3. №4 при η_в=1950 мин^-1, Р=750 Па, ν=34 м/с;

4. №3 при η_в=2000 мин^-1, Р=760 Па, ν=35 м/с;

Анализируя характеристики по к.п.д., можно сделать вывод, что из всех возможных вариантов лучшие параметры по к.п.д., Р, ν и η_в имеет вентилятор Ц4-70 №4;

б) Определение мощности электродвигателя для привода вентилятора.

Р_эд=L·ΣР_i·К_з/(3600·1000·η_в·η_п·η_р), кВт

где: К_з – коэффициент запаса (для вентиляторов типа Ц4-70 – К_з=1,25);

η_в – к.п.д. вентилятора (по характеристике η_в=0,8…0,9);

η_п – к.п.д., учитывающий механические потери в подшипниках вентилятора, η_п=0,95;

η_р – к.п.д., учитывающий механические потери в передаче от вентилятора и двигателя (для клиноременной передачи η_р=0,9, при непосредственном соединении η_р=1,0.

При ΣР_i=Р получим для выбранного вентилятора мощность электродвигателя: Р_эд= кВт.

Из приложения 7 выбираем электродвигатель типа А-32-4, Р=1,0 кВт, η_д=1410 об/ми. При этом применяется клиноременная передача с передаточным отношением i_по=η_в/η_д=1950/1410=1,38 или электродвигатель типа А-31-2, Р=1,0 кВт, η_д=2850 об/мин, при этом i_по=1950/2850=0,68.

6.4. Расчет надежности оборудования (системы)