Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
10359.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
25.11.2023
Размер:
5 Mб
Скачать

82

Достоинства и недостатки различных типов воздуховодов

Круглые:

1.при одинаковой площади сечения создают меньшее аэродинамическое сопротивление, чем прямоугольные;

2.прочнее прямоугольных при одинаковой толщине стенки и одинаковой площади поперечного сечения;

3.требуют для изготовления на 18-20% меньше металла;

4.менее трудоемки в изготовлении.

Прямоугольные:

1.при открытой прокладке лучше вписываются в интерьер общественных

зданий;

2.проще размещаются в объемах с ограниченной высотой.

Гибкие:

1.небольшой вес;

2.не нужны отводы, в рез ультате чего воздуховод имеет меньше соединений, что упрощает монтаж.

Однако гибкие воздуховоды создают большое аэродинамическое сопротивление, которое может оказаться чрезмерным при протяженной сети, поэтому их часто применяют лишь в качестве присоединительных патрубков небольшой длины.

Металлопластиковые и полимерные:

1.небольшой вес;

2.низкая шероховатость;

3.не требуют дополнительной теплоизоляции при пропуске нагретого и охлажденного воздуха;

4. эстетичность (хороший внешний

вид). Однако у нас они

пока

применяются редко.

 

 

 

 

 

Наиболее

распространенные

в

системах

вентиляции

и

кондиционирования

металлические воздуховоды обладают наибольшим

пределом огнестойкости.

 

 

 

 

83

Рекомендуемый номенклатурный ряд воздуховодов приведен в СНиП

2.04.05-91*, СНиП 41-01-2003:

d = 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250, 280,

315, 400, 450, 500, 560 и т.д. до 10000 мм.

В зависимости от сечения воздуховодов рекомендуемая толщина металла (для стальных воздуховодов общего назначения) изменяется 0,5 ÷ 1,0 мм.

Унифицированные детали вентиляционных сетей (отводы, переходы, крестовины, тройники и др.) наиболее распространенные в современных системах приведены в каталогах предприятий-изготовителей. В большинстве

случаев за основы приняты унифицированные

детали

по

ведомственным строительным нормам ВСН

-353-86 (Проектирование и

применение воздуховодов из унифицированных деталей).

 

7.1.2. Аэродинамический расчет воздуховодов

Аэродинамический расчет систем вентиляции выполняют после расчета воздухообмена, а также решения схемы прокладки воздуховодов и каналов.

Для проведения аэродинамического расчета составляют аксонометрическую схему системы вентиляции. По схеме и планам строительной части проекта определяют протяженность отдельных участков системы.

В большинстве случае в результате аэродинамического расчета решают прямую задачу - подбирают размеры поперечного сечения каналов и воздуховодов и определяют потери давления по участкам и в системе в целом.

Иногда решают обратную задачу – определяют расходы воздуха при известных сечениях воздуховодов и перепадах давления в системе.

Потери давления в системах вентиляции складываются из потерь на трение и потерь в местных сопротивлениях.

Потери давления на трение

Рассмотрим участок системы между сечениями 1 и 2 (рис.7.1).

 

 

84

 

Исходные данные:

 

l – длина участка;

 

d – диаметр участка;

 

f – площадь поперечного сечения

 

канала;

 

П – периметр поперечного сечения

 

канала;

Рис. 7.1 К расчету потерь давления в

Р1 и Р2

- статические давления в

сечениях 1-1 и 2-2 соответственно,

воздуховоде

причем Р1

> Р2 ;

 

L – расход воздуха, проходящий через участок воздуховода, м3/ч.

На объем, находящийся между сечениями

1 и 2, действует сила,

вызывающая его перемещение, равная разности статических давлений в этих сечениях, умноженной на площадь. Эта сила уравновешивается силой

сопротивления трения воздуха о стенки:

 

1 – Р2) · f = τo · l · П,

(7.1)

где τo – касательное напряжение у поверхности стенки воздуховода, Па, возникающее при движении пропорционально динамическому давлению и определяется через коэффициент трения Вейсбаха ψ:

τо =ψ

υ2

ρ,

(7.2)

2

 

 

 

С другой стороны, из ф-лы (7.1):

τо =

Ртр f

.

(7.3)

l П

 

 

 

Приравниваем выражения (7.2) и (7.3) и решаем их относительно Ртр . В результате получаем уравнение, которое называют уравнением Вейсбаха:

Р

= P

P =ψ

l П

υ2

ρ .

(7.4)

 

тр

1

2

f

2

 

 

 

 

 

 

 

Для каналов круглого сечения справедливо следующие соотношения: Пf = d4 или Пf = d4 .

С учетом этого уравнение Вейсбаха примет вид:

 

 

 

 

 

85

Р

= 4ψ

l

υ2

ρ,

(7.5)

 

тр

d

2

 

 

 

 

 

 

Французский ученый в области гидравлики Дарси для определения потерь на трение предложил следующие зависимости:

- для каналов круглого сечения

Р

 

 

= λ

 

 

 

l

υ2

ρ,

(7.6)

 

 

 

 

 

 

 

тр

 

 

 

тр

d

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- то же произвольного сечения:

Р

 

=

λтр

 

l П

υ2

ρ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тр

 

 

4

 

 

 

 

f

2

 

(7.7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из приведенных зависимостей следует, что 4ψ = λтр .

 

 

λтр называют коэффициентом сопротивления трения.

 

 

Уравнение 7.6 называют уравнением Дарси-Вейсбаха:

 

 

Р

= λ

 

 

l

 

 

υ2

ρ

 

 

 

 

 

 

 

d

 

2

 

 

 

 

 

 

тр

 

тр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент сопротивления трения λтр определяется в зависимости от режима движения жидкости по каналу, шероховатости канала и от геометрических размеров канала.

Для турбулентного режима течения жидкости или газа коэффициент сопротивления трению λтр определяется по уравнению Альтшуля:

λтр =0,11

 

68

 

k

0,25

 

 

+

.

(7.8)

Re

 

 

 

 

d

 

Для ламинарного режима течения жидкости или газа коэффициент сопротивления трению λтр определяется по уравнению Блазиуса:

λтр =0,3164 Re0,25 .

(7.9)

Расчет потерь давления на трение по уравнению (7.6) является довольно сложным, поэтому в справочной литературе приводятся таблицы гидравлического или аэродинамического расчетов каналов с фиксированной абсолютной шероховатостью.

86

Таблицы для расчета потерь давления при движении воздуха приняты для металлических воздуховодов с коэффициентом абсолютной шероховатости k = 0,1 мм, такой же коэффициент абсолютной шероховатости имеют стекло и некоторые виды пластмасс.

В инженерной практике потери давления на трение определяются по зависимости:

∆Ртр = R · l,

(7.10)

где R – удельные потери давления на трение, Па/м,

 

R =

λтр

 

υ2

ρ .

(7.11)

d

2

 

 

 

 

Воздуховоды или каналы прямоугольного сечения рассчитываются по тем же таблицам аэродинамического расчета с использованием понятия –

эквивалентный диаметр.

 

Различают три вида эквивалентных диаметров:

1.

Эквивалентный диаметр по скорости

потока.

Зависимость получают из условия, что потери давления на трение в круглом R и прямоугольном Rпр воздуховодах равны при равенстве скоростей в них (v и vпр соответственно):

 

dυ =

2 a b

.

(7.12)

 

 

 

 

a +b

 

2.

Эквивалентный диаметр по расходу

перемещаемой жидкости.

То же, что и выше, но при равенстве расходов L и Lпр:

dL =1,265 5

a3 b3

,

(7.13)

 

a +b

 

 

3. Эквивалентный диаметр по площади поперечного сечения воздуховодов. Значение df определяется из условия равенства площадей прямоугольного и круглого воздуховодов:

 

 

 

 

 

87

 

 

 

 

 

 

d f = 2

a b

.

(7.14)

 

 

 

π

 

Потери давления в местных сопротивлениях

При движении жидкости или газа по каналам системы вентиляции происходит потеря давления (энергии) на преодоление сопротивлений различных препятствий. Эти препятствия называются местными сопротивлениями. К ним относятся все унифицированные детали вентиляционных систем (отводы, полуотводы, переходы, тройники, крестовины и др.).

Потери в местных сопротивлениях принято определять как долю от динамического давления:

Рм.с. =ξ Рд =ξ

υ2

ρ ,

(7.15)

2

 

 

 

где ξ – коэффициент местного сопротивления, характеризует долю динамического давления, теряемого на преодоление местных сопротивлений.

Если на участке системы несколько местных сопротивлений, то используется понятие – суммарное значение коэффициентов местных сопротивлений:

Рм.с. = ξ υ22 ρ . (7.16)

Потери давления на участке системы

Участок – элемент системы, на протяжении которого расход воздуха остается постоянным. Границами участков служат “узлы слияния или деления потоков” - тройники и крестовины.

Потери давления на участке системы определяются как сумма потерь давления на трение ∆Ртр и потерь давления в местных сопротивлениях ∆Рм.с:

∆Руч = ∆Ртр + ∆Рм.с.

(7.17)

или

 

88

∆Руч = Rl + Z,

(7.18)

где Z = Рм.с. = ξ υ22 ρ – потери давления в местных сопротивлениях.

Выражение (7.18) справедливо для стандартной шероховатости каналов и воздуховодов (k = 0,1 мм).

Если канал выполнен из материала, имеющего шероховатость, отличную

от стандартной, то выражение (7.18) принимает следующий вид:

 

 

 

∆Руч = Rlβш + Z,

(7.19)

где

βш

= f(υ, k) – коэффициент относительной шероховатости или

поправка

на

шероховатость материала, отличающуюся от

стандартной;

принимается для соответствующего материала по справочным таблицам по скорости и шероховатости материала.

Потери давления в системе

Потери давления в системах вентиляции, кондиционирования воздуха, аспирации и пневмотранспорта определяются сопротивлением только

магистрального направления.

Магистраль – цепь последовательно расположенных расчетных участков системы наибольшей длины. При равной протяженности нескольких направлений, за магистральное выбирают наиболее нагруженное, т.е. с максимальным расходом.

Формула для определения потерь давления в системе имеет вид:

n

m

 

Рс = (Rl +Z )i маг +Роб j ,

(7.20)

i=1

j=1

 

где n (Rl +Z )i маг – сумма сопротивлений участков магистрального

i=1

направления;

m

Роб j – сумма потерь давления в оборудовании, находящемся

j=1

на магистральном направлении.

89

То же для каналов, имеющих шероховатость, отличающуюся от стандартного значения:

n

m

 

Рс = (Rlβш +Z )i маг +Роб j .

(7.21)

i=1

j=1

 

Последовательность расчета воздуховодов механических систем вентиляции

Аэродинамический расчет вентиляционной системы выполняют в два этапа: расчет участков основного направления - магистрали и увязка всех остальных участков системы.

Аэродинамический расчет, как правило, выполняют в следующей последовательности:

1.Определяются нагрузки (расход перемещаемого воздуха) отдельных расчетных участков.

Систему разбивают на отдельные участки и определяют расход воздуха на каждом из них. Расходы определяют суммированием расходов на отдельных ответвлениях, начиная с периферийных участков. Значения расхода и длины каждого участка наносят на аксонометрическую схему.

2.Выбор основного (магистрального) направления.

Определяют наиболее протяженное направление последовательно расположенных расчетных участков.

3. Нумерация участков магистрали.

Участки основного направления нумеруют, начиная с участка с меньшим расходом. Расход и длину каждого участка основного направления заносят в таблицу аэродинамического расчета.

4. Определение размеров сечения расчетных участков магистрали.

Площадь поперечного сечения расчетного участка, м2, определяют по формуле

 

 

 

90

Fуч =

Lуч

,

(7.22)

υдоп 3600

 

 

 

где Lуч - расчетный расход воздуха на участке, м3/ч;

vдоп - рекомендуемая скорость движения воздуха на участке, м/с, (табл. 7.1).

Примечание: рекомендуемые скорости определены экономическими и акустическими требованиями.

1.Оптимальные скорости соответствуют минимуму приведенных затрат.

2.Из условий снижения уровня шума скорость в механических системах ограничена значениями 10 м/с – для промышленных зданий и 6 м/с – для общественных зданий.

Вряде случаях воздуховоды занимают значительную часть объема помещения, поэтому в отдельных частях системы принимают максимально допустимые скорости движения воздуха, чтобы сечение воздуховодов было максимально уменьшено.

Рекомендуется меньшую скорость принимать на концевых участках системы, постепенно увеличивая ее для других участков магистрали. На участке с большим расходом принимается большая скорость.

Таблица 7.1 Допустимые (рекомендуемые) скорости движения воздуха

в системах вентиляции

 

 

 

 

 

 

Допустимая скорость υдоп, м/с

п/п

Наименование участка

гравитационная

механическая система

 

общественные

промышлен-

 

 

система

 

 

здания

ные здания

 

 

 

1

2

3

4

5

1.

Воздухозаборная

0,5…1,0

2,0…4,0

4,0…8,0

жалюзийная решетка*

2.

Воздухозаборные шахты

1,0…2,0

2,0…6,0

4,0…12,0

3.

Горизонтальные участки

1,0…1,5

5,0…8,0

6,0…12,0

вентсистем

4.

Вертикальные участки

1,0…1,5

2,0…5,0

6,0…12,0

вентсистем

 

Приточные вентиляцион-

 

 

 

5.

ные решетки у потолка

0,5…1,0

0,5…1,0

2,0…6,0

 

(воздухораспределители)

 

 

 

6

Вытяжные решетки

0,5…1,0

1,0…2,0

2,0…6,0

 

 

 

 

 

91

Полученный результат округляют до стандартных значений, являющихся расчетными, и по стандартной площади находят диаметр d или размеры a и b канала.

Стандартные размеры каналов и воздуховодов различной формы приведены в справочной литературе, как правило, в разделе, содержащем таблицы аэродинамического расчета.

5. Определение фактической скорости.

Фактическую скорость определяют по формуле

vфакт =

Lуч

(7.22)

Fуч.факт

 

 

По этой величине вычисляют динамическое давление на участке.

6. Определение потерь давления на трение.

По номограммам или по таблицам определяют R = f(v, d) и βш.

Потери давления на трение на расчетном участке c учетом фактической шероховатости воздуховода равны R· βш· l (заносятся в расчетную таблицу).

7. Определение потерь давления в местных сопротивлениях.

Для каждого вида местного сопротивления на участке по таблицам определяют коэффициент местного сопротивления ξi. По Σ ξi и динамическому давлению по формуле 7.16 определяют потери давления в местных сопротивлениях на участке.

8.Определение потерь давления на расчетном участке.

Потери давления на i-м участке определяют по формуле 7.19.

9.Определение потерь давленая в системе.

Общие потери давления в системе определяют по формуле 7.20.

При расчете вентиляционных систем для многоэтажных зданий или систем, обслуживающих несколько помещений, в которых поддерживается разное давление, необходимо учитывать избыточный подпор или разрежение в обслуживаемом помещении. Значение подпора или разрежения (± Pпом) определяется при расчете воздушного режима здания и добавляется к общим потерям давления. Тогда

 

 

92

n

m

 

Рс = (Rl +Z )i маг +Роб j ± Рпом

(7.20*)

i=1

j=1

 

Значение Рс необходимо для подбора вентилятора.

10. Увязка всех остальных (параллельных магистральному) участков системы.

Увязку проводят, начиная с самых протяженных ответвлений. Методика увязки ответвлений аналогична расчету участков основного

направления. Разница состоит лишь в том, что при увязке каждого ответвления известны потери в нем. Потери от точки разветвления до конца ответвления должны быть равны потерям от этой же точки до конца главной магистрали,

т. е. (R· βш· l + Z)отв = (R· βш· l + Z)парал.уч.маг..

Для расчета ответвлений применяется способ последовательного подбора. Размеры сечений ответвлений считаются подобранными и

гидравлически

“увязанными”,

если относительная невязка

потерь не

превышает 10%:

 

 

 

 

 

 

 

Ротв

Руч.маг.

100% 10%

(7.23)

 

 

 

 

 

 

Руч.маг.

 

Рекомендуется подбирать сечения ответвлений таким образом, чтобы их сопротивление немного больше или равное сопротивлению параллельного участка магистрали.

Особенности расчета вытяжных гравитационных систем вентиляции

Аэродинамический расчет вытяжных систем вентиляции с естественным побуждением движения воздуха отличается небольшими значениями рекомендуемых скоростей и заданным располагаемым давлением.

За расчетное (магистральное), как правило, выбирают наиболее протяженное направление с наименьшим располагаемым давлением (т.е. проходящее через решетку верхнего этажа самой удаленной от вытяжной шахты ветви).

93

Аэродинамический расчет начинают с определения располагаемого давления верхнего уровня. Оно определяется по выражению:

Рр = Н (γн – γв), (7.24)

где Н – высота от среза вытяжной шахты до оси вытяжной соответствующего этажа, м;

γн – удельный вес, Н/м3.

Гравитационные системы рассчитываются по средней температуре наружного воздуха за годовой период tн = +5°С.

Расчетная температура внутреннего воздуха принимается по средней температуре помещения соответствующего этажа.

В отличие от расчета механических систем в гравитационных системам производится увязка потерь давления на участке с располагаемым давлением на данном этаже:

5%

Рр −∆Рс

100% 10% ,

(7.24)

 

 

Рр

 

где Рр – располагаемое давление на рсчетном этаже здания, Па; Рс - потери давления в системе, Па.

Увязки добиваются изменением живого сечения канала (воздуховода) участка или регулируемой решетки на входе в канал. Установка сужающих устройств в гравитационных системах не рекомендуется.

7.1.3 Расчет и подбор сужающих устройств

Если на ответвлениях механических систем не удается добиться требуемой невязки потерь давления на параллельных участках, применяют различные виды сужающих устройств.

Диафрагма – устройство, предназначенное для уравнивания потерь давления на участках вентсистем посредством изменения сопротивления на одном из направлений. Представляет собой пластину, в которой имеется отверстие сечением меньшим, чем сечение канала. Для удобства монтажа ее

94

устанавливают во фланцевых соединениях (для круглых воздуховодов – шайба, для прямоугольных – лист, перекрывающий часть живого сечения - размер а)

(рис.7.1).

Рис. 7.1 Схема установки диафрагмы (1)

1. Определяется избыточное сопротивление на участке, которое требуется “погасить” посредством установки диафрагмы

∆Рдиаф = ∆Руч.маг – ∆Ротв . (7.25)

2. Определяется коэффициент местного сопротивления диафрагмы

ξдиаф =

Рдиаф

.

(7.26)

 

 

Рдин.отв.

 

3.В справочной литературе (справочник проектировщика по отоплению

ивентиляции) приведены значения коэффициентов местных сопротивлений в зависимости от соотношения площадей поперечных сечений диафрагм Fo и

канала ξдиаф = f (Fo / F). Тогда требуемый диаметр диафрагмы определится из формулы

dдиаф = d

 

Fo

 

.

(7.27)

 

 

 

F

 

Дроссель-клапаны и шиберы.

Дроссель клапаны представляют собой поворотную заслонку (одностворчатую, либо состоящую из нескольких створок) позволяющую фиксированно изменять площадь поперечного сечения канала.

95

Рис. 7.2 Дроссель-клапан с ручным приводом 1 – заслонка клапана; 2 – поворотная рукоятка (привод).

Сопротивление дроссель-клапана зависит от количества поворачивающихся створок и их угла поворота относительно оси воздуховода.

По аналогии с расчетом диафрагмы определяют необходимое значение коэффициента местного сопротивления дроссель-клапана ξдркл (ф-ла 7.26).

По значению ξдркл по справочнику проектировщика подбирают дроссель-клапан с одной створкой, который при определенных характеристиках (количество и угол наклона створок) обеспечивать расчетное сопротивление.

Шибер представляет собой простейшее устройство, позволяющее изменять площадь живого сечения канала или воздуховода (рис. 7.3).

Рис. 7.3 Схема установки шибера 1 – шибер; 2 – канал (направляющий паз); 3 – рукоятка

96

Для шиберов в справочниках приведено соотношение свободной для прохода площади Fh к площади канала F и соотношение высоты прохода h к диаметру канала d, по которым и определяется значение ζ.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1.Классификация воздуховодов.

2.Основы аэродинамического расчета воздуховодов.

3.Потери давления в системе вентиляции.

4.Особенности аэродинамического расчета гравитационных систем вентиляции.

5.Расчет и подбор сужающих устройств.

8. РАСЧЕТ И ПОДБОР ВЕНТИЛЯТОРОВ

Виды нагнетателей, их классификация, характеристики вентиляторов и вентиляционных сетей подробно рассмотрены в учебном курсе “Насосы и вентиляторы”.

Вентиляторы подбираются по характеристикам, приведенным в паспортах, или по унифицированным характеристикам, приведенным в справочной литературе.

Одной из характеристик, позволяющих оценить работу вентилятора в реальной вентиляционной сети является “рабочая точка”.

Рабочая точка, характеризующая работу вентилятора в данной сети,

является пересечением характеристики сети с характеристикой вентилятора.

Рис. 8.1 Характеристики вентиляционных сетей

Рис. 8.2 Пример определения положения рабочей точки для вентиляторов RSI 100-50 L3 (Systemair) различного исполнения.

 

97

 

Уравнение характеристики сети:

 

(8.1)

 

Виды характеристик вентиляционной сети:

а -

- для сети с постоянным

статическим сопротивлением (например, при продувке воздуха через слой жидкости в пенном аппарате);

b - для сети со статическим сопротивлением и потерями давления при турбулентном режиме;

c - – для сети с ламинарным течением жидкости (например, при продувке воздуха через фильтр);

d - – для сети с сопротивлением при политропическом течении.

Из всех типов, подходящих к установке

вентиляторов, выбирается тот, который имеет больший КПД.

Для воздуховодов, изготовленных из металла или асбесто-цементных плит,

количество

воздуха,

перемещаемого

вентилятором определяется по выражению:

Lвент = kподс · Lсист,

(8.2)

где kподс – коэффициент, учитывающий подсосы воздуха через неплотности соединений.

Для систем, суммарной длиной l ≤ 50 м, kподс = 1,1; для систем, суммарной длиной ∑l > 50 м, kподс = 1,15. Для систем или каналов, изготовленных из других строительных материалов, kподс = 1,15, независимо от длины.

Вентиляторы подбираются по производительности Lвент и развиваемому

давлению ∆ Рвент.

При определении необходимого давления вентилятора учитывают запас,

необходимый на неучтенные потери, т.е.

 

∆ Рвент = 1,1·∆Рс,

(8.3)

98

n

m

где Рс = (Rl + Z )i маг +Роб j - потери давления в системе, Па.

i=1

j=1

Мощность, потребляемая вентилятором, рассчитывается по выражению

Nвент =

Lвент Рвент

,

(8.4)

 

 

3600 ηп ηв

 

где ηп – КПД передачи (0,95 - при клиноременной передаче; 1,0 – на одном валу с электродвигателем);

ηв – КПД вентилятора в данной сети.

Установочная мощность с учетом пускового момента определяется по зависимости:

Nуст = kпуск · Nвент .

(8.5)

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1.Что такое характеристика вентиляционной сети?

2.Что такое характеристика вентилятора?

3.Что такое “рабочая точка”?

9. УСТРОЙСТВА ДЛЯ НАГРЕВА ВОЗДУХА 9.1. Классификация воздухонагревателей (калориферов)

Теплообменные аппараты для нагрева воздуха применяют в системах вентиляции и воздушного отопления; в системах кондиционирования воздуха; в воздушно-тепловых завесах; в сушильных установках.

Во всех перечисленных системах применяют одни и те же технические средства, отличающиеся лишь степенью нагрева и некоторыми конструктивными особенностями – воздухонагреватели (калориферы).

Воздухонагреватели (калориферы) представляют собой поверхностные теплообменники, где нагрев осуществляется за счет контакта воздуха с нагретой поверхностью без изменения влагосодержания воздуха. Из-за конструктивных особенностей оребренных калориферов (небольшое расстояние между пластинами) для предотвращения выхода из строя приточной установки проходящий через него воздух не должен содержать липких

99

веществ и волокнистых материалов, а его запыленность не должна превышать 5 мг/м3.

На практике для удобства принято условное деление теплообменников для различных систем. Так, теплообменники для систем кондиционирования воздуха условно называют воздухонагревателями. Для всех остальных систем –

калориферами.

В настоящее время применяются следующие виды воздухонагревателей:

1.По виду теплоносителя:

1.водяные;

2.паровые;

3.электрические.

2.По характеру движения теплоносителя:

1.одноходовые – применяются для теплоносителя вода и пар; Могут устанавливаться как вертикально, так и горизонтально (по направлению движения теплоносителя).

2.многоходовые – только для теплоносителя вода. Устанавливаются только горизонтально.

3.По варианту исполнения поверхности трубок:

1.гладкотрубные;

Водяные и паровые гладкотрубные калориферы применяются редко,

в основном с гладкими трубками изготавливают электрокалориферы.

2.оребренные: пластинчатые; спирально-навивные; накатные (биметаллические).

4.По количеству трубок для теплоносителя по ходу движения воздуха:

Для калориферов:

1.малой модели (2 трубки), общей глубиной 180 мм;

2.средней модели (3 трубки), глубиной 180 мм;

3.большой модели (4 трубки), глубиной 220 мм.

100

Для воздухонагревателей:

1.однорядные (1R);

2.полуторорядные (1.5R);

3.двухрядные (2R).

5.По виду применяемого материала:

1.стальные;

2.биметаллические (сталь+алюминий; медь+алюминий).

9.2. Конструктивное исполнение калориферов

Наиболее распространенная конструкция калориферов показана на рис. 9.1. В стальном кожухе установлены нагревательные элементы – тонкостенные (δст = 0,3…2,0 мм) металлические трубки. Концы трубок впаяны в трубные доски закрытые крышками с патрубками для подачи и отвода теплоносителя.

Свободное пространство между крышкой и трубной доской служит коллектором для равномерного распределения теплоносителя по трубкам.

Водноходовых теплообменниках теплоноситель проходит через зону теплообмена только один раз, двигаясь одновременно по всем трубкам в одном направлении.

Вмногоходовых в крышках устраивают перегородки, которые изменяют несколько раз направление движения теплоносителя. Перегородки позволяют изменять число ходов до восьми, в результате чего теплоноситель многократно проходит через зону теплообмена. Число ходов всегда четное, а входной и выпускной патрубки располагаются всегда с одной стороны (в отличие от одноходовых).

Калориферы могут иметь разную глубину теплообменной поверхности, которая определяется числом рядов трубок в направлении движения воздуха (рис. 9.2). С увеличением числа рядов трубок увеличивается площадь поверхности нагрева калорифера.

Всовременных воздухонагревателях для каркасно-панельных и блочных приточных установок одноходовое и многоходовое движение в пучках труб

101

организуется за счет использования трубных распределительных коллекторов

с индивидуальным присоединением к ним нагревательных трубок на калачах

(рис. 9.3).

С помощью калачей трубки из одного ряда в определенном порядке соединяются с трубками других рядов, что позволяет реализовать больше разных схем взаимного движения теплообменивающихся сред.

Рис. 9.1 Конструкция калориферов

а – одноходовой; б – многоходовой; 1 – кожух; 2 – крышка; 3 – перегородка;

4 – трубный пучок; 5 – трубная доска (решетка)

102

Рис. 9.2 Схемы калориферов различной глубины а – трехрядного; б - однорядного

Рис. 9.3 Вариант калорифера с трубными коллекторами

а - внешний вид одноходового калорифера; б - внешний вид многоходового калорифера; в - основные элементы калорифера

1 - трубная доска; 2 - трубки; 3 - калач соединения трубок; 4 - крышка; 5 - входной патрубок; 6 - коллектор сборный; 7 - коллектор распределительный; 8 - выходной патрубок; 9 - трубки входа в коллектор

Рис. 9.5 Варианты оребрения трубок
1-пластинчатое; 2 - спиральнонавивное; 3 – накатное (биметаллическое).

103

Расположение трубок в рядах по ходу движения воздуха может быть в

коридорным и шахматным, а при большем числе рядов - волнообразным

(рис. 9.4). Последний вариант обеспечивает лучшие условия теплоотдачи, вместе с тем возрастает и сопротивление движению воздуха.

Рис. 9.4 Варианты расположения отверстий в трубной доске а – коридорное; б – шахматное; в - волновое

Для увеличения площади теплоотдающей поверхности в калориферах используют оребренные трубки рис. 9.5). Число трубок в этом случае меньше, чем в гладкотрубных нагревателях, но теплотехнические показатели заметно выше.

Пластинчатые калориферы

состоят из металлических трубок (чаще стальных), на которые надеты стальные пластины различной формы. Трубки могут быть как круглыми, так и плоскоовальными. Для улучшения контакта между пластинами и трубкой вся конструкция оцинковывается. В современных калориферах применяют способ искусственной “турбулизации” потока воздуха.

Для этого пластины выполняют гофрированными с углом гофр 45о

относительно направления движения воздуха.

Стальные пластинчатые оцинкованные нагревательные элементы применяются, например, в калориферах типа КВС, КВБ, КПБ-П.

104

В современных воздухонагревателях используют и медные трубки, на которые насаживают алюминиевые пластины. Для уплотнения контакта в местах соединений через трубку в горячем состоянии протягивают металлический шарик большего диаметра, чем внутренний диаметр трубки.

Спирально-навивные калориферы имеют оребрение из стальной ленты небольшой толщины, навитой вокруг металлической трубки. Подобные нагреватели отличаются высокой индустриальностью производства, но имеют плохой тепловой контакт в местах соединения ребра и стенки трубки.

Накатные или биметаллическое оребрение получают путем насаживания на основную стальную трубку толстостенной алюминиевой трубки, по которой затем накаткой специальными роликами выполняют ребра.

Оребрение также может иметь гофры для турбулизации потока. При незначительном увеличении аэродинамического сопротивления значительно повышается интенсивность теплообмена.

Тепловой контакт в соединении достаточно хороший, но недостатком является возникновение в этих местах коррозионных процессов в силу различных электрохимических свойств стали и алюминия.

Подобное оребрение имеют калориферы КСк3 и КСк4.

9.3. Узлы управления калориферами

При изменении температуры наружного воздуха возникает необходимость в регулировании теплоотдачи калориферных установок. Регулирование проводят с помощью узла управления несколькими способами.

Первый способ регулирования, при котором изменяется расход теплоносителя, называется количественным. Один из его вариантов показан на рис. 9.6. Основным элементом в схеме является регулятор температуры 1 прямого действия. Изменение температуры обратного теплоносителя воспринимается термобаллоном 2. Теплочувствительная жидкость в нем, изменяя свой объем, вызывает перемещение сильфона 3, а вместе с ним и перемещение управляющего клапана 4, изменяющего сечение для прохода теплоносителя и его расход.

105

Рис. 9.6 Узел управления калорифером с изменением расхода теплоносителя 1 - регулятор температуры;

2 - термобаллон;

3 - сильфон;

4 - регулирующий клапан;

5 - пружина для предустановки

Второй способ - качественное регулирование тепловой мощности.

Управление нагревом воздуха происходит путем изменения температуры теплоносителя при неизменном его расходе через калорифер. В современных узлах управления часто отдают преимущество таким схемам с постоянным гидравлическим режимом, так как при этом уменьшается опасность замораживания калорифера и обеспечивается более точный контроль температуры приточного воздуха.

Рис. 9.7 Схемы узлов управления при качественном регулировании

а - с трехходовым клапаном; б- с проходным клапаном; в - схема трехходового смесительного клапана; г - схема проходного клапана; 1, 2, 3,

4 - характерные точки на циркуляционных контурах

106

Узлы с качественным регулированием позволяют изменять температуру входящего теплоносителя за счет подмешивания с помощью насоса части уже отработавшего (охлажденного) теплоносителя. Для этого на трубопроводе греющего теплоносителя устанавливают регулирующий клапан (проходной или трехходовой) с сервоприводом и смесительный насос - в малом циркуляционном контуре, образованном за счет устройства перемычки (рис.

9.7).

Во избежание полной остановки циркуляции греющего теплоносителя при закрытом клапане перед узлом смешения устраивают обходной трубопровод - байпас (на рисунке показан пунктиром). На нем размещают обратный клапан для предотвращения перетока теплоносителя.

Наиболее широко применяются узлы с трехходовым регулятором. При условии его правильного подбора удается получить максимально близкую к линейной характеристику управления, при которой изменение доли горячей воды, поступающей в калорифер, пропорционально ходу штока регулятора. Это гарантирует точность и устойчивость регулирования тепловой мощности калорифера во всем диапазоне температур наружного воздуха. Пример такой характеристики показан на рис. 9.8.

Установка вентиля по шкале на его щитке (0 - закрыто, 10 - полностью открыто)

Рис. 9.8 Характеристика управления узла с трехходовым клапаном

107

9.4. Расчет и подбор калориферов

Водяные воздухонагреватели (калориферы) рассчитывают в следующей

последовательности

 

1.

Расход теплоты на нагрев воздуха в калорифере (тепловая

мощность калорифера):

 

 

Qк = 0,278 · Gв · св · (tк – tн),

(9.1)

где Gв – массовый расход воздуха, проходящего через калорифер, кг/ч;

св - удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг·оС);

tк – конечная температура на выходе их воздухонагревателя, оС;

1)Если в помещении отсутствуют теплоизбытки, то tк принимают равной расчетной температуре внутреннего воздуха помещения.

2)При наличии теплоизбытков tк принимают ниже расчетной внутренней температуры на 5…8 оС.

3)Если калориферная установка рассчитывается на совместную работу для нужд вентиляции и воздушного отопления, то значение tк определяют с

учетом нагрузки на отопление по зависимости : tк = tр.з. +

, где

tр.з. - расчетная температура воздуха в рабочей зоне, оС;

 

- тепловая мощность (нагрузка) системы отопления, Вт.

 

tн – начальная температура на входе в воздухонагреватель, оС.

2. Предварительно задаются значением массовой скорости воздуха υρ = 2…10 кг/(с·м2). В начале расчета принимают υρ = 4…5 кг/(с·м2) [5].

Под массовой скоростью понимают массу воздуха в кг, проходящего через 1 м2 живого сечения воздухонагревателя за 1 с:

υρ =

Gв

,

(9.2)

3600 fв

fв – площадь живого сечения для прохода воздуха (площадь фронтального сечения калорифера), м2.

Определяют необходимое фронтальное сечение калорифера:

fв =

Gв

.

3600

υρ

 

 

3. По справочнику проектировщика по отоплению и вентиляции по значению fв подбирают один или несколько (параллельно по воздуху) калориферов выбранного типа так, чтобы суммарная площадь для прохода воз-

108

духа была приблизительно равна fв.

Определяют число параллельно (по воздуху) установленных калориферов:

n = fв / fв1,

где fв1 - фронтальная площадь одного принятого по справочнику калорифера, м2.

4. Определяют фактическую массовую скорость воздуха:

υρфакт = 3600Gвfвфакт ,

где fвфакт - фактическая (суммарная) площадь фронтального сечения принятого к установке калорифера, м2:

fвфакт = n · fв1.

5.Определяют массовый расход теплоносителя через один калорифер:

Gw =

 

 

3,6 Qк

 

,

с

w

(T T

) n

 

 

1

2

 

 

где n – число калориферов, параллельно подсоединенных по теплоносителю, (т.е через калорифер проходит только часть теплоносителя);

T1 – температура теплоносителя на входе в калорифер, °С; T2 – температура теплоносителя на выходе из калорифера, °С; сw – теплоемкость теплоносителя.

6. Скорость движения теплоносителя в трубках, м/с:

w =

Gw

,

3600 fтр ρw

(9.3)

(9.4)

где fтр – площадь поперечного (живого) сечения трубок принятой модели калорифера (принимается по справочнику [5]), м2;

ρw - плотность теплоносителя, кг/м3.

109

7. По значениям фактической массовой скорости (п. 4) и скорости теплоносителя (п. 6) по справочнику проектировщика (либо справочным данным завода-изготовителя) определяют коэффициент теплопередачи калорифера k = f (υρ; w).

Примечание: из этой же таблицы выписывают значение аэродинамического сопротивления калорифера pa, Па, которое впоследствии необходимо учитывать при определении потерь давления в системе.

8. Определяют требуемую поверхность нагрева калорифера, м2:

 

Fр =

 

 

 

 

Qк

 

 

 

 

,

(9.5)

 

 

 

 

 

t

 

+t

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

k T

 

 

2

н

 

 

 

 

ср

 

 

 

 

 

где Tср – средняя температура теплоносителя, °С;

 

Для воды:

Tср w =

T1 +T2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

9. Определяют расчетное число рядов калориферной установки:

 

 

nр =

 

Fр

,

 

 

 

 

 

 

(9.6)

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по которому определяют число принятых к установке калориферов nк с обязательным учетом значения, принятого в п.3 расчета, т.е. должно

выполняться условие nк ≥ n.

 

10.

После уточнения количества принятых калориферов определяют

 

фактичес-кую площадь поверхности нагрева установки:

 

 

Fк = Fк 1 · nк.

(9.7)

11.

Определяют запас тепловой мощности (запас поверхности нагрева):

QQк 100% 10% ;

Qк

Fк Fр 100% 10% .

Fр

110

Если условие не выполняется, то расчет повторяют с пункта 2, изменяя либо номер калорифера, либо число калориферов, подсоединенных параллельно по теплоносителю, либо меняют марку калорифера.

Если же условие п. 11 не выполняется и при других вариантах подбора, то необходимых режимов работы добиваются регулировкой теплоотдачи воздухонагревателя.

9.5. Электрокалориферы

Использование электроэнергии для подогрева вентиляционного воздуха должно быть технико-экономически обосновано, т.к. является сравнительно дорогим способом нагрева.

Как правило, электроподогрев используется в следующих случаях: при отсутствии возможности применять другие виды энергии; для дополнительного подогрева воздуха при использовании горячей воды в качестве основного теплоносителя; для подогрева воздуха в малых приточных установках тепловой мощностью 1…3 кВт.

Для маломощных вентиляционных систем применение электрического калорифера экономически более оправдано в связи с тем, что такой калорифер не требует подведения сложных коммуникаций - его достаточно подключить к линии электроснабжения.

Основным элементом электрокалориферов являются ТЭНы - трубчатые электронагреватели. Они представляют собой стальную трубку, внутри которой по центру располагается электронагревательная нихромовая спираль

(рис. 9.9).

Чтобы спираль не касалась стенок трубки и была электроизолирована от них, между спиралью и стенками укладывается и уплотняется специальный предварительно высушенный мелкодисперсный кварцевый песок.

Песок гигроскопичен, поэтому концы ТЭНов закрываются герметичными заглушками, через которые выводятся металлические шпильки - электрические контакты нагревательного элемента.

111

Рис. 9.9 Конструкция электрокалорифера и ТЭНа 1 - трубчатые электронагреватели; 2 - трубная доска; 3 - встроенный

регулятор мощности с термостатом; 4 - кожух; 5 - металлический корпус ТЭНа; 6 - наполнитель (песок); 7 - спираль; 8 - контактный стержень в заделке; 9 - герметик; 10 - изолятор; 11- контактный стержень

В приточных установках используются специальные ТЭНы, предназначенные для работы именно в потоке воздуха, в их маркировке имеется буква О (обдуваемый). Они характеризуются большей тепловой мощностью на единицу длины по сравнению с аналогичными необдуваемыми ТЭНами.

Геометрически ТЭНы отличаются диаметром трубки (от 7 до 16 мм) и длиной.

Оребренные снаружи ТЭНы имеют большую мощность на единицы длины, чем аналогичные неоребренные.

Установленная мощность электрокалориферов составляет 10, 50, 150 и 200 кВт, питание осуществляется электрическим током 220 и 380 В. Автоматика управления предусматривает возможность регулирования теплоотдачи за счет отключения части ТЭНов.

ТЭНы имеют КПД η 1, поэтому при выборе электрокалорифера тепловую мощность можно принимать равной электрической. Также определяется:

- скорость потока воздуха в сечении установки (для предотвращения перегрева трубчатых электрических нагревательных элементов она не должна

112

быть ниже 1,5 м/с);

-возможность использования однофазного (220 В) или трехфазного (380 В) напряжения питания. При мощностикалорифера свыше 5 кВт необходимо 3-х фазное подключение. При равных условиях 3-х фазное питание предпочтительней, так как рабочий ток в этом случае меньше;

-максимально допустимая сила тока

I = N/ U, А,

(9.8)

где N - электрическая мощность калорифера, Вт;

U - напряжение питание: 220 В - для однофазного питания; 660 В(3 х 220В) - для трехфазного питания.

- температура, до которой электрокалорифер сможет нагреть приточный воздух:

tк = tн + 2,98 N/L.

(9.9)

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1.Классификация калориферов.

2.Варианты конструктивного исполнения калориферов.

3.Узлы управления калориферами.

4.Основы расчета водяных калориферов.

5.Электрокалориферы.

10.ПРИТОЧНЫЕ УСТАНОВКИ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ

10.1 Варианты исполнения приточных установок

Основное оборудование приточных вентиляционных систем (фильтры, воздухонагреватели, теплоутилизаторы, установки для испарительного охлаждения воздуха, вентиляторы, шумоглушители и запорно-регулирующие устройства) размещается в специальных помещениях, называемых вентиляционными камерами или приточными центрами.

113

Вобщественных и административных зданиях приточные центры обычно располагают на первом этаже или в техническом подполье, вдали от помещений с низким допустимым уровнем шума (зрительные залы, конференц-залы и др.). При необходимости стенки камер выполняют звукоизолированными.

Впромышленных зданиях из соображений экономии производственных площадей приточные центры размещают на антресолях или огороженных площадках второго яруса.

Камеры, по возможности, располагают в центре вентиляционной сети, что позволяет иметь энергетически уравновешенную сеть воздуховодов. Радиус действия приточных центров обычно принимают не более 50х60 м.

Размеры приточной установки и её конфигурация в плане должны быть такими, чтобы оставались проходы по периметру не менее 0,7 м для удобства монтажа, а также зона для обслуживания и ремонта вентиляционного оборудования шириной не менее ширины установки. Высота помещения должна быть на 0,8 м больше высоты оборудования и не менее 1,9 м от пола до перекрытия в местах прохода обслуживающего персонала.

Приточные установки могут выполняться из строительных конструкций или модульными из готовых секций. В системах вентиляции небольшой производительности (до 5000 м3/ч) используются блочные установки.

На рис. 10.1 показана приточная камера в строительных конструкциях,

размещенная на первом этаже здания. Камеры в строительных конструкциях выполняются из трудносгораемых или огнестойких материалов, например, из бетона, кирпича, пустотелых гипсовых плит, деревянных конструкций с двухсторонней обивкой листовой сталью по войлоку, смоченному в глине, арболита и т.п. Поверхность стенок и потолка камеры должна быть гладкой, допускать влажную уборку и дезинфекцию. Для предотвращения конденсации влаги ограждения камеры изнутри теплоизолируют до секции нагрева.

114

Рис. 10.1. Компоновка приточной установки в строительном исполнении

1 - воздухозаборная решетка; 2 - утепленный клапан; 3 - фильтр для очистки воздуха; 4 - калориферы; 5, 11 - переход; 6, 10 - гибкие вставки; 7 - вентилятор; 8 - виброоснование; 9 - электродвигатель; 12 - герметические двери; 13 - пусковой шибер

Если в приточном центре размещено несколько приточных установок, то может быть устроен единый коридор для наружного воздуха (рис. 9.2, а). Размеры воздушного коридора зависят от габаритов присоединяемого оборудования, а количество секций обслуживания установок может быть сокращено за счет приемной секции (рис. 9.2, б).

Поперечное сечение воздухозаборной шахты и воздушного коридора должно быть достаточно большим, чтобы исключить взаимное влияние работы приточных камер друг на друга, а также обеспечить доступ для осмотра, уборки пыли и проведения ремонтных работ.

115

Рис. 10.2 Приточные центры в строительном исполнении

а– с воздушным коридором; б – без воздушной секции

Вкоридоре наружного воздуха могут располагаться теплообменники системы утилизации теплоты с промежуточным теплоносителем и утеплённые

116

клапаны приточных установок. Такое решение позволяет рационально использовать площадь приточного центра.

В вентиляционных системах промышленных предприятий с целью снижения стоимости и сокращения сроков строительства применяются модульные и секционные установки: типовые приточные камеры марки 2ПКТ, унифицированные приточные установки УПУ, а также вентиляционные приточные агрегаты ВПА и установки типа КЦКП на базе секций для центральных каркаснопанельных кондиционеров.

Приточные вентиляционные камеры марки 2ПК и 2ПКТ рассчитаны на подачу от 3,5 до 150 тыс. м3/ч воздуха. В них входят два модуля: первый включает фильтр и секцию обслуживания с воздухозаборными клапанами, второй - калориферную секцию и соединительную для вентиляторного агрегата (рис. 9.3). Камеры бывают быть левого и правого исполнения, с клапаном для рециркуляционного воздуховода и без него, могут монтироваться с одним вентилятором и с двумя, один из которых - резервный. Камеры 2ПК могут дополняться секцией орошения с широкофакельными форсунками, поддоном и циркуляционным насосом.

Унифицированные приточные вентиляционные установки УПУ применяют в качестве вентиляционных и отопительновентиляционных агрегатов с подачей от 0,3 до 50 тыс. м’/ч. На рис. 9.4, приведены варианты компоновки УПУ с одним и с двумя вентиляторами - рабочим и резервным.

Модульные (блочные) установки составляются из отдельных блоковмодулей нескольких типоразмеров (модулей с вентилятором, с фильтрующими, нагревательными элементами и т.п.) и с автоматизированной системой управления всеми блоками (рис. 9.5). Модульная схема позволяет сократить время монтажа и дает возможность набирать любую функциональную линию по обработке воздуха.

117

Рис. 10.3 Компоновка типовых приточных установок

а - камера 2ПК; б - камера 2ПКТ; в - соединительная секция с резервным вентилятором

1 - вентилятор; 2 - гибкая вставка; 3 - переходник; 4 - соединительная секция; 5 - калориферная секция; 6 - блок фильтра; 7 - приемная секция;

8 - рециркуляционный клапан; 9 - клапан воздухозаборный; 10 - присоединительный патрубок с утепленным клапаном; 11- резервный вентилятор

Примером современных модульных конструкций являются установки марки КЦКП, у которых каркас блоков-модулей монтируется из алюминиевого профиля с крепёжными элементами быстрой разборки. Внешняя облицовка

118

модулей выполняется из сэндвич-панелей толщиной 25 и 50 мм в зависимости от требований к шумности установки. В качестве теплоизоляционного материала в облицовке используются вспененный полиуретан, стекловата или минеральная вата. В звукозащитной версии на внутренней стороне стенок утеплитель защищен специальной тканью и обшит микроперфорированной пластиной.

Рис. 10.4 Схемы компоновки унифицированных установок УПУ

а - с одним вентилятором; б - с двумя вентиляторами (рабочим и резервным); 1 - воздухозаборная шахта; 2 - патрубок с утепленным клапаном; 3 - воздухонагреватель; 4 - переходник; 5 - соединительная секция;

6-гибкая вставка; 7-вентилятор

119

Рис. 10.5 Модульные каркасно-панельные приточные установки

Снаружи сэндвич-панели закрыты стальным оцинкованным листом с порошковополимерным покрытием, имеющим антикоррозионные свойства. Для проведения регламентных работ блоки в установках КЦКП со стороны обслуживания имеют сервисные боковые панели с ручками.

Вприточных установках (ПУ) на базе КЦКП может быть организовано вертикальное или горизонтальное движение обрабатываемого воздуха (рис. 10.6, а, в). В приточно-вытяжных установках (ПВУ) с пластинчатыми или роторными теплоутилизаторами расположение функциональных блоков может быть двухуровневым или L-образным (рис. 10.6, б, г). Во всех вариантах ПВУ движение приточного и вытяжного воздуха может быть встречным и попутным.

Взависимости от комплектации в ПУ и ПВУ на базе КЦКП могут осуществляться все основные режимы обработки воздуха: очистка; нагрев; рециркуляция; охлаждение; увлажнение; утилизация теплоты воздуха, удаляемого из помещений (рис. 10.7).

120

Рис. 10.6 Схемы конфигураций функциональных блоков КЦКП а – вертикальная; б – двухъярусная; в – прямоточная; L – образная

а)

б)

Рис. 10.7 Приточно-вытяжные установки на базе функциональных блоков КЦКП:

а - с рециркуляцией воздуха; б - с рекуперацией тепла удаляемого воздуха в пластинчатом теплообменнике

По месту расположения модульные установки подразделяют на внутренние, располагаемые в технических помещениях внутри здания, наружные, устанавливаемые, например, на крышах зданий, и подвесные, монтируемые в подпотолочном пространстве. ПУ и ПВУ размещаются на полу,

121

площадке или на кровле (в теплоизолированном корпусе). Приточные установки с подачей до 3,5…5 тыс. м3/ч применяются преимущественно в подвесном исполнении.

10.2. Воздухозаборные устройства

Воздухоприемные устройства для приточных центров, расположенных в заглубленной части здания (ниже уровня земли), выполняют либо в виде вынесенной в зеленую зону отдельно стоящей шахты, соединенной со зданием подземным вентиляционным каналом, либо в виде шахты, пристроенной к наружной стене здания (рис. 10.10).

Рис. 10.10 Варианты устройства узлов воздухозабора

а– отдельностоящая шахта; б – воздухозаборный киоск (“венткиоск”);

в– шахта над кровлей; г – пристроенная шахта

Для приточных камер, расположенных на площадках производственных помещений, на этажах и чердаках общественных зданий, воздухозаборные устройства монтируются в наружных стенах или в шахтах, устраиваемых над кровлей здания.

Основные требования к размещению воздухозаборных узлов обусловлены необходимостью отбора наименее загрязненного наружного

122

воздуха, а конструктивное оформление должно быть увязано с архитектурным оформлением здания.

Узлы воздухозабора размещают на расстоянии не менее 8 м по горизонтали от мест сбора мусора, вдали от интенсивно используемых мест парковки автомобилей, дорог, погрузочно-разгрузочных зон, канализационных отверстий, верхних частей дымовых труб и аналогичных источников загрязнений. Приемное устройство не следует размещать в застойных зонах, где в летний период воздух может перегреваться.

Следует предусматривать меры защиты от попадания в приемные устройства воды, снега, пыли, листьев. Минимальное расстояние от низа приемного отверстия до земли должно составлять 2 м и быть выше возможного уровня снежного покрова в данной местности.

При заборе воздуха через приточную шахту, устраиваемую над кровлей здания, необходимо принимать во внимание месторасположение вытяжных шахт. Расстояние между узлом воздухозабора и вытяжными шахтами принимается: по горизонтали не менее 10 м для общественных зданий и 15 м для промышленных; по вертикали - не менее 2,5 м для общественных зданий и 6,0 м для промышленных.

Строительными материалами для устройства приточных шахт могут служить: бетон и кирпич с гидроизоляцией - для приставных и отдельно стоящих шахт; дерево, внутри обитое оцинкованной сталью, а снаружи оштукатуренное - для шахт, обслуживающих приточные камеры на чердаке.

С помощью распределительного канала одна воздухозаборная шахта может объединять вентиляционные системы, обслуживающие помещения, требования к микроклимату в которых совпадают. При этом нельзя объединять системы, обслуживающие взрывоопасные помещения, а также помещения, имеющие газо-, пылевыделения и выделения с резким запахом. Скорость движения воздуха в живом сечении шахт и распределительных каналов при механической вентиляции рекомендуется принимать от 2 до 5 м/с.

123

Воздухозаборные отверстия снабжают жалюзийными решетками, которые защищают систему вентиляции от капель дождя и посторонних предметов, а при свободно подвешенных жалюзи служат обратным клапаном. Эти решетки подбираются исходя из скорости в живом сечении не более 2 м/с.

Между воздухозаборным устройством и фильтром приточной камеры устанавливается многостворчатый утепленный клапан (рис. 10.11). При неработающем вентиляторе клапан должен быть закрыт для защиты оборудования приточной камеры от попадания внутрь здания холодного наружного воздуха и предотвращения “размораживания” воздухонагревателей.

Рис. 10.11. Узел воздухозабора с утепленным клапаном

1 - жалюзийный клапан; 2 - защитная решетка; 3 - рычажный механизм; 4 - электропривод

В зависимости от расхода воздуха в клапанах устанавливают от 3 до 13 поворотных лопаток, которые могут вращаться вручную или дистанционно с помощью электропривода.

Для защиты от примерзания соседних створок клапана при отрицательных температурах на них устанавливаются гладкие трубчатые электронагреватели (ТЭНы), которые включаются за 10…20 мин до открытия клапана и прогревают стыки лопаток.

124

10.3.Устройства для очистки приточного воздуха

Ватмосферном воздухе может содержаться от 0,1 до 3 мг/м3 пыли в виде твердых частиц из различных источников: образовавшихся в результате горения, химических реакций, технологических процессов (аэрозоли), выхлопных газов автомобилей, растительных частиц, пыльцы, различного рода спор, микроорганизмов, бактерий и т.д.

По санитарным нормам очистка является обязательной, если концентрация пыли в наружном воздухе превышает 30 % ПДК для рабочей зоны помещения: 2 мг/м3 (при условии содержания в ней кварца в количестве более 10 %) и 10 мг/м3 - для остальных видов пыли.

При проектировании фильтрующих устройств для “особо чистых помещений” на основе активированного угля или других абсорбентов следует учитывать и газовый состав наружного воздуха вблизи здания или предполагаемого места его расположения. Типичными загрязнениями в газообразной форме являются оксид углерода, двуокись углерода, двуокись серы, оксиды азота и летучие органические соединения (бензол, растворители, полиароматические углеводороды и пр.).

Рис. 10.12 Рулонный фильтр ФР

а– обычный; б – компактный;

1– каркас; 2 – подающий барабан; 3 – приемный барабан; 4 – фильтрующая ткань; 5 – направляющие ролики; 6 – привод

125

Классификация фильтров

При классификации и оценке работы фильтров для очистки приточного воздуха используют понятия эффективность очистки и диаметр эффективно улавливаемых частиц.

Под эффективностью подразумевается способность фильтра удерживать частицы загрязнений. Эффективность оценивается коэффициентом очистки, представляющим собой процентное отношение разности концентраций пыли в воздухе до и после фильтра к начальному пылесодержанию:

·100 %,

(10.1)

где и - массовое содержание пыли (концентрация) до и после фильтра, мт/м3.

По размерам эффективно улавливаемых пылевых частиц фильтры делятся на группы - фильтры грубой (G), тонкой (F) и особо тонкой очистки (высокоэффективные фильтры ЕРА и HEPA)

Рис. 10.13 Самоочищающийся фильтр ФС а – фильтр с “бесконечной” сетчатой панелью; б – то же с перекидывающимися

шторками; в – шарнирно-шторчатый фильтр; 1 – фильтрующее полотно; 2 – поддон для масла

При грубой очистке задерживается до 90% пыли размером более 10 мкм, при тонкой - до 95 % частиц 1…10 мкм. Фильтры особо тонкой очистки не пропускают до 99,99 % частиц размером 0,3…1,0 мкм, а отдельный класс

126

сверхэффективных фильтров ULPA1 практически со 100 % вероятностью - частицы размером 0,1…0,2 мкм.

Фильтры грубой и тонкой очистки относят к фильтрам общего назначения, а особо тонкой - к специальным. Они предназначены для поддержания в помещениях чистоты воздуха, заданной технологическими требованиями для так называемых «чистых помещений».

По конструктивному исполнению различают следующие типы фильтров: рулонные (ФР), самоочищающиеся (ФС), панельные (ФП) и ячейковые (ФЯ). Процесс улавливания заключается в фильтрации через проницаемую пористую структуру, проходя по извилистому пути в которой частицы п ыли задерживаются на ее элементах (волокнах, гранулах, проволоке).

Рулонные фильтры (ФР) широко используются в приточных установках крупных общественных и промышленных объектов, так как имеют высокую пропускную способность (20 000-120 000 м 3/ч) и просты в эксплуатации.

Схемы фильтров ФР показаны на рис. 10.12. Фильтрующий материал в виде рулонов наматывается на верхнюю катушку, пропускается через щели в каркасе и закрепляется на нижней катушке. Периодическая подача нового участка фильтрующей ткани выполняется автоматически приводом 6 или вручную при достижении максимально допустимого перепада давлений на фильтрующей панели.

Для уменьшения габаритов рулонных фильтров ФР или увеличения их производительности по воздуху применяют компактные фильтры (рис.10.12 б), в которых фильтрующая ткань зигзагообразно поступает через направляющие ролики от подающего барабана к приемному. На одном каркасе фильтра обычно устанавливается несколько катушек с рулонным фильтрующим материалом, что позволяет компоновать фильтровальные установки любой пропускной способности.

В самоочищающихся фильтрах (ФС) пыль улавливается на движущейся бесконечной фильтрующей панели 1 из металлической или полимерной сетки,

127

а внизу промывается в ванне, заполненной маслом (рис. 10.13, а).

Скорость движения панели ограничивается 0,1…0,3 м/с с це лью предотвращения выноса избытка масла из ванны воздушным потоком. Этим явлением, а также большим значением аэродинамического сопротивления ограничивается воздушная нагрузка на I м2 фильтра ФС - до 8000 м3/ч.

Панель самоочищающихся фильтров из сеточных шторок (рис. 10.13, б, в) имеет ряд преимуществ. Фильтрующие ячейки - шторки более жесткие и прочные, лучше сеток отмываются от пыли, масло стекает быстрее и меньше выносится за пределы фильтра. Шторки могут быть плоскими (ФС-Ш) или гофрированными (ФС-ШГ), образованы из однородной сетки, штампованного металлического листа или иметь вид ячейкового фильтра коробчатого сечения (шарнирно-шторчатый фильтр).

Ячейковые и панельные фильтры (Фя, ФП) конструктивно представляют собой плоские или коробчатые рамки, снабженные опорными сетками, между которыми установлен фильтрующий материал (рис. 9.32).

Рис. 10.14 Фильтрующий материал ячейковых фильтров

а - с плоской фильрующей поверхностью ФяР, ФяПМ, ФяВ, ФяУ; б – гофрированные ФяГ ; в – карманные ФяК, ФяКП ; г – складчатые ФяС

По типу фильтрующею материала и его укладке в рамах фильтры имеют следующую маркировку: М - металлические сетки, В - винипластовые сетки, У

128

- упругое стекловолокно; ПМ - пористый материал, Г - гофрированный материал, О- объемный волокнистый материал, К - карманный, КП - карманные пакеты, С - складчатый.

Пропускная способность 1 м2 фронтальной поверхности ячейковых фильтров небольшая - от 4000 до 6000 м3/ч. При использовании в приточных установках большой производительности (до 40000 м3/ч) фильтры устанавливают в панели - плоские или V-образные (рис. 10.15).

Рис. 10.15 Конструкция панелей для установки фильтров типа Фя в строительных конструкциях УС:

а - плоская; б - V-образная;

1 - рама; 2 - крепежные скобы; 3 - фильтр; 4 - прокладки

По способу эксплуатации фильтрующей поверхности различают фильтры сухие и смоченные (СМ). Смачивание фильтрующего материала производится для интенсификации процесса улавливания пыли и предотвращения коррозии.

Так, самоочищающиеся фильтры, фильтры Фя-М с металлическими сетками смачиваются малоиспаряющимися вязкими жидкостями. В основном применяются нефтяные масла и синтетические замасливатели.

Процесс улавливания в электрофильтрах основан на искусственной ионизации частиц с последующим их осаждением на электродах. Фильтр отличается относительно низкими эксплуатационные затратами и используется для очистки воздуха практически при любой его начальной запыленности.

Ионизатор выполнен так, чтобы при скорости около 2 м/с частицы пыли успели зарядиться, но не смогли осесть на электроды. Зарядившиеся частицы

129

пыли воздушными потоками увлекаются в осадитель, представляющий собой систему пластин осадительных электродов, где частицы оседают на пластинах противоположной полярности.

10.4.Энергосберегающие устройства приточных установок

Вприточных установках современных систем общеобменной вентиляции все чаще применяются устройства для рекуперации теплоты удаляемого воздуха - теплорекуператоры. При использовании рекуператоров требуется меньшая тепловая мощность воздухонагревателей на подогрев наружного воздуха зимой, в результате чего обеспечивается реализация актуального для большинства инженерных систем требования по энергосбережению.

При всем многообразии конструктивных решений рекуператоров теплоты характерным для них является наличие двух основных элементов, разделенных стенкой (рис. 10.16): теплообменника-теплоприемника, воспринимающего тепловую энергию от удаляемого воздуха t11 и теплообменникатеплопередатчика, передающего тепловую энергию нагреваемому (приточному) воздуху t21.

Рис. 10.16. Принципиальная схема изменения

температур при рекуперации теплоты Индексы соответствуют:

11 — удаляемому воздуху на входе в рекуператор; 12 - то же, на выходе из рекуператора;

21 - приточный воздух на входе в рекуператор;

22 - то же, на выходе из рекуператора

В большинстве общественных зданий воздух, удаляемый из помещений, имеет невысокую температуру (tух < 20…25 °С), процесс утилизации теплоты из него является достаточной сложной задачей.

Во-первых, необходима максимально развитая поверхность теплообмена, но она ограничена размерами вентканалов или габаритами приточных установок. Во-вторых, значение коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху и наоборот очень мало. Так, например, при естественной конвекции он

 

 

 

130

составляет αв= 15…25 Вт/мС, тогда как для жидких

теплоносителей

-

αв = 500…600 Вт/мС, а для насыщенного

водяного пара ав

=

6000…20000 Вт/м°С. Поэтому, несмотря на то, что принципы утилизации теплоты в ТР основаны на тех же процессах теплопередачи и конвективного теплообмена, на которых построено действие воздухонагревателей, конструктивно они отличаются.

Классификация рекуперативных теплообменников

1. По виду теплоносителя:

-воздухо-воздушные;

-жидкостно-воздушные.

Вутилизаторах первого типа теплоносителями являются сами обменивающиеся среды -удаляемый и приточный воздух, поэтому вытяжные и приточные каналы в таких аппаратах должны проходить рядом в единой приточно-вытяжной установке (ПВУ).

Врекуператорах второго типа используется промежуточный жидкий теплоноситель, позволяющий разделить между собой приточные и вытяжные системы.

2. По конструктивной схеме:

- пластинчатые; - с вращающимся теплообменником (ротором);

- с промежуточным теплоносителем.

Впоследнюю категорию входят утилизаторы на основе воздухонагревателей с насосным циркуляционным контуром промежуточного теплоносителя без изменения его агрегатного состояния и теплообменники из тепловых труб, где промежуточный теплоноситель испаряется и конденсируется (табл. 10.1).

Процесс теплообмена во вращающемся рекуператоре происходит по принципу регенерации. Через проницаемую насадку вращающегося ротора встречными потоками проходят приточный и вытяжной воздух (рис. 10.17). Проходя через сектор ротора, расположенный в вытяжном тракте, удаляемый

131

воздух передает тепло насадке с теплоаккумулирующими свойствами. Когда этот нагревшийся сектор ротора попадает в поток холодного наружного воздуха, приточный воздух нагревается, а насадка ротора, соответственно, охлаждается.

Таблица 10.1 К классификации рекуперативных теплообменников

Рис. 10.17 Схема роторного теплоутилизатора

132

Интенсивность процесса теплообмена у вращающегося рекуператора регулируется изменением скорости вращения ротора.

Использование роторных теплообменников допускается только для помещений, в которых возможно применение рециркуляции, т.к. не исключен переток воздуха между приточным и вытяжным каналами (до 4 %). При наличии в воздухе токсичных веществ, веществ с неприятным запахом и т.п. применение подобных устройств запрещено. Приточно-вытяжные установки с проектируют таким образом, чтобы вытяжной вентилятор находился после ротора и канал удаляемого воздуха был под разрежением. В этом случае возможен переток только приточного воздуха.

3. По степени утилизации тепла конденсации роторные

рекуператоры делят на 3 группы:

- конденсационного типа, утилизирующие явное тепло; Материал насадки - алюминиевая фольга (без покрытия). В приточный

воздух может также переноситься небольшое количество влаги, которая конденсируется на поверхности насадки в местах, имеющих температуру ниже точки росы удаляемого воздуха.

- энталъпийного типа;

Предназначены для утилизации полной (явной и скрытой) теплоты. Влага из удаляемого воздуха постоянно впитывается насадкой, имеющей специальное гигроскопическое покрытие. В приточном тракте влага испаряется, передавая наружному воздуху скрытую теплоту парообразования. В качестве гигроскопичной насадки может использоваться бумага, волокнистые материалы, пропитанные сорбирующим раствором, например бромистым литием.

- сорбционного типа.

Осуществляют преимущественно перенос влаги. Для этого на насадку, имеющую небольшую теплоемкость (например, стекло), наносят слой сорбента (соли лития, силикагель и т.п.), который поглощает влагу из удаляемого воздуха и передает его в процессе десорбции приточному воздуху.

133

Кроме указанных выше производятся рекуператоры специального

исполнения:

-гигиенические (насадка из картона, пропитанная бактерицидным 20 %- пым раствором хлористого лития);

-взрывозащищенные_

-для плавательных бассейнов (покрытые слоем эпоксидной смолы для защиты от коррозии) и т.п.

Па рис. 10.18 приведены примеры компоновки вращающихся рекуператоров в приточно-вытяжных центрах, выполненных в строительных конструкциях.

Рис. 10.18 Размещение ВР в приточно-вытяжных центрах строительного исполнения

1 - неподвижная жалюзийная решетка; 2 - утепленный клапан; 3 - фильтр; 4, 5 - воздушные клапаны; 6 – вращающийся теплообменник (регенератор); 7 - калориферы; 8, 9- вентиляторы

Важным обстоятельством, которое необходимо учитывать при выборе регенеративного теплообменника для теплоутилизации, является проблема обмерзания ротора при температурах ниже - 20 °С. При опасности обмерзания должно быть предусмотрено снижение числа его оборотов. Эффективность

134

теплообмена при этом снижается, повышается температура покидающего утилизатор потока удаляемого воздуха, поэтому образование наледи не происходит.

В качестве меры против обмерзания может быть предусмотрен обводной канал (байпас), через который направляется холодный наружный воздух, а насадка в это время оттаивает.

Широкое применение в системах вентиляции получили пластинчатые рекуператоры. Они компактны, просты в изготовлении, не содержат движущихся частей, не допускают перетока удаляемого и приточного воздуха, так как воздушные потоки на всем протяжении разделены герметичной стенкой (рис. 10.19).

Рис. 10.19. Принципиальная схема и внешний вид модуля

пластинчатого рекуператора

Пластинчатые теплообменники относятся к рекуператорам прямого действия. Тепловыделяющий и теплопоглощающий воздушные потоки проходят вдоль разделяющих их непроницаемых стенок, через которые происходит процесс теплопередачи.

Основой теплообменника служит пакет тонких пластин из металла или других материалов с высокой теплопроводностью, образующих плоские каналы для смежного прохода двух потоков воздуха: теплого из помещения и холодного наружного.

С точки зрения достижения максимальной интенсивности передачи тепла большое значение имеет выбор направления течения обменивающихся потоков

135

относительно друг друга.

По схеме расположения проходных каналов пластинчатые рекуператоры делят на 3 типа:

с прямоточным, противоточным и с перекрестным движением теплоносителей.

Прямоток теплоносителей в современных установках не используется по причине низкой эффективности рекуперации.

Наибольшие перепады температур наблюдаются при использовании перекрестного и противоточного движения теплоносителей, особенно при установке нескольких последовательных ступеней.

Пластинчатые рекуператоры достаточно компактно встраиваются в блоки утилизации тепла каркасно-панельных и моноблочных приточно-вытяжных установок (рис. 10.20).

Рис. 10.20. Расположение пластинчатых рекуператоров в приточно-вытяжных установках

акаркасно-панельных; б – моноблочных;

в- крышных

Более эффективны рекуператоры с узкими каналами для прохода воздуха, но у них выше аэродинамическое сопротивление, из них труднее удаляется конденсат.

В подобных теплообменниках нередко используются пластины из пористых материалов, в которых происходит перенос влаги и скрытой теплоты,

136

что дополнительно увеличивает эффективность утилизации.

В потоке удаляемого влажного воздуха при температуре холодной поверхности ниже точки росы в пластинчатых рекуператорах, также как и в регенеративных (роторных) теплообменниках, происходит обильная конденсация влаги, поэтому на выходе удаляемого воздуха устанавливается поддон для сбора конденсата с патрубком для его отвода в дренажную сеть.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1.Варианты исполнения приточных установок.

2.Особенности устройства каркасно-панельных приточных установок.

3.Виды воздухозаборных устройств.

4.Классификация фильтров для очистки приточного воздуха.

5.Что такое рекуперативный теплообменник?

6.Что такое регенеративный теплообменник?

7.Классификация рекуператоров.

11.ЗАЩИТА ОТ ШУМА В СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ

11.1 Общие сведения об источниках шума

Звуком называют волновое колебание упругой среды, создающее в ней дополнительное переменное давление.

Для характеристики звука используют физические и физиологические показатели.

К физическим показателям оценки звука относятся: а) частота колебания; б) длина волны; в) интенсивность звука; г) уровень интенсивности

звука; д) звуковое давление; е) уровень звукового давления.

 

Частота колебания измеряется в герцах (Гц)

 

f = 1/T,

(11.l)

где Т — время одного колебания, с, или период колебания

 

Длиной волны звука называется расстояние, м, на которое звук

распространяется за один период; колебания

 

λ = c·T = c / f,

(11.2)

137

где с — скорость распространения звука в среде, м/с.

Интенсивностью звука, или силой звука I, называют количество энергии,

переносимой звуковыми волнами за единицу времени через единицу площади поверхности, поставленной перпендикулярно направлению распространения волн. Единицей интенсивности звука (или силы звука) служит Вт/м2.

Уровень интенсивности звука

LI = 10 lg ,

(11.3)

где LI - уровень интенсивности звука, дБ; I - интенсивность данного звука, Вт/м2;

Io - интенсивность звука той же частоты, с которым сравнивают данный звук, Вт/м2; За Io принимают наименьшую интенсивность звука, которую воспринимает ухо человека на пороге слышимости (в среднем значение Io =10-12 Вт/м2).

В этом случае децибел (дБ) представляет собой такой уровень

интенсивности звука, при котором

 

 

10 lg

=1

(11.4)

Звуковым давлением р называют дополнительное переменное давление, возникающее в среде при прохождении через нее звуковых волн.

Уровень звукового давления. Так как интенсивность звука пропорциональна квадрату амплитуды колебаний А2, а звуковое давление —

первой степени амплитуды А, то при переходе от уровня интенсивности

 

звука к уровню звукового давления получим

 

 

Lp= 10 lg

2= 20 lg

,

(11.5)

где Lp - уровень звукового давления, дБ;

P - звуковое давление данного звука, Па;

Pо - звуковое давление, с которым сравнивают звуковое давление данного звука, Па; За Pо принимают наименьшее звуковое давление (порог), которое воспринимает ухо человека

в среднем значение Pо =2·105 Па).

Единицей уровней звуковых давлений служит также децибел.

138

В этом случае децибел представляет собой такой уровень звукового давления, при котором

20 lg (11.7)

Основным источником шума вентиляционных систем являются вентиляторы. Шум вентиляторов имеет аэродинамическую и механическую природу.

Аэродинамический шум связан с пульсациями скорости и давления Причиной механического шума вентилятора являются плохая

балансировка рабочего колеса, повышенные зазоры в подшипниках. Такой шум часто носит ударный характер. Обычно механический шум преобладает при относительно небольшой окружной скорости рабочего колеса, а при повышенной окружной скорости более заметен аэродинамический шум. Механический шум вентилятора практически не зависит от характеристики сети, с которой работает вентиля гор. На аэродинамический шум оказывает заметное влияние характеристика вентиляционной сети. У радиальных вентиляторов с лопатками загнутыми назад аэродинамический шум несколько ниже, чем у вентиляторов с лопатками загнутыми вперед.

Кроме вентиляторов, аэродинамический шум может генерироваться на плохо обтекаемых элементах воздуховодов (клапаны, диафрагмы, фасонные части, воздухораспределительные устройства), особенно при повышенной скорости движения воздуха.

Общий уровень звуковой мощности аэродинамического шума вентилятора Lw_o6щ, дБ, определяется отдельно для сторон всасывания и

нагнетания по формуле:

 

Lw_o6щ = + 251g P + 101g L + δ,

(11.8)

где - критерий шумности, зависящий от типа и конструкции вентилятора, дБ;

Р - полное давление, развиваемое вентилятором, Па; L - производительность вентилятора, м3/с;

δ - поправка на режим работы вентилятора, дБ.

139

Октавные уровни звуковой мощности вентилятора, передающиеся в вентиляционную сеть:

Lwi -вент = Lw_o6щ – L1 + L2,

(11.5)

где L1, L2- поправки, учитывающие тип вентилятора, частоту вращения рабочего колеса, октавную полосу частоты шума и сечение присоединенного воздуховода.

Подобные формулы имеются и для определения уровня шума, распространяющегося через корпус вентилятора.

Поставщики вентиляционного оборудования предоставляют компьютерные программы подбора вентиляторов, которые выдают уровни звуковой мощности в октавных полосах для конкретного режима работы выбранного вентилятора.

К физиологическим показателям оценки звука относятся:

а) высота тона; б) громкость (уровень громкости).

Высота тона определяется частотой колебаний: чем больше частота, тем выше тон.

Человек с нормальным слухом слушит звуки, генерируемые колебаниями от 20 до 20 000 Гц. Голос человека создает тоны от 80 до 1300 Гц. В музыке пользуются тонами от 30 до 4000 Гц. Ухо человека по-разному воспринимает звуки различных частот. Наиболее чувствительно оно к высоким тонам.

Интенсивность звука, воспринимаемая человеком, находится в пределах от 10 -12 до 10 Вт/м2. Нижний предел соответствует порогу слышимости, верхний — болевому порогу. Отношение верхнего предела слышимости к нижнему равно 1013.

Для связи физических и физиологических показателей оценки звука используют тон с частотой 1000 Гц, с уровнем которого сравнивают уровни звуковых давлений других равногромких звуков. Уровнем громкости (оцениваемой в фонах) данного звука называют уровень звукового давления, дБ, равногромкого с ним звука с частотой 1000 Гц.

140

11.2. Способы распространения шума

Шум, возникающий в вентиляционных установках, передается, в основном, следующими способами:

-по воздушной среде внутри воздуховодов в помещение через приточные

ивытяжные решетки или в атмосферу через воздухозаборные решетки приточных систем или через шахты вытяжных систем;

-через стенки транзитных воздуховодов в помещение, по которому они проложены;

-по воздушной среде, окружающей вентиляционную установку, к ограждающим конструкциям камеры и через них в смежные помещения.

Каждый из перечисленных путей передачи шума определяет соответствующие мероприятия, которые должны быть предусмотрены для уменьшения шума в помещениях с нормируемым уровнем звука:

1)применение малошумных вентиляторов (с наименьшим уровнем звуковой мощности);

2)выбор оптимальных режимов работы вентиляторов (в режиме максимального к.п.д.);

3)снижение сопротивление сети;

4)ограничение скорости воздуха в фасонных деталях сети воздуховодов;

5)применение воздуховодов из полимерных (пенопласт) материалов с улучшенными звукопоглощающими характеристиками;

6)применение звукопоглощающих материалов для внутренней облицовки воздуховодов и стен обслуживаемого помещения;

7)применение виброизолирующих оснований и гибких вставок вентиляторов;

8)применение глушителей шума. В зависимости от назначения системы устанавливаются вблизи вентилятора либо на всасывающей (вытяжные и рециркуляционные) либо на нагнетательной (приточные) линии.

Рис. 11.1 Схема камерного глушителя шума

141

Шумоглушители – устройства для снижения частоты колебания воздушного потока, перемещающегося по вентиляционной сети.

11.3. Классификация шумоглушителей

Шумоглушители делят на две категории: пассивные и активные.

Впассивных шумоглушителях используют звукопоглощающие материалы либо особенности поглощения и отражения звука от стенок глушителя.

Вактивных шумоглушителях используется встроенный источник звука, где создается звук с амплитудой, отстающей на половину длины волны от погашаемого звука. Из-за наложения волн происходит снижение уровня шума.

Из пассивных простейшей

конструкцией являются камерные глушители, где используется принцип наложения двигающейся и отраженной волн. Длина камеры составляет обычно половину длины волны шума. Недостатком этого вида ш. является способность глушить звук лишь небольшого числа близких по частоте видов шумов.

Установлено, что спектр шума вентиляторов находится в частотном диапазоне 15…5000 Гц. Для рассеяния звука всех частот этого диапазона применяют пассивные глушители диссипативного действия пластинчатые,

трубчатые и сотовые.

В качестве звукопоглощающего материала в таких ш. применяют маты из минеральной ваты, стеклоили базальтового волокна невысокой плотности (до 80 кг/м3).

Выбор типа шумоглушителя зависит от требуемого уровня снижения звукового давления, от скорости движения воздушного потока и от размера воздуховода.

142

Пластинчатые шумоглушители представляют собой прямоугольный канал, внутри которого расположен набор перфорированных пластин параллельно потоку воздуха из шумопоглощающих материалов. Толщина пластин может составлять от 100 мм и более. Боковые стенки выполнены либо из стального листа либо в виде звукопоглощающих пластин с толщиной в 50 % от рабочих пластин.

Рис. 11.2 Схема пластинчатого (1) и трубчатого (2) шумоглушителей

Fсв1 = В·Н; Fсв = n·Fсв1 = n·В·Н;

Fсв = π·d 2/ 4;

Fфр = Б·Н; Б = n·(А + В).

Fфр = π·(d + 2А) 2/ 4;

Размещают пластинчатые шумоглушители (1) обычно под потолком, соединяя с воздуховодами через конфузор и диффузор. В современных каркасно-панельных приточных установках ш. включают в состав приточных камер, что делает вентсистемы более компактными и универсальными в монтаже и обслуживании.

Трубчатые шумоглушители выполнен в виде перфорированного на некотором расстоянии воздуховода. Перфорированный участок обертывается тканью, поверх которой укладывается звукопоглощающий материал толщиной 100 мм, а затем – герметичный кожух. Подобные шумоглушители применяют в воздуховодах с поперечным сечением до 0,25 м2 (d ≤ 560 мм), т.к. при больших размерах воздуховодов наблюдается снижение шумопоглощающих свойств. Трубчатые шумоглушители монтируются как на горизонтальных, так и на вертикальных участках вентсистем, что приводит к значительной экономии

143

места в объеме помещения. Недостатком трубчатых глушителей является невысокая звукопоглощающая способность.

Сотовые шумоглушители

набираются из ячеек с размерами 500х500х500 мм с каналами для прохода воздуха. Ячейки заполнены звукопоглощающим материалом. Стенки каналов – перфорированные.

Рис. 11.3 Схема сотового

Необходимое по расчету количество

ячеек укладывается в общий кожух.

глушителя шума

 

Сотовые глушители размещаются обычно на полу венткамеры, т.к. имеют большую по сравнению с пластинчатыми массу. Подвод воздуха осуществляется сверху. Достоинством подобных глушителей является возможность их сборки в нужной конфигурации на месте монтажа. Вместе с тем они обладают серьезным недостатком – большой площадью для размещения.

11.4. Основы расчета шумоглушителей

Расчет шумоглушителей заключается в определении:

1. Суммарной площади поперечного сечения каналов для прохода воздуха (Fсв);

2.Длины шумоглушителя;

3.Аэродинамического сопротивления шумоглушителя.

1.Значение свободного сечения шумоглушителя, м2, должно быть не менее отношения секундного объемного расхода воздуха через шумоглушитель

кскорости,

Fñâ

 

L

,

(11.1)

 

 

υäîï

3600

 

 

 

144

где L – расход воздуха через шумоглушитель, м3/ч.

Значение допустимой скорости в глушителе υдоп, м/с, принимается по СНиП 23-03-2003 «Защита от шума» в зависимости от допустимого уровня

звукового давления LшА по шкале децибел А, дБА:

LшА = 30, 35, 40

υдоп = 4, 5, 6

2. Определяется необходимая длина глушения, стандартное значение которой должно быть не менее требуемого: l ≥ Lтр,

lтр =

Lтр

,

(11.2)

 

 

L

 

 

ш

 

где ∆Lтр – требуемое снижение уровня звукового давления в данной октавной полосе, дБ;

∆Lш – снижение уровня звукового давления в данной октавной полосе шумоглушителем на 1 м шумоглушителя, принимается в

зависимости от конструкции по справочнику, дБ/м.

Требуемое снижение уровня звукового давления определяется по выражению:

∆Lтр = Lш – Lш доп,

(11.3)

где Lш – звуковое давление, создаваемое источником шума в данной точке помещения;

Lш доп – допустимый уровень звука в помещении.

Звуковое давление, создаваемое источником шума в данной точке, рассчитывается по формуле:

Lш = Lш.о. −∆L1 +∆L2 −∆Lш.в. ,

(11.4)

где Lш.о. – общий осредненный уровень звукового давления, создаваемый источником звука;

∆L1 – поправка на распределение звукового давления по октавным полосам (определяется типом и частотой вращения вентилятора);

∆L2 – поправка на присоединение вентилятора к системе (всасывающая

145

или нагнетательная линия);

∆Lш.в. – поправка, учитывающая снижение звукового давления при движении воздуха по системе.

Общий осредненный уровень звукового давления, создаваемый источником звука, определяется по выражению:

Lш.о.=

 

ш +25 lgРвент +10 lgLв +Sш,

(11.5)

L

где Lш – критерий шумности, определяется экспериментально для каждого источника шума;

Рвент - давление, развиваемое вентилятором, кгс/м2;

Рвент = 1,1 · ∆Рс = 1,1 · (∑(Rlβш + Z)магист + ∑Роб);

Lв - расход вентиляционного воздуха, м3/с;

Sш – поправка на режим работы вентилятора.

Последовательность расчета шумоглушителей

1. По марке вентилятора и его назначению (приток или вытяжка) определяется общий осредненный уровень звукового давления:

Lш.о.= Lш +25 lgРвент +10 lgLв +Sш.

2. Рассчитывается уровень звукового давления в точке системы (на выходе в помещение) по зависимости (11.4), предварительно определив максимальное значение звукового давления по трем октавным полосам:

Lш = Lш.о. −∆L1 +∆L2 −∆Lш.в. .

3. Рассчитывается требуемое снижение уровня звукового давления по выражению (11.3):

∆Lтр = Lш – Lш доп.

4. Определяется требуемая длина шумоглушителя по зависимости (11.2):

lтр = Lтр .

Lш

5. Принимается стандартная длина шумоглушителя с соблюдением условия l ≥ lтр м.

146

6.Определяется допустимая скорость υдоп, м/с.

7.Рассчитывается общая площадь по формуле (11.1):

L

Fñâ υäîï 3600 .

Весь слышимый спектр частот разбит на 8 октавных полос со среднегеометрическими частотами: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Шумоглушитель при расчете и подборе конструируют методом последовательных приближений.

Задавшись высотой Н, подбор шумоглушителя осуществляют таким образом, чтобы размер Б был сравним с высотой Н. Приняв какую-то из конструкций с определенной длиной, проводят расчет с пункта 1 по пункт 7.

Определяют число шагов пластины с проходом по зависимости:

n = Fсв ,

Fсв1

Б = n · (А + В), Б ≈ Н, Fсв = В · Н.

Расчет сопротивления шумоглушителей

Для расчета сопротивления шумоглушителя необходимо знать сопротивление системы, следовательно, систему считают сначала без сопротивления шумоглушителя, затем подбирают шумоглушитель и пересчитывают сопротивление системы с шумоглушителем:

 

Ðø

 

 

 

+λ

 

 

l

 

 

υ

2

ρ ,

(11.6)

=

ξ

ø

òð

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dÃ

 

 

где ξш – коэффициент местного сопротивления (принимается по справочной литературе);

λтр – коэффициент сопротивления трения в глушителе,

147

принимается по справочной литературе в зависимости от гидравлического диаметра dГ, который определяется по геометрическим размерам одного канала (хода):

dà =

2 Â Í

 

;

 

 

(11.7)

 + Í

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fсв = n · Fсв1, Fñâ

 

L

 

υ =

Lâ

 

 

 

;

 

.

υ

 

3600

äîï

3600 F

 

 

 

 

 

 

 

ñâ

 

Аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети (системы):

∆Рс = ∑(Rlβш + Z)магист + ∑Роб.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1.Что такое звук? Физические показатели звука.

2.Физиологические показатели звука.

3.Способы распространения шума в вентиляционных сетях.

4.Активные и пассивные глушители шума.

5.Классификация шумоглушителей.

6.Основы расчета шумоглушителей.

7.Аэродинамическое сопротивление шумоглушителей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Богословский В.Н. Строительная теплофизика (Теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). Учебник для вузов – 2 изд. перераб. и доп.- М: Высшая школа. 1982. – 415 с., ил.

2.Богословский В.Н. Отопление и вентиляция: Учебник для вузов. В 2-х ч.

148

Ч. 2. Вентиляция /Богословский В.Н., В.И. Новожилов, В.Д. Симаков, В.П. Титов; Под ред. В.Н. Богословского.- М.: Стройиздат, 1976. – 439 с.

3. Богословский В.Н. Внутренние санитарно-технические устройства.

Ч. 1, Отопление / В.Н.Богословский, Б.А. Крупнов, А.Н. Сканави и др., Под ред. И.Г. Староверова и Ю.И. Шиллера. – 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1990. – 344с. ( Справочник проектировщика).

4.Богословский В.Н. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч. 3 Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн 1/ В.Н. Богословский, А.И. Пирумов, В.Н. Посохин и др.; Под ред. Н.Н. Павлова и Ю.И. Шиллера. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1992. – 319 с.: ил.- (Справочник проектировщика).

5.Богословский В.Н. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение Богословский В.Н., Кокорин О.Я., Петров Л.В. / Под. Ред. В.Н. Богословского.

М.: Стройиздат, 1985. – 367 с.

6.Каменев П.Н., Тертичник Е.И. Вентиляция. Учебное пособие.-М.: Изд-во АСВ, 2008.-624 с. 288 ил.

7.Нестеренко А.В. Основы термодинамических расчетов вентиляции и кондиционирования воздуха. – М.: Высшая школа, 1971. – 459 с.

8.Посохин В.Н., Сафиуллин Р.Г., Бройда В.А. Вентиляция. Учебное пособие/под общ. ред. проф. В.Н. Посохина.-М.: Изд-во АСВ, 2015.-624 с.

Е.С. Козлов

ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям, практическим занятиям и выполнению курсовой работы (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы)

для обучающихся по дисциплине Вентиляция и кондиционирование воздуха промышленных зданий, направление подготовки 13.03.01. Теплоэнергетика и теплотехника направленность (профиль) Промышленная теплоэнергетика

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65.

http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]