Строительство и архитектура
Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение
Гадаборшева Т.Б., ассистент Кораблина Ю.В., аспирант (Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА СИСТЕМ ОБЩЕОБМЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ В ЦЕХАХ С МНОГОЯРУСНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПЛОЩАДКАМИ
На предприятиях различных отраслей в цехах с многоярусным расположением технологического оборудования, рабочие зоны так же распределены неравномерно. Интенсивность тепло-пылевыделений от источников в данных цехах различна, данных факт осложняет проектирование систем вентиляции. Проведенный анализ параметров воздуха рабочей зоны показал взаимодействие приточных струй с внутренним более нагретым и загрязненным воздухом, следовательно добиться абсолютной равномерности параметров воздуха в рабочей зоне практически невозможно. Предложен расчет воздухообмена, посредством деления объема помещения на модули, течение в которых описывается значительно более простыми уравнениями с достаточной для вентиляционных задач точностью.
Ключевые слова: воздухообмен, нормализация воздушной среды, воздушно-тепловой баланс.
IMPROVING THE METHOD FOR CALCULATING EXCHANGE VENTILATION SYSTEMS IN WORKSHOPS WITH MULTI-TECHNOLOGY PLATFORMS
At enterprises of different industries in workshops with multi-tier location of production equipment, working areas as unequally distributed. The intensity of the heat dust emission from these sources in different workshops, these fact complicates the design of ventilation systems. The analysis of air parameters of the working area showed interaction with internal air supply jets with more a heated and dirty air, so achieving absolute uniformity of air parameters in the working area is virtually impossible. Proposed for the calculation of air exchange, by dividing the volume of the space on the modules in which movement is described a much more simple equations with sufficient accuracy for ventilation.
Keywords: air exchange, air medium normalization, air-heat balance.
Вопросы рационального распределения приточного воздуха приобретают тем большее значение, чем выше санитарно-гигиенические и технологические требования к однородности воздушной среды помещений. А эти требования в условиях научно-технического прогресса неуклонно растут. Таким образом, в целом ряде производств для обеспечения требований технологического процесса необходимо строгое поддержание заданных параметров воздушной среды по всему объему рабочей зоны помещения.
В настоящее время при проектировании предприятий организация воздухообмена корпусов с многоярусными технологическими площадками происходит в соответствии с общепринятыми нормами, не учитывающими специфику производства каждой подотрасли, многоярусное расположение производственного оборудования, различный характер пыле- и тепловыделений от источников, которые, располагаясь неравномерно по площади и по высоте корпусов, могут быть протяженными, объемными и точечными. Неравномерность распределения температуры, скорости и концентраций вредных выделений в рабочую зону помещения обусловлена компоновкой источников, наличием и герметичностью местной вытяжной
вентиляции, схемой организации притока, формой и количеством приточных струй. Все эти факторы в конечном счете определяют взаимодействие приточных струй с внутренним более нагретым и загрязненным воздухом. Поэтому добиться абсолютной равномерности распределения параметров воздуха в рабочей зоне практически невозможно.
Опыт показывает, что неправильный расчет систем воздухораспределения может приводить к образованию застойных (невентилируемых) зон, в которых происходит повышение температуры воздуха или концентрации вредных примесей. В связи с этим необходимо уделять большое внимание выбору способа воздухораздачи, конструкции и мест расположения воздуховыпускных устройств, а также определению начальных параметров подаваемого в помещение воздуха.
Исходя из вышеприведенного анализа очевидна необходимость разработки конкретных мероприятий по нормализации состояния воздушной среды помещений.
Существуют различные методы разделения производственных помещений с технологическими площадками на аэродинамические объемы (рис. 1), которые рассматриваются как модули.
Рис. 1. Аэродинамические схемы многоярусного помещения с выделениями пыли (а) и с теплоизбытками (б)
Модуль можно взять за основу для расчета воздухообмена. Расчет воздухообмена производится не для всего объема цеха в целом, а для каждого аэродинамического объема в отдельности. Определив элементарный объем, рассчитываем воздухообмен. Для этого общую задачу определения величины воздухообмена в элементарном объеме разделим на две. Первое решение получаем как приближенное, справедливое для низких цехов с незначительными теплопотерями через ограждающие конструкции. Тогда можно принять равенство температур уходящего (7 ) и затекающего () в рабочую зону нисходящего конвективного потока
пот) воздуха, т. е.
Способ раздачи воздуха считается известным. Для его характеристики вводим коэффициент п. Тогда можно записать
n -1 = ^
L
(1)
Lo
где ЬЗ - объем воздуха, поступающего в рабочую зону сверху из зоны нисходящего конвек-
тивного потока, м3/ч;
Ь0 - объем приточного воздуха, м /ч
Составим уравнения воздушно-теплового баланса для всего аэродинамического объема и его рабочей зоны.
L = Q
0 _
P(t рз - )
(2)
где Ь - доля тепла, непосредственно поступающего в рабочую зону, равная Qpз|Q р - плотность воздуха.
Представляет интерес сравнение с общеизвестной формулой, где используется коэффициент К:
L =■
Q 1
cp(t -1 ) K (3)
И\ рз пр )
Приравнивая правые части уравнений, получим
(4)
Анализ зависимости показывает, что коэффициент нельзя считать величиной постоянной. Он зависит как от вида тепловыделений, так и способа воздухораспределения.
Более сложным вторым вариантом задачи является определение воздухообмена для цехов со значительными теплопотерями через наружные ограждения. Она представляет интерес для высоких цехов с развитой поверхностью боковых стен, т. к. воздух слабо перемешивается в нисходящем потоке, т. е. после решения нескольких систем дифференциальных уравнений величина воздухообмена в помещении с теплопотерями будет находиться в пределах
Q (n -1 1 b ^ L =--------;-т + -
^ c-p-Atv
-(n -1)
n n ■ e -(n -1) n
(5)
Из сравнения формул для определения воздухообмена в цехах без теплопотерь (4) и с теплопотерями (7) видно, что в последней появился дополнительный член, который обозначим через а, т. е.
а К .Р.Н (6)
П -БС'Р'Ь0,("-1) - (п - 1)
Учитывая границы изменения коэффициента а, можно определить пределы изменения Ь0. Это свидетельствует о том, что для реального цеха могут быть выбраны различные способы организации воздухообмена и что позволяет изменять этим его величину в широких пределах от минимального значения до максимального значения, определяемого ассимиляцией всех вредностей в воздухе рабочей зоны.
Для расчета воздухообмена каждой из технологических площадок необходимо знать количество воздуха, затекающего на площадку из ствола, его запыленность и температуру. Поэтому приток на площадку должен превышать объем воздуха, удаляемого аспирационными системами и местной вытяжной вентиляцией на величину Ьш;п, равную
Ьтт Ьпр Ьасп (7)
где Ьш;п - расход в восходящем потоке ствола на уровне площадки, м3/ч;
При сравнении баланса по вредностям или воздушно-теплового баланса над площадками объема необходимо учитывать перетекание воздуха. Пусть Ьзат - количество затекающего воздуха. Тогда с площадки уходит количество воздуха
Ьух = Ьзат + Ь0 — Ьасп (8)
где Ь0 - количество приточного воздуха на площадке, м3/ч;
Ьасп - количество воздуха, удаляемого местными отсосами, м3/ч.
Решая совместно систему уравнений воздушно-тепловых балансов всего помещения и, например, верхней площадки, получим уравнение второй степени относительно величины приточного воздуха Ь0. Однако величина Ьзат, входящая в это уравнение, тоже будет зависеть от Ь0 .
Представим зависимость между двумя этими величинами в виде
(9)
Ьзат Ь0
Г V Л 5--^ — 1
V
рз. у
где V0 - скорость воздуха в приточных насадках, м/с;
5 - коэффициент, зависящий от типа воздухораспределителя и места его расположения, характеризующий долю Ьзат от всего воздуха, эжектируемого приточными струями на площадке.
Добавляя к полученным уравнениям закономерности распространения струи и решая систему четырех уравнений относительно Ь0, получим безразмерный комплекс Ж
- для цехов со значительными теплоизбытками:
ПГ 3600 - с - VpзAtpз■ Б 5-Х2
Ж =-р р---2--(10)
И-д т2- ¥п У }
- для цехов с значительными выделениями вредностей (пыль)
3600 -V -Ас -Б 5- х2
Ж =-р-р---(11)
И - д т.-¥
1 1 п
1
где:
АС = СПТТК - С (12)
рз ПДК пр V1
где
АСР.3,ГР.3 - нормируемые скорость и перепад концентраций вредных веществ в рабочей зоне на площадке;
Н - высота цеха, м;
q - удельные выделения вредностей г/м3;
х - расстояние от воздухораспределителя до входа струи в рабочую зону;
¥п - площадь пола, приходящаяся на один воздухораспределитель;
£ - отношение площадей площадки и пола цеха.
Полученный безразмерный комплекс Ж состоит из двух сомножителей. Первый характеризует вентилируемое помещение и нормируемые параметры воздушной среды. Второй зависит от способа организации воздухообмена - типа воздухораспределителей, количества и удаления их от края площадки.
Эта зависимость Ж между величиной воздухообмена и способом организации его для цехов с многоярусными технологическими площадками как со значительными тепловыделениями так и для цехов со значительными выделениями вредностей (пыль) может быть применена для расчета величины воздухообмена.
ЛИТЕРАТУРА
1. Азаров В.Н. О расчете параметров воздушной среды на технологических площадках цехов нефтехимических производств // Науч. тр. / Рижский политехнический институт. - Рига, 1980. - Вып. 12: Вентиляция и кондиционирование воздуха. - с. 36-41.
2. Азаров В. Н. Расчет оптимальных схем воздухообмена в цехах с многоярусным расположением техноло
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.