Определение воздухообмена по теплоизбыткам, влаге, газам и по кратности. Санитарная норма воздуха

Для определения величины воздухообмена, а значит и производительности вентиляционных систем исходными являются тепловая, влажностная и газовая нагрузки, а определяющими – распределение температуры и концентрации вредности в помещении, а также температура и концентрация вредности в уходящем воздухе.

В помещении могут быть разные сочетания схем вентиляционного процесса, обеспечиваемые разными видами вентиляционных систем и способами раздачи воздуха и удаления его из помещения.

Рассмотрим одну из них. Допустим, что помещение обслуживается n приточными и m вытяжными общеобменными системами. (рисунок 1.11)

 

n m

i Q W Z

1 1

 

Рисунок 1.11– Схема вентиляции помещения, обслуживаемого n

приточными и m вытяжными общеобменными системами

 

Для определения величины воздухообмена. т.е. требуемой производительности систем общеобменной вентиляции и (или) кондиционирования по заданному виду вредности необходимо решить систему из двух уравнений:

– уравнения баланса заданного вредного выделения;

– уравнения баланса воздуха в помещении

Уравнение баланса воздуха в вентилируемом помещении описывает закон сохранения массы воздуха, применительно к этому помещению Уравнение баланса по воздуху будет иметь вид

– =0, (1.47)

где G_пр.i,G_ух.j – количество воздуха, соответственно подаваемого

приточными и удаляемого вытяжными системами.

Уравнение баланса теплоты в помещении описывает закон сохранение тепловой энергии в помещении.

Допустим, в помещении имеют место избытки теплоты , кДж/ч. Предположим, что я приточная система подает воздух с параметрами .Удаляется воздух j-й с параметрами .

Уравнение баланса по теплоте будет иметь вид

+ – по полной теплоте (1.48)

+ · – · =0 – по явной теплоте (1.49)

где с – удельная массовая теплоемкость воздуха, кДж/(кг °С).

Уравнение баланса влаги в помещении выражает закон сохранения массы влаги. Если обозначить влаговыделения W кг/ч, а влагосодержание приточного воздуха d_пр.i, г/кг, уходящего – d _ух._j,г/кг, то уравнение примет вид

W+ – =0 (1.50)

Уравнение баланса по другим вредностям (газам, парам, пыли) по аналогии с предыдущим балансами будет иметь вид

Z+ – , (1.51)

где Z – количество выделяющейся вредности мг/ч;

z_пр.i – концентрация вредности в приточном воздухе -й приточной

системы, мг/м³;

z_ух.j – концентрация вредности в вытяжном воздухе -й вытяжной системы,

мг/м³;

ρ – плотность воздуха, кг/м³;

Итак, для определения требуемой производительности систем общеобменной вентиляции, необходимо решить систему из двух уравнений: уравнения баланса вредности и уравнения баланса воздуха, т.е. (1.47) и (1.48), или (1.47) и (1.49), или (1.47) и (1.50) и т.п.

Допустим, что в уравнениях (1.47), (1.48), (1.49), (1.50), (1.51) и - искомые производительности соответственно приточной и вытяжной общеобменной вентиляции. Количество воздуха подаваемого остальными (n-1) приточными системами и удаляемого (m-1) вытяжными системами, известно.

Тогда, расчет воздухообмена, например, по избыточной явной теплоте заключается в следующем:

Из уравнения (1.47) найдем

(1.52)

Подставляя это выражение в уравнение (1.49) с выделением члена получим

)=0. (1.53)

Решая это уравнение относительно ,находят требуемую производительность вытяжной системы общеобменной вентиляции по избыткам явной теплоты, кг/ч:

(1.54)

Общеобменная вытяжка, рассчитанная по избыточной полной теплоте, кг/ч, будет определяться следующим образом

(1.55)

Общеобменная вытяжка, рассчитанная по влаговыделениям, составляет, кг/ч

(1.56)

Общеобменная вытяжка, рассчитанная по вредным веществам, кг/ч

(1.57)

В частном случае, когда имеется один приток и одна вытяжка и нет местных отсосов, воздухообмен может быть определен по следующим формулам.

Воздухообмен из условий ассимиляции влаги G_w:

G_w= , (1.58)

где W_изб - количество влаги, выделившейся в помещении, г/ч;

d_ух.,d_пр – влагосодержание воздуха соответственно удаляемого из

помещения вытяжными и подаваемого приточными системами,

г/кг;

Воздухообмен из условия ассимиляции избыточной теплоты G_Q, кг/ч

G_Q= – по явной теплоте (1.59)

G_Q= – по полной теплоте, (1.60) где Q_изб - избыточная теплота (явная или полная), Вт;

с - теплоемкость воздуха, кДж/кг ºС;

i - энтальпия (теплосодержание) воздуха соответственно подаваемого

приточными и удаляемого вытяжными системами, кДж/кг.

T_ух.,t_пр– температура воздуха соответственно удаляемого вытяжными и

подаваемого приточными системами, ^оС.

Воздухообмен из условия ассимиляции вредных газов и паров

, (1.61)

где Z – количество газа, выделяющегося в помещении, г/ч

z_ух. – предельно допустимая концентрация, г/м³;

z_пр. – концентрация вредностей в наружном воздухе, г/м³;

При одновременном выделении в помещение нескольких вредностей, не обладающих однонаправленным действием на организм человека, т.е. разнонаправленные, определяют величину воздухообмена из условия ассимиляции каждой вредности и в качестве расчетной величины принимают наибольшее значение воздухообмена. При выделении веществ однонаправленного действия расчетный воздухообмен получают, суммируя воздухообмены, полученные для каждого вещества.

В помещениях вспомогательного назначения воздухообмен L, м³/ч, рассчитывают по кратности (см. раздел 1.6)

L=k⋅V, (1.62)

где к – кратность воздухообмена, 1/ч;

V – объем помещения, м³.

Одним из важных показателей воздухообмена в помещении служит санитарная норма, т.е. минимально допустимое количество наружного воздуха, которое нужно подавать в помещение в расчете на одного человека. Эта величина зависит от времени пребывания человека в помещении и его физической нагрузки: при временном пребывании человека в помещении норма составляет 20 м³/ч, при постоянном пребывании – 60 м³/ч, при повышенных физических нагрузках – 80 м³/ч.

Санитарная норма является не только санитарно-гигиеническим показателем, но и экономическим параметром. Необходимо стремиться к тому, чтобы воздухообмен из условий ассимиляции вредностей, тепло- и влагоизбытков был доведен до минимально необходимого по санитарным нормам. Это достигается использованием полного комплекса мер по снижению тепловой нагрузки и согласованной работой систем отопления-охлаждения и вентиляции.

При определении расчетного воздухообмена систем кондиционирования воздуха исходной величиной является температура приточного воздуха. Для уменьшения расхода приточного воздуха желательно принимать минимально возможную температуру, однако она ограничивается в зависимости от вида воздухораспределения.

Рисунок 1.12 – К определению условий входа струи в рабочую зону

В соответствии с требованиями [8] необходимо, чтобы в струе приточного воздуха при входе её в обслуживаемую или рабочую зону (на рабочих местах) максимальная температура t_x, ⁰С, при восполнении недостатков теплоты определялась по формуле

, (1.63)

а минимальная температура при ассимиляции теплоизбытков рассчитывалась по формуле

, (1.64)

где t_р.з– нормируемая температура воздуха в обслуживаемой или на

рабочих местах в рабочей зоне помещения, ⁰С;

Δt₁, Δt₂–допустимые отклонения температуры воздуха в струе приточного

воздуха от нормируемой температуры воздуха в обслуживаемой

или рабочей зоне, ⁰С;

Выбор расчетного воздухообмена должен производиться также с учетом ограничения подвижности воздуха в рабочей зоне. Максимальная скорость воздуха в струе при входе в обслуживаемую или рабочую зону V_x, м/с, должна составлять

V_x=К_п ⋅V_р.з., (1.65)

где К_п – коэффициент перехода от нормируемой скорости движения воздуха в

помещении к максимальной скорости в струе воздуха;

V_р.з– нормируемая скорость движения воздуха, м/с.

Значения Δt₁, Δt₂, К_п нормируются [14].

Величину воздухообмена определяют для теплого, холодного и переходного периодов года. Чаще в качестве расчетного воздухообмена принимается воздухообмен для теплого периода года. Это обосновывается тем, что именно теплый период является более напряженным с точки зрения обеспечения требуемых параметров приточного воздуха, т.к. требуется его охлаждение и осушка. В годовом цикле при переходе от расчетного теплого периода к расчетному холодному холодильная нагрузка на систему снижается, в результате чего возможно уменьшение воздухообмена. Такое количественное регулирование целесообразно с точки зрения энергосбережения.

Желательно, чтобы температура приточного воздуха приближалась к температуре воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне. Тогда нагрузка на систему отопления-охлаждения будет равна нулю. В этом случае система вентиляции или кондиционирования воздуха не выступает в роли системы отопления-охлаждения, а выполняет свое основное назначение, При этом воздухообмен может сократиться до минимального допустимого и не возникает проблем с воздухораспределением. Поддержание нулевого значения тепловой нагрузки на систему в холодный период возлагается на систему отопления, работающую параллельно и содержащую автоматические терморегуляторы.