10374

где Qп – полное количество тепла (полная теплота), переданное при изменении состояния воздуха, кДж/ч;

W – количество влаги, переданное в процессе изменения состояния воздуха, кг/ч.

Коэффициент ε определяет соотношение изменений количества теплоты и влаги в воздухе

впроцессе его обработки.

Взависимости от соотношения I и d угловой коэффициент может изменять свой знак и величину от 0 до .

На полях диаграммы нанесены направления «масштабных лучей», соответствующие значениям углового коэффициента от - ∞ до + ∞. масштабные лучи проходят через начало координат диаграммы (I = 0; d = 0).

При построении луча процесса сначала проводят вспомогательный луч, исходящий из начала координат в соответствующем направлении (в зависимости от значения ε), а затем через точку начального состояния проводят линию процесса параллельно вспомогательному лучу.

Характерные варианты изменения состояния воздуха и их изображение на I-d–диаграмме

Рис. 1.51. Изображение процессов на I-d–диаграмме

1-2: например, процесс нагрева воздуха в поверхностном теплообменнике (в результате контакта с сухой нагретой поверхностью). Воздух получает явную конвективную теплоту, температура и энтальпия возрастают, относительная влажность уменьшается, а влагосодержание остается постоянным – процесс идет по линии d=const. Угловой коэффициент равен ε =+ ∞.

1-3: например, процесс охлаждения воздуха в результате контакта с сухой охлажденной поверхностью (в поверхностном воздухоохладителе с температурой поверхности выше температуры точки росы). Конденсации влаги нет. Угловой коэффициент равен ε =+ ∞.

1-4: процесс 1-3 может продолжаться до линии насыщения (φ = 100 %). Тогда температура воздуха достигнет значения температуры точки росы tр (точка 4).

1-5: Влажный воздух одновременно нагревается и увлажняется и приобретает параметры точки 5. Такой процесс протекает, когда приточный воздух ассимилирует тепло- и влаговыделения в помещении. Угловой коэффициент луча процесса > 0.

60

1-6: осушка и охлаждение воздуха при прямом контакте воздуха с охлажденным абсорбентом, например, раствором хлористого лития в камерах орошения или в аппаратах с орошаемой насадкой. Угловой коэффициент > 0.

1-7: процесс изотермического увлажнения. Такой процесс возможен, например, при обработке воздуха насыщенным водяным паром с температурой равной температуре воздуха (tп = t1). Угловой коэффициент луча процесса > 0.

1-8: процесс изотермической осушки. Такие процессы возможны при использовании сорбентов c температурой равной температуре обрабатываемого воздуха. Угловой коэффициент луча процесса > 0.

1-9: процесс адиабатического увлажнения. Подобные процессы осуществляют в оросительных камерах приточных установок при температуре разбрызгиваемой через форсунки воды равной tм. Для этого используется рециркуляционная вода. Угловой коэффициент луча процесса 0. Точное равенство = 0 возможно лишь при tм = 0 °С.

1-10: продолжение луча до линии полного насыщения (до точки 10) приведет к понижению температуры воздуха до значения температуры мокрого термометра tм.

1-11: процесс адиабатической осушки. Такой процесс возможен при обработке воздуха с помощью растворов абсорбентов или твердых адсорбентов.

Процессы обработки воздуха, луч которых не совпадает с линиями постоянных величин t или d (например, 1-5, 1-6) называют промежуточными или политропными.

Любой политропный процесс на I-d–диаграмме можно представить в виде суммы двух процессов: с постоянным влагосодержанием и постоянной температурой.

Для доказательства этого рассмотрим процесс изменения параметров влажного воздуха от точки 1 до точки 2 (рис.1.52).

Рис. 1.52. К расчету политропного процесса обработки воздуха

Расчеты параметров воздуха на I-d–диаграмме всегда производятся по полной теплоте:

61

где: ∆d2-1 = ∆d2-к = (d2 – d1) – разность влагосодержаний, соответствующих конечному и начальному состояниям воздуха в процессе обработки.

1.3.3. Классификация систем вентиляции

Единой унифицированной формулировки классификации систем вентиляции в настоящее время найти достаточно сложно. Наиболее часто встречающееся определение систем вентиляции по различным признакам представлено на рис. 1.53.

По назначению системы вентиляции делят на приточные (обеспечивают подачу чистого воздуха в помещение) и вытяжные (обеспечивают удаление загрязненного воздуха из помещения).

В современных системах все чаще используют энергосберегающие установки, позволяющие утилизировать теплоту удаляемого воздуха для подогрева наружного воздуха, в которых совмещаются функции и приточной и вытяжной вентиляции. Такие системы называют

приточно-вытяжными.

Движение воздуха в элементах систем вентиляции может происходить за счет действия нагнетателя (вентилятора, воздуходувки). Такие системы называют механическими или системами с принудительной циркуляцией.

Рис. 1.53. Классификация систем вентиляции

62

Если движение происходит под действием сил гравитации или ветрового давления, то система называется естественной или гравитационной.

Важным признаком, по которому различаются системы вентиляции, является способ организации воздухообмена. Если в помещении имеются источники вредных выделений, эти выделения могут свободно распространяться по объему помещения. Действие приточных и вытяжных вентсистем создаст общую циркуляцию воздуха в помещении, в результате чего в рабочей зоне формируются поля нормируемых значений скорости, температуры и концентраций примесей. Расположение мест подачи и удаления воздуха непосредственно не связано с расположением источников. Такой способ организации воздухообмена называется обшеобменной вентиляцией.

Взависимости от схемы организации движения воздушных масс различают общеобменную вентиляцию вытесняющую (направление движения воздушных масс совпадает е естественным направлением движения вредных выделений) и перемешивающую (когда эти направления не совпадают).

Другой способ состоит в том, что расположение мест подачи и удаления воздуха непосредственно связано с расположением источников. Последние в этом случае снабжаются приемниками (местными отсосами), которые улавливают вредные выделения в месте их возникновения, не давая им распространяться в объеме помещения. Приток также подается на рабочее место вблизи источника, создавая здесь некоторые особые условия (повышенную скорость движения воздуха, пониженную температуру и концентрацию примесей), компенсируя тем самым тяжелые условия труда вблизи источников, интенсивно выделяющих теплоту и газы. Такая вентиляция называется местной.

Впромышленных зданиях, данные способы вентиляции совмещаются.

Рис. 1.54. Классификация и основные элементы систем приточной вентиляции: П1 – общеобменная механическая система приточной вентиляции; П2 – местная механическая система приточной вентиляции; 1 – узел воздухозабора (воздухозаборная жалюзийная решетка, устанавливаемая на высоте не ниже 2 м от уровня земли); 2 – воздухозаборная шахта, выполняемая из кирпича или иных строительных материалов (при размещении приточной камеры в подвальном помещении здания); 3 – форкамера, часть приточной камеры, предназначенная для перевода потока наружного воздуха на ось оборудования камеры; 4 – приточная камера в составе: утепленный клапан-приемное устройство для регулирования расхода поступающего наружного воздуха и предотвращения попадания холодного воздуха в помещение при неработающей вентиляции; фильтр; теплообменник для нагрева или охлаждения воздуха; устройство для увлажнения или осушки воздуха; вентилятор; 5 – приточный вентилятор (может находится внутри блочной камеры, как в системе П2); 6 – шумоглушитель (может быть встроенным в блочную камеру, как в системе П2); 7 – магистральный воздуховод; 8 – ответвление; 9 – воздухораспределитель-устройство для подачи обработанного воздуха в помещение.

63

отсутствует возможность забора воздуха снаружи (космические аппараты, подводные корабли) такие установки дополняются блоками биохимической очистки и тогда они могут выполнять вентиляционные функции в полном объеме.

Рециркуляция недопустима если в помещении выделяются опасные вещества, имеются радиоактивные и бактериальные загрязнения, дурные запахи.

В промышленных зданиях со значительными теплоизбытками устраивают ор-

ганизованную естественную вентиляцию – аэрацию, для чего используют светоаэрационные и иные проемы для проветривания.

Говоря об организованной естественной вентиляции, имеют ввиду, что элементы таких систем (фрамуги, фонари и т.п.) конструируются и рассчитываются так, чтобы системы обеспечивали в помещении нормируемые параметры. В противном случае следует говорить о неорганизованном проветривании, когда нормируемые условия в помещении не соблюдаются.

Для организованной вытяжной естественной вентиляции используются также системы каналов и шахты. Естественный приток при этом может происходить неорганизованно через щели и неплотности ограждений или организованно через специально устраиваемые приточные клапаны.

Отдельный вид представляют собой аварийные системы вентиляции, которые устаиваются в помещениях, где возможно возникновение аварийных ситуаций (внезапный выброс или неконтролируемая утечка опасных веществ).

Аварийные системы, как правило, вытяжные. В одноэтажных зданиях при поступлении легких опасных веществ допускается устраивать приточные (вытесняющие) системы.

Задача аварийных вентсистем – обеспечить необходимое снижение концентрации опасных веществ при внезапном их выбросе или не допустить неприемлемого повышения концентрации при неконтролируемой утечке в течение заданного промежутка времени.

1.3.4. Расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха

Расчетные параметры наружного воздуха

Обеспечение требуемых внутренних условий в помещении определяется выбором расчетных параметров наружного климата.

При проектировании зданий возникает необходимость в решении задач, связанных с использованием различных по функциональному значению (влиянию на микроклимат) и

перечню климатологических данных.

В основе климатологической информации находятся результаты непрерывных метеонаблюдений. На метеостанциях, как правило, измеряют:

-температуру воздуха и поверхности грунта;

-скорость и направление ветра;

-относительную влажность воздуха и барометрическое давление;

-интенсивность прямой и рассеянной солнечной радиации на горизонтальную поверхность и др.

Ряд других необходимых параметров определяют расчетом по измеряемым величинам:

-парциальное давление водяного пара;

-влагосодержание наружного воздуха;

-энтальпия наружного воздуха;

-интенсивность солнечной радиации на наклонные и вертикальные поверхности.

При расчете систем кондиционирования микроклимата выделяют два типа необходимой климатологической информации: для расчетных и эксплуатационных условий.

Под расчетными понимают наиболее неблагоприятные погодные условия, для которых определяются уровень тепловой защиты здания и производительность систем кондиционирования микроклимата. Расчетным условиям соответствует комплекс параметров наружного воздуха, отклонение от которых приводит к отклонению от расчетных параметров микроклимата помещения.

65

Эксплуатационные условия характеризуются изменением параметров наружного воздуха в течение года в интервале от расчетных зимних до расчетных летних и наоборот.

Целью выбора расчетных условий является определение наибольшей нагрузки на системы кондиционирования микроклимата.

Вхолодный период нагрузка на систему отопления соответствует возможно более низкой температуре наружного воздуха и большей скорости воздуха. Теплопоступления от солнечной радиации в холодный период года не учитывают. Влагосодержание наружного воздуха тоже, как правило, невелико и его не учитывают.

Втеплый период года определяют нагрузку на системы охлаждения и осушки воздуха, подаваемого в помещение. Максимальной нагрузке соответствуют возможно более высокие значения температуры, влагосодержания, энтальпии наружного воздуха и интенсивности солнечной радиации. Скорость ветра при этом должна быть минимальной.

Несмотря на отмеченное выше, принятие в качестве расчетных абсолютно максимальных

иминимальных параметров нецелесообразно, т.к. системы рассчитанные на экстремальные нагрузки в реальных условиях эксплуатации будут иметь завышенную мощность. По этой причине в качестве расчетных принимают параметры меньшие, чем абсолютные max и min. Основным критерием при их выборе является вероятная продолжительность изменения расчетных внутренних условий микроклимата.

При выборе параметров наружного воздуха профессором В.Н. Богословским [18] предложено использовать понятие обеспеченности, которая характеризуется коэффициентом обеспеченности Коб.

Коэффициент обеспеченности показывает (в долях единицы) число случаев, в которых внутренние условия обеспечиваются по отношению к общему числу случаев.

где: Nр – число случаев с благоприятными исходами;

Nо – общее число случаев, рассматриваемых в данном процессе.

По своей сути Kоб представляет собой вероятность обеспечения внутренних микроклиматических условий. Коэффициент обеспеченности позволил связать уровень комфортности в здании с расчетной температурой наружного воздуха (см. таблицу 1.4).

Климатические данные для различных районов РФ в нормативной литературе приведены

для холодного, переходного и теплого периодов года и различных категорий А и Б. Параметры категории А:

- для холодного периода года:

tнхА – температура наиболее холодного периода года в рассматриваемом регионе, °С;

IнхА – энтальпия, соответствующая tнхА , кДж/кг; - для теплого периода года:

tнтА – значение температуры, большее значение которой наблюдается в данном регионе не более 400 часов в год, °С;

66

IнтА – энтальпия, соответствующая tнтА , кДж/кг.

Параметры категории Б:

- для холодного периода года:

tнхБ – температура наиболее холодной пятидневки в рассматриваемом регионе, °С;

IнхБ – энтальпия, соответствующая tнхБ , кДж/кг; - для теплого периода года:

tнтБ – значение температуры, большее значение которой наблюдается в данном регионе не более 220 часов в год, °С;

IнтБ – энтальпия, соответствующая tнтБ , кДж/кг.

В ведомственных нормах для уникальных зданий и сооружений используют параметры категории В.

Параметры категории В:

- для холодного периода года:

tнхВ – абсолютно минимальное значение температуры в рассматриваемом регионе, °С;

IнхВ – энтальпия, соответствующая tнхВ , кДж/кг; - для теплого периода года:

tнтВ – абсолютно максимальное значение температуры в рассматриваемом регионе, °С; IнтВ – энтальпия, соответствующая tнтВ .

При проектировании систем кондиционирования микроклимата нормы проектирования рекомендуют принимать следующие расчетные параметры наружного воздуха.

1. В помещениях жилых, общественных, административно-бытовых и производственных зданий:

- параметры А – для систем вентиляции и воздушного душирования для теплого периода

года;

-параметры Б — для систем отопления, вентиляции и воздушного душирования для холодного периода года, а также для систем кондиционирования для теплого и холодного периодов года.

2. Для зданий сельскохозяйственного назначения:

-параметры А — для систем вентиляции и кондиционирования для теплого и холодного периодов года;

-параметры Б — для систем отопления для холодного периода года.

3. Параметры наружного воздуха для переходных условий года следует принимать 10 °С и удельную энтальпию 26,5 кДж/кг.

Расчетные параметры внутреннего воздуха Расчетными параметрами воздушной среды в помещении при проектировании СКМ

служат параметры воздуха, определяющие комфортные условия и удовлетворяющие требования технологического процесса.

Требуемые метеорологические условия в помещениях (внутренние условия) должны быть обеспечены в рабочей (обслуживаемой) зоне помещения или на постоянных рабочих местах.

За рабочую (обслуживаемую) зону принимают пространство высотой 2 м от уровня пола или площадки, на которых находятся рабочие места. Для производственных зданий, в которых имеются рабочие места на отметках выше 2-х метров, рабочая зона принимается в пределах высоты 4 метра от уровня пола.

Комфортное состояние микроклимата и состояние человека во многом определяется характером теплообмена человека с окружающим его воздухом. Интенсивность теплоотдачи

67

определяется, в свою очередь, совместным действием температуры, относительной влажности и подвижности воздуха.

Таким образом, к основным параметрам внутреннего воздуха относятся:

-температура воздуха tв, °С;

-относительная влажность воздуха в, %;

-подвижность воздуха vв, м/с.

Часто в нормативных документах в качестве основы при выборе расчетных параметров

где tв – температура воздуха в помещении, °С;

tR – радиационная температура в помещении, °С.

Под радиационной температурой понимают осредненную по площади температуру внутренних поверхностей в помещении.

В производственных зданиях в качестве расчетных параметров внутреннего воздуха рассматриваются:

-температура воздуха рабочей зоны tрз, °С;

-относительная влажность воздуха рабочей зоны рз, %;

-подвижность воздуха рабочей зоны vрз, м/с;

-концентрация вредных примесей в воздухе рабочей зоны Cрз, г/м3.

Концентрация примесей в воздухе рабочей зоны Cрз, контролируется для обеспечения ее значений, не превышающих ПДК.

Предельно-допустимой концентрацией (ПДК) называют концентрацию химического соединения, которая при ежедневном, в течение длительного периода воздействии на организм не вызывает в нем патологических изменений или заболеваний.

Кроме того, в производственных помещениях выбор параметров внутреннего воздуха зависит от интенсивности тепловыделений – теплонапряженности помещения.

Различают помещения, характеризуемые незначительными удельными избытками явной теплоты – не более 23 Вт/м3, и помещения со значительными удельными избытками явной теплоты – более 23 Вт/м3.

В ряде нормативно-справочной литературы расчетные параметры внутреннего воздуха приведены для соответствующих периодов года:

-теплого (tн > +10 °С);

-переходного (tн = +10 °С);

-холодного (tн < +10 °С).

При выборе расчетных параметров необходимо также учитывать характер осуществляемой в помещении деятельности человека. Виды выполняемых работ принято оценивать по энергозатратам человека. В настоящее время принята следующая классификация категорий работ по «степени тяжести».

1) Легкая работа:

1а) при энергозатратах человека qч 139 Вт;

1б) при энергозатратах человека 139 Вт < qч 174 Вт.

2) Работа средней тяжести:

2а) при энергозатратах человека 174 Вт < qч 232 Вт; 2б) при энергозатратах человека 232 Вт < qч 290 Вт.

3) Тяжелая работа: при энергозатратах человека qч > 290 Вт.

68

В зданиях различного назначения требуется создание и поддержание различного по уровню комфорта микроклимата. Обеспечение необходимых параметров достигается различными по назначению, устройству и степени сложности техническими устройствами.

С этой целью в зависимости от степени обеспеченности расчетные параметры внутреннего воздуха в нормативной и справочной документации подразделяются на

оптимальные и допустимые.

Оптимальными параметрами называют такое сочетание расчетных параметров внутреннего воздуха t, , v, при котором отсутствует напряженность в терморегуляции организма человека при соответствующем виде деятельности.

Оптимальные параметры обеспечиваются в помещении системами кондиционирования воздуха совместно с системами вентиляции в автоматическом режиме, что связано со значительными энергозатратами.

Допустимыми параметрами называют такое сочетание расчетных параметров внутреннего воздуха t, , v, при котором существует некоторая напряженность в терморегуляции организма человека, но не вызывающая профессиональных заболеваний. Допустимые параметры внутреннего воздуха обеспечиваются в помещении системами вентиляции.

1.3.5. Баланс вредных выделений в помещениях

Вредности, поступающие в воздушную среду помещения могут быть представлены (в зависимости от назначения помещения) избыточной теплотой, влагой и разнообразными вредными веществами в виде газов паров, пыли - все названные факторы можно обобщенно назвать вредными выделениями. Причем тепло и влага относятся к вредным выделениям условно. Так как определенный уровень их присутствия необходим, тепло и влага могут возвращаться в помещение с рециркуляционным воздухом, а также могут быть полезно использованы системами утилизации.

Для поддержания благоприятных условий требуется удалять вредные выделения, снижая их присутствие до допустимого уровня, собственно это и является основным назначением вентиляции.

Теплопоступления и теплопотери

Источники поступления теплоты в помещение разнообразны: люди, солнечная радиация, офисное и технологическое оборудование и др.

Конвективная теплота поступает с потоками воздуха над нагретыми телами, распространяется в объеме помещения, нагревает воздушную массу и, частично, ограждения и оборудование. Лучистая теплота от поверхности нагретых тел также сложным образом перераспределяется в помещении, поглощаясь и отражаясь от ограждений и оборудования, в итоге в значительной мере передается воздуху помещения. Конвективная и лучистая теплота – это поступления явной теплоты, которое в итоге приводит к увеличению температуры воздуха в помещении.

Кроме того, в воздушную среду помещения может поступать водяной пар, принося с собой скрытую теплоту, которая увеличивает энтальпию воздуха, не повышая его температуру. Суммарно поступления явной и полной теплоты составляют полные теплопоступления.

К потерям тепла помещения относятся: потери через наружные ограждения (трансмиссионные потери тепла), затраты тепла на нагревание инфильтрационного воздуха, затраты тепла на нагревание ввозимых холодных материалов, въезжающего холодного транспорта и др.

Теплоизбытками Q, Вт, называются разность всех суммарных поступлений и потерь тепла:

Qп тепла.

В годовом цикле в зависимости от климата, характера помещения и протекающих в нем технологических процессов теплоизбытки могут оставаться положительными, отрицательными

69