10281
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Е.С. Козлов
ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям по дисциплине «Теплогазоснабжение и вентиляция»
для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов
Нижний Новгород
2016
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Е.С. Козлов
ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям по дисциплине «Теплогазоснабжение и вентиляция»
для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение
Нижний Новгород ННГАСУ
2016
УДК 697.9
Козлов Е. С. Основы вентиляции [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. / Е. С. Козлов; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 150 с; ил. 50 электрон. опт. диск (CD-RW)
Приведены теоретические и практические материалы по организации вентиляции на основе современных достижений отечественной и мировой практики в области обеспечения микроклимата в зданиях различного назначения.
Ключевые слова: микроклимат, воздушная среда помещений, влажный воздух вентиляция, приточные системы, вытяжные системы, тепловой баланс, воздушный баланс, баланс вредных выделений, воздухообмен, приточные центры, воздуховоды, расчет воздуховодов.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение
© |
Е. С. Козлов, 2016 |
© |
ННГАСУ, 2016. |
3
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
|
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………. |
5 |
1. |
Свойства влажного воздуха…………………………………………... |
6 |
1.1. |
Параметры, характеризующие состояние влажного воздуха……… |
6 |
1.2.I-d- диаграмма влажного воздуха……………………………………. 11
2.Классификация систем вентиляции…………………………………. 19
3.Расчетные параметры воздушной среды……………………………. 25
3.1. |
Расчетные параметры наружного воздуха…………………………... |
25 |
3.2. |
Расчетные параметры внутреннего воздуха………………………… |
29 |
4. |
Баланс вредных выделений в помещениях………………………….. |
32 |
4.1. |
Общие сведения о вредных выделениях…………………………….. |
32 |
4.2. |
Расчет теплопоступлений…………………………………………….. |
37 |
4.3. |
Расчет теплопотерь…………………………………………………… |
50 |
4.4. |
Влаговыделения……………………………………………………….. |
51 |
4.5. |
Выделения вредных веществ………………………………………… |
53 |
5. |
Расчет воздухообмена в помещении………………………………… |
58 |
5.1.Способы определения воздухообмена………………………………. 58 Определение требуемой производительности вентиляционных
5.2.систем………………………………………………………………….. 60
6. |
Принципиальные схемы и решения вентиляции…………………… |
63 |
|
6.1. |
Основные принципы организации вентиляции……………………... |
63 |
|
6.2. |
Принципиальные решения вентиляции в зданиях различного |
|
|
назначения……………………………………………………………... |
65 |
||
|
|||
6.3. |
Конструктивные решения вентиляционных систем………………... |
74 |
7.Оборудование систем вентиляции…………………………………... 80
7.1.Воздуховоды…………………………………………………………... 80
7.1.1. Классификация воздуховодов……………………………………… |
80 |
4
7.1.2. |
Аэродинамический расчет воздуховодов…………………………… |
83 |
|
7.1.3. |
Расчет и подбор сужающих устройств………………………………. |
93 |
|
8. |
Расчет и подбор вентиляторов……………………………………... |
96 |
|
9.Устройства для нагрева воздуха……………………………………... 98
9.1. |
Классификация воздухонагревателей (калориферов)……………… |
98 |
9.2.Конструктивное исполнение калориферов…………………………. 100
9.3Узлы управления калориферами…………………………………….. 104
9.4.Расчет и подбор калориферов………………………………………... 107
9.5. |
Электрокалориферы…………………………………………………... |
110 |
10. |
Приточные установки вентиляционных систем…………………….. |
112 |
10.1. |
Варианты исполнения приточных установок……………………….. |
112 |
10.2. |
Воздухозаборные устройства………………………………………… |
121 |
10.3.Устройства для очистки приточного воздуха………………………. 124
10.4. |
Энергосберегающие устройства приточных установок……………. |
129 |
11. |
Защита от шума в системах вентиляции…………………………….. |
136 |
11.1.Общие сведения об источниках шума………………………………. 136
11.2.Способы распространения шума…………………………………….. 140
11.3. |
Классификация шумоглушителей…………………………………… |
141 |
11.4. |
Основы расчета шумоглушителей…………………………………… |
143 |
|
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………. 148 |
|
5
ВВЕДЕНИЕ
Вентиляция это комплекс технических мероприятий, систем и устройств, предназначенных для создания и поддержания в помещениях зданий и сооружений нормируемых значений параметров воздуха.
Вбольшинстве зданий нормируемыми параметрами являются температура, относительная влажность, подвижность воздуха, концентрации вредных примесей.
Современные требования к уровню комфорта вместе с ограничениями, по экологии и энергопотреблению обусловили стремительное развитие вентиляционной техники. Расширяется номенклатура оборудования для транспортирования, температурно-влажностной обработки, очистки приточного воздуха и вентвыбросов. Появились новые технологии и материалы для изготовления воздуховодов и сетевого оборудования, для регулирования и обеспечения безотказной эксплуатации вентсистем. Повысились требования к качеству изготовления и монтажа систем. Для расчета процессов, подбора оборудования и автоматического регулирования режимов работы вентиляционных систем широко используются компьютерные технологии.
Отмеченное выше оказывает влияние и на требования к специалисту, занимающемуся проектированием, монтажом и эксплуатацией систем вентиляции.
Всовременной практике заметно изменился набор материалов, оборудования, альтернативных конструктивных и схемных решений систем вентиляции. Это зачастую затрудняет выбор рациональных решении и требует от специалиста хорошей подготовки не только в области собственно вентиляции, но и в базовых дисциплинах, таких как техническая термодинамика, механика жидкости и газа, тепломассообмен, информатика, прикладная математика и др..
6
1.СВОЙСТВА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
1.1.Параметры, характеризующие состояние влажного воздуха
Основной средой, которая обеспечивает создание требуемых
климатических условий в помещении и подвергается различным видам обработки в системах вентиляции является влажный воздух. Комфортная (для людей или технологических процессов) обстановка в помещении во многом зависит от параметров влажного воздуха.
Воздух рассматривают как смесь сухих газов приблизительно постоянного состава с переменным количеством водяного пара. Такая двухкомпонентная смесь сухих газов и водяного пара называется влажным
воздухом.
Таблица 1.1
Примерный состав влажного воздуха
Газ |
Содержание, % по объему |
Азот |
78,13 |
Кислород |
20,9 |
Аргон |
0,93 |
Углекислый газ |
0,03 |
Водород, озон и др. |
Незначительное количество |
Водяной пар |
Переменно |
Основными физическими параметрами воздуха, характеризующими его состояние, а также закономерности перехода из одного состояния в другое,
являются температура t, оС; давление р, Па; плотность ρ, кг/м3, и удельный объем γ, м3/кг; абсолютная, кг/м3, и относительная влажность φ, %;
влагосодержание d, г/кг сух.в.; теплоемкость с, кДж/(кг оС); энтальпия I ,
кДж/кг.
Температура.
Единицей измерения температуры в системе СИ (по термодинамической шкале температур) является “ градус Кельвина”, К. Допускается использование единицы температуры по международной практической шкале в “ градусах Цельсия”, оС.
7
Соотношение между этими единицами представлено зависимостью
t, оС = T, К – 273,15 (1.1)
В зарубежной практике применяют единицу измерения температуры по шкале Фаренгейта, oF.
1 oF = 1,8 оС +32; |
(1.2) |
t, оС = 5/9 (oF – 32). |
(1.3) |
Давление.
Единицей измерения давления в Международной системе единиц
является Паскаль, Па (1 Па = Н/м2 = кг/(м·с2).
В практических расчетах атмосферный воздух рассматривают как смесь сухой части и водяных паров.
Согласно закону Дальтона атмосферное (барометрическое) давление может быть представлено как сумма давлений сухого воздуха и водяных паров:
Рб = Рс.в. + Рв.п., |
(1.4) |
где Рс.в. – парциальное давление сухой части воздуха, Па;
Рв.п – парциальное давление водяных паров, Па.
Влажный воздух при атмосферном давлении принято считать по своим свойствам близким к “ идеальному газу”.
В практических расчетах к влажному воздуху применяют основные
законы идеальных газов. |
|
|
|
Так, для сухой части воздуха: |
рс.в.V = Gс.в. Rс.в.T |
|
|
Для водяных паров: |
|
рв.п.V = Gв.п. Rв.п.T |
|
Для влажного воздуха: |
рв.в.V = Gв.в. Rв.в.T |
|
|
где рв.в – давление влажного воздуха, равное атмосферному давлению; |
|||
Gс.в, Gв.п, Gв.в. – |
масса сухой |
части, водяного пара |
и влажного |
воздуха, соответственно, кг; |
|
|
|
Rс.в, Rв.п., Rв.в. – |
газовая постоянная сухой части (Rс.в. |
=287 Дж/(кг |
К)), водяного пара (Rв.п. = 461 Дж/(кг К)) и влажного воздуха;
V – объем влажного воздуха, м3;
8
T – температура влажного воздуха, оС.
Газовая постоянная для влажного воздуха определяется из выражения:
R |
= |
Gс.в. |
R |
+ |
Gв.п. |
R . |
(1.5) |
|
G |
G |
|||||||
в.в. |
|
с.в. |
|
в.п. |
|
|||
|
|
в.в. |
|
|
в.в. |
|
|
Плотность и удельный объем.
Плотность атмосферного воздуха ρ, кг/м3, и удельный объем v, м3/кг,
определяют по соотношениям:
ρ = G/ V; v = V / G.
Из уравнения состояния можно выразить
pi / Ri T = Gi / V т.е. ρ = pi / Ri T
Если воздух абсолютно сухой, то его парциальное давление
Рