Лекция №4

Лекция №4 Промышленная вентиляция. Классификация систем вентиляции

1.По способу перемещения воздуха различают системы естественной

и механической вентиляции.

При естественной вентиляции воздух перемещается под действием гравитационного давления, возникающего за счет разности плотностей холодного и нагретого воздуха (нагретый воздух стремится всегда вверх) и под действием ветрового напора (например, через открытые окна).

При механической вентиляции воздух перемещается под действием вентилятора.

2.По способу подачи и удаления воздуха системы делят на приточные,

вытяжные, приточно-вытяжные, и системы с рециркуляцией.

Приточная система – это система, при которой воздух подается в помещение после подготовки его в калорифере или кондиционере. В помещении при этом создается избыточное давление, за счет которого воздух уходит наружу через окна, двери или в другие помещения.

Рис. 6.1.

Приточная система. 1 – фильтр; 2 – устройство тепловлажностной обработки воздуха (калорифер, кондиционер); 3 – вентилятор; 6 – устройства для распределения и отбора воздуха; 9 – производственное помещение; 10 – технический этаж; 11 – пристрой для размещения оборудования ПУ; ВУ – вытяжная установка; ПУ – приточная установка.

Вытяжная система предназначена для удаления воздуха из помещения, при этом в помещении создается пониженное давление, и воздух из соседних помещений или наружный воздух поступает в данное помещение. Вытяжные системы применяют для помещений с кратковременным пребыванием людей или при небольших количествах вытяжного воздуха.

Рис. 6.2. Вытяжная естественная система вентиляции. 1 – вытяжная шахта; 2

– приемная решетка 2-го этажа; 3 - приемная решетка 1-го этажа.

Рис. 6.3. Вытяжная механическая система вентиляции. 5 – вентилятор; 6 – устройства для распределения и отбора воздуха; 9 – производственное помещение; 10 – технический этаж; ВУ – вытяжная установка.

Приточно-вытяжные системы наиболее полно выполняют требования СН, поэтому они чаще всего распространены в промышленных и общественных зданиях.

Системы с рециркуляцией отработанного воздуха – это системы, в которых к наружному воздуху подмешивается часть вытяжного воздуха, если по своему составу он не содержит вредных веществ.

3.По способу обеспечения метеорологических факторов системы подразделяют на общеобменные, местные, смешанные и системы аврийной вентиляции.

Рис. 6.4. Общеобменная система естественной вентиляции. 1 – вытяжная шахта; 2 – приемная решетка 2-го этажа; 3 - приемная решетка 1-го этажа; 4 – приточная камера; 5 – вход свежего воздуха; 6 – решетка для подачи воздуха в помещение; 7 – приточная шахта.

Рис. 6.5.Общеобменная система механической вентиляции. 1 – фильтр; 2 – устройство тепловлажностной обработки воздуха (калорифер, кондиционер); 3, 4, – вентилятор; 6 – устройства для распределения

и отбора воздуха; 7 – производственное помещение; 8 – технический этаж; 9 – пристрой для размещения оборудования ПУ; ВУ – вытяжная установка; ПУ – приточная установка.

Общеобменная система вентиляции предназначена для создания средних метеорологических условий во всем объеме рабочей зоны помещений.

Система местной вытяжной (локализующей) вентиляции применяется для предотвращения по всему помещению вредных выделений, образующихся на отдельных участках технологического процесса.

Рис. 6.6. Система местной вытяжной (локализующей) вентиляции. 4 – вентилятор; 7 – зонт; 8 – выделяющий вредности технологическое

оборудование; 9 – производственное помещение; 10 – технический этаж; ВУ – вытяжная установка

Ксистемам местной приточной вентиляции относят воздушное душирование. Воздушные души выполняются в форме направленных на работающих воздушных потоков с определенными параметрами.

Ксистеме местной приточной вентиляции относят также воздушные завесы для защиты от прорыва холодного воздуха в помещения через различные проемы здания (ворота, двери и т.д.).

Смешанная система является сочетанием элементов местной и общеобменной вентиляции.

Системы аварийной вытяжной вентиляции обязательны для производства, в котором возможен внезапный прорыв вредных паров или газов. Система аварийной вентиляции должна включаться автоматически при достижении предельно допустимой концентрации вредных выделений.

Воздухообмен в производственном помещении

Воздухообмены (расход приточного и вытяжного воздуха) рассчитываются по виду вредных выделений. Вредными выделения считаются следующие:

-теплоизбытки в помещении;

-влаговыделения в помещении;

-вредные пары и газы;

-пыль.

Расчет воздухообмена Расчет воздухообмена по теплоизбыткам.

Воздухообмен, кг/с

G = Qизб.я/(с(tух – tп)),

где Qизб.я – избытки явной теплоты всего помещения (получают при расчете баланса теплоты), кВт;

с – теплоемкость воздуха, кДж/(кг К);

tух и tп – температура уходящего и приточного воздуха, С. При вытяжке воздуха из рабочей зоны tух = tв.

При расчете воздухообмена по полной теплоте (расчет расхода воздуха на вентиляцию)

G = Qизб/(iух – iп),

где Qизб – избыточная полная теплота, кВт;

iух и iп – соответственно энтальпия уходящего и приточного воздуха, кДж/кг.

В большинстве случаев температура воздуха расслаивается по высоте помещения. Вверху температура воздуха всегда выше. Для определения tух можно пользоваться формулой:

tух = tв + К(Н – 2),

где tв – расчетная температура внутреннего воздуха в рабочей зоне, С;

К= 0,2 – 1,5 С/м – коэффициент нарастания температуры воздуха по высоте помещения;

Н– расстояние от пола до центра вытяжных отверстий, м.

Расчет воздухообмена для компенсации избыточного влаговыделе-

ния производят по формуле, кг/с:

G = 103 Gвл /(dух – dп),

где Gвл – избыточная влага, кг/с;

dух и dп – влагосодержание уходящего и приточного воздуха, г/кг сух. воздуха.

Расчет воздухообмена для компенсации выделения вредных паров и газов ведут по следующей формуле, м3/с:

L = Gв.в/(Спдк – Сп),

где - коэффициент неравномерности распределения вредного вещества по помещению;

Gв.в – масса вредного вещества, выделившегося в помещение, мг/с;

Спдк и Сп – предельно допустимая концентрация и концентрация вредного пара или газа в приточном воздухе, мг/м3.

Начальная концентрация вредных веществ в приточном воздухе не должна превышать 30 % предельно допустимой концентрации данного вещества в рабочей зоне. Из опыта = 1,2 – 2,0.

Расчет воздухообмена для компенсации выделения пыли ведут по формуле, м3/с:

L = Gп/(апдк – ап),

где - коэффициент неравномерности распределения пыли по помещению; Gп – масса пыли, выделяемой помещение, мг/с;

апдк и ап – предельно допустимая концентрация и концентрация пыли в приточном воздухе, мг/м3.

Расчет вытяжной системы естественной вентиляции

Вентиляция в таких системах осуществляется под воздействием разности давлений па входе в вытяжные отверстия в помещении и на выходе из

вытяжных шахт над домом (см. рис. 6.7). Эта разность давлений получается вследствие разности плотностей теплого воздуха в помещении и холодного на улице.

Рис. 6.7.

Система вентиляции рассчитывается на наружную температуру +5 С. Располагаемые перепады давлений для помещений 1-го и 2-го этажей, Па

H1 = g h1( н - в), H2 = g h2( н - в),

где н и в – плотности наружного и воздуха внутри помещения, кг/м3. Отсюда видно. Что в наиболее неблагоприятных условиях находятся

верхние этажи. При расчете сечений воздуховодов и шахт принимают следующие скорости движения воздуха:

1.в каналах верхних этажей – 0,6 м/с; 2.в каналах нижних этажей – 1,0 м/с; 3.в вытяжной шахте – (1 – 1,5) м/с.

Для увеличения располагаемого напора предусматривают устройства на концах вытяжных шахт – дефлекторы. Схема дефлектора конструкции ЦАГИ представлена на рис. 6.8. В зависимости от № дефлектора d в м (d = 0,2 – 1 м).

Рис. 6.8. Схема цилиндрического дефлектора ЦАГИ. 1 – цилиндрический патрубок; 2 – диффузор; 3 – зонт; 4 – кольцо; 5 – срез

цилиндрической вытяжной шахты

Увеличение тяги происходит благодаря разрежению Hд, возникающего при обтекании дефлектора ветром.

Hд = (Hдв/ Hс) vв2 в/2,

где Hдв – разрежение за счет скорости ветра, кг/м2; Hс – скоростной напор ветра, кг/м2.

Величина (Hдв/ Hс) дается в таблицах в зависимости от температуры наружного воздуха и расчетной скорости ветра ((Hдв/ Hс) = f(vд/ vв)).

vд = 0,2 – 0,4 м/с – скорость воздуха в патрубке.

vв, в – скорость и плотность воздуха наружного воздуха.

Аэрация

Аэрация – это организованный воздухообмен в результате поступления и удаления воздуха через открытые фрамуги окон и фонарей. Применяется в основном в производственных помещениях с большими тепловыделениями (прокатные, литейные, кузнечные цехи) (см. рис. 6.9).

Рис. 6.9. Схема аэрации цеха. 1 – фонарь; 2 – фрамуга фонаря; 3 – производственное помещение; 4 – верхний ярус фрамуг; 5 – нижний ярус фрамуг.

В теплый период года приток наружного воздуха организуют через нижний ярус окон с подачей его в рабочую зону. В холодный период года при tн 10 С приток воздуха организуется на высоте не менее 4,5 м от пола, т.о. воздух попадает не сразу в рабочую зону, а после смешивания его с внутренним воздухом.

При расчете аэрации учитывают гравитационные и ветровые давления, воздействующие на здание. Зная tн и tв, направление ветра и значение аэродинамического коэффициента здания kп (определяется опытными продувками здания), определяют условное внешнее давление в плоскости открываемых фрамуг, Па:

Рп = kп vн2 н/2 g hп(н - в).

Количество воздуха (кг/час), проходящее через любую фрамугу

G = 3600F(Рп - Рx)/ ,

где Рx – давление внутри помещения, кг/м2;

- коэффициент местного сопротивления проема (из таблиц опытных данных.

В безветренную погоду аэрация происходит только за счет гравитационного давления.

Системы механической вентиляции и их расчет.

На рис. 6.10 представлена сеть воздуховодов приточно-вытяжной общеобменной механической вентиляции.

Рис. 6.10. 1 – заборное устройство; 2 – фильтр; 3 – устройство для тепловлажностной обработки воздуха; 4 – приточный вентилятор; 5 – сеть

воздуховодов; 6 – вытяжной вентилятор; 7 – устройство для выброса воздуха наружу. ПУ – приточная установка (приточная часть вентиляции). ВУ – вытяжная установка (вытяжная часть общеобменной вентиляции).

Расчет сети воздуховодов.

Расчет сети воздуховодов производят с целью выбора типа вентилятора. Расчет заключается в определении располагаемого давления, необходимого для преодоления сил трения и местных сопротивлений при заданной подаче (расходе) или отсосе воздуха.

Алгоритм расчета следующий:

1.вычерчивают в изометрии схему воздуховодов в масштабе 1 : 100 со всеми поворотами и ответвлениями;

2.делят воздуховод на участки – прямые, загибы, ответвления; 3.определяют потери давления в воздуховоде по формуле Р0 = ∑ Рлин +

∑ Рместн.

На прямом участке потери от сил трения равны

Рлин = (l/d)(v2/2g), Па,

где - безразмерный коэффициент, который характеризует шероховатость внутренней поверхности воздуховода;

d- диаметр воздуховода м, при прямоугольном канале эквивалентный диаметр определяется как dэ = 2а б/(а + б), где а и б – стороны прямоугольника.

l – длина участка воздуховода, м.

Потери давления на местных сопротивлениях

Рместн = (v2/2g), Па,

где - коэффициент местного сопротивления, определяется продувками (опытом); находится из справочников для определенных конструкций.

Для расчетов задаются скоростями воздуха:

-v = 12 м/с – для систем промышленной вентиляции;

-v = 8 м/с – для систем вентиляции в гражданских зданиях.

На непредвиденные (неучтенные) сопротивления к расчетному значению добавляют 10 % , т.о. развиваемое вентилятором давление должно быть Рвент = 1,1 Р0.

ОБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ

Вентиляторы.

Классификация вентиляторов.

1.В зависимости от напора, развиваемого вентилятором, их подразделяют на: вентиляторы высокого давления (от 300 до 1200 кг/м2); вентиляторы среднего давления (от 100 до 300 кг/м2); вентиляторы низкого давления (до 100 кг/м2). Для вентиляционных систем используют в основном вентиляторы низкого и среднего давления.

2.В зависимости от требуемых условий работы вентиляторы выпуска-

ют:

-в обычном исполнении (воздух чистый, tвозд 80 С);

-в антикоррозионном исполнении (винипласт и др.), для перемещения горючих и взрывоопасных смесей – изготовляют из мягких металлов.

-с повышенной износоустойчивостью (содержание пыли больше 100

мг/м3).

-термостойкие – среда имеет tвозд больше 80 С ;

3.Различают вентиляторы левого и правого вращения (если смотреть со стороны двигателя);

4. По размерам вентиляторы характеризуются присвоенными им номерами, номер вентилятора соответствует диаметру рабочего колеса в дм (например, №5 – соответствует диаметру колеса 0,5 м).

5.По конструкции колеса вентиляторы различают на: центробежные и осевые.

Мощность вентилятора.

Мощность вентилятора зависит от развиваемого давления Рвент, Па, массовой подачи (расхода воздуха) Gвент, кг/с ( Lвент, м3/час) и КПД вентилятора вент.

В соответствии с ГОСТ 17398-72, работа вентилятора (как и насоса) чаще характеризуется не развиваемым давлением, а напором (Нвент), измеряемом в мм Н2О (или в м Н2О). При этом 1 мм Н2О = 9,8 Па.

Нвент = Рвент/g.

Мощность вентилятора, кВт

Nвент = Qвент Нвент/1000вент = Gвент Нвент/1000вент,

где Нвент – напор, м;

Qвент – расход воздуха, м3/с.

Мощность электродвигателя к вентилятору, кВт

Nдв = m Nвент/пр,

где m = (1,05 – 1,2) – коэффициент запаса мощности на валу вентилятора;