Вентиляция. 2

 

Введение

 

     Целью выполнения  курсового проекта является усвоение  теоретического материала, получение навыков проектирования и расчета системы вентиляции. Приобретение опыта работы со справочной, нормативной и специальной литературой.

     Курсовой  проект состоит из расчетной и графической частей.

     Расчетно-пояснительная  записка  содержит следующие  разделы:

1.  Исходные данные.

2.  Определение воздухообменов.

3.  Конструирование  систем вентиляции.

4.  Аэродинамические  расчеты систем вентиляции.

5.  Акустический расчет системы приточной вентиляции.

     Графическая  часть проекта состоит из 2 листов  чертежей и  содержит планы  первого этажа, второго этажа,  чердака и аксонометрические схема систем П1, В1, В2, выполненные в масштабе 1:100. А также схема приточной вентиляционной камеры типа 1 ПК25, выполненная в масштабе 1:20. Все конструкции и детали здания вычерчены тонкими линиями, а элементы систем вентиляции - более толстыми.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ

 

Вариант №9/1, план №19.

 

Характеристика  здания. Место строительства.

Расчетные параметры  теплоносителя.

Место строительства: г. Волгоград.

Здание: Пошивочное отелье.

Географическая широта: 48⁰ С.Ш.

Барометрическое давление: 99 кПа.

Ориентация здания: С.

Параметры теплоносителя: 95, 70 ⁰С.

таблица 1.1

Расчетные параметры  наружного воздуха

 

Период года	Температура text, 0С	Энтальпия Iext, кДж/кг
Холодный	text = -25	Iext = -23,9
Переходные условия	10	26,5
Теплый	text = 28,7	Iext = 55,3

 

таблица 1.2

Расчетные допустимые параметры внутреннего воздуха

 

Период года	Температура воздуха, 0С	Скорость движения воздуха, м/с	Относительная влажность воздуха, j %
Холодный и переходные условия	22	0,1	60
Теплый	31,6	0,2	60

 

    

2. РАСЧЕТ И  ОРГАНИЗАЦИЯ ВОЗДУХООБМЕНА

 

2.1. Определение  выделений теплоты, водяных паров и вредных веществ

 

     Определение  количества теплоты, поступающей  в помещение  от солнечной радиации, для теплого периода года (расчетный час 13-14):

- для освещенных проемов:

q_осв = (q_пр + q_р.осв)К₁К₂ = (317+88)×0,45×0,9 = 164,025 Вт/м²,

- для затененных проемов:

q_осв = q_р.затК₁К₂ = 59×1,05×0,9 = 55,755 Вт/м²,

где: К₁ – коэффициент, учитывающий затенение светового проема и загрязнение                      атмосферы;  К₂ – коэффициент, учитывающий загрязнение стекла.

     Определение максимального теплового потока от солнечной радиации Q_макс, поступающего в помещение:

Q_макс = (q_осв× F_осв + q_зат × F_зат )× β_сз = (164,025×12,8 +55,755×12,8)×0,9 = 2531,2 Вт.

где: F_осв – площадь освещенных проемов,( F_осв =12,8м²),   F_зат – площадь затененных проемов,( F_зат =12,8м²),  β_сз – коэффициент солнцезащиты = 0,9.

    

Определение количества поступающего тепла от солнечной радиации, расходуемого на нагревание ограждающих конструкций:

где: m – коэффициент, учитывающий теплопоглощение и зависящий от материала основного слоя ограждения; m_пл = 0,48, m_пт = 0,48, m_ст = 0,41, m_ст = 0,5.

 

     Количество  теплоты, поступающей  в помещение  от осветительных приборов:

ТПГ: Q_{осв =} 20×F, где F – площадь пола помещения, м²;

Q_{осв =} 20×12×14,4= 3456 Вт;

ХПГ, ПУ: Q_{осв =} 25×F, где F – площадь пола помещения, м²;

Q_{осв =} 25×12×14,4= 4320 Вт;

 

     Выделение  теплоты, влаги  и двуокиси  углерода человеком зависит от  рода деятельности, температуры  и подвижности воздуха.

