Теория основ систем микроклимата

Содержание 

                Введение

            1. Исходные  данные

            2.Расчет  теплопотерь  через   наружные  ограждения

            3.Расчет  поступления вредных  выделений в помещении

            3.1.Расчет  солнечной  радиации

            3.2.Расчет  тепловыделений  от  людей

            3.3.Расчет  влаговыделений  от  людей

            3.4.Расчет  газовыделений  от  людей

            4. Расчет  воздухообмена по  нормативной кратности

            4.1.Расчет  воздухообмена  для   буфета  в  теплый  период  года

            4.2.Расчет  воздухообмена  для   буфета  в  холодный  период  года

            5. Определение  воздухообмена   по  J-d  диаграмме

 5.1.Расчет  воздухообмена  для  спортивного зала  в теплый  период         года

 5.2.Расчет  воздухообмена  для  спортивного зала   в холодный     период года

6. УНИРС

        Список  используемой  литературы

                 Приложения А

1. Исходные  данные

    В соответствии  с заданием  расчетным  помещением  является спортивный зал в спортивном  корпусе,  находящийся  в г. Минске,  фасад здания ориентирован  на восток.  Расчетные  параметры   наружного  и  внутреннего  воздуха  принимаются  в  соответствии  [1]   и  J-d  диаграмме влажного  воздуха (см. прил. А). Принятые  расчетные  параметры  наружного  и  внутреннего  воздуха  заносим  в  табл.1  и  2  соответственно.

                 Таблица  1 -  Расчетные  параметры   наружного  воздуха 

                 Таблица 2 -  Расчетные параметры внутреннего воздуха 

2 Расчет  теплопотерь  через  наружные  ограждения

       Основные  теплопотери -  это  потери  теплоты  через  ограждающие  конструкции  зданий: стены,  окна,  двери,  потолки,  полы  над  подвалами  и  подпольями. Основные  потери  теплоты  Q_о, Вт,  через ограждающие конструкции зависят от  разности  температуры наружного и внутреннего  воздуха  и  расчитываются  с  точностью  до  10 Вт  по  формуле 

            Q_о =A*k*(t_в–t_н)*n,                                                           (1)   где   k – коэффициент теплопередачи ограждения,  Вт/м²*ºС;

                 A – расчетная поверхность ограждающей конструкции,  м²;

                  t _в  - расчетная температура   воздуха  помещения,  º С

                  t _н  - расчетная температура наружного воздуха ,  принимаемая по параметрам  Б,  ºС;

                 n  - коэффициент,  зависящий от  положения наружной  поверхности по  отношению к наружному воздуху.

                Дополнительные  теплопотери –  это  потери  на  ориентацию  ограждающей  конструкции,  на  высоту  помещения,  на  наличие   двух  и  более  наружных  стен,  на  неотапливаемые  полы,  на  инфильтрацию.

                В  жилых  и  общественных  зданиях  инфильтрация  происходит  через  окна,  двери,  ворота,  открытые  проемы,  щели,  стыки  световых  панелей.

                Рассчитать  расход  теплоты   на  нагревание  инфильтрирующегося  через  окна  воздуха  в   помещение  спортивного зала  №101  спортивного  корпуса,  расположенного  в  г.Минске.

Исходные  данные.

              1.Высота  здания  от  уровня  земли  до  верха   Н =9,94м.

              2.Высота  окна  -  3,6м

                 Расстояние  от  поверхности  земли   до  верха  окна  - 5,73м

        3. Окна  выполнены  из двойного остекления в раздельных переплётах

              4.Плотность  наружного воздуха холодной  пятидневки

                t =-24 ºC         ρ_н= 353/(273+t _н) = 353/ (273-24) = 1,42 кг/ м            (2)             

              5.Высота  двери 2,4 м,  ширина  двери 1,0м,  ширина  щелей  0,002м.

         6.Коэффициент учета изменения скоростного ветра в зависимости от  высоты  здания  принят   k_v = 0,4

             7.Коэффициент учета  влияния  встречного теплового потока  в конструк циях  равен   k _н =1

              8.Удельный  вес  наружного   воздуха

              t   =-24  ºC         γ _н =3463/(273+t _в) = 3463 / (273-24) = 19,91   Н/м   (3)         

              t   = 15  ºC         γ_в = 3463\(273+t _в) = 3463 / (273+15)=  12,02    Н/м (4)       

              9.Аэродинамические  коэффициенты  для  наветренной  и  заветренной  стороны    c _н =0,8     c_з =-0,6

              10.Скорость  ветра   v  =3,7 м\с

             11.Площадь  пола  527,5 м² 

Порядок  расчета 

1.Определяем  разность  давления  воздуха   на  наружную   и  внутреннюю  поверхность  ограждения.

              -для  окон:

            ∆Р_ок=(H-h)*(γ_н-γ_в)+0,5*v²*(c_н–c_з)*ρ_н*k_v                                                 (5)              

            ∆P_ок =(9,94 –6,38)*(19,91 -12,02)+0,5*3,7²*(0,8+0,6)*1,42*0,4=33,5 Па; 

              - для  двери:

         ∆Р_д=(H-h)*(γ_н–γ_в)+0,5*v²*(c_н–c_з)*ρ_н*k_v                                                 (6) ∆Р_д =(9,94-2,4)*(19,91-12,02)+0,5*3,7²*(0,8+0,6)*1,42*0,4= 64,93 Па; 

2.Расход  инфильтрирующегося  воздуха   в  помещении  через  неплотности

              -  для  окна:

            G_о=(0,216*∑A₁*∆Р⅔)/R_и                                                                         (7)      

            G_о = (0,216*131,2*33,5 ^⅔) / 0,42= 709,4 кг/ч

            -  для двери: 

          G_д=∑A_i*G_н*(∆Р_д/∆Р_о)^⅔+3456*∑А_з*√∆Р_о                                               (8)      

       G_д =2,4*6*(64,93/10)^⅔+3456*(2,4*2*0,002+1,0*2*0,002)*√10=199,1 кг/ч                          

3.Определяем  расход  теплоты  на  нагревание  инфильтрующегося  воздуха

              Q=0,28 *∑G*с_н*(t_в–t_н)*k                                                                     (9)     

              Q = 0,28 *(199,1+709,4)*1*(15+24)*0,8= 7936Вт

             Весь  расчет  теплопотерь   сводим  в  таблицу 3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 Расчет  поступления  вредных выделений  в помещении

3.1 Расчет  солнечной   радиации

         При  расчете    теплового  баланса здания  в  теплый  период  года  учитываются  совместные  действия  на  здание  солнечной  радиации  и  параметров  наружного  воздуха, а  также  суточная  периодичность поступления   теплоты  в  помещение, обуславливающая   не стационарность  всех  теплообменных  процессов.

         Необходимо  определить  максимум  избытков  теплоты  или  теплоты  и  влаги  в  помещении  при  расчетных  параметрах  наружного  воздуха   для  теплого  периода  года,  так  как  эта  величина  служит  в  большинстве  случаев  основанием  для  выбора  производительности  систем  вентиляции  и  кондиционирования  воздуха  и  расчета  сетей  системы. Поступление  теплоты  от  солнечной  радиации  учитывают  при  температуре  наружного  воздуха  10 ºС  и  выше. Общие  теплопоступления  в  помещение  в  теплый  период  складываются  из  теплоты  от  солнечной  радиации,  передаваемой  через  наружные  ограждения,  технологических  и  бытовых  тепловыделений  и  теплоты , вносимой  воздухом  от  систем  вентиляции  и кондиционирования. Теплопоступления  являются  переменными  во  времени

        Расчет  теплопоступлений  от  солнечной радиации  выполняется  на  ПЭВМ ( приложение  А)   по  общепринятой  методике.

             Данная  программа  обладает  рядом  преимуществ:

             - наиболее  точный  расчет;

             - графическое  и  табличное   представление  результатов   расчета;

             - визуальный  просмотр  полученных  результатов;

             - проверка  на  теплоинерционность  конструкции;

             - коэффициент,  учитывающий  наличие  прослойки;

             - возможность  обновления  программы   и  базы  данных.             
 

3.2  Расчет  тепловыделений  от  людей

Выделение  тепла  и влаги людьми от затрат ими энергии  и температуры воздуха в помещении. Для расчётов необходимо использовать данные приведённые в таблице 2.2 стр. 20 В.П. Титов. Принято считать, что женщины выделяют 85 % , а дети в среднем 75 % тепла и влаги выделяемых мужчинами.

Тепловыделения  определяются    по  формуле :                                    

                   Q  = q_н*n *k  + q _н *n₁*k₁   +q_н *n₂ *k₂ ;                                      (10)                 

      где   q _н - явные или полные  тепловыделения  одним человеком, Вт;

               n , n ₁,n₂ – соответственно  мужчины, женщины, дети;

               к, к _{1  ,}к ₂ – поправочные  коэффициенты, соответственно  равны 1;0,85;0,75;

  Холодный  период    t_в=15ºС 

                    Q_я = 122*20*1 + 122*15*0,85 + 122*15*0,75=5368Вт;

                    Q_п = 157*20*1 + 157*15*0,85 +157*15*0,75=6908 Вт 

  Теплый  период    t_в=26ºС 

                    Q_я =64*20*1 + 64*15*0,85 + 64*15*0,75= 2816Вт;

                    Q_п =145*20*1 + 145*15*0,85 +145*15*0,75=6380 Вт 

 Полученные  значения  теплопоступлений  от  людей   записываем  в таблицу 4.

3.3  Расчет  влаговыделений  от  людей 

                       W=w*n*k+w*n₁*k₁+w*n₂*k₂;                                                      (11)     

  где  w – влаговыделения  одного  человека,   г/кг

        n , n ₁,n₂ – соответственно  мужчины, женщины, дети;

          к, к _{1  ,}к ₂ – поправочные  коэффициенты, соответственно  равны 1;0,85;0,75;

 Холодный  период     t_в=15ºС 

            W = 55*20*1 + 55*15*0,85 +55*15*0,75 = 2420 г/час 

 Теплый  период     t_в=26ºС 

            W = 115*20*1 + 115*15*0,85 +115*15*0,75=5060 г/час

Полученные  значения    влаговыделений  от  людей  заносим  в  табл.4 

3.4  Расчет  газовыделений   от  людей

 Количество  выделяемого  людьми  углекислого  газа  определяется по формуле:

                      G _СО2 =g _СО2*n* k+ g _СО2 *n₁*k₁ + g _СО2 *n₂*k₂ ;                         (12)                                         

где  g_СО2  - количество  углекислого газа,  выделяемого одним человеком, л/час, принимаемый по таблице 2.2

      n , n ₁,n₂ – соответственно  мужчины, женщины, дети;

       к, к _{1  ,}к ₂ – поправочные  коэффициенты, соответственно  равны 1;0,85;0,75;

            G _СО2 =25*20+25*15*0,85+25*15*0,75=1100 л/час

 Полученные  значения  газовыделений  от  людей  заносим  в  таблицу 4. 
 
 
 
 

Таблица 4 –  Тепловой  баланс  влаго-  и газовыделений для спортивного зала

4. Расчет  воздухообмена  по  нормативной  кратности

      При  определении  воздухообмена  по  кратностям  исходят  из  того,  что  современные  нормы  строительного  проектирования  приводят  к  тому,  что  происходит  некоторая  стандартизация  соотношения  между  источниками  выделения  вредностей  и  кубатурой  помещения.

     Для  упрощения  проектирования  для  ряда  помещений  различного  назначения  пользуются  данными  о  необходимой  кратности  воздухообмена,  определяемой  путем  расчета.

     Кратность  показывает,  какое  количество  воздуха  в  течении  часа  и  сколько  раз  сменится  в  объеме  помещения.

     Для  всех  помещений  проектируемого  объекта ,  кроме  расчетного,  воздухообмен  допускается  определять  по  нормативной  кратности.

    Воздухообмен  в помещении определяется

                                          L = k*V          (13)

            где   L – расчетный воздухообмен;

                    V – внутренний  объем помещения;

                    k – нормативная кратность воздухообмена по  притоку или вытяжке, принимается  по  справочным  данным  в  зависимости  от  назначения  помещения.

             Расчет  воздухообмена  по  кратностям  сводим  в  таблицу  5. 
 
 
 
 
 
 
 

5.  Определение воздухообмена по  J-d  диаграмме

5.1 Расчет  воздухообмена  для  спортивного зала  в теплый  период  года

       Расчет  воздухообмена  начинаем  с  построения  на  J-d  диаграмме схемы процесса  вентиляции  в  следующей  последовательности:

           1)Определяем  температуру  воздуха  ,  уходящего  из  верхней  зоны  помещения

                            t _ух =t_в +t*(h_п.–h _о.з.)                                                               (14)      

          где     t –рост температуры по  высоте  помещения ,  принимается в зависимости   от  удельной  напряженности  помещения,  которая  определяется:

                                q=∆Q_я/V                                                                              (15)     

                    V -  внутренний  объем помещения

                                    q = 2816 /124*208,4*552,5= 1,82      →      t = 0,5ºС

                                    t _ух = 26+0,5*(8,4-2,0) =29,2 º С

          2) Определяем  величину  углового  коэффициента  луча  процесcа ε     по следующему  выражению :

                               ε=(∆Q_п*3,6)\W                                                                     (16)                                   

                               ε = 6380*3,6/5,06=4539 кДж\кг

           3) Наносим на J-d диаграмму точку  Н,  соответствующую  параметрам  наружного  воздуха  в  теплый  период  и  проводим  через  эту точку луч процесса (соединяем с 0 и параллельно  переносим  в  точку  Н). Пересечение  луча  процесса,  проведенного  из  точки  Н  с  изотермами   t  =26ºС  и  t  =29,2ºС. Определяем  положение  точки  В  и  точки  У,  соответствующих  параметрам  внутреннего  и  уходящего  из  помещения  воздуха.  Точку  П,  соответствующую параметрам приточного воздуха, получаем путем  поднятия  от  точки  Н  по  лучу  процесса  вверх  на  1º С.

                Отрезок  НП  характеризует   нагрев  воздуха  в  вентиляторе.  Параметры  базовых  точек   заносим  в  таблицу  5. 

   Таблица  6 – Параметры воздуха в базовых точках  в теплый  период  года 

            4) Определяем  величину  воздухообмена  L, м³/час  по  количеству  вредных выделений (избытки теплоты, влаги,  газа). Расчет  производим  по  следующим данным:

           - по  избыткам  полной  теплоты   в  помещении:

                           L_п =(3,6*∆Q_п)/(J_у–J_п)*ρ ,                                                 (17)    где  J_у ,J_п   - удельная  энтальпия удаляемого  и приточного  воздуха  соответственно  из  табл.5

                          ρ=353/(273+t_в)=353/(273+26)1,2;                                            (18)      

                          L = (3,6* 6380)/( 68 - 56)*1,2 = 1595  м³/ч

          -  по  избыткам  явной теплоты:

                         L_я=(3,6*∆Q_я)/(t_ух–t_п)*ρ                                                              (19)      

                         L _я = (3,6*2816)/(29,2-24)*1,2 = 1625м³/ч

          -  по  избыткам  влаги:

                        L_вл= (1000*W)/(d_у-d_п)*ρ;                                                           (20)             

          где   d – влагосодержание

                        L_вл =(1000*5,06)/(15,2-12,6)*1,2 = 1622 м³/ч 
 

         - по  газовыделениям  (CO₂)                                             

                          L_СО2=G_СО2/(c_у–c_п);                                                                      (21)      

          Где   с_у, с_п  - концентрация  газа  в удельном  и приточном воздухе соответственно: 

                   с_п -  в зависимости от  населенного пункта,  равна   0,4;

                   с _у   -  в зависимости от  назначения  помещения,  равна 2.

                              L_СО = 1100/(2-0,4)=688   м³/ч

          5) Величину  воздухообмена из  расчета минимального  количества  наружного воздуха определяют  по  формуле:

                              L_min=n*L_CH                                                                          (22)             

          Где  L = 20 м³/ч – минимальная санитарная  норма наружного воздуха;

                   n – количество  людей.

                               L _min =50*20=1100 м³/ч

              За  расчетный  принимаем  наибольший  воздухообмен из расчета выше

                                         L _расч = L_я = 1625 м³/ч 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.2  Расчет  воздухообмена  для спортивного зала  в холодный  период  года

    Расчетный  воздухообмен  в  спортивном зале  для теплого периода года  составляет  L _расч = 1625 м³/ч,  его  мы  принимаем  и  для  холодного  периода  года. Построение  схемы  процесса  вентиляции  на  J-d диаграмме выполняем в следующей  последовательности.

1. Определяем  температуру  воздуха,  уходящего  из  верхней  зоны  помещения

                           q = 5368/124*208,4*552,5= 3,48   →     t=0,5ºС

                           t _у = 15+0,5*(8,4-2)=18,2  ºC

2. Определяем  величину  углового  коэффициента  луча  процесса  в  помещении

                          ε = (∆Q_п*3,6)/W= (6908*3,6)/2,42 = 10276 кДж;               (23)                

3. На  J-d  диаграмме наносим характеристику  начального  состояния  воздуха  в т Н (табл.1)
4. Определяем  ассимилирующую  способность  приточного  воздуха  по 

влаге

                          ∆d = (1000*W)/G_в                                                                    (24)       

где  G_в   - количество  приточного  воздуха  в  холодный  период  года

                      G_в=L_расч*ρ_н = 1625 *1,2=1950 м³                                                (25)             

                      ρ _н = 353/(273+  t_в ) = 353/ (273+15)=1,2                                   (26)