Расчёт и проектирование механической приточной вентиляции

Содержание
Введение…………..……………….…………....…………………….… 3
1. Общие требования и показатели микроклимата..………….….…... 4
2. Классификация систем вентиляции……………………..………….. 6
3. Расчет и проектирования механической приточной
вентиляции………………………………………………………...……….….. 9
4. Программы для проектирования систем вентиляции……….....… 15
5. Особенности проектирования механических
систем вентилирования…………………………………………….…….….. 17
Заключение...……………….………..................................................... 19
Список литературы………....……………………………...……...….. 20
Введение
Для жизнедеятельности человека большое значение имеет качество воздуха. От него зависит самочувствие, работоспособность и в конечном итоге здоровье человека. Качество воздуха определяется его химическим составом, физическими свойствами, а так же наличием в нем посторонних частиц. Современные условия жизни человека требуют эффективных искусственных средств оздоровления воздушной среды. Этой цели служит техника вентиляции.
Вообще вентиляцией (от лат. ventilatio – проветривание), согласно общепринятому определению, называют регулируемый воздухообмен в помещении, а также устройства, которые его создают. Назначением вентиляции является поддержание химического и физического состояния воздуха, удовлетворяющее гигиеническим требованиям, т. е. обеспечение определенных метеорологических параметров воздушной среды и чистоты воздуха. К факторам, вредное действие которых устраняется с помощью вентиляции, относятся: избыточная теплота (конвекционная, вызывающая повышение температуры воздуха, и лучистая); избыточные водяные пары – влага; газы и пары химических веществ общетоксичного или раздражающего действия; токсичная и нетоксичная пыль; радиоактивные вещества.
1. Общие требования и показатели микроклимата
Санитарные правила устанавливают гигиенические требования к показателям микроклимата жилых, общественных и рабочих мест производственных помещений с учетом интенсивности энерготрат проживающих и работающих, времени выполнения работы, периодов года и содержат требования к методам измерения и контроля микроклиматических условий.
Показатели микроклимата должны обеспечивать сохранение теплового баланса человека с окружающей средой и поддержание оптимального или допустимого теплового состояния организма. Показателями, характеризующими микроклимат в помещениях, являются:
- температура воздуха;
- температура поверхностей;
- относительная влажность воздуха;
- скорость движения воздуха;
- интенсивность теплового облучения.
При проектировании, строительстве и эксплуатации жилых зданий, предприятий коммунально-бытового обслуживания, учреждений образования, культуры, отдыха, спорта руководствуются требованиями Санитарно-эпидемиологических правил и нормативов СанПиН 2.1.2.1002-00"Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям".
Особое внимание уделяется к производственным помещениям. Оптимальные микроклиматические условия установлены по критериям оптимального теплового и функционального состояния человека. Они обеспечивают общее и локальное ощущение теплового комфорта пребывания в течение 8-часовой рабочей смены при минимальном напряжении механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают предпосылки для высокого уровня работоспособности и являются предпочтительными на рабочих местах.
При проектировании, в строительстве и эксплуатации производственных помещений руководствуются санитарными правилами нормами СанПиН 2.2.4.548-96 "Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений".
Оптимальные величины показателей микроклимата необходимо соблюдать на рабочих местах производственных помещений, на которых выполняются работы операторского типа, связанные с нервно-эмоциональным напряжением (в кабинах, на пультах и постах управления технологическими процессами, в залах вычислительной техники и др.). Перечень других рабочих мест и видов работ, при которых должны обеспечиваться оптимальные величины микроклимата определяются Санитарными правилами по отдельным отраслям промышленности и другими документами, согласованными с органами Государственного санитарно-эпидемиологического надзора в установленном порядке.
При проектировании зданий и сооружений согласно СНиП 41-01-2003 следует предусматривать технические решения, обеспечивающие:
а) нормируемые метеорологические условия и чистоту воздуха в обслуживаемой зоне помещений жилых, общественных, а также административно-бытовых зданий предприятий;
б) нормируемые метеорологические условия и чистоту воздуха в рабочей зоне производственных, лабораторных и складских помещений в зданиях любого;
в) нормируемые уровни шума и вибраций от работы оборудования и систем теплоснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования, а также от внешних источников шума. Для систем аварийной вентиляции и систем противодымной защиты при работе или опробовании в помещениях, где установлено это оборудование, допускается шум не более 110 дБА, а при импульсном шуме - не более 125 дБА;
г) охрану атмосферного воздуха от вентиляционных выбросов вредных веществ;
д) ремонтопригодность систем отопления, вентиляции и кондиционирования;
2. Классификация систем вентиляции
При всем многообразии систем вентиляции, обусловленном назначением помещений, характером технологического процесса, видом вредных выделений и т.п., их можно классифицировать по следующим характерным признакам: по способу создания давления для перемещения воздуха, по назначению, по зоне обслуживания и по конструктивному исполнению.
По способу перемещения удаляемого из помещений и подаваемого в помещения воздуха различают вентиляцию естественную (неорганизованную и организованную) и механическую (искусственную).
Под неорганизованной естественной вентиляцией понимают воздухообмен в помещениях, происходящий под влиянием разности давлений наружного и внутреннего воздуха и действия ветра через неплотности ограждающих конструкций, а также при открывании форточек, фрамуг и дверей. Воздухообмен, происходящий так же под влиянием разности давлений наружного и внутреннего воздуха и действия ветра, но через специально устроенные в наружных ограждениях фрамуги, степень открытия которых с каждой стороны здания регулируется, является вентиляцией естественной, но организованной. Этот вид вентиляции называется аэрацией.
Механической или искусственной вентиляцией называется способ подачи воздуха в помещение или удаления из него с помощью вентилятора. Такой способ воздухообмена является более совершенным, так как воздух, подаваемый в помещение, может быть специально подготовленным в отношении его чистоты, температуры и влажности.
Вентиляцию с механическим побуждением (механическую вентиляцию) следует предусматривать:
а) если метеорологические условия и чистота воздуха не могут быть обеспечены вентиляцией с естественным побуждением (естественной вентиляцией);
б) для помещений и зон без естественного проветривания.
Системы механической вентиляции, автоматически поддерживающие в помещениях метеорологические условия на уровне заданных независимо от изменяющихся параметров внешней воздушной среды, называются системами кондиционирования воздуха.
По способу организации воздухообмена в помещениях вентиляция может быть общеобменной, местной (локализующей), смешанной, аварийной и противодымной. По назначению системы вентиляции подразделяются на приточные и вытяжные. Системы вентиляции, удаляющие загрязненный воздух из помещения, называются вытяжными. Системы вентиляции, обеспечивающие подачу в помещение наружного воздуха, подогреваемого в холодный период года, называются приточными. Вытяжные системы вентиляции в зависимости от места удаления вредных выделений, а приточные - от места подачи наружного воздуха подразделяются на общеобменные, местные и смешанные.
Общеобменная вентиляция предусматривается для создания одинаковых условий воздушной среды (температуры, влажности, чистоты воздуха и его подвижности) во всем помещении, главным образом в рабочей зоне. Когда какие-либо вредные вещества распространяются по всему объему помещения или нет возможности или нет возможности уловить их в местах выделения. Общеобменная вентиляция может быть как приточной, так и вытяжной, а чаще приоточно-вытяжной, обеспечивающей организованный приток и удаление воздуха.
При местной вытяжной вентиляции загрязненный воздух удаляется прямо из мест его загрязнения. Местная приточная вентиляция применяется в тех случаях, когда свежий воздух требуется лишь в определенных местах помещения (на рабочих местах). Примером такой вентиляции может служить воздушный душ – струя воздуха, направленная непосредственно на рабочее место.
Смешанные системы, применяемые главным образом в производственных помещениях, представляют собой комбинации общеобменной вентиляции с местной.
Аварийные вентиляционные установки, согласно СНиП 41-01-2003, предусматривают в помещениях, в которых возможно внезапное неожиданно выделение вредных веществ в количествах, значительно превышающих допустимые. Эти установки включают только в том случае, если необходимо быстро удалить вредные выделения.
Противодымная вентиляция предусматривается для обеспечения эвакуации людей из помещений здания в начальной стадии пожара.
Вопрос о том, какую из перечисленных систем вентиляции следует устраивать, решается в каждом отдельном случае в зависимости от назначения помещения, характера вредных выделений, возникающих в нем. И схемы движения воздушных потоков внутри здания.
Подробную информацию о технических решениях по применению видов вентиляции и о требованиях к проектированию систем вентиляции можно найти в СНиП 41-01-2003, п. 7.
3. Расчет и проектирования механической приточной вентиляции
Рассмотрим пример расчета механической приточной вентиляции, так как пример очень точно нам покажет процесс расчет и проектирования вентиляции.
Исходные данные: Количество выделяющихся вредностей: mвр.= 1,2 кг/час пыли, Qяизб.= 26 кВт. Параметры помещения: 9266 м. Температура воздуха: tп.= 21 С, tу.= 24 С. Допустимая концентрация пыли Сд.=50 мг/м2. Число работающих: 80 человека в смену. Схема размещения воздуховода приведена на рис.3.1. Подобрать необходимый вентилятор, тип и мощность электродвигателя и указать основные конструктивные решения.
ПУ
l4=4м
l3=7м
l1=7м
lг=2м
lв=3,5м
lб=8м
la=7м
l2=7м
Рисунок 1 – Схема воздуховодов вентиляции
Расчет:
(1)
LП – потребное количество воздуха для помещения, м3/ч;
LСГ - потребное количество воздуха исходя из обеспечения в данном помещение санитарно-гигиенических норм, м3/ч;
LП – тоже исходя из норм взрывопожарной безопасности, м3/ч.
Расчет значения LСГ ведут по избыткам явной или полной теплоте, массе выделяющихся вредных веществ, избыткам влаги (водяного пара), нормируемой кратности воздухообмена и нормируемому удельному расходу приточного воздуха. При этом значения LСГ определяют отдельно для теплого и холодного периода года при плотности приточного и удаляемого воздуха = 1,2 кг/м3 (температура 20 С).
При наличии в помещении явной теплоты в помещении потребный расход определяют по формуле:
где ty и tп – температуры удалённого и поступающего в помещение воздуха
При наличии выделяющихся вредных веществ (пар, газ, пыль твр мг/ч) в помещении потребный расход определяют по формуле:
где Сд –концентрация конкретного вредного вещества, удаляемого из помещения, мг/м3
Сп –концентрация вредного вещества в приточном воздухе, мг/м3
в рабочей зоне
Расход воздуха для обеспечения норм взрывопожарной безопасности ведут по массе выделяющихся вредных веществ в данном помещении, способных к взрыву
где Снк = 60 г/м3 – нижний концентрационный предел распространения пламени по пылевоздушным смесям.
Найденное значение уточняют по минимальному расходу наружного воздуха:
Lmin=n m z = 80 25 1,3 = 2600 м3/ч
где m = 25 м3/ч–норма воздуха на одного работника,
z =1,3 –коэффициент запаса.
n = 80 – число работников
Окончательно LМ = 34286 м3/ч
Аэродинамический расчет ведут при заданных для каждого участка вентсети значений их длин L, м, и расходов воздуха L, м3/ч. Для этого определяют:
Количество вытяжного воздуха по магистральным и другим воздуховодам;
Суммарное значение коэффициентов местных сопротивлений по i-участкам по формуле:
(2)
пов – коэффициент местного сопротивления поворота (табл. 1 [2]);
ВТ = ВТ n – суммарный коэффициент местного сопротивления вытяжных тройников;
СП – коэффициент местного сопротивления при сопряжении потоков под острым углом, СП = 0,4.
В соответствии с построенной схемой воздуховодов определяем коэффициент местных сопротивлений. Всасывающая часть воздуховода объединяет четыре отсоса и после вентилятора воздух нагнетается по двум направлениям.
На участках а, 1, 2 и 3 давление теряется на входе в двух (четырех) отводах и в тройнике. Коэффициент местного сопротивления на входе зависит от выбранной конструкции конического коллектора. Последний устанавливается под углом = 30 и при соотношении l/d0 = 0,05, тогда по справочным данным коэффициент равен 0,8. Два одинаковых круглых отвода запроектированы под углом = 90 и с радиусом закругления R0/dэ =2.
Для них по табл. 14.11 коэффициент местного сопротивления 0 = 0,15.
Потерю давления в штанообразном тройнике с углом ответления в 15 ввиду малости (кроме участка 2) не учитываем. Таким образом, суммарный коэффициент местных сопротивлений на участках а,1,2,3
= 0,8 + 2 0,15 = 1,1
На участках б и в местные потери сопротивления только в тройнике, которые ввиду малости (0,01…0,003) не учитываем. На участке г потери давления в переходном патрубке от вентилятора ориентировочно оценивают коэффициентом местного сопротивления г = 0,1. На участке д расположено выпускная шахта, коэффициент местного сопротивления зависит от выбранной её конструкции. Поэтому выбираем тип шахты с плоским экраном и его относительным удлинением 0,33 (табл. 1-28 [2]), а коэффициент местного сопротивления составляет 2,4. Так как потерей давления в тройнике пренебрегаем, то на участке д (включая и ПУ) получим д = 2,4. На участке 4 давление теряется на свободный выход ( = 1,1 по табл. 14-11 [3]) и в отводе ( = 0,15 по табл. 14-11 [3]). Кроме того, следует ориентировочно предусмотреть потерю давления на ответвление в тройнике ( = 0,15), так как здесь может быть существенный перепад скоростей. Тогда суммарный коэффициент местных сопротивлений на участке 4
4 = 1,1 + 0,15 + 0,15 = 1,4
Определение диаметров воздуховодов из уравнения расхода воздуха:
(3)
Вычисленные диаметры округляются до ближайших стандартных диаметров по приложению 1 книги [3]. По полученным значениям диаметров пересчитывается скорость.
По вспомогательной таблице из приложения 1 книги [3] определяются динамическое давление и приведенный коэффициент сопротивления трения. Подсчитываются потери давления:
(4)
Для упрощения вычислений составлена таблица с результатами:
N участка L, м L1, м3/ч d, мм V, м/с Па Р, ПаРI, Па Р, Паа 7 1.1 8572 400 19 216 0.04 0.28 1.38 298 298
б 8 17143 560 19.4 226 0.025 0.2 0.2 45.2 343
в 3,5 34286 800 19 216 0.015 0.053 0.053 11.4 354.4
г 3,5 0.1 34286 800 19 216 0.015 0.053 0.153 33 387
д 6 2.4 25715 675 23 317 0,02 0.12 2.52 799 1186
1 7 1.1 8572 400 19 216 0.04 0.28 1.38 298 298
2 7 1.1 8572 400 19 216 0.04 0.28 1.38 298 343 45
3 7 1.1 8572 400 19 216 0.04 0.28 1.38 298 343 45
4 4 1.4 8572 400 19 216 0.04 0.16 1.56 337 799 462
Как видно из таблицы, на участке 4 получилась недопустимая невязка в 462 Па (57%).
Как видно из таблицы, на участке 2, 3 получилась недопустимая невязка в 45 Па (13%).
Для участка 4: уменьшаем d с 400 мм до 250 мм, тогда
м/с,
при этом =418 Па и = 0.08, Р = 780 Па, Р = 80 Па, .
Для участка 2 и 3: уменьшаем d с 400 мм до 250 мм, тогда V = 10 м/с, при этом = 226 Па и = 0.25, Р = 305 Па, Р = 80 Па, .
Выбор вентилятора.
Из приложения 1 книги [3] по значениям Lпотр = 34286 м3/ч и РI = 1186 Па выбран вентилятор Ц-4-76 №12.5 Qв – 35000 м3/ч, Мв – 1400 Па, в = 0,84, п = 1. Отсюда установленная мощность электродвигателя составляет:
где Qв – принятая производительность вентилятора, Nв – принятый напор вентилятора, в= - кпд вентилятора, п – кпд передачи.
Из приложения 5 книги [3] по значениям N = 75 кВт и = 1000 об/мин выбран электродвигатель АО2-92-6 (АО» – защитное исполнение, 92 – размер наружного диаметра, 6 – число полюсов). Схема электродвигателя показана на рис.3.2.
Рисунок 2 – Схема электродвигателя А02-92-6
При этом необходимо предусмотреть установку реверсивных магнитных пускателей для реверсирования воздуха при соответствующих аварийных ситуациях в данном помещении.
Вентилятор и электродвигатель устанавливаются на железной раме при их одноосном расположении. Для виброизоляции рама устанавливается на виброизолирующие материал. На воздухоотводе устанавливают диафрагму, а между ними и вентилятором переходник.
4. Программы для проектирования систем вентиляции
VentCalc V.2. – одна из программ для расчёта вентиляции, которая будет полезна всем людям, работающим с вентиляционными системами. Она позволяет осуществить эффективный расчёт вентиляционной сети в максимально короткие сроки. Чтобы получить необходимую информацию, вам просто требуется указать общую длину основной ветки, начальный и конечный расходы воздуха, а также некоторые другие данные. Через какое-то время вы получите готовый образ вентиляционной сети, наиболее точно приближенный к реальной картине. Кроме этого, программа выдаст её сопротивление, при помощи которого можно подобрать наиболее оптимальную мощность вентиляционного агрегата ещё на начальных стадиях подготовки проекта.
Рисунок 3 – Рабочее окно программы для проектирования вентиляции VentcalcБлагодаря использованию этой программы можно избежать необходимости в составлении сложных математических расчётов, когда они, как таковые, не требуются. Проще говоря, основным назначением программы является удобный и быстрый механизм расчёта, который значительно упростит многие задачи при проектировании.
Эту программу можно использовать при решении вопросов, связанных с регулировкой и увязкой вентиляционных сетей, а также для подбора вентилятора наиболее подходящей мощности в самые короткие сроки.
Вторая программа для проектирования вентиляции.
Программу «Поток» используют в тех случаях, когда требуется выполнить гидравлический расчёт 1-2 трубных и коллекторных систем теплохолодоснабжения, а также при расчёте данных центрального водяного отопления при помощи различных теплоносителей (раствора или воды), со скользящим или постоянным температурным перепадом в зданиях, где предусматривается централизованный или раздельный теплоучёт. Холод и тепло доставляется в помещения посредством местных нагревательных приборов, фэнкойлов или калориферов.
Рисунок 4 – Рабочее окно программы для расчета инженерных систем здания «Поток»
Системы, которые обладают сложной конфигурацией (бифилярные, однотрубные и другие), при необходимости делятся на отдельные расчётные блоки с дальнейшим автоматизированным объединением, позволяющим получить общую спецификацию имеющегося оборудования.
5. Особенности проектирования механических систем вентилирования
Решение о том, как будет построена вентиляционная система, принимается еще на стадии проектирования здания.
Учитываются следующие факторы:
– размер и количество воздуховодов, их распределение по зданию, места расположения входных и выходных отверстий;
– мощность используемого оборудования;
– необходимость установки рекуператоров, фильтров, увлажнителей и т.п.;
Если речь идет о проектировании системы вентиляции для производственного предприятия, важно учитывать и месторасположение, а также централизацию оборудования.
Максимальное центрирование вентиляционной техники позволяет существенно снизить капитальные финансовые расходы, но вместе с этим усложняется доступ к оборудованию и сети воздуховодов при их сервисном обслуживании. А во время серьезных поломок может случиться так, что для замены отработанного элемента потребуется разбитие еще нескольких. Тем самым возрастет стоимость ремонта.
При проектировании механических систем вентилирования учитывается аспект зональности помещений, а также их функционального предназначения. То есть в разных помещениях могут требоваться существенно отличающиеся друг от друга условия воздушных режимов. Именно поэтому в большинстве случаев вытяжные вентиляционные системы проектируют отдельно. Подобный ход позволяет достичь необходимого уровня локализации всей системы вентилирования, сократить количество используемого оборудования.
Распространение получили не только местные вытяжные системы, но и приточные. При этом забор воздуха для них может осуществляться из единой камеры или шахты.
При проектировании системы вентиляции для коттеджа не стоит забывать о цокольных этажах и подвалах, где, как правило, располагаются мастерские, бассейны, кладовые и т.п. Малоэффективная циркуляция воздуха в них может привести к образованию плесени и грибка.
Плюсы и минусы механической вентиляции.
Преимущества:
1. Показывает большую эффективность, чем ветровая и гравитационная вентиляция;
2. Позволяет отфильтровывать большую часть загрязнений (пыль, пыльцу растений, вредные примеси);
3. Улучшает качество воздуха путем регулирования его влажности.
Недостатки:
1. Установка обходится дороже естественных систем;
2. Функционирование требует постоянных финансовых затрат;
3. Возможны поломки, для их профилактики требуется регулярное обслуживание;
4. Не работает, когда отсутствует подача питания.
Заключения
Системы вентиляции создают условия для обеспечения технологического процесса или поддержания в помещении заданных климатических условий для высокопродуктивной работы человека.
В первом случае система вентиляции будет называться технологической, а во втором — комфортной.
Количество подаваемого вентиляционного воздуха (воздухообмен) рассчитывается на разбавление выделяющихся вредностей до допустимых на рабочих местах концентраций.
Основным показателем для выбора этого способа является расположение мест нахождения людей и возможных источников выделения вредностей по всей или по значительной площади помещений.
Список литературы
Бережной С.А., Романов В.В., Седов Ю.И. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие. – Тверь: ТГТУ, 1996. – 315 с.;
Практикум по безопасности жизнедеятельности:/С.А.Бережной, Ю.И.Седов, Н.С.Любимова и др.; Под ред С.А.Бережного. – Тверь: ТГТУ, 1997. – 355 с.;
Калинуткин М.П. Вентиляторные установки, Высшая школа, 1979. – 285 с.