Проектирование и расчет реконструируемой системы вентиляции 1 страница

Реконструкция и техническое перевооружение действующих предприятий, жилых, общественных и административно—бытовых зданий приводит к изменению их строительных объемов, как следствие, к изменению процессов воздухообмена, поэтому при технико—экономическом обосновании проекта при реконструкции систем отопления, вентиляции и кондиционирования зданий необходимо выполнять сопоставительный анализ существующих и модернизируемых систем, при этом следует максимально использовать существующие, если они отвечают требованиям положений нормативных документов [13-18].

Проектирование реконструируемых систем вентиляции основано на анализе и расчете, при котором сравниваются показатели систем вентиляции до и после реконструкции, для чего определяются:

− сечение каналов и геометрия узлов их сопряжения, а также входы в вентканалы, обеспечивающие номинальный пропускной режим воздуха;

− область применения существующих или вновь разрабатываемых вентсистем в зависимости от этажности и других конструктивно—планировочных решений реконструируемых зданий.

Для правильного анализа и выбора схемы вентиляции при реконструкции необходимо собрать следующую информацию (сведения):

− расположение и характеристики существующих систем вентиляции и кондиционирования (при реконструкции).

− общие данные, характеризующие проектируемый объект: район (город) размещения объекта строительства, назначение здания, ориентировку здания по сторонам света;

− строительные чертежи здания и помещений: планы и разрезы с указанием всех размеров и отметок высот, характеристику строительных конструкций - стен, перекрытий, покрытий, заполнения оконных и дверных проемов и т.п.;

− указание категорий помещений (на архитектурных планах) в соответствии с противопожарными нормами;

− для производственных зданий - чертежи технологического проекта (планы) с указанием размещения технологического оборудования, его спецификацией с указанием установленных мощностей. Кроме того, необходимо знать характеристику технологического режима — число рабочих смен, количество рабочих в смене или посетителей в магазине, зрителей в зале и т.д., режим работы оборудования (одновременность работы, коэффициенты загрузки и пр.), характеристику и количество вредных выделений, открытые поверхности парящего оборудования и т.п.;

− освещенность помещения (количество ламп, их мощность);

− характеристику теплоносителей: (электричество или вода с температурой 105–70⁰С или 95 –70⁰С, пар);

− наличие технических площадок с указанием их размеров;

При использовании аналитического метода необходимо определить:

− расход воздуха, подаваемый приточно— вытяжной системой;

− распределение температур и концентраций загрязнений;

− эффективность системы вентиляции.

Отсюда, задача расчета системы вентиляции при ее реконструкции должна решаться на основе технико—экономического сравнительного анализа нескольких возможных вариантов. Для этого необходимо всесторонне оценить объект по предъявляемым к нему требованиям, основными среди которых являются:

− санитарные требования, заключающиеся в необходимости поддержания в помещениях нормативных значений температуры и влажности;

− архитектурно — строительные требования, обеспечивающие возможность монтажа по зданию или помещению воздуховодов, трубопроводов или других элементов системы вентиляции;

− противопожарные требования — на соответствие помещений категориям: "Д" (нормальные условия), "В" (пожароопасные) или "А" и "Б" (взрывопожароопасные) с проектными решениями (установка обратных и огнезадерживающих клапанов, раздельная установка оборудования, различные схемы прокладки коммуникаций) [19];

− экономические требования: оптимизация ценовой политики, достигаемая методом сопоставления стоимости оборудования разных фирм.

В ряде случаев при реконструкции систем вентиляции и кондиционирования производственных помещений (животноводческие и птицеводческие здания, сооружения для хранения и переработки сельскохозяйственной продукции, здания с герметизированными помещениями для точных производств и электроники, предприятия легкой, пищевой, мясной, рыбной и молочной промышленности и т.д.) отсутствуют исходные данные о технологическом процессе и оборудовании, необходимые для проведения расчетов, соответственно, не представляется возможным установить расчетным путем количество вредных веществ, выделяющихся в воздух. В таком случае в проектах возможно применение рекомендаций ведомственных нормативных документов.

3.1 Определение требуемой величины воздухообмена в помещениях

жилых зданий

Выбор системы вентиляции здания и ее производительность основаны на последовательности расчета требуемого воздухообмена:

− задаются параметры приточного и удаляемого воздуха;

− определяется требуемый воздухообмен для заданного периода по вредным выделениям, явным тепловыделениям и минимальной кратности;

− за основу берется значение максимального воздухообмена из всех расчетов по различным факторам.

Требуемый воздухообмен можно определить с помощью графоаналитического метода с использованием Id—диаграммы [9, стр. 382], предложенной в 1918г. профессором Л.К. Рамзиным, согласно решению уравнения вида, кДж/кг:

I = 1,005t + (r + 1,806t) d/1000 (3.1)

где I – значение энтальпии влажного воздуха, кДж/кг;

t – температура влажного воздуха, ⁰С;

d/1000 – влагосодержание в граммах на килограмм сухого воздуха;

r = 2260 кДж/кг - скрытая теплота парообразования 1 кг воды при температуре 0⁰С.

Расчет воздухообмена по I-d диаграмме выполняется для теплого, переходного и холодного периодов года.

При расчете воздухообмена на Id – диаграмме наносят точку, характеризующую расчетные параметры наружного воздуха. Из этой точки проводят линию d = const до изотермы t_п = +10…16⁰С. По нормативному значению температуры возду­ха внутри помещения t_вн и лучу процесса ε_х, проведенному из этой точки, определяют параметры воздуха в обслуживаемой зоне. При этом следует установить, соответствует ли полученная таким образом относительная влажность воздуха внутри помещения требуемому значению по санитарно—гигиеническим условиям. Параметры удаляемого из помещения воздуха находят продлением луча до изотермы t_ух.

Для расчетных параметров воздуха принимают следующие обозначения: Н — наружный; П — приточный, У — удаляемый; В — в обслуживаемой зоне помещения, МО — удаляемый местными отсосами; МП — пода­ваемый местной приточной вентиляцией.

По второму методу требуемый воздухообмен, например, в помещении жилого дома определяется расчетным путем или находится с помощью нормативных значений — из расчета 3 м³/час на 1 м² жилой площади, но не менее требуемого воздухообмена для вентиляции кухонь и санузлов.

Количество воздуха, которое должно удалятся через вентканалы кухни, зависит от жилой площади квартиры (коттеджа) и определяется соотношением, м³/час:

V_к =3SF_п – 50, (3.2)

где SF_п – суммарное значение площади жилых комнат, м².

Если полученное по расчету значение воздухообмена меньше минимального, требуемого для вентиляции кухни, то количество воздуха принимается по нормативным значениям (табл. 3.1).

Для общественных зданий и сооружений воздухообмен по нормативной кратности можно определить по формуле, м³/час:

L = n _min V _P (3.3)

где V _P – расчетный объем помещения, м³ (для помещений высотой 6 м и более следует принимать V _Р = 6 A, здесь А – площадь помещения,м²);

n _min – минимальная кратность воздухообмена в единицу времени, час^-1.

Таблица 3.1 - Расчетные значения температуры и воздухообмена в помещениях жилых зданий [17]

Помещения	Расчетная температура в помещении в холодный период года, ^0С	Объем или кратность возду-хообмена за час^-1
Вытяжка	Приток
Жилая комната То же, в районах с температурой наиболее холодной пятидневки – 31^0С Кухни в квартирах и общежитиях Ванная индивидуальная Совмещенный санузел Газифицированная кухня с плитами на: три конфорки четыре конфорки		3 м^3 /час на 1 м^2   3 м^3 /час на 1 м^2   >60 м^3 /час   25 м^3 /час 25 м^3 /час   >75 м^3 /час >90 м^3 /час	—   — — — —   — —

Воздухообмен в зависимости от количества людей в помещении может быть определен по формуле, м³/час:

L = n N (3.4)

где n — нормируемая кратность воздухообмена, час^-1;

N — число людей (посетителей), рабочих мест, единиц оборудования;

Воздухообмен по углекислому газу находится из соотношения, м³/час:

L = M_CO2/ (Y_ПДК - Y_п) (3.5)

здесь M_CO2 – количество выделяющегося СО₂, дм³/час;

Y_ПДК – предельно- допустимая концентрация СО₂ в воздухе, при долговременном пребывании людей в помещении можно принятьY_ПДК = 3,45 г/м³;

Y_п – содержание углекислого газа в приточном воздухе, г/м³.

Расход воздуха при избытках явной теплоты определяется отдельно для теплого, холодного и переходных периодов года по уравнению [17], м³/час:

(3.6)

здесь L_w,z — расход воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов и на технологические нужды, м³/ч;

Q — полный тепловой поток в помещение, Вт;

с — теплоемкость воздуха, принимается равной 1,2 кДж/(м^{3 0}С);

t_w,z — температура воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне помещения, удаляемого системами местных отсосов и на технологические нужды, ⁰С;

t_l — температура воздуха, удаляемого из помещения за пределы обслуживаемой или рабочей зоны, ⁰С;

t_in — температура воздуха, поступающего в помещение, ⁰С.

При проектировании вентиляции промобъектов следует учитывать тепловой поток, поступающий в помещение от прямой и рассеянной солнечной радиации - для теплого периода года (см. выше).

Расход воздуха по нормируемому удельному расходу приточного воздуха [17]:

L = A k (3.7)

где A — площадь помещения, м²;

k — нормируемый расход приточного воздуха на 1 м² пола помещения, м³/час.

Расход воздуха для обеспечения норм взрывопожарной безопасности находится по массе выделяющихся вредных или взрывоопасных веществ в соответствие с формулой:

(3.8)

здесь m_po — расход любого из вредных или взрывоопасных веществ, поступающих в воздух помещения, мг/ч;

q_w,z и q_l — концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, удаляемом из обслуживаемой или рабочей зоны помещения за ее пределы, мг/м³;

q_in — концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, подаваемого в помещение, мг/м³.

Параметры воздуха t_w,z, d_w,z, I_w,z следует принимать равными расчетным параметрам в обслуживаемой или рабочей зоне помещения, а q_w,z — равной ПДК в рабочей зоне помещения.

В случае расчета реконструируемых систем вентиляции по взрывопожароопасным вредностям концентрация смеси в формуле (3.8) q_w,z и q_l заменяется на 0,1 q_g, мг/м³, где q_g — нижний концентрационный предел распространения пламени по газо-, паро- и пылевоздушной смесям.

Расход приточного воздуха L,м³/ч, требуемый для обеспечения санитарно- гигиенических норм и норм взрывопожарной безопасности в соответствии с [17, п.2 и п.3] определяется по формулам (3.3) - (3.8) при плотности приточного и удаляемого воздуха, равной 1,2 кг/м³ (t = 20⁰C). В дальнейших расчетах принимается большее из полученных значений расходов.

Концентрацию вредных веществ в воздухе рабочей зоны и на рабочих местах в производственных помещениях при реконструкции систем вентиляции следует принимать равной предельно допустимой концентрации (ПДК) в воздухе рабочей зоны, установленной ГОСТ [8] и СанПиН [11] Госкомсанэпидемнадзора России.

При одновременном выделении в помещении нескольких вредных веществ, обладающих эффектом суммации действия, воздухообмен следует определять суммируя расходы воздуха, рассчитанные по каждому из этих веществ.

Температуру приточного воздуха, подаваемого системами вентиляции с искусственным побуждением t_in,⁰С, следует определять по формулам:

а) при необработанном наружном воздухе:

t_in = t_ext +0,001 p (3.9)

б) при наружном воздухе, нагретом в воздухонагревателе, повышающем его температуру на Dt₃, ⁰С:

t_in = t_ext + 0,001 p +D t ₃ (3.10)

где p — полное давление вентилятора, Па;

t_ext — температура наружного воздуха, ⁰С.

Расход теплоты на нагрев поступающего в помещения наружного воздуха определяется исходя из количества инфильтрующегося воздуха через неплотности наружных ограждений или на основании санитарной нормы 3 м³/ч воздуха на 1 м² площади пола жилых комнат.

Для жилых комнат из двух полученных величин принимают большую, для кухонь — по нормативным показателям.

3.2 Аэродинамический расчет естественной гравитационной системы

вентиляции

Задача аэродинамического расчета воздуховодов заключается в определении размеров их поперечного сечения и потерь давления на отдельных участках системы воздуховодов, а также потерь давления во всей системе воздуховодов.

Расчету воздуховодов предшествует графическое изображение на планах здания элементов системы вентиляции — каналов и воздухово­дов, воздухозаборных и вытяжных шахт, приточных и вытяжных установок.

В соответствии с принятыми конструктивными решениями состав­ляют расчетную аксонометрическую схему воздуховодов с указанием вентиляционного оборудования и запорных (регулирующих) узлов, например так, как изображено на рис. 3.1.

Схему делят на отдельные расчетные участки, границами которых обычно являются тройники или крестовины. Расчетным называется участок, на котором расход воздуха и живое сечение воздуховодов не меняется. Каждый расчетный участок обозначается выносной горизонтальной линией, над которой проставляют расчетный расход воздуха L, м³/ч, а под линией — длину участка l, м. В кружке у линии записывают номер участка (см. рис. 3.2).

Для эффективной работы естественной гравитационной системы вентиляции сопротивление движению потока воздуха в вентканалах должно быть меньше располагаемого давления, возникающего за счет разности ветрового и гравитационного напоров, Па:

DP_е = aS(b_ш R l + Z) (3.11)

где b _ш – поправочный коэффициент потерь давления на трение с учетом коэффициента шероховатости материала воздуховода, принимается в зависимости от скорости движения воздуха и абсолютной эквивалентной шероховатости материала k_э по табл.Б.2 Приложения Б;

R — удельные потери давления на трение, Па/м, отнесенные к единице длины воздуховода [17];

l — длина участка воздуховода, м;

Z — потери давления в местных сопротивлениях, Па;

a— коэффициент запаса, принимается равным 1,1...1,15.

Потери давления на трение R на один погонный метр зависят от d _э и v _кан и определяются по номограмме Приложения В или таблицам [17].

Располагаемое гравитационное давление системы вентиляции для вертикальных каналов каждого этажа можно определить по формуле,Па:

Р = (r _н- r _в) g h (3.12)

где h — вертикальное расстояние от центра вытяжного отверстия жалюзийной решетки до устья вентшахты, м, которое определяется конструктивно с учетом правил устройства дымовых труб (см. рис. 3.3);

r _н и r _вн - плотность наружного и внутреннего воздуха при нормативном значении температуры, кг/м³.

Располагаемое давление для системы вытяжной вентиляции с естественным побуждением в жилых, общественных и административно—бытовых зданиях определяется при температуре наружного воздуха 5⁰C и температуре внутреннего воздуха при расчетных параметрах холодного периода года.

При расчете сети воздуховодов жилых зданий производят предварительный расчет их сечения, исходя из допустимой скорости движения воздуха по ним.

Для систем с естественным побуждением значение скорости допускается предварительно принимать: в вертикальных каналах верхнего этажа -5 м/с, в сборных каналах на чердаке - 0,8…1 м/с и в вытяжной шахте - 1...1,5 м/с.

Рекомендуемые скорости воздуха в элементах систем механической вентиляции: в жалюзийной решетке - 4...6 м/с; в приточных шахтах –3...6 м/с; в вертикальных воздуховодах и каналах – 5...8 м/с; в горизонтальных воздуховодах - 6...12 м/с. Принято уменьшать значение скорости воздуха по мере приближения к концевым участкам системы воздуховодов [1].

D_у200

Рисунок 3.2 - Вариант нанесения обозначений на расчетном участке

Определение потерь давления на местные сопротивления в зависимости от скорости движения воздуха к сумме коэффициентов местных сопро­тивлений выполняют по формуле, (Па):

Z=S ζ (r v²/2) (3.13)

где r v²/2 — динамическое давление потока воздуха при скорости v и плотности r;

S ζ —сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчет­ном участке, значения которых принимаются по табл. Б1 Приложения Б или по СНиП[19].

Рисунок 3.3 - Схема устройства дымовых труб

3.3 Вычисление необходимой площади сечения воздуховодов

Площадь сечения воздуховодов при реконструкции системы вентиляции зависит от количества удаляемого воздуха и принятой скорости движения v потока воздуха в проектируемом вентканале

Вследствие наименьшего сопротивления трению при движении воздуха наиболее эффективным сечением вентканалов по сравнению с другими формами считается круглая, но для жилых зданий и помещений принято проектировать воздуховоды прямоугольного сечения. В номограмме для потерь напора указаны диаметры круглых воздуховодов (Приложение В).

Если вместо круглых воздуховодов используются воздуховоды прямоугольного сечения, то необходимо найти их эквивалентные диаметры с помощью приведенной выше таблицы (табл. 3.2), или при рас­чете прямоугольных каналов можно определить эквивалентный диаметр равновели­кого им по трению воздуховода d_экв по формуле:

d _экв = 2 ab /(a + b) (3.14)

где а и b — размеры сторон прямоугольного воздуховода, м.

При расчете необходимо учитывать, что сечение вентканалов должно быть не менее 140 х 140 мм для кирпичных стен и не менее 100 х 150 мм для стен из блоков. Соотношение между сторонами прямоугольного вентканала допускается не более чем 1: 3.

Таблица 3.2 - Отношение размеров воздуховодов к их эквивалентным диаметрам

Ширина воздуховода, а, мм	Высота воздуховода, b, мм
Эквивалентные диаметры воздуховодов, dэ, мм

Скорость движения воздуха в воздуховоде находится из уравнения расходов по следующей формуле, м/с:

v = 10 ^-3 L / 3,6 f или v = 4 L 10^-3/3,6p d ²_экв, (3.15)

где L — расход воздуха на расчетном участке, м³/ч;

f — площадь поперечного сечения воздуховода, м².

С учетом формулы (3.15) находится поперечное сечение воздуховода по уравнению, которое запишется в виде, м²:

f = 10^-3 L /3,6v_р (3.16)

Необходимую (расчетную) площадь сечения вентканалов находят по алгоритму, выполняя последовательно следующие действия:

1. Вычерчивается таблица - формуляр или бланк расчета рекомендуемой формы (табл. А.4 Приложения А).

2. На аксонометрической схеме выбирается основное расчетное направление, которое характеризуется наибольшей протяженностью и нумеруются его участки, начиная с периферийного - на них проставляется количество проходящего воздуха и длина расчетного участка. Затем нумеруются участки ответвлений от магистрального (основного) направления.

3. Принимается ориентировочная скорость движения воздуха на участке воздуховода и по формуле (3.16) определяется его сечение. Скорость движения воздуха рекомендуется принимать от 0,5 до 2 м/с. Расчет круглых воздуховодов упрощается при использовании номограммы (приложение В).

4. На основании расчетного расхода воздуха в холодный период года при естественной вентиляции подбирается ближайшее по значению стандартное сечения канала, кратное размеру кирпича или блока и определяется его эквивалентный диаметр.

5. Находится действительная скорость воздуха в вентканале по формуле (3.15) для расчетного по нормативной кратности воздухообмена и выбранного сечения канала. По эквивалентномудиаметру и действительной скоростив канале определяютсяудельные потери давленияна трение R (Па), которые также можно определить и по номограмме (Приложение В).

6. Определяются коэффициенты местных сопротивлений на расчетном участке. По формуле (3.13) находятся потери давления в местных сопротивлениях. Местными сопротивлениями являются регулирующие устройства, элементы конструкций на входе и выходе воздуха, повороты, тройники, жалюзи, диафрагмы и пр.

7. Суммируются потери давления на всех участках расчетной вентиляционной ветви и по формуле (3.11) находится значение DP_е. Полученное значение сравнивается с располагаемым давлением в вентиляционной ветви. При этом должно быть обеспечено условие:

0,9 S (R l b + Z) < P_расп (3.17)

Если суммарные потери давления в вентиляционной ветви не соответствуют значению располагаемого давления, аэродинамический расчет ветви выполняется повторно в соответствие с п. 8.

8. Методом последовательных приближений, который состоит в последо­вательном подборе сечений уточняется аэродинамический расчет ответвлений. На каждом ответвлении потери давления должны быть равны потерям давления на участках воздуховода от узла, к которому присоединено данное ответвление, до конца магистрального направления.

Расчет ответвления считается законченным, если разница значений потерь давления не превышает 10 %.

Вентканалы рассчитываются по значению располагаемого гравитационного давления, соответствующего разности плотности наружного воздуха при температуре 5 ⁰С и внутреннего воздуха при нормированном значении его температуры (не менее 15 ⁰С).

Скорость воздуха в поперечном сечении вертикального вентканала вычисляется по формуле, м/с:

(3.18)

где h — высота канала между центром вытяжного отверстия и устьем вентканала, м;

d — диаметр (эквивалентный диаметр) вентканала,м;

∑ ζ — сумма коэффициентов местных сопротивлений (вход в вентканал, утепленный клапан, выход из вентканала и др.);

t_в и t_н —нормируемые значения внутренней и наружной температур, ⁰С [17].

Потери давления в местных сопротивлениях Z отдельного канала с учетом жалюзийных решеток можно определить [1] по формуле, Па:

Z = z _жр r_в (v²_жр/2) + (z _кан1 + z _кан2) r_в (v²_кан/2) (3.19)

Дата добавления: 2017-01-13