 

таблица 2.1

Количество теплоты, влаги и двуокиси углерода, выделяемых человеком при легкой работе

 

Параметры	Теплый период twz=31,60C	Холодный период и переходные условия twz=22 0C
Теплота, Вт:     явная                          полная	28,8 145	86 148
Влага, г/ч	166	91
СО2	25	25

 

Теплопоступления от людей явные:

ХПГ: Q^л =86×12×0,85=877 Вт;

ПУ: Q^л =86×12×0,85=877 Вт;

ТПГ: Q^л =28,8×12×0,85=294 Вт.

Теплопоступления от людей полные:

ХПГ: Q^л_hf =148×12×0,85=1510 Вт;

ПУ: Q^л_hf =148×12×0,85=1510 Вт;

ТПГ: Q^л_hf =145×12×0,85=1479 Вт.

Теплопоступления от электродвигателей:

Q_эл=3000 Вт.

Поступления вредных  веществ:

ХПГ: W =91×12×0,85=930 Вт;

ПУ: W =91×12×0,85=930 Вт;

ТПГ: W =166×12×0,85=1695 Вт.

ХПГ: G =25×12×0,85=255 Вт;

ПУ: G=25×12×0,85=255 Вт;

ТПГ: G =25×12×0,85=255 Вт.

 

Результаты определения значений выделяющихся вредных веществ и теплоты для расчетного помещения представлены в таблице 2.2.

таблица 2.2

Выделение вредных  веществ и теплоты

 

Период  года	Теплопоступления, Вт							Поступления вредных  веществ, г/ч
	Солнечная радиация Qс	Осве-щение Qосв	Электро-двигатели Qэл	От людей		Расчетные (всего)		Влага W	CO2 G
				явные, Qл	полные, Qлhf	явные, Q	полные, Qhf
Холодный	-	4320	3000	877	1510	8197	8830	930	255
Переходные условия	-	4320	3000	877	1510	8197	8830	930	255
Теплый	1203	3456	3000	294	1479	6750	7935	1695	255

    

     Примечание: В курсовом проекте в тепловом балансе помещений в холодный период года теплопотери через ограждающие конструкции и затраты теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха не учитываются. Все теплопотери компенсируются теплоотдачей отопительных приборов.

 

 

2.2. Организация воздухообмена

  

     В данном проекте  для здания гражданского назначения  организован воздухообмен по схеме сверху вверх [6,14]. Приточный воздух распределяется по верхней зоне. Удаление загрязненного воздуха осуществляется из верхней зоны через отверстия в стенках вытяжных воздуховодов. В вытяжных отверстиях устанавливаются вытяжные решетки типа Р.

 

 

 

 

2.3. Выбор расчетных значений  температур

 приточного и удаляемого  воздуха

 

     Значения температур приточного и удаляемого воздуха зависят от периода года и принятой схемы организации воздухообмена, в данном случае сверху вверх. Выбор расчетных значений температур приточного и удаляемого воздуха производится следующим образом.

Подача приточного воздуха t_in, ⁰C.

• для холодного периода: t_in = t_wz^min – (3…5) = 22 – 4 = 18 ⁰C, т.к. к струе приточного воздуха подмешивается на пути ее развития более теплый окружающий воздух.
• для переходных условий: t_in = t_ext + (1,5…2) = 16 + 2 = 18 ⁰C, т.к. приточный воздух, проходящий по воздуховодам в помещение, нагревается на 1,5…2⁰C.
• для теплого периода: t_in = t_ext = 28,7 ⁰C.

Удаление воздуха t_l, ⁰C.

• для холодного периода и переходных условий: t_l = t_in + К_t(t_wz – t_in) =               = 18 + 1(22 – 18) = 22 ⁰C, следовательно t_l = 22 ⁰C (по условию).

К_t – коэффициент воздухообмена по теплоизбыткам.

