Расчет приточной-вытяжной вентиляции для удаления избыточных теплоты, водяных паров, газов и пыли

Цель работы: научиться рассчитывать приточно-вытяжную вентиляцию

Общие положения

Процесс создания в помещениях воздушной среды, удовлетворяющей установленным гигиеническим нормам и технологическим нормам и технологическим требованиям, зависит от характера помещений, температуры окружающей среды и наличия вредных выделений. Воздух в помещениях должен быть чистым, а относительная влажность и температура воздуха должны соответствовать гигиеническим требованиям, предусмотренным ГОСТ 12.1005-88 CCБТ “Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования”.

Рассмотрим существующие подходы к поддержанию нормального состояния воздушной среды в рабочей зоне производственного оборудования и алгоритмы оценки количества влаги, находящейся в воздухе, паров и газов, выделяемых в производственных процессах, наличия пыли и, наконец, температурного режима в воздухе.

Удаление избыточной теплоты

В рабочих помещениях, где имеются источники выделения теплоты, требуется дополнительная приточно-вытяжная вентиляция. Объем воздуха , необходимый для удаления избыточной теплоты, рассчитывается по формуле:

м /ч, (1)

где Q – количество выделяющейся в помещение избыточной теплоты, Вт; - нормально допустимая температура воздуха в рабочем помещении и температура поступающего (наружного) воздух, - удельная теплоемкость воздуха в кДж/кг - плотность приточного воздуха в кг/м .

Количество поступающей в помещение избыточной теплоты зависит от технологии производства, от применяемого оборудования, от времени года, от условий хранения готовой продукции и других факторов.

Рассмотрим решение с учетом следующих источников выделения теплоты:

• выделение теплоты поверхностями оборудования, трубопроводами, батареями отопления и другими агрегатами, , Вт/ч.
• выделение теплоты хранимой в рабочем помещении горячей продукции, , Вт/ч.
• выделение теплоты от работающих электрических нагревательных и силовых устройств, , Вт/ч.

Тогда количество избыточной теплоты, на основании которого определяется необходимый объем воздуха , вычисляется так:

, Вт/ч. (2)

Расчет избыточной теплоты

1. Выделение теплоты поверхностями оборудования, трубопроводами, батареями отопления и другими агрегатами. В этом случае величина теплового потока в час определяется по формуле:

, Вт/с, кДж/ч, (3)

где F – площадь тепловыделяющей поверхности, м ; к – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м ч С); - температура тепловыделяющей поверхности, С; - нормально допустимая температура воздуха в рабочем помещении, С.

2. Выделение теплоты хранимой в рабочем помещении горячей продукции. Тепловой поток в час для этого вида тепловыделения определяется по формуле:

, Вт/с, кДж/ч, (4)

где М – масса нагретой продукции, хранимой в рабочем помещении, кг;

- теплоемкость материала хранимой продукции (усредненная теплоемкость нагретой массы продукции), Вт/кг С;

- температура массы продукции по фактическому замеру, С;

- поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность остывания массы продукции.

При оценочных расчетах принимаются значения:

Вт/(м ч С);

С; . (5)

3. Выделение теплоты работающими электрическими нагревателями и силовыми устройствами. Тепловой поток в час при переходе электрической энергии в тепловую определяется по формуле:

, кВт, (6)

где Р – установочная мощность электрических устройств, кВт;

- коэффициент перехода электрической энергии в тепловую (на практике принимается равным 0,58);

f – коэффициент использования установочной мощности электрических устройств (для расчетов принимается равным 0,75);

- поправочный коэффициент, учитывающий одновременность работы тепловыделяющих электрических устройств (принимается равным 0,9).

Окончательным результатом расчета теплового воздухоотвода является величина кратности воздухообмена N, определяемая как отношение воздуха, необходимого для удаления избыточной теплоты Q, к объему рабочего помещения , т.е.

, 1/ч. (7)

Удаление избыточных паров

Объем воздуха, необходимый для удаления паров, рассчитывается по формуле:

, м /ч, (8)

где W – количество выделяющейся в помещение влаги, кг/ч;

- количество водяных паров в удаляемом из помещения воздухе и в воздухе, поступающем в помещение, г/кг;

- плотность воздуха при данной температуре, кг/м .

Таблица 1

Плотность воздуха при разных температурах при давлении

760 мм рт. ст. (значения плотности в 10 г/см )

Температура, С
Плотность,	1,293	1,274	1,247	1,247	1,230	1,213	1,205
Температура, С
Плотность,	1,197	1,190	1,181	1,173	1,165	1,157	1,149

Плотность воздуха при разных температурах и давлении вычисляется по формуле:

, (9)

где - плотность воздуха при и давлении мм Hg;

- 0,00367 град - коэффициент расширения воздуха при постоянном давлении.

Примечание: Значения определяется по диаграмме зависимости относительной влажности атмосферного воздуха от температуры.

Количество выделяющейся в помещение влаги W зависит от условий, в которых находится рассматриваемое производственное помещение.

В задаче рассматриваются следующие источники влаговыделения.

1. Влага, выделяемая путем испарения с некоторой поверхности . В этом случае количество влаги, выделяемой размером F(м ), рассчитывается по формуле:

, кг/ч, (10)

где F – поверхность испарения воды (зеркало испарения);

а – фактор гравитационной подвижности окружающей среды (при оценочных расчетах принимается при температуре воды );

- давление водяных паров при давлении насыщения, давление водяных паров в воздухе помещения при данной температуре, гПа;

- скорость воздуха над источником испарения, м/с.

2. Влага и различные газы, выделяемые через неплотности в различных соединениях оборудования. В этом случае количество влаги, пыли и газов вычисляется по формуле:

, кг/ч, (11)

где - коэффициент, учитывающий часовые потери герметичности, % (при испытаниях получены значения 0,2 -0,5%);

- коэффициент запаса, определяющий состояние оборудования (принимается в расчетах равным 1,2-1,8);

Р – рабочее давление в оборудовании, (в оценочных расчетах принимается равным – (1-3) );

- давление в рабочем помещении, (в оценочных расчетах принимается равным - );

- внутренний суммарный объем всего оборудования и коммуникаций, установленных в данном рабочем помещении, (принимается равным 6-10 м );

- плотность паров и газов, выделяющихся через уплотнения, кг/м (при оценках допускаются значения от 0,79 до 1,52).

3. Газы и пары, выделяемые со свободной поверхности жидкости, содержащей химические вещества. Их объемы на практике при оценках рассчитываются по формуле:

, кг/ч (12)

где - относительная молекулярная масса испаряющейся жидкости;

V – скорость перемещения воздуха над поверхностью испарения, м/с;

- упругость пара жидкости, насыщающего воздух при температуре жидкости, Па;

F – площадь поверхности испарения, м .

4. Влага, выделяемая хранящейся остывающей готовой продукцией (например, остывающего хлеба). В этом случае количество влаги (в частности для хлеба) вычисляется по формуле:

кг/ч, (13)

где - суточная производительность завода, кг;

- усушка хлеба в % (для оценки можно принять равной 2,5%);

Т – продолжительность работы предприятия (в данном случае пекарни, или хлебозавода в течение суток), ч.

Окончательным результатом расчета является величина кратности воздухообмена N, определяется отношением объема воздуха, необходимого для удаления влаги , к объему рабочего помещения :

, 1/ч (14)

Пример расчета приточно-вытяжной вентиляции для удаления избыточной теплоты.

Исходные данные для расчета выделения теплоты

Площадь поверхности выделения тепла 20,0 м

При поверхностном выделении:

коэффициент теплоотдачи

температура тепловыделяющей поверхности

нормально допустимая температура

выделенное количество теплоты 1320,0 Вт

1. Испарение от горячей продукции:

масса нагретой хранимой продукции 250 кг

теплоемкость материала продукции

температура массы продукции по замеру

поправка на неравномерность остывания 1,40

выделенное количество теплоты 5120,50 Вт

2. Выделение тепла от оборудования:

установочная мощность электроустройств 50,0 кВт

коэффициент использования мощности 0,75

коэффициент преобразования электричества в тепло 0,70

поправка на одновременность работы электроустройств 0,90

выделенное количество тепла 236250, Вт

Результат расчета приточной вентиляции:

температура поступающего наружного воздуха

удельная теплоемкость воздуха

плотность приточного воздуха

объем рабочего помещения

общее количество выделяемой в помещении теплоты 30065,50 Вт

Объем воздуха, необходимый для отвода теплоты

Кратность воздухообмена при вентиляции 0,10

Пример расчета приточно-вытяжной вентиляции для удаления избыточных водяных паров, газов и пыли.

Исходные данные параметров испарения через уплотнения

коэффициент потерь герметичности 0,25%

коэффициент запаса оборудования 1,20

рабочее давление в оборудовании

давление в рабочем помещении

внутренний объем оборудования и трубопроводов

плотность выделяемых паров и газов

содержание вещества в подаваемом воздухе 0,0

Количество выделяемой в помещении влаги 0,03 кг/ч

Исходные данные для параметров испарения с химических поверхностей

относительная молекулярная масса испаряемой жидкости 100,0

скорость перемещения воздуха над поверхностью испарения 0,50 м/с

упругость пара испаряемой жидкости 10,0 Па

площадь поверхности испарения

Количество выделяемой в помещении влаги 74,50 кг/ч

Расчет воздухообмена:

объем производственного помещения

общее количество выделяемой влаги 74,53 кг/ч

Необходимая кратность обмена 253498,10

Методические указания

Задание 1. Осуществить расчет приточно-вытяжной вентиляции для удаления избыточного тепла при исходных данных

Площадь поверхности выделения тепла

Коэффициент теплоотдачи

Температура тепловыделяющей поверхности

Нормально допустимая температура

Выделенное количество теплоты 1850 Вт

Выделение тепла от оборудования и испарения от горячей продукции принять аналогично приведенному алгоритму.

Задание 2. Рассчитать приточно-вытяжную вентиляцию гальванического цеха с испарениями с поверхности ванн

Молекулярная масса испаряемой жидкости 120

Скорость перемещения воздуха над поверхностью испарения 0,3 м/с

Упругость пара испаряемой жидкости 9 Па

Площадь поверхности испарения

Количество выделяемой в помещении влаги 9,5кг/ч

Содержание отчета

В отчете привести выполненные расчеты и их обосновать. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Как рассчитывается избыточная теплота?
2. Как рассчитывается избыточная влага в производственном помещении?
3. Привести алгоритм расчетов приточно-вытяжной вентиляции по избыточному теплу, влаге.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3