Расчёт каналов естественной и искусственной вентиляции

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям по дисциплине

«Физика аэрозолей»

для студентов, обучающихся по направлению подготовки

08.03.01. – Строительство,

Ставрополь, 2014

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению подготовки 08.03.01. – Строительство, профиль обучения «Теплогазоснабжения и вентиляция» и изучающих дисциплину «Физика

аэрозолей».

В методических указаниях приводятся рекомендации по практическому определению максимальных концентраций вредных веществ и предельно допустимых выбросов; оценке эффекта суммации вредного воздействия нескольких веществ; построению кривых распределения концентраций выбросов в микрорайоне и определению минимально допустимой высоты трубы, обеспечивающей рассеивание выброса в пределах допустимых концентраций микрорайона.

Методические указания нацеливают на стимулирование самостоятельной работы студентов с тем, чтобы повысить ее роль не только в формировании знаний, но и в накоплении навыков научного исследования.

Методические указания представляют собой интерес для студентов указанного направления и профиля обучения, а также инженерно-технических работников, занимающихся решением практических природоохранных задач.

Составители: Воронин А.И., Хащенко А.А.

Фомущенко Л.В.

Рецензент: Стоянов Н.И.

Практическое занятие № 1.

Способы повышения качества воздушной среды производственных

Помещений

Степень чистоты воздуха производственных помещений оказывает непосредственное прямое влияние на здоровье рабочего персонала и уровень профессиональных заболеваний.

Многие микроорганизмы являются возбудителями инфекционных и аллергических заболеваний человека, причиной отравлений. Поэтому к воздушной среде производственных помещений предприятий энергетического комплекса предъявляются высокие санитарно – гигиенические требования.

В целях улучшения качества воздуха, устранения неприятных запахов осуществляют:

- дезодорацию;

- дезинфекцию;

- ионизацию воздуха.

Дезодорация (устранение неприятных запахов).

Для устранения неприятных запахов необходимо осуществлять следующие технологические и технические мероприятия:

- обработку исходного технологического сырья под вакуумом;

- герметизацию оборудования и оснащение его местными отсосами;

- проведение эффективной вентиляции помещений;

- термическую и химическую обработку воздуха;

- своевременную уборку помещений.

Неприятные запахи воздуху сообщают газы и мельчайшие частицы вещетв размером 0,01 – 0,00003 мкм, находящиеся во взвешенном состоянии.

Такие частицы не улавливаются обычными воздушными фильтрами, применяемыми в системах вентиляции.

В этих случаях необходимо использовать например, фильтры с активированным углем.

Существуют также реагентые способы удаления вредных газов избирательного действия:

- для устранения запаха хлора (Cl₂)применяют известковое молоко;

- от углекислого газа (СО₂) и сероводорода (H₂S) воздух очищают растворами этаноламинов;

- для удаления окиси углерода (СО) используют гопкалитовые фильтры, в состав которых входят окислы меди и магния (Cu₂O; MgO).

При термической очистке газов от неприятных запахов применяют непосредственное сжигание газов при 850 – 1000 ^оС (например в топках котельных) или каталитическое при 300 – 400 ^оС в специальных установках (катализаторах).

Дезинфекция.

Воздух производственных помещений дезинфицируют с помощью его озонирования и ультрафиолетового облучения.

а) Озонирование целесообразно применять для дезинфекции как производственных, так и вспомогательных (складских) помещений. Озон (О₃) легко разлагается с выделением свободного (атомарного) кислорода, который обладает сильными окислительными свойствами. Эти свойства особенно усиливаются во влажном воздухе.

При концентрации озона выше 1 мг/м³ ощущается острый раздражающий запах. Длительное пребывание человека в атмосфере с концентрацией озона более 2 мг/м³ не допускается.

Озон способен также устранять запахи, вызываемые органическими веществами.

На стали всех марок при высокой концентрации озон оказывает сильное коррозионное воздействие.

Озон получают в электрических озонаторах: воздух продувают между параллельно установленными пластинами (электродами) с высокой разностью потенциалов (6 – 30 кВ); в зоне тихих (коронных) разрядов из кислорода воздуха образуется озон.

На получение 50 г озона требуется 1 кВт ^. час электрической энергии.

Влажный воздух озонируется плохо, поэтому его предварительно следует подсушить.

б) Ультрафиолетовое облучение можно применять как для непосредственной дезинфекции движущегося воздуха в воздуховоде, так и для обработки в специальных камерах (каналах), через которые пропускают поток воздуха. Под действием ультрафиолетового излучения микроорганизмы погибают.

Источником ультрафиолетовой радиации служат бактерицидные и эритемные лампы. Промышленностью выпускается например, бактерицидный облучатель ОБН – 150 мощностью 100 Вт, обеспечивающий дезинфекцию воздуха в объёме помещения до 60 м³.

Ионизация.

Качество воздуха может быть улучшено путём его ионизации, то есть аэроионофикации.

Биологические свойства воздушной среды характеризуются наличием в нём отрицательных электрических зарядов, носителями которых являются ионизированные молекулы кислорода (аэроионы).

Воздух с повышенной концентрацией отрицательных аэроионов благоприятно действует на человека.

Отрицательные ионы обладают целебными свойствами , укрепляют нервную систему человека, предупреждают возникновение ряда заболеваний, повышают работоспособность, очищают воздух помещений от болезнетворных микроорганизмов и приближают его по своим свойствам к природному воздуху лесов и полей.

В системах приточной вентиляции или кондиционирования воздух, проходя через фильтры и другое оборудование, теряет лёгкие ионы и поэтому его следует ионизировать.

Для отрицательной ионизации воздуха созданы электроэффлювиальные аэроионизаторы. Их выполняют в виде сетчатого диска диаметром до 1м с многочисленными отверстиями. К сетке – диску подаётся высокое напряжение (50 кВ). В процессе трения воздуха на остриях отверстий происходит ионизация кислорода воздуха.

Практическое занятие № 2.

Расчёт каналов естественной и искусственной вентиляции

Воздуховодом называют замкнутый по периметру сечения канал, предназначенный для перемещения воздуха или смеси воздуха с парами, газами, пылью под действием разности давлений на концах канала.

Воздух на своём пути преодолевает сопротивления (повороты, тройники, сужения или расширения, решётки, фильтры, калориферы и т. д.), а также трение частиц воздуха между собой и о стенки воздуховодов. Эти аэродинамические сопротивления преодолеваются вследствие разности температур внутреннего и наружного воздуха (в системах с естественным побуждением) или давления, создаваемого вентилятором (в системах с механическим побуждением).

Для цехов производственных помещений энергетического комплекса при относительной влажности воздуха более 60 % воздуховоды могут быть изготовлены:

- из тонколистовой стали;

- бетонных и железобетонных блоков;

- асбоцементных (безнапорных) труб и коробов;

- пластмассовых труб;

- листового алюминия.

Сечения воздуховодов могут быть круглыми, прямоугольными или квадратными. Целесообразно устраивать пристенные короба и подшивные потолки. Для сокращения длины воздуховодов практикуется сосредоточенная факельная подача воздуха в помещения.

Воздуховоды должны быть герметичными, огнестойкими, не снижающими освещённости помещений.

1. Расчёт каналов естественной вентиляции.

Естественный перепад давлений в системе вентиляции ∆Р (Па) определяется как Архимедова гравитационная выталкивающая сила в среде жидкости (газа) различной плотности:

,

где Н, м – высота воздушного столба от центра вытяжного отверстия канала до отверстия вытяжной шахты;

ρ_н, ρ_в, кг/м³ – объёмные плотности наружного и внутреннего воздуха;

g=9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Площадь поперечного сечения каналов F (м²) определяется по формуле:

,

где L, м³/с – расход воздуха в воздуховоде;

W, м/с – расчётная скорость движения воздуха.

Площадь сечения канала подбирается таким образом, чтобы потери давления в системе вентиляции не превышали располагаемого гравитационного напора.

∆Р ≥ ∆Р_п,

где ∆Р_п, Па – гидравлическое сопротивление системы вентиляции, определяемое по уравнению:

,

где R_i, Па/м – удельные потери на трение на рассматриваемом участке;

l_i, м – длина данного участка воздуховода;

β – поправочный коэффициент на шероховатость стенки канала, принимаемый по справочным данным в зависимости от вида материала канала;

α=1,10÷1,15 – коэффициент запаса;

z_i, Па – потери давления на местные сопротивления, определяемые с помощью номограммы из формулы:

,

где h_w(i) – коэффициент пересчёта, определяемый по номограмме (динамическое давление );

- сумма коэффициентов местных сопротивлений на всём протяжении канала.

Скорости движения воздуха в естественных системах вентиляции принимают равными:

- 0,5÷1,0 м/с – в воздухоприёмных решётках и каналах;

- до 1,5 м/с – в вытяжках и приточных шахтах.

Горизонтальные участки вытяжных каналов естественной вентиляции не должны превышать протяжённость более 10 м (радиус действия).

2. Расчёт каналов искуственной вентиляции.

При расчёте воздуховодов определяют поперечные сечения, а также потери давления на трение и в местных сопротивлениях при известном расходе воздуха и заданной скорости.

Возможна и другая постановка задачи: по заданным сечениям, скорости и давлению определяют пропускную способность воздуховода.

Любая сеть воздуховодов состоит из отдельных участков, характеризующихся постоянными сечениями, расходами и скоростями движения воздуха.

Скоростями воздуха при расчёте задаются в следующих пределах:

- 4÷12 м/с – для магистральных воздуховодов;

- 3÷6 м/с – в ответвлениях.

Чем ближе расположен участок к вентилятору, тем выше допускаемая скорость.

Диаметры круглых сечении воздуховодов определяют по формуле:

мм, ,

где L, м³/с – расход воздуха в воздуховоде;

W, м/с – расчётная скорость движения воздуха.

Потери давления ∆Р (Па) в воздуховоде:

,

где R_i, Па/м – удельные потери на трение на рассматриваемом участке;

l_i, м – длина данного участка воздуховода;

z_i, Па – потери давления на местные сопротивления.

;

,

где λ ≈ 0,03 – коэффициент сопротивления проходу воздуха;

ξ_i – коэффициент местных сопротивлений.

Практическое занятие № 3