• для теплого периода: t_l = t_in + К_t(t_wz – t_in) = 28,7 + 1(31,6 – 28,7) = 31,6 ⁰C

 

таблица 2.3

Расчетные значения температур приточного и удаляемого воздуха

 

Период года	Расчетные температуры
	tin	tl
Холодный	18	22
Переходные условия	18	22
Теплый	28,7	31,6

 

 

 

2.4. Определение  воздухообмена для расчетного  помещения по выделениям

 

2.4.1. По избыткам  явной теплоты М_h, кг/с.

     где: Q – избыточные явные тепловыделения, Вт; с – удельная теплоемкость воздуха, с = 1000 Дж/(кг ×⁰С); t_l – температура удаляемого воздуха, ⁰C;  t_in - температура приточного воздуха, ⁰C.

для холодного периода:

 кг/с;    м³/ч;

для переходных условий:

 кг/с;    м³/ч;

для теплого периода:

 кг/с;   м³/ч.

2.4.2. По массе выделяющихся  вредных веществ СО₂.

     где: G – масса каждого из вредных веществ, поступающих в воздух помещения, г/ч; q_l и q_in – концентрации вредного вещества в удаляемом и подаваемом воздухе, г/м³ (q_l – для учреждений = 2,0 г/м³, q_in – для больших городов = 0,8 г/м³).

для всех периодов года:

 м³/ч.

2.4.3. По избыткам  полной теплоты М_hf, кг/с.

     где: Q_hf – избыточные полные тепловыделения в помещении, Вт; I_l и I_in - энтальпия удаляемого и подаваемого воздуха в помещении, кДж/кг (по I-d диаграмме).

для холодного периода:

кг/с;  м³/ч;

для переходных условий:

 кг/с;  м³/ч;

для теплого периода:

 кг/с;  м³/ч;

 

2.4.4. По избыткам влаги (водяного пара) М_w, кг/ч:

     где: W – избытки влаги в помещении, г/с; d_l и d_in – влагосодержание воздуха, удаляемого и подаваемого в помещении г/кг (по I-d диаграмме).

для холодного периода:

кг/ч; м³/ч; ;

для переходных условий:

 кг/ч;   м³/ч;  ;

для теплого периода:

 кг/ч;  м³/ч; 

.

 

таблица 2.4

Воздухообмен  для расчетного помещения

 

Период года	Расход приточного воздуха, м3/ч
	по избыткам явной теплоты Lh	по избыткам полной теплоты Lhf	по избыткам влаги Lw	по массе выделяющихся вредных веществ LСО2
Холодный	6150	5887	7750	213
Переходные условия	6150	6600	7750	213
Теплый	6990	7440	2119	213

 

Примечание: За расчётный воздухообмен принимаем расход приточного воздуха по избыткам полной теплоты в летний период: L_h=7440 м³/ч;

 

2.5. Расчет по  нормируемой кратности воздухообмена

 

     Расчет  по нормируемой кратности воздухообмена  применяется для помещений, для которых по соответствующим СНиПам даны кратности воздухообмена по притоку и вытяжке:

L = V_p × n,

     где: V_p – расчетный объем помещения, м³; n – нормируемая кратность воздухообмена, ч ^-1.

 

2.6. Воздушный  баланс здания

 

     Значения  воздухообменов для расчетного  помещения как по притоку, так и по вытяжке, принимается максимальным из вычисленных, L = 7440 м³/ч. Для остальных помещений по кратностям воздуха.

Значения воздухообменов для помещений, одноименных с  расчетным, вычисляются по кратностям воздухообмена, определенных для расчетного помещения.

Определяются суммарные  объемы притока и вытяжки и составляется воздушный баланс.

 

 

 

 

 

таблица 2.5

Воздушный баланс здания

 

№ помещения	Наименование помещения	Объем помещения, м3	Приток		Вытяжка		Примечания
			nп, ч-1	Lп, м3/ч	nв, ч-1	Lв, м3/ч
Первый этаж
101	Вязальный цех	59,4	2	120	2	120
102	Вязальный цех	118,8	2	240	2	240
103	Хоз. комната	59,4	-	-	1	60
104	Приточная камера	59,4	2	120	-	-
105	Сан.узел	59,4	-	-	-	400	100 м3/ч на 1 кабинку
106	Сан.узел	59,4	-	-	-	400	100 м3/ч на 1 кабинку
107	Коридор	213,84	-	+1180	-	-	по балансу
108	Хоз. комната	59,4	-	-	1	60
109	Склад	118,8	-	-	1	120
110	Буфет	118,8	2	240	3	360
111	Буфет	59,4	2	120	3	180
112	Контора	59,4	3,5	210	2,8	170
113	Гардероб	59,4	-	-	2	120
	Итого по 1-му этажу:			Σ 2230		Σ 2230
Второй этаж
201	Примерочная	59,4	2,5	150	2	120
202	Закроечная	118,8	2	240	2	240
203	Пошивочный цех	570,24	-	7440	-	7440	по расчету
204	Хоз. комната	59,4	-	-	1	60
205	Зав. ателье	118,8	3,5	420	2,8	335
206	Ремонтная мастерская	59,4	2	120	3	180
207	Прием заказов	59,4	-	-	0,5	30
208	коридор	95,04	-	+35	-	-	по балансу
				Σ 8405		Σ 8405

Σ10635                    Σ10635

 

 

 

 

 

3. Конструирование  систем вентиляции

 

3.1. Расчет приточных  струй

     При организации  воздухообмена в расчетном помещении применена II схема воздухораспределения. Эта схема предусматривает раздачу приточного воздуха горизонтальными компактными настилающимися на потолок струями. Схема характеризуется относительно невысоким коэффициентом эффективности воздухообмена при удовлетворительной равномерности распределения параметров воздушной среды.

Выбор и расчёт систем воздухообмена

3.1.1 Исходные данные

• категория тяжест и работ – І
• схема организации воздухообмена, для которого определена величина воздухообмена приточного воздуха – «сверху - вверх»
• высота помещения Hп= 3,6 м, размеры помещения в плане
• А1*B1= 12*14,4 м²
• расход приточного воздуха - 7440 м³/ч=7440/3600=2,07м³/с;
• температура приточного воздуха tin=28,7°C
• нормируемая допустимая температура воздуха в рабочей зоне twz=31,6°C
• нормируемая скорость воздуха в рабочей зоне Vwz=0,2м/с;

 

3.1.2 Выбор схемы подачи приточного воздуха и типа воздухораспределителя.

Выбор схемы подачи приточного воздуха зависит от высоты помещения, а также его назначения. Выбираю  схему подачи приточного воздуха в верхнею зону, горизонтальными   настилающимися на потолок струями. По таблице 2.2 выбираем регулировку решётки на создание компактной струи (mо=6,3, nо=5,1) и с учётом настилания (кнас=1,4) - m=8,82, n=7,14.

Принимаю воздухораспределители  типа РВ3.

 

3.1.3 Допустимые параметры струи на входе в рабочую зону   

Определим допустимые отклонения скорости Vxдоп и температуры воздуха txдоп на оси струи на входе в рабочую зону от нормируемых величин для рабочей зоны Vwz:

Vxдоп<=kVwz=1,4*0,2=0,28 м/с ,

где:

k- коэффициент  перехода от нормируемой скорости движения воздуха к максимальной скорости воздуха в струе, определяется по [14, табл. 2.3] в зависимости от категории тяжести работ, производимых в расчетном помещении, k = 1,4

Допустимая  температура воздуха на оси струи tx

txдоп>=twz+Dtдоп=31,6-2 = 29,6°С,

где:

Dtдоп- допустимое отклонение температуры воздуха на оси струи от температуры воздуха в рабочей зоне, °С, принимается по [14, табл. 2.4]

Важно, чтобы  параметры струи в рабочей  зоне не превышали допустимых, тогда люди будут чувствовать себя наиболее комфортно.

 

3.1.4 Выбор типоразмера и количества воздухораспределителей

Выбор типоразмера  и количества воздухораспределительных решеток зависит от необходимого воздухообмена помещения. Принимаем величину начальной скорости в присоединительном патрубке 5 м/с. Найдем суммарную площадь всех воздухораспределителей SF0=Lin/V₀доп=2,07/5=0,414 м²

Близкую по значению суммарную расчетную площадь  можно обеспечить установкой 4 воздухораспределителей типа РВ3 с F₀=0,1 м²,

mо = 6,3, nо = 5,1, x=1,3, В_охL_o = 250х400 мм.

Решётки устанавливаются  на одинаковом расстоянии под потолком.

Фактическая скорость в подводящем патрубке:

 

V₀=Lin/(N*F₀)=2,07/(4*0,1)=5,2 м/с

 

3.1.5 Уточнение расчетной схемы струи и подбор воздухораспределительных решеток

Необходимо  уточнить схему установки воздухораспределителей с учетом их габаритов и рассчитать траекторию оси струи и ее длину  x от воздухораспределителя  до входа в рабочую зону. При этом определяются также величины коэффициентов неизотермичности Кit и Кtn, настилания Kнас, стеснения Кст, взаимодействия Квз. Струя из РВ движется несвободно, на нее оказывают влияние соседние струи, потолок, т.д., все это может привести к увеличению скорости движения и температуры воздуха в рабочей зоне. После расчета коэффициентов определяем фактическую скорость движения воздуха в рабочей зоне.

Схема развития струи приведена в приложении

Определим расстояние, на котором настилающаяся струя  холодного воздуха может оторваться от потолка.

Начальная разность температур воздуха Dt₀=t_wz-t_in=31,6-28,7=2,9°C , расчетный диаметр d₀=1,13F₀^0.5=1,13*0,1^0.5=0,36 м.

Значение числа Архимеда найдем по формуле:

Ar₀=(gd₀Dt₀)/(V₀²T_окр)=(9,81*0,36*2,9)/(5,517²*(273+31,6))=0,001255=12,55*10^-4

Тогда х отрыва:

x_отр=0,55md₀(nAr₀)^-1/2=0,55*8,82*0,36*(7,14*12,55*10^-4)^-1/2=18,45м

При выпуске  воздуха параллельно стене длиной В₁=12м струя достигнет противоположной стены, х_отр>В₁

Струя расширяется  на участке до первого критического сечения. Это расстояние составляет для компактной струи:

x₁=0,25mF_n^1/2,

где F_n-площадь помещения в поперечном к струе направлении, приходящаяся на одну струю:

F_n=A₁H_n/N=14,4*3,6/4=12,96 м²,

тогда                                x₁=0,25*8,82*12,96^1/2=7,94 м

Аналогично  определяем расстояния для остальных критических сечений

x₂=0,32*8,82*12,96^1/2=10,16 м;

x₃=0,4*8,82*12,96^1/2=12,7 м;

x₄ =0,58*8,82*12,96^1/2=18,4 м

Определим также  интенсивность расширения струи  до первого критического сечения. Воспользуемся выражением для скоростного коэффициента, из которого найдем:

tga_0,5V=0,67/m₀= (0,67/6,3)= 0,106

Радиус границ струи в первом критическом сечении:

R₁=x₁tga=7,94*0,67=5,3 м

Расчетная длина  оси струи от воздухораспределителя  до входа в рабочую зону (по поверхности ограждающих конструкций) составляет:

x=(12-1)+(3,3-1,5)=12,8 м

 

Число Архимеда для струи на входе в рабочую  зону:

Ar_x=(n/m²)(x/d₀)²Ar₀=(7,14/8,82²)*(12,8/0,36)²*12,55*10^-4=0,146

Коэффициент неизотермичности для расчета температуры воздуха:

K_it= (1+2,5Ar_x) ^1/3= (1+0,146*2,5)^1/3=1,109; K_iv=1

Расстояние между воздухораспределителями l₀=3,6м, x/l₀=12,8/3,6=3,5<5,

поэтому коэффициент взаимодействия струи Kвз=1

Определим коэффициент  стеснения струи K_ст.

f=F₀/F_n=0,1/172,8=0,000578

Так как f<0,0012, то К_ст=1

Коэффициент стеснения для проточных компактных струй находим по соотношению:

Максимальная  скорость воздуха в струе на входе  в рабочую зону:

V_x=V₀m((F₀)^0,5/x)K_itK_взK_ст=5,175*8,82((0,1)^0,5/12,8)*1,11*1*1,0024=1,25 м/с,

что больше допустимой скорости воздуха V_{x доп}=0,28 м/с.

Максимальная  скорость воздуха в обратном потоке:

V_обр=0,78V_o(F_o/F_n)^0,5=0,78*5,175(0,1/172,8)^0,5=0,097< V_{x доп}=0,28 м/с.

Избыточная  температура воздуха в обратном потоке:

Dt_обр=1,4Dt₀(F₀/F_n)^0,5=1,4*2,9(0,1/172,8)^0,5=0,097°С,

что не превышает допустимого отклонения Dt_{x доп}= -2°С.

Потери давления в воздухораспределителе определяются как:

DP_вр=zrV₀²/2=1,3*1,2*(5,175)²/2=20,89 Па,

где z- коэффициент местного сопротивления, согласно [14, табл. 2.2].

Далее подбираем  решетки для каждого помещения в здании.

 

 

3.2.Расчет калориферов  типовых приточных камер

Целью расчета является  определение требуемого количества калориферов, их модели, типоразмера и схемы подключения теплоносителя для компоновки секций подогрева.

Исходные данные для  расчета:

• объемный расход нагреваемого воздуха:  L_п = 10635 м³/ч;
• начальная и конечная температуры воздуха: t_н = -25 ⁰С, t_n = 18 ⁰С;
• температуры теплоносителя в подающей и обратной магистралях: t_г = 95 ⁰С, t_о = 70 ⁰С.

1) В зависимости от  объемного расхода нагреваемого воздуха L = 10635 м³/ч, выбирается приточная камера 1 ПК 25.

2) Определяется необходимая площадь живого сечения калориферов по воздуху:

, м²;

где: - плотность воздуха, кг/м³; t_н – температура воздуха после калориферов; Vρ = 8 кг/м² ×с – массовая скорость воздуха;

 м².

3) Пользуясь техническими  характеристиками калориферов [12] и исходя из необходимой площади живого сечения f₁, принимается два калорифера КВС-7-П      (n₃ = 2), устанавливаемых в одном ряду калориферной секции и находится действительная площадь живого сечения f = 0,2048 ×2 = 0,4096 м².

4) Определяется действительная  массовая скорость воздуха в  калориферах:

 кг/м² ×⁰С.

5) Рассчитывается расход  теплоты на нагревание воздуха:

Вт;

Вт;

где: с = 1005 Дж/кг ×⁰С – теплоемкость воздуха.

Определяется коэффициент  теплопередачи калориферов:

 Вт/м² ×⁰С;

где: А = 19,72; m = 0,13 – для калориферов КВС-П; n₁ = 0,32; W – скорость воды, м/с.

При скорости воды W = 0,2 – 0,5 м/с значение W^m будет приблизительно равно 0,8877.

 Вт/м² ×⁰С.

Находится необходимая  площадь поверхности нагрева  калориферной установки:

 м²

6) Определяется общее число устанавливаемых калориферов:

 шт.;

 

где: F_к – площадь поверхности нагрева одного калорифера выбранной модели, F_к = 16,92 м².

7) Определяется количество  проходящей воды через калорифер:

 м³/с

где: n₂ – число калориферов, подсоединяемых параллельно по теплоносителю;

с_в = 4190 Дж/кг × ⁰С – теплоемкость воды.

Находится скорость воды в трубках калориферов:

 м/с;

где: f_тр – площадь проходного сечения трубок калориферов, м².

Значение скорости находится  в оптимальных пределах 0,2 – 0,5 м/с.

8) Действительная площадь  поверхности нагрева калориферной  установки равна:

 м².

Запас площади поверхности нагрева составит:

.

9) Определяется сопротивление  калориферной установки проходу  воздуха:

 Па;

где: В = 2,16; z = 1,65 – для калориферов КВС-П.