книги / Экология. Энергосбережение. Экономика
.pdfминимально-неизбежных расходов наружного воздуха, для различных климатических условий. Исходные данные: внутренние тепловыделе ния - 200 кВт, влаговцделения - 8 кг/ч; температура воздуха в цехе 20-25°С, относительная влажность 46-55 %; время работы в году 6440 ч; коэффициент эффективности Вн = 0,15 (цены 1987 года).
Затраты на СКВ, тыс.руб./год
Вари |
Минимально-неиз- |
Якутск |
Москва |
Ташкент |
|||
ант |
бежный расход |
П |
С |
П |
С |
П |
.С |
|
наружного возду |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ха. тыс.м3/ч |
|
|
|
|
|
|
I |
100 |
200 |
180 |
95 |
79 |
70 |
' 45 |
2 |
80 |
160 |
140 |
80 |
62 |
63 |
40 |
3 |
60 |
120 |
100 |
63 |
50 |
60 |
37 |
4 |
40 |
82 |
63 |
59 |
38 |
57 |
35 |
5 |
20 |
60 |
40 |
45 |
23 |
52 |
32 |
Уменьшение минимально-неизбежного расхода наружного возду ха со 100 до 20 тыс.м3/год снижает приведенные затраты в Якутске на 70, в Москве на 53 и в Ташкенте на 26 %в основном за счет сокращения расходов тепла и холода.
В случае, когда минимально-неизбежный расход наружного воздуха определен по санитарно-гигиеническим соображениям,т.е. по условиям растворения расчетных вредностей, уменьшить его можно, использовав рециркуляционные системы с очисткой воздуха
(если это возможно) или за счет совершенствования технологических процессов производства.. И то и другое потребует дополнительных затрат. Представим к примеру, что дополнительные затраты на ре циркуляционные системы характеризуются годовыми приведенными затратами в 50 тыс.руб./год при расходе наружного воздуха 20 тыс.м3/ч. Тогда на СКВ совместно с рециркуляционными систе мами по сравнению с СКВ при расходах наружного воздуха
100 тыс.м3/ч приведенные затраты для Якутска снизятся на 55 %, для Москвы останутся без изменения, для Ташкента увеличатся на 14 %. Из этих данных следует, что мероприятия по экологичес кой защите окружающей среды иногда непосредственно снижают ма териальные и энергетические ресурсы.
В тех случаях, когда минимально-неизбежный расход наружного воздуха определяется по соображениям поддержания подпора, можно определить экономически обоснованную степень герметичности ог раждений и технологических проемов объекта.
21
Б новых условиях ценообразования использование вторичных ресурсов за счет оптимизации систем создания микроклимата при обретут важнейшее значение, особенно при реконструкции предпри ятий.
Очевидно, переход на рыночную экономику потребует:
-изменения соотношения новое строительство/реконструкция 3/4: 1/4 до уровня развитых стран - 1/4:3/4;
-сокращения длительности инвестиционного цикла в 2-2,5 ра за при использовании достижений научно-технического прогресса (при этом затраты на предпроектные стадии и проектирование
должны увеличиться с 2-3 %от стоимости строительства до 13-
14%);
-введения в инвестиционный комплекс гарантий качества
иужесточения договорных экономических отношений между участии-, нами;
-учета возросших требований к охране окружающей среды.
Вуказанных условиях повышения эффективности комплекса средств обеспечения микроклимата возможно при системном подходе, охва тывающем все этапы инвестиционного процесса.
Получено 20.01.94
УДК 697.9(075.8)
М.И. ГРИМИТЛИН, В.И. БУЯНОВ
(НИИ охраны труда, Санкт-Петербург)
КРИТЕРИАЛЬНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ЦИРКУЛЯЦИИ ВОЗДУПНЫХ ПОТОКОВ В ПОМЕЩЕНИИ
Закономерности циркуляции воздушных пото ков в вентилируемых помещениях с тепловы делениями предложено характеризовать с помощью системы безразмерных комплексов и симплексов. В статье описана такая сис тема, приведены соответствующие критери альные зависимости и даны рекомендации
по практической реализации установленных закономерностей.
Знание закономерностей циркуляции воздушных потоков в вен тилируемых помещениях необходимо для рациональной организации. воздухообмена в помещении в течение года путем управления эти-
22
ми потоками /I/. Формирование схемы циркуляции воздушных потоков
ввентилируемых помещениях с избытками или недостатками теплоты происходит под влиянием большого числа факторов: объемно-плани ровочного решения помещения; мощности тепловых источников, их геометрических размеров и расположения относительно друг друга
ипомещения; способа подачи, а иногда и удаления воздуха; аэроди намических и тепловых характеристик воздухораспределительных устройств; теплотехнического качества ограждающих конструкций; параметров наружного климата.
Известны попытки использовать для описания процесса цирку ляции воздушных потоков критериальные зависимости, применяемые
вметеорологии /4/ и в вентиляционной технике. Например, в
работе /5/ процесс расслоения воздуха в помещении под влиянием распространения теплоты описан с помощью числа Ричардсона 8Ь .
При этом предложено в качестве модификации числа Ричардсона использовать число К , выражающее соотношение энергий приточных
иконвективных струй в помещении. Экспериментально установлены связи между характеристиками распределения температур, скорос-
.тей воздуха в вентилируемом помещении и величинами чисел К или 86 для некоторых частных случаев подачи и.удаления воздуха.
Распространение полученных результатов на другие способы организации воздухообмена в помещении оказалось неправомерным. Нами показано, например, что при одном и том же значении 8 могут наблюдаться существенно различные, распределения скорос тей и температур в объеме помещения. Действительно, если подать воздух приточными струями, обладающими одинаковой энергией в одном случае сосредоточенно, выпустив весь воздух через один на садок, а в другом случае рассредоточение, выпустив воздух, на пример, через перфорированный потолок, то распределение скорос тей и температур в рабочей зоне -будет резко отличаться.
Проведенные исследования и анализ литературных источников убеждают в том, что закономерности.движения воздушных потоков в вентилируемом помещении моцут быть описаны лишь с помощью системы критериев. Такую систему предложено составлять из трех групп, каждая из которых характеризует одну из основных сторон процесса движения воздушных потоков в помещении.
В первую группу включены критерии, описывающие движение приточных струй с учетом влияния ограниченного пространства и действия гравитационных сил. При этом условия нарушения расчет ной схемы циркуляции из-за влияния гравитационных сил предложе но оценивать с помощью текущего критерия Архимеда.
23
Для компактных, веерных и конических струй этот критерий определяется по формуле
где Аъ0 - число Архимеда на истечении струи,
пъ - коэффициент изменения скорости воздуха в струе; Л - коэффициент .изменения избыточной температуры в струе; (X - скорость воздушного потока, м/с;
Тар - абсолютная температура окружающего воздуха, К; - площадь живого сечения воздухораспределителя, м^;
Х,у - пути, пройденные приточной и конвективной струями до зоны взаимодействия.
Для плоских струй
( 2)
где
$ V
Для обеспечения заданных схем движения приточных струй число Ахх вычисляют с учетом характерных размеров помещения. Полученные по формулам (I) или (2) значения Ач^ не должны превышать критические /I/.
Условия подпитки приточных .струй окружающим воздухом при входе струи в рабочую или обслуживающую зону сверху вниз харак
теризуют отношением площади струи РСТр |
к площади помещения |
||
Рп , приходящейся на |
один воздухораспределитель. |
^ вычисля |
|
Относительные площади струй ( РСТр = |
^стр/ |
||
ют с помощью следующих |
соотношений: |
|
|
компактные струи |
|
|
|
где Н - высота помещения, м; |
|
|
А - высота помещения, |
отсчитываемая от горизонтальной по- |
|
'верхности теплоисточника, |
м; |
|
веерные струи |
|
л Н - крЗ \2 |
_ |
1■ |
|
рстр~ |
/р - . ) > |
|
|
|
п |
конические струи
с= /ут - крЗ)
|
|
СТР |
Рп |
|
|
Величины констант |
определяют эксперимен- |
||
тально. |
|
_ |
|
|
|
В |
большинстве случаев величина |
Р тодолжна быть в преде |
|
лах 6,2 |
^стр^ 0*5* |
|
|
|
_ |
При подаче воздуха через плафоны коническими струями |
|||
^сгртазГ ° ’6 * верными или двухструйно РСтртах |
= °»7 - |
|||
|
При сосредоточенной подаче воздуха условия развития струи |
|||
оценивают по расположению критического сечения |
ХКр , после |
|||
которого начинается отток воздуха из струи. Для компактных |
||||
струй используют соотношение Хф= 0,31/77\^Р^ , для плоских |
||||
струй |
2 ^ = 0,15/77*// . |
|
|
|
Во вторую группу включены безразмерные симплексы, описы вающие развитие конвективных потоков от теплоисточников в по мещении: относительная площадь теплоисточников /* =У/Рп ,где Рц - площадь пола помещения или его модуля, м , относитель ный периметр теплоисточников р = р / рп , где р - пери метр теплоисточников, по которому происходит подпитка конвек тивных потоков, м; рП- периметр помещения, м; относительная
высота помещения к = |
к / Рп . |
Условия устойчивого вертикального движения конвективных |
|
потоков следующие: ^ |
< 0,4; р < 0,8 и Я < 1,4. |
При нарушении первых двух условий /2/ происходит отклоне |
|
ние конвективных потоков от вертикального направления, а при нарушении третьего условия происходит распад тепловых.струй на вихри, начиная с высоты 1,4 ^гп .
В третью группу показателей, описывающих взаимодействие приточных и конвективных струй, предложено включить число, выражающее соотношение "текущих" кинетических энергий, вноси мых в единицу времени приточными и конвективными струями в зону
25
их взаимодействия. Зоной взаимодействия струй считается объем в пределах-границ взаимодействующих'потоков с центром в точке
пересечений геометрических осей этих струй. Подучены соответст вующие расчетные зависимости:
Вид взаимодействую щих струй
компактные приточная и конвективная
веерная приточная и плоские конвек тивные
плоские приточная и конвективная
Расчетная формула
|
|
т |
/]ока9й |
|
|
4,49 Ю '* хуй, |
\~ Ж . 1 |
> |
|||
7,4$-Ю |
■1} |
т |
( Ъкр во У |
|
|
|
*УЧк Г Я |
Г ) |
’ |
||
|
|
||||
},5 0 Ю |
■4 |
тУГ0 |
С о к р % ) |
||
|
|
|
|
|
|
'о
где Сто.- массовый расход воздуха на истечении из одного воз духораспределителя, кг/с; О.# - поток конвективной .теплоты,Вт.
Экспериментально установлены значения числа |
,который |
сооггве рствуют случаи преобладания одного вида струй над другим. Получены расчетные условия подавления конвективных струй при точными ;
Оценку схем циркуляции воздушных потоков с помощью описан ной системы критериев ведут следующим' образом. По показателям второй ,группы1делают вывод о характере движения конвективных потоков. Если последние могут отклоняться от вертикального на правления движения, то возможность подавления конвективных струй, определяют по следующим соотношениям:
Вед взаимодействующих |
Условия подавления конвективных струй |
|
струй |
|
приточными |
соосные компактные струи |
- ф |
г Л ^ У |
|
||
веерная приточная и конвективные струи
компактные струи под углом друг к другу Тугол наклона У ге ометрической оси при точного устройства к
горизонту в диапазоне 00*< у < *90оу
т
ш ш щ щ
тсо$V_____
Рп (2 Нуст |
Ц Ш О к |
При этом предварительно по показателям первой группы обеспечи вают заданную схему движения приточных струй.
Если конвективные потоки движутся устойчиво вертикально; то с учетом требуемого значения коэффициента воздухообмена ор ганизуют подачу воздуха либо с подавлением конвективных тече ний, либо без него.
Предложенные зависимости позволяют, в частноста, решать задачу проектирования систем вентиляции и кондиционирования воз духа с переменным значением коэффициента воздухообмена в тече ние года, что уменьшает расходы теплоты и холода /3/.
Библиографический список
1.Гримитлин М.И. Распределение воздуха в помещениях.
М. : Стройиздат, 1982.
2.Позин Г.М., Буянов В.И. Закономерности циркуляции воз душных потоков в вентилируемых помещениях с тепловыделениями // Проблемы охраны труда и их решение: Сб.науч.работ ин-тов охраны труда ВЦСПС. М., 1988.
3.Рымкевич А.А., Гримитлин М.И. О влиянии воздухообмена на расходы теплоты и холода в системах вентиляции и кондицио нирования воздуха // Комплексные проблемы’охраны труда: Сб.
науч.работ ин-тов охраны труда ВЦСПС. М., 1979;
4.Хргиан А.X.'Физика атмосферы; 2-е изд., перераб. М.: Госфизматиздат, 1958.
5.Эльтерман В.М. Вентиляция.химических производств: 3-е изд., перераб. М.: Химия,-1980.
Получено.20.01.94
УДК 697.9
В.П. ТИТОВ, И.Г. БОБКОВА
(Московский государственный строительный университет)
РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ЛИНЕЙНОГО ИСТОЧНИКА В ПЛОСКОЙ СТРУЕ
Приведены аналитические зависимости для определения температурного поля (поля концентраций) за линейным ис-
27
точником, расположенным на пути распространения приточных венти ляционных струй.
На эффективность работы систем вентиляции влияют источники тепла (или загрязнения), расположенные на пути движения приточ ных струй воздуха. Для учета этого фактора при проектировании систем вентиляций необходимо знать распределение температуры (концентрации) от источника, расположенного в струе. Аналогич ные задачи возникают при устройстве местных отсосов, активизи рованных струей.
Рассмотрим плоскую, свободную, изотермическую, приточную струю, которая истекает из щелеввдного отверстия шириной 5$ с начальной скоростью 11д и распространяется в направлении
оси ОХ (рис. I). Скорость движения воздуха в любой точке основ ного участка плоской струи определяется выражением*
(I)
где С - экспериментальная постоянная, С = 0,082.
Рис. I. Схема плоской изотермической струи
В произвольной точке А (Х ^ у ^ ) основного участка струи на ходится линейный тепловой источник (источник примесей) с задан ным расходом ^ на единицу длины. Размерность удельного рас хода при тепловом источнике можно получить из выражения
к -
2 ‘где О-.- удельный расход, м .град/с;
IА- мощность источника теплоты, Вт/м;
^- плотность воздуха, кг/м3; - удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг.град);
и- средняя скорость воздуха в струе в пределах габаритов
источника, м/с; вт- повышение температуры воздуха струи за тепловым источни
ком, град; Д$- ширина источника, м.
Удельный расход (м^*м^/с) примеси от источника выразим формулой,• аналогичной (2):
9п = иЭп*6 , |
(3 ) |
где вп - повышение концентрации примеси в воздухе струи за источником, мг.
Рассматриваемые источники, расположенные в струе, незначитель но влияют на плотность воздуха в струе и не вызывают искривления траектории струи за счет действия гравитационных сил.
Для определения поля температур (концентраций линейного ис точника используем метод суммированияэлементарных струй, т.е. течение от источника 6о , расположенного в начале координат, за меняем суммарным течением от элементарных источников, располо женных в плоскости = С0П31 (см. рис. I). Эти элементарные струи будут неиэотермическими. Плотность теплового потока плос кой неизотермической струи определяется выражением
(4)
где Уол®о ~ скорость и избыточная температура струи в начальном сечении;
ё0 - ширина источника; б - экспериментальная постоянная б ■ 0,8.
Плотность теплового потока, создаваемого одним элементарным источником шириной с!<Ж>, расположенным в точке с координатами
X— Лу, у * еС запишем в веде
VI+в Цг/Фг/
(/(ив) = |
4х |
е |
(5) |
|
|
|
где АХ =■X- X] 'у
-начальные скорость и избыточная температура эле ментарного источника.
Значение коэффициента С' находим из условия, что плотность теп лового потока, созданного всеми элементарными источниками, моде лирующими плоскую струю, при значениях
и*г = |
иО^О |
щ |
> |
|
|||
' * Г Щ л Г е |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
(б) |
|
& |
|
\ПШ~сх1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
совпадает в любом сечении |
X с потоком тепла |
(4). Интегрируя |
|||||
выражение (5) по |
от-во |
до +оо |
и приравнивая полученное |
. |
|||
значение ДО? к плотности потока тепла (4), |
получаем |
||||||
Подставив значение |
С |
в выражение |
(5), |
получим следующее |
вы |
||
ражение ,цля плотности теплового потока одного элементарного ис точника, расположенного в точке Х= Х^ У= сС :
и Т Т я // а
- , в и* 'вх' ‘ ***&*•*?> <и.. (7)
С1/2Х(хг -Хр
Начальные скорости элементарных струй в сечении Х^-СОпвЬопреде ляются зависимостью (6). Распределение начальной избыточной температуры вх^ представим зависимостью
|
вХ/= ддв'^ 'У *1 , |
(8) |
где К - постоянная, определяемая шириной теплового |
источника |
|
йё |
, расположенного в струе, к |
|
вф~ избыточная температура, определяемая по заданному рас |
||
ходу |
^ . |
|