7.2. Загальний повітрообмін приміщення за усталеного режиму

вентилювання

Підхід до розв’язування цієї задачі залежить від виду (видів) вентиляції приміщення, а також від способів повітророзподілення і місць забору внутрішнього (витікального) повітря. Продуктивність систем місцевої вентиляції визначається специфічними вимогами (технологічними і гігієнічними), що розглянуті в розділі 4.8, а загальної вентиляції – розв’язуванням балансних рівнянь (7.1)...(7.11). При розрахунках загальної вентиляції повинні бути відомі кількості виділень забрудників, продуктивності систем місцевої притікальної і витікальної вентиляції, повітрообмін приміщення із суміжними приміщеннями і з атмосферою (довкіллям) через отвори і нещільності зовнішніх його огорож, а також конкретизована схема перетікання повітряних потоків через приміщення.

Повітрообмін прийнято називати по виду виділень забрудників, наприклад: повітрообмін по надлишках явного або повного тепла; повітрообмін по вологонадлишках; повітрообмін по пиловиділеннях тощо.

Для визначення необхідної повітропродуктивності систем загальної вентиляції, по надлишках виділень відповідних забрудників, потрібно розв’язати систему із двох рівнянь: балансу виділень забрудника і масового балансу повітрообміну приміщення.

Потрібний повітрообмін загальної вентиляції визначається для трьох періодів року по надлишках повної і явної теплоти, вологовиділеннях і виділеннях інших забрудників.

1. Загальна вентиляція при тепло- і вологонадлишках

• В ТПР за наявності k систем витікальної місцевої вентиляції

Теплонадлишки вважаються забрудником в ТПР. Нехай у загальному випадку надлишки явної теплоти в приміщенні і воно вентилюється k-системами витікальної місцевої вентиляції, однією системою загальної витікальної вентиляції і однією системою загальної притікальної вентиляції (рис. 7.2).

Кількість повітря , кг/год, що витікає із ВЗ приміщення за допомогою загальної СВ, визначають в результаті розв’язування системи рівнянь теплового і повітряного балансів приміщення (за нульового балансу повітрообміну)

де – продуктивність, відповідно, загальної притікальної та витікальної вентиляції і витікальних систем місцевої витікальної вентиляції ( наперед відома), кг/год.

Рис.7.2. Спрощена схема вентилювання приміщення за перетікання повітряних потоків

“знизу-вгору” і наявності однієї притікальної та однієї витікальної систем загальної вентиляції

і k систем місцевої витікальної вентиляції

Підставивши (7.13) в рівняння (7.12) визначають повітропродуктивність загальної витікальної вентиляції

, кг/год (7.14)

Потім за формулою (7.13) визначають повітропродуктивність загальної притікальної вентиляції.

У випадку, коли в рівнянні (7.14) чисельник набуває від’ємного значення, продуктивність загальної витікальної вентиляції G_пр.1 приймають рівною сумарній продуктивності місцевих СВ, тобто .

В приміщеннях з тепло- і вологовиділеннями повітрообмін визначають за допомогою І-d діаграми із одночасним врахуванням зміни ентальпії І і вологовмісту d повітря.

Основною характеристикою зміни параметрів повітря в приміщенні є відношення надлишкової повної теплоти до надлишкової вологи, яке називають показником кутового променя процесу в приміщенні (або тепловологісним відношенням):

, кДж/кг. (7.15)

Ця характеристика визначається для трьох періодів року у приміщеннях із загальною вентиляцією.

Розрахунок повітрообмінів зводиться до побудови процесів зміни параметрів повітря в приміщенні. Графічна побудова процесів в І-d діаграмі при заданій точці 3 (параметри зовнішнього повітря) дозволяє визначити параметри повітря в наступних характерних точках: П - притікального повітря; В - внутрішнього повітря в зоні обслуговування чи РЗ приміщення; В₁ – внутрішнього (витікального) повітря у верхній (пристельовій) зоні; С – суміші рециркуляційного і зовнішнього повітря (змішаного повітря).

Рис. 7.3. Схеми процесів загальної вентиляції приміщення на I-d діаграмі

за перетікання повітря “знизу-уверх”:

І – прямотечійна притікальна вентиляція; ІІ – притікальна вентиляція з рециркуляцією;

Іа – при підігрітому зовнішньому повітрі і примусовому його притіканні; Іб – при неготованому зовнішньому повітрі в ТПР і примусовому (механічному) його притіканні; Ів – при неготованому зовнішньому повітрі і природному притіканні його через отвори зовнішніх огорож; ІІа – при змішуванні зовнішнього і рециркуляційного (вилученого з верхньої зони) повітря і примусовому притіканні; ІІб – при змішуванні рециркуляційного (вилученого з верхньої зони) і зовнішнього повітря, нагріванні суміші і примусовому притіканні її до приміщення

За наявності в приміщенні двох і більше систем притікальної вентиляції, за допомогою якої притікають у приміщення повітряні потоки з різними параметрами (т.П₁ і т.П₂), для визначення параметрів в зоні обслуговування (т.В) належить знайти параметри умовної суміші всіх притоків. Параметри умовної суміші визначають за правилами змішування. Розміщення т.С зазвичай знаходять послідовними наближеннями, оскільки витрати змішуваних повітряних потоків, які впливають на її місцеположення, на початку розрахунку ще невідомі.

Точка В. По заданому рівню внутрішньої температури в зоні обслуговування приміщення (розділ 6.2) і показником кутового променя процесу , який проведений із т.П (в місці їх перетину на I-d діаграмі) знаходять параметри повітря в т.В. При цьому уточнюються чи відповідає відносна вологість потрібним гігієнічним вимогам.

Точка В₁ знаходиться на перетині променя процесу в приміщенні і ізотерми внутрішнього повітря у верхній (пристельовій) зоні (ВЗ) приміщення (розділ 6.4).

За відомих надлишкових повних тепловиділень , Вт, вологовиділень , кг/год, а також продуктивностей систем витікальної місцевої вентиляції , кг/год, продуктивність системи витікальної загальної вентиляції () можна визначити в результаті розв’язування системи балансових рівнянь:

де - ентальпії, кДж/кг.с.пов, відповідно притікального, витікального (внутрішнього ВЗ) і внутрішнього повітря зони обслуговування чи РЗ (вилучається місцевими СВ).

У системі рівнянь невідомими, крім і , є ентальпії , які визначаються при побудові процесів вентилювання приміщень на І-d діаграмі (рис. 7.4).

Рис. 7.4. а) - схема термодинамічних процесів загальної притікальної вентиляції приміщення в ТПР при ежекційному перетіканні повітря “знизу-вгору”;б) - схема загальної притікально-витікальної вентиляці приміщення за наявності систем витікальної місцевої вентиляції:

т.З – розрахункові параметри зовнішнього повітря (категорія А); т.П – параметри притікального повітря загальної механічної СВ; т.В – параметри внутрішнього повітря в ЗО (РЗ); т.В₁ - параметри внутрішнього повітря у ВЗ приміщення (витікального повітря);

ПГ – повітроготувальник

Підставивши (7.17) в рівняння (7.16) отримують продуктивність загальної витікальної вентиляції

, кг/год . (7.18)

За відомих , надлишкових вологовиділень , г/год, вологовмістів притікального , внутрішнього в зоні обслуговування (ЗО) і витікального з верхньої зони (ВЗ) повітря в г/кг.с.пов, повітропродуктивність загальної витікальної вентиляції визначають за формулою

, кг/год . (7.19)

Повітропродуктивність загальної притікальної вентиляції визначають за формулою (7.17).

• При теплонадлишках в ХПР за наявності систем витікальної місцевої вентиляції

а) загальна притікальна вентиляція прямотечійна, а витікальна –

з вилученням повітря із верхньої зони приміщення

Повітропродуктивності загальних притікальної і витікальної , а також систем витікальної місцевої вентиляції беруться такими ж, як і в ТПР. На І-d діаграму (рис. 7.5) наносять т.3, яка характеризує параметри зовнішнього повітря (категорія Б). Відомими є також температура повітря в ЗО (РЗ) приміщення, надлишки повного тепла і вологовиділення , загальна повітропродуктивність систем витікальної місцевої вентиляції .

За формулою (7.15) визначають показник кутового коефіцієнта променя процесу ε і будують його на І-d діаграмі.

Із рівняння теплового балансу, орієнтуючись на температури повітря в ЗО (РЗ) та ВЗ приміщення, визначають середню температуру внутрішнього повітря (т.С, рис. 7.5,а)

. (7.20)

Визначають асиміляційну спроможність притікального (зовнішнього) повітря, як зміну його вологовмісту, за формулою

,

де – сумарні вологовиділення в приміщенні, г/год; – продуктивність загальної притікальної вентиляції, кг/год ().

Далі визначають середній вологовміст внутрішнього повітря за формулою

.

На перетині ліній i знаходять положення т. С (рис.7.5, а).

Через т.С проводять промінь паралельний до і на перетині цього променя з ізотермами i , які характеризують температури внутрішнього повітря в ЗО (РЗ) і ВЗ, знаходять місцеположення точок В і В₁, а на перетині з лінією – місцеположення т.П, яка характеризує початкові параметри притікального повітря. Визначають температуру і ентальпію притікального повітря.

Рис. 7.5. а) схема термодинамічних процесів загальної прямотечійної притікальної вентиляції приміщення в ХПР при ежекційному перетіканні повітря через приміщення “знизу-вгору”;

б) схема загальної притікально-витікальної вентиляції приміщення (за наявності систем місцевої витікальної вентиляції):

т.З – характеризує стан зовнішнього повітря; т.П – характеризує стан притікального повітря (зовнішнього підігрітого в повітроготувальнику повітря); т.В – характеризує стан повітря в РЗ (ЗО) приміщення; т.В₁ - характеризує стан повітря у ВЗ приміщення (за схеми перетікання повітря знизу-уверх)

б) загальна частково рециркуляційна вентиляція із витіканням внутрішнього повітря з верхньої і робочої зон приміщення та ежекційним повітророзподіленням

Схема процесів загальної частково рециркуляційної притікальної вентиляції приміщення в ХПР із вилученням витікального повітря із ВЗ приміщення зображена на рис. 7.6.

Загальна витрата притікального повітря береться такою ж, як і в ТПР, а мінімальна кількість зовнішнього повітря приймається як більша з величин повітрообмінів, що рекомендується нормативними приписами чи розраховані на забезпечення ГДК забрудника в ЗО (РЗ).

Визначають витрату рециркуляційного повітря

,

де – витрата зовнішнього повітря, кг/год.

Наносять на І-d діаграмі т.З, яка характеризує стан зовнішнього повітря за розрахункових параметрів категорії Б, і визначають його вологовміст (рис. 7.6, а).

Рис. 7.6. Схема термодинамічних процесів загальної частково рециркуляційної вентиляції приміщення в ХПР при ежекційному перетіканні повітря зверху-уверх а) і схема загальної притікально-витікальної вентиляції приміщення за відсутності систем місцевої вентиляції б)

Проводять на І-d діаграмі лінію до пeретину з ізотермою (характеризує температуру зовнішнього повітря після повітронагрівника). Температура нормується, а після водоповітряного підігрівника приймається такою, щоб не відбувалось заморожування теплоносія в ньому, а саме ≥ 6,5 ⁰С.

Наносять на І-d діаграмі ізотерми, які відповідають температурам внутрішнього повітря в ЗО () і у ВЗ ()_.

Із рівняння вологісного балансу приміщення

, (7.21)

визначають асиміляційну спроможність зовнішнього повітря

. (7.22)

Потім виначають вологовміст витікального (рециркуляційного) і викидного повітря за формулою

. (7.23)

На перетині ізотерми із лінією знаходять положення т.В_1, яка характеризує стан внутрішнього (витікального) повітря у ВЗ приміщення.

За формулою (7.15) визначають показник кутового коефіцієнта променя процесу і будують його на І-d діаграмі.

Через т.В₁ проводять промінь паралельний до і на перетині його з ізотермою отримують т.В, яка характеризує стан внутрішнього повітря в ЗО (РЗ) приміщення. Визначають параметри повітря цього стану і .

Із рівняння вологісного балансу приміщення, складовою якого є вологовміст суміші потоків зовнішнього і рециркуляційного повітря, визначають вологовміст суміші за формулами:

;

. (7.24)

З’єднують т.Т і т.В₁ лінією, яка відображає процес змішування потоків зовнішнього підігрітого і рециркуляційного повітря. На перетині даної лінії з променем знаходять т.С, яка характеризує стан суміші. Визначають температуру і ентальпію суміші.

На перетині лінії з променем знаходять положення т.П, яка характеризує стан притікального повітря. Визначають температуру і ентальпію притікального повітря.

Перевірка правильності побудови процесів на І-d діаграмі (рис. 7.6) підтверджується забезпеченням балансової рівності

, (7.25)

де , за нульового балансу повітрообміну.

Витрату тепла, Вт, на нагрівання потоку зовнішнього повітря в повітроготувальнику (ПГ) визначають за формулою

, (7.26)

а витрату теплоти на нагрівання суміші повітря за формулою

. (7.27)

Схема термодинамічних процесів загальної частково рециркуляційної вентиляції приміщення із вилученням витікального (рециркуляційного) повітря із ЗО (РЗ) і витікального (викидного) повітря із ВЗ приміщення та схема вентилювання приміщення при цьому зображені на рис. 7.7 а, б.

Рис.7.7. Схема термодинамічних процесів загальної частково рециркуляційної вентиляції приміщеня в ХПР з вилученням витікального (рециркуляційного) повітря із ЗО (РЗ) і витікального (викидного) повітря із ВЗ приміщення та ежекційним перетіканням повітря зверху-уверх а) та схема вентилювання приміщення при цьому б)

в) умови використання рециркуляційного повітря

Рециркуляційне повітря – це частина повітря витікального, яка скеровується після відповідного готування, до повітророзподільників.

Рециркуляція повітря використовується для економії теплової енергії в холодний і перехідний періоди року і холодильної енергії в ТПР (за умови, що готоване повітря охолоджується штучно).

Рециркуляцію треба передбачати, як правило, зі змінною витратою повітряного потоку залежно від зміни параметрів зовнішнього повітря.

Рециркуляція повітря не допускається:

• із приміщень, в яких потрібна витрата зовнішнього повітря, визначається масою забрудників 1-го та 2-го класів небезпеки, що виділяються у приміщення;

• із приміщень, в повітрі яких є хвороботворні бактерії та грибки з концентраціями, що перевищують допускні норми, або ті, які мають різко виражені неприємні запахи;

• із приміщень, в яких є забрудники, що підлягають термічній деструкції при контакті з нагрітими поверхнями повітронагрівників, якщо перед ними не передбачене очищення повітря;

• із приміщень категорії А та Б (крім повітряних та повітряно-теплових заслонів біля зовнішніх воріт та дверей);

• із п’ятиметрових зон навколо обладнання, що розташоване у приміщеннях категорії В, Г та Д, якщо у цих зонах можуть утворюватись вибухонебезпечні суміші горючих газів, пари, аерозолів з повітрям;

• із систем витікальної місцевої вентиляції, якими вилучаються пожежонебезпечні суміші з повітрям;

• із тамбурів та шлюзів;

• із лабораторних приміщень науково-дослідницького призначення, в яких можуть виконуватись роботи зі шкідливими або горючими речовинами, парою, аерозолями;

Рециркуляція повітря обмежується границями одного помешкання (квартири), готельного номера або однородинного будинку, чи одним або декількома приміщеннями, в яких виділяють однакові забрудники 1-го і 2-го класів небезпеки, окрім приміщень, які зазначені попередньо.