5716
.pdf
11
Рис. 1. Изображение процессов обработки воздуха на I-d-диаграмме
Процесс 0-1 – процесс нагрева воздуха в поверхностном теплообменнике
(по d=const).
Процесс 0-2 – процесс охлаждения воздуха в поверхностном хладообменнике (по d=const).
Процесс 0-3 – процесс изотермического увлажнения воздуха (по t=const влагосодержание т.3 больше влагосодержания точки т.0).
Процесс 0-4 – процесс изотермической осушки (по t=const влагосодержание от т.0 до т.4 уменьшается).
Процесс 0-5 – изоэнтальпийный процесс увлажнения и охлаждения воздуха (по I = const влагосодержание т.5 выше, чем т.0, температура падает). Данный процесс протекает в адиабатических оросительных камерах приточных установок.
Процесс 0-6 – изоэнтальпийный процесс осушки и нагрева воздуха (по I = const влагосодержание т.6 меньше, чем т.0, температура повышается).
Все остальные промежуточные процессы называются политропными. Расчеты параметров воздуха на I-d-диаграмме всегда производятся по
полной теплоте:
12
Qп = Qявн + Qскр. |
(28) |
Явная теплота Qявн , Вт, может быть рассчитана по измеренным температурам.
Скрытая теплота Qскр , Вт,– это теплота фазового перехода (вода-пар). Рассмотрим процесс изменения параметров влажного воздуха от точки 1
до точки 2 (рис.2).
Любой политропный процесс на I-d-диаграмме можно представить в виде суммы двух простых процессов: с постоянным влагосодержанием и постоянной температурой.
При расходе воздуха, равном Gв, кг/ч, количество полной теплоты, участ-
вующей в процессе 1-2, можно определить по зависимостям: |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Qп |
1-2 = Gв (I2 – I1) |
(29) |
|||||||
|
|
|
|
Qявн |
1-k = Gв (Ik – I1) = cв·Gв (tk – t1) |
(30) |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Qскр k-2 = Gв (I2 – Ik) |
(31) |
|||||||||||||||
|
|
Gв ∆ I2-1 = cв·Gв ∆tk-1 + Gв ∆I2-k . |
(32) |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2. Политропный процесс обработки воздуха
Количество водяного пара, поступившего в воздух в процессе 1-2, определяется по зависимости:
13
G = G |
d2−1 , |
(33) |
W |
В 1000 |
|
где разность влагосодержаний ∆d2-1 = ∆d2-k = (d2 – d1).
4. УРАВНЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ БАЛАНСОВ ПОМЕЩЕНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
4.1 Уравнение баланса теплоты
Уравнение баланса теплоты представляет собой алгебраическую сумму всех теплопоступлений в помещение и теплопотерь данного помещения.
Всостав теплопоступлений входят следующие составляющие:
1)тепловыделения от технологического оборудования;
2)теплопоступления от людей;
3)теплопоступления от источников искусственного освещения;
4)теплопоступления от солнечной радиации;
5)теплопоступления от отопления и т. д.
Всостав теплопотерь входят:
1)теплопотери через ограждающие конструкции;
2)теплопотери на нагрев инфильтрующегося воздуха;
3)теплопотери на испарение воды с открытых поверхностей жидкости;
4)теплопотери на нагрев поступающих материалов и полуфабрикатов и т. д.
Уравнение теплового баланса имеет вид:
n |
m |
|
|
∑Qт/ выд i |
− ∑Qт/ пот j |
= 0. |
(34) |
i=1 |
j =1 |
|
|
Так как это алгебраическое выражение, то второе слагаемое можно записывать со знаком «+», подразумевая при этом отрицательное значение величины, входящей в состав суммы.
В реальных условиях всегда существует дисбаланс ±ΔQ, Вт, между количеством теплопоступлений и количеством теплопотерь:
14
n |
m |
|
|
∑ Qт/ выд i |
− ∑ Qт/ пот j |
= ± Q |
(35) |
i=1 |
j=1 |
|
|
Если дисбаланс отрицательный – Q, то в данном помещении доминиру-
ют теплонедостатки; если положительный + Q, то преобладают теплоизбытки. Системы вентиляции и кондиционирования корректируют этот дисбаланс.
Если учесть в выражении (35) количество теплоты, вносимое и удаляемое с вентиляционным воздухом, то нижеприведенное уравнение (36) называется
уравнением полного теплового баланса:
±∆Q + Qпр – Qух = 0. |
(36) |
По знаку ∆Q, входящему в уравнение (38), определяют вид систем, которые обеспечивают микроклимат в помещении. Эти системы называются комбинированными. При положительном дисбалансе предусматривают систему холодоснабжения, совмещенную с системами вентиляции и кондиционирования воздуха, а при отрицательном дисбалансе предусматривают систему воздушного отопления, совмещенную с системами вентиляции и кондиционирования воздуха.
В зависимости от типа проектируемых систем температура приточного воздуха для систем общеобменной вентиляции определяется по выражению:
tпр |
= tрз |
- |
±DQявн ×3, 6 |
, |
(37) |
|
|||||
|
|
|
св ×Gпр |
|
|
где Gпр – массовый расход приточного воздуха, кг/ч; ∆Qявн – явная теплота, Вт.
Для систем кондиционирования определяется удельная энтальпия приточного воздуха Iпр, кДж/кг, которая рассчитывается в зависимости от полной теплоты ±∆Qп, массового расхода приточного воздуха Gпр , кг/ч, и энтальпии воздуха в рабочей зоне:
Iпр |
= Iр з |
- |
±DQп ×3, 6 |
, |
(38) |
|
|||||
|
|
|
Gпр |
|
|
где ∆Qп – избытки (недостатки) полной теплоты, Вт;
15
Iр з – удельная энтальпия воздуха в рабочей зоне, кДж/кг
4.2УРАВНЕНИЕ ПОЛНОГО ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА В ПОМЕЩЕНИИ ПО ПОЛНОЙ ТЕПЛОТЕ
Запишем выражение (36) через полные теплоты, тогда полученное уравнение (39) будет называться уравнением полного баланса теплоты, составленным по полной теплоте:
± DQп + Qпрп - Qухп |
= 0 . |
(39) |
Количество полной теплоты, вносимой в помещение с приточным возду- |
||
хом, определяется по выражению: |
|
|
n |
|
|
Qпрп = ∑Gпр i |
× Iпр i , |
(40) |
i=1
а количество полной теплоты, уносимой с вытяжным воздухом, рассчитывается по зависимости:
m |
|
Qухп = ∑Gух j × I ух j , |
(41) |
j=1
где Gпр i – массовый расход приточного воздуха, подаваемого в помещение i- той системой вентиляции, кг/ч;
Iпр i – удельная энтальпия приточного воздуха, подаваемого в помещение i-той системой вентиляции, Дж/кг;
Gух j – массовый расход уходящего воздуха, удаляемого из помещения j-той вытяжной системой вентиляции, кг/ч;
Iух j – удельная энтальпия уходящего воздуха, удаляемого из помещения j-той вытяжной системой вентиляции, Дж/кг.
4.3 УРАВНЕНИЕ ПОЛНОГО ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА В ПОМЕЩЕНИИ ПО ЯВНОЙ ТЕПЛОТЕ
± DQ |
явн + Q явн - Q |
явн = 0 |
(42) |
|
пр |
ух |
|
Количество явной теплоты, вносимой с приточным воздухом системами вентиляции, определяется по зависимости:
16
n |
|
Qпрявн = ∑Gпр i ×cв ×tпр i . |
(43) |
i=1
Количество явной теплоты, удаляемой с вытяжным воздухом системами вентиляции, определяется по зависимости:
|
m |
|
|
Qухявн = ∑Gух j ×cв ×tух j , |
(44) |
|
j=1 |
|
где |
св – теплоёмкость воздуха, кДж/(кг·ºС), принимается постоянной; |
|
tпр i – |
температура приточного воздуха, подаваемого в помещение i-той систе- |
|
мой вентиляции, ºС; |
|
|
tух j – |
температура уходящего воздуха, удаляемого из помещения j-той вытяж- |
|
ной системой вентиляции, ºС. |
|
|
4.4 УРАВНЕНИЕ БАЛАНСА ВОДЯНЫХ ПАРОВ В ПОМЕЩЕНИИ
По аналогии с выражением (36) запишем уравнение массового баланса
водяного пара (влаги) в помещении: |
|
Gw + Gw пр – Gw ух = 0, |
(45) |
где Gw – количество водяного пара (влаги), поступающего в помещение от технологического оборудования и через неплотности систем пароснабжения, кг/ч; Gw пр – массовый расход водяного пара, поступающего в помещение с приточным воздухом, кг/ч;
Gw ух – массовый расход водяного пара, удаляемого из помещения с вытяжным воздухом, кг/ч.
Количество водяных паров, поступивших в помещение с приточным воздухом, определяется по зависимости
n |
dпр i |
|
|
|
Gw пр = ∑Gпр i × |
. |
(46) |
||
1000 |
||||
i=1 |
|
|
Количество водяных паров, удаляемых из помещения с вытяжным воздухом, рассчитывается по выражению
m |
|
d ух j |
|
|
|
Gw ух = ∑Gух j |
× |
, |
(47) |
||
|
|||||
j=1 |
1000 |
|
|
||
17
где dпр i – влагосодержание приточного воздуха, поступающего в помещение от i-той приточной системы, г/кг сух. возд.;
dух j – влагосодержание уходящего воздуха, удаляемого из помещения j-той вытяжной системой, г/кг сух. возд.
4.5.УРАВНЕНИЕ БАЛАНСА ВРЕДНЫХ ГАЗОВ И ПАРОВ
Винженерной практике все вредные выделения газов и паров в помещении принято называть вредностями. Тогда, по аналогии с уравнением (45) баланс вредных выделений в помещении по каждому (одному) компоненту можно записать в виде:
Gвр + Gвр пр – G вр ух = 0, |
(48) |
где Gвр – количество вредных выделений соответствующего компонента в помещении от различных источников, кг/ч;
Gвр пр – количество вредных выделений соответствующего компонента, поступающих в помещение с приточным воздухом, кг/ч;
Gвр ух – количество вредных выделений соответствующего компонента, удаляемых из помещения с вытяжным воздухом, кг/ч.
Количество вредного вещества, поступающего в помещение с приточным воздухом, определяется по зависимости:
n |
|
Cк пр i |
|
|
|
Gвр пр = ∑Gпр i |
× |
, |
(49) |
||
|
|||||
i=1 |
|
ρпр i |
|
||
где Ск пр i – концентрация вредного вещества (одного компонента) в приточном воздухе, подаваемом i-той приточной системой вентиляции, мг/м3;
ρпр i – плотность приточного воздуха, подаваемого в помещение i-той приточной системой вентиляции, кг/м3.
Количество вредного вещества, удаляемого из помещения с вытяжным воздухом, рассчитывается по выражению:
m |
|
Cк ух j |
|
|
|
Gвр ух = ∑Gух j |
× |
, |
(50) |
||
|
|||||
j=1 |
|
ρух j |
|
||
где Ск ух j – концентрация вредного вещества (одного компонента) в уходящем воздухе, удаляемом j-той вытяжной системой вентиляции, мг/м3;
18
ρух j – плотность уходящего воздуха, удаляемого из помещения j-той вытяжной системой вентиляции, кг/м3.
4.6. УРАВНЕНИЕ ВОЗДУШНОГО БАЛАНСА
Уравнение воздушного баланса представляет собой алгебраическую сумму всех притоков воздуха в помещение и массового расхода удаляемого из помещения воздуха [31, 33, 34]:
n |
m |
|
∑Gпр i |
− ∑Gух j = 0 . |
(51) |
i=1 |
j=1 |
|
При работе механических систем вентиляции может существовать дисбаланс количества воздуха в помещении:
n |
m |
|
∑Gпр i |
− ∑Gух j = ± G . |
(52) |
i=1 |
j=1 |
|
При положительном дисбалансе +∆G в помещении создаётся некоторое избыточное давление +∆Рв , Па, а при отрицательном дисбалансе
– ∆G создаётся некоторое разрежение в помещении – ∆Рв , Па.
Этот дисбаланс компенсируется количеством эксфильтрующегося или инфильтрующегося воздуха при выключенных механических системах вентиляции.
4.7 УРАВНЕНИЕ ВОЗДУШНО - ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА В ПОМЕЩЕНИИ
Запишем в систему уравнений выражения (38) и (53):
± Q + Qпр − Qух = 0 |
|
||
n |
m |
(53) |
|
∑Gпр i − ∑Gух j = 0. |
|||
|
|||
|
j=1 |
|
|
i=1 |
|
||
Система (53) называется уравнением воздушно-теплового баланса.
Данная системы позволяет определять производительность общеобменных приточных или общеобменных вытяжных систем вентиляции.
Производительности местных систем (приточных и вытяжных) определяются заранее.
19
5.ТЕПЛОПОСТУПЛЕНИЯ В ПОМЕЩЕНИЯ
5.1.ТЕПЛОПОСТУПЛЕНИЯ В ПОМЕЩЕНИЕ ОТ ЛЮДЕЙ
Взависимости от проектируемых систем в тепловом балансе учитываются либо явные, либо полные тепловыделения человека.
Тепловыделения человека зависят от интенсивности деятельности, теплозащитных свойств одежды, подвижности воздуха в помещении и температурной обстановки.
Количество явной теплоты, выделяемой одним взрослым человеком, определяется по зависимости:
q1явн = βи × βод ×(2,5 +10, 3 |
|
)×(35 - tп ) , |
(54) |
υ |
где βи – коэффициент, характеризующий интенсивность деятельности человека: при легкой работе βи = 1; при работе средней тяжести βи = 1,07; при тяжелой работе βи = 1,15; βод – коэффициент, характеризующий теплозащитные свойства одежды,
легкая одежда βод = 1; обычная одежда βод = 0,65; теплая одежда βод = 0,4;
υ – |
подвижность воздуха в помещении (см. [6, 16, 18, 19, 20, 24]), м/с; |
|
35 – средняя температура поверхности тела человека, ºС; |
|
|
tп – |
температура помещения, ºС (два условия комфортности) |
|
|
Для систем вентиляции tп = tв, для кондиционирования– |
tп =(tв + tR)/2 |
где tв – температура в рабочей зоне помещения, ºС; |
|
|
tR – |
радиационная температура, ºС. |
|
|
Количество теплоты, поступающей в помещение от людей, (полное или |
|
явное) рассчитывается по выражению: |
|
|
|
Qл = nмq1 + 0,85nжq1 + 0,75nдq1, |
(55) |
где nм, nж, nд – соответственно количество мужчин, женщин и детей в помещении, чел.;
q1 – удельные тепловыделения (полные или явные) одного взрослого человека (мужчины) в помещении в зависимости от температурной обстановки и тяжести выполняемой работы, Вт/чел., принимается из [2, 4, 24]
20
5.2. ТЕПЛОПОСТУПЛЕНИЯ В ПОМЕЩЕНИЕ ОТ ИСТОЧНИКОВ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
При работе светильников часть электрической энергии превращается в тепловую. Количество теплоты, поступающей в помещение от осветительных приборов, определяется по выражению:
|
Qосв = E · Fпл · qосв · ηсв, |
(56) |
|
n |
|
|
Qосв = ∑ Nосв i βсв , |
(57) |
|
i=1 |
|
где |
Е – нормативная освещенность поверхности пола помещения, лк/м2, в РФ |
|
Е=200–300 лк/м2, в Европе и США Е=500–600 лк/м2; |
|
|
Fпл – |
площадь пола помещения, м2; |
|
qосв |
– удельные тепловыделения от осветительных приборов, Вт/лк, в источни- |
|
ках нормируются удельные тепловыделения светильников на м2 |
площади пола: |
|
qсв = 8–15 Вт/м2 – для зрительных и актовых залов (что соответствует qосв =4·10-2 –5,81·10 -2 Вт/лк); qсв = 15–16 Вт/м2 – для административно-бытовых, общественных и офисных помещений (что соответствует qосв =5,81·10-2 –6·10 -2 Вт/лк); qсв = 16–20 Вт/м2 – для детских учреждений и помещений учебных заведений (что соответствует qосв =6·10-2 – 6,7·10 -2 Вт/лк);
ηсв – коэффициент, учитывающий способ установки и марку прибора [2, 4]; Nосв i – мощность i-того источника освещения, Вт;
βсв – коэффициент, учитывающий способ установки прибора (в помещении открыто или за прозрачной преградой). Если лампы накаливания находятся за светопрозрачными преградами, то βсв ≈ 0,85 (βсв =0,4 – 1) , для люминесцентных ламп βсв ≈ 0,4 (βсв = 0,12 – 0,6).
При размещении осветительных приборов одной марки в помещении открыто, то выражение (57) принимает вид:
Qосв = Nосв ∑. |
(58) |
Так как в переходный и теплый периоды искусственные источники освещения работают только в вечернее время, которое не совпадает с рабочим днём