5.1. Кількість теплоти, вологи і газових (пилових) забрудників, які переміщуються притікально-витікальними повітряними потоками

Кількість повної теплоти, що вноситься у приміщення притікальними повітряними потоками, можна визначити за формулою

, Вт (5.1)

а кількість повної теплоти, що виноситься з приміщення витікальними повітряними потоками, -

, Вт (5.2)

де – витрати, відповідно, повітряних потоків, що притікають в приміщення з і-го вентиляційного отвору і витікають з нього через j-ий вентиляційний отвір, кг/год; – ентальпія, відповідно притікальних і витікальних повітряних потоків, кДж/кг.

Кількість явної теплоти, що міститься в притікальних і витікальних повітряних потоках, можна обрахувати за формулами:

;

,

де - відповідно, витрата, температура і густина i-го притікального потоку; - відповідно, витрата, температура і густина j-го витікального потоку; c_р – теплоємність повітря за сталого тиску, кДж/(кг К);

Кількість вологи, кг/год, що вноситься в приміщення з притікальними повітряними потоками, можна визначити за формулою

, (5.3)

а кількість вологи, що виноситься із приміщення витікальними повітряними потоками, -

, (5.4)

де - вологовміст повітряного потоку в г/кг.с.пов., що притікає в приміщення з і-го вентиляційного отвору; - вологовміст повітряного потоку, що витікає з приміщення через j-й вентиляційний отвір.

Кількість забрудника, що вноситься в приміщення притікальними повітряними потоками, можна обрахувати за формулою

, (5.5)

а кількість забрудника, що виноситься із приміщення витікальними повітряними потоками, -

, (5.6)

де - концентрація забрудника, мг/м³, в повітряному потоці, який притікає в приміщення з і-го вентиляційного отвору; - концентрація забрудника в повітряному потоці, який витікає з приміщення через j-й вентиляційний отвір; і - густина, відповідно, притікальних і витікальних повітряних потоків, кг/м³.

В загальному випадку, за наявності в приміщенні n отворів притікального і m отворів витікального повітря, рівняння балансу повітрообміну приміщення запишеться у вигляді

. (5.7)

При цьому враховуються витрати повітряних потоків, кг/год, через отвори вентиляційних систем з механічним і природним спонуканням руху, а також через шпари (нещільності) огорож приміщення.

5.2. Теплонадлишки і теплонедостачі приміщення

В багатьох приміщеннях одним із визначальних забрудників є теплота. Для розрахунків повітрообміну і термодинамічних процесів вентилювання таких приміщень потрібно визначити їх теплонадлишок (чи теплонедостачу) із врахуванням всіх джерел тепловиділень і тепловтрат.

До джерел тепловиділень відносять теплоту, яку виділяють люди, теплоту сонячного випромінювання, штучного освітлення, нагрітого обладнання і виробів тощо. Крім цього, теплота може виділятись завдяки конденсації водяної пари, остигання нагрітого (розтопленого) металу тощо.

Втрати теплоти можуть бути: через огорожі приміщення; з виробами, які в нагрітому стані забирають із приміщення; на нагрівання зовнішнього повітря, що проникає в приміщення через нещільності огорож (інфільтрація); на нагрівання холодних матеріялів, виробів і транспортних засобів, які попадають ззовні в приміщення. Теплота приміщення витрачається також на випаровування води і інших рідин з ванн, резервуарів, поверхні мокрої підлоги (якщо теплота фазових перетворень не компенсується спеціальним підведенням енергії до води).

При розрахунках теплонадходжень в приміщення приймемо, що всі огорожі приміщення і обладнання перебувають в стані теплової рівноваги. Це означає, що їхня температура залишається незмінною в часі і кількість підведеної до них в одиницю часу теплоти є рівною кількості відведеної від них теплоти. Різниця надходжень і втрат теплоти визначає теплонадлишки або брак теплоти в приміщенні, які повинні бути асимільовані (або компенсовані) притікальним повітрям

. (5.8)

В деяких випадках розрахунок надходжень явної теплоти є недостатнім. В приміщеннях з активними вологообмінними процесами потрібно розраховувати надходження повної теплоти, тобто із врахуванням прихованої теплоти, що міститься у водяній парі, яка виділяється у внутрішнє повітря.

В приміщення надходить промениста і конвективна теплота. Зазвичай їх не розділяють і складають загальний тепловий баланс приміщення. Однак ці складові теплонадходжень балансу є суттєво відмінними. Променистий теплообмін відбувається між поверхнями з різною температурою і практично не вбирається повітрям приміщення (за винятком наявності туману або сильного запилення). Промениста теплота передається внутрішньому повітрю у вигляді вторинних потоків конвективної теплоти, які утворюються біля нагрітих випроміненням поверхонь огорож і меблів (обладнання).

Конвективна теплота надходить в приміщення з повітряними потоками, які утворюються біля нагрітих поверхонь. Конвективні повітряні струмені рухаються знизу-вгору і розтікаються під стелею приміщення. Вони можуть створювати вертикальну циркуляцію повітря у всьому об’ємі приміщення, або спричиняти відносно стійке двоверствове (двошарове) теплове розділення внутрішнього повітря по висоті: нижня верства – прохолодне і відносно чисте повітря; верхня верства – нагріте і забруднене повітря. В цьому випадку складають теплові баланси окремо для нижньої (ЗО, РЗ) і верхньої (ВЗ) зон приміщення. Інколи складають теплові баланси окремих зон по площі приміщення, в місці праці тощо. В цих випадках теплонадлишки (теплонедостача) окремих зон приміщення також характеризується рівністю (5.8) з тією лише відмінністю, що враховуються локальні джерела теплонадходжень і втрат теплоти для даної зони або місця праці.

За неусталеного теплового стану приміщення враховують, що його огорожі і обладнання акумулюють теплоту при нагріванні або віддають її при охолодженні. У відповідні періоди часу вони стають як би додатковими джерелами виділень теплоти або її поглинання (вбирання). Кількість надлишкової теплоти стає змінною в часі. Процес вентилювання приміщення за цих умов є нестаціонарним і вимагає спеціальних розрахунків. Особливості нестаціонарних процесів вентилювання приміщення проаналізовані В.Н.Богословським [2].

Інколи виконують дослідження теплового балансу реального вентильованого приміщення. В часі досліджень вимірюють витрати притікальних повітряних потоків , м³/год і їх температури , а також витрати витікальних повітряних потоків і їх температури . Рівняння теплового балансу приміщення по явній теплоті записують у вигляді:

, Вт. (5.9)

Подібні дослідження виконують для всіх характерних періодів тепловиділень і тепловтрат за реальних схем перетікання повітря через приміщення та отримують режимні характеристики зміни в часі. Потрібно пам’ятати, що випробування на об’єктах проводять за деякої зовнішньої температури, яка, як правило, відрізняється від розрахункової (проєктної). Тому дані випробувань повинні бути поправлені і приведені до розрахункових умов.

Подібні дослідження працемісткі і дорогі, в зв’язку з чим основним і найбільш доцільним способом визначення теплонадходжень і тепловтрат приміщення є теплотехнічні розрахунки.