5. Процессы облагораживания воздуха

   1. Общие понятия о микроклимате

Микроклимат жилища относится к одному из факторов внутренней среды жилых зданий наряду с объемно-планировочным решением, составом воздуха, освещенностью, радиационным фоном и электромагнитным излучением.

К основным параметрам микроклимата относятся:

- температура воздуха;

- относительная влажность воздуха;

- скорость движения воздуха.

Опыт показывает, что для большинства людей комфортная температура воздуха должна находиться в диапазоне от 22,2 до 26,7 . Температура окружающих поверхностей также является важным фактором, так как она влияет на интенсивность излучения тепла организмом. Если разница между температурой воздуха и стенами помещения велика (более 6), то создаются условия для теплового дискомфорта.

Если воздух окружающей среды имеет низкую относительную влажность, то организм человека отдает больше тепла за счет испарения и наоборот. Оптимальным в помещении считается воздух с относительной влажностью 45%.

При движении воздуха происходит замещение теплого и влажного воздуха у поверхности кожи человека новыми порциями. При движении воздуха происходит также отвод тепла от стен, потолков и других предметов, что усиливает тепловое излучение организма и повышает комфортность. Воздух со скоростью до 0,12 м/с воспринимается как неподвижный, а движение воздуха со скоростью выше 0,33 м/с большинство людей считают сильным.

Согласно строительным нормам и правилам необходимо, чтобы температура в жилых помещениях была не ниже 18 , а в угловых комнатах – не ниже 20. При этом относительная влажность воздуха может колебаться от 30 до 60 %, а его подвижность – от 0,1 до 1,15 м/с.

2. Вентилирование

Вентиляторы применяются в устройствах микроклимата для создания принудительного потока воздуха. Они работают отдельно или встраиваются в электроотопительные приборы и кондиционеры. Применяются вентиляторы и в другой бытовой технике: пылесосах, воздухоочистителях, СВЧ-печах, фенах, сушильных агрегатах и т.д.

Вентиляторы [14] представляют собой лопаточные машины, предназначенные для перемещения и нагнетания газообразных веществ при давлении до 15 кПа.

По принципу действия вентиляторы разделяются на радиальныеиосевые(Рис. 80 и Рис. 81). При одинаковой частоте вращения наибольшее давление создают радиальные вентиляторы с загнутыми вперед лопатками, а наименьшее – осевые с плоскими лопатками.

Рис. 80. Радальный вентилятор:

1 – спиральный кожух (улитка); 2 – лопаточное колесо; 3 – выпускное отверстие;

4 – ступица; 5 – задний диск; 6 – лопатки; 7 – переднее кольцо; 8 – входной патрубок;

а – лопатки, загнутые вперед; б – радиальные лопатки; в – лопатки, загнутые назад

Рис. 81. Осевой вентилятор:

1 – входной патрубок; 2,6 – обтекатели; 3 – лопаточное колесо; 4 – цилиндрический кожух;

5 – направляющие аппараты; 7 – диффузор; 8 – выходной патрубок;

а – плоская лопатка; б – вогнутая лопатка; в – профильная лопатка

В общем случае вентилятор является элементом воздушной сети (Рис. 82).

Вентилятор забирает воздух из неподвижного состояния () и разгоняет его до скорости. Совершая работу, вентилятор развивает полное избыточное давление, которое по закону Бернулли определяется формулой:

,

где – статическое давление вентилятора (- избыточное статическое давление воздуха за вентилятором и перед ним);(при=0 ) – динамическое давление вентилятора (- динамическое давление воздуха за вентилятором и перед ним);– суммарные потери давления в проточных частях вентилятора и в магистралях воздушной сети;- плотность воздуха.

Рис. 82. Воздушная сеть вентилятора:

1 – измеритель скорости потока; 2 – измеритель статического давления;

3 – вентилятор; 4 – воздуховод; 5 – эквивалентное сопло;

6 – измеритель динамического давления

При проектировании вентиляторов в большинстве случаев задаются тремя величинами: полным давлением вентилятора , подачейи частотой вращения. Связь этих величин показана на графике (Рис. 83).

Рис. 83. Семейство характеристик вентилятора при различных значениях и семейство характеристик сети при различных значениях

Каждая точка на кривой вентилятора может являться рабочей. Для определения этой точки необходимо знать сопротивление воздушной сети, в которой работает вентилятор. Сопротивление обычно выражают площадью проходного сечения эквивалентного сопла. Эквивалентным сопло называется потому, что оно оказывает протекающему воздуху такое же сопротивление, как и вся воздушная сеть:

.

Таким образом, характеристика воздушной сети представляет собой параболу . Реально рабочей точкой вентилятора является точка пересечения характеристик вентилятора и сети (точка).

Важным параметром при выборе двигателя является мощность вентилятора. Полезная мощность вентилятора расходуется на перемещение определенного объема газа в единицу времени с преодолением сил сопротивления:

.

Полная мощность двигателя вентилятора должна включать ряд потерь, учитываемых КПД:

;

где – КПД вентилятора, передачи, привода)

Для лучших моделей вентиляторов экстремальные значения (Рис. 84) находятся в диапазоне 0,7-0,8.

Рис. 84. Характерная функция в сопоставлении с функцией

При проектировании и испытании вентиляторов их рабочие характеристики и размеры часто определяются путем пересчета характеристик и размеров вентилятора-модели на основе теории подобия. Для геометрически подобных вентиляторов:

где и,и,и- давление, подача и мощность подобных вентиляторов;и,и- диаметры лопаточных колес и частоты вращения подобных вентиляторов.

Для сравнительной оценки качества конструкций, а также для расчета вентиляторов удобно пользоваться безразмерными коэффициентами, выведенными на основе теории подобия.

Коэффициент давления:

,

где – линейная скорость рабочего колеса на конце лопаток.

Коэффициент показывает отношение давления вентилятора к идеальному динамическому давлению воздуха, движущемуся со скоростью конца лопаток.

Коэффициент подачи:

.

Коэффициент показывает отношение подачи вентилятора к идеальной подаче, равной произведению площади круга рабочего колеса на линейную скорость конца лопаток.

Коэффициент мощности:

Коэффициент показывает отношение потребляемой мощности к идеальной мощности, которая выражается в виде произведенияна площадь круга рабочего колеса.

Коэффициент быстроходности:

.

Чем выше значение, тем большая частота вращения требуется для создания заданного давления при заданной подаче.

Для радиальных и осевых вентиляторов характерны различные значения безразмерных коэффициентов (Таблица 13).

Таблица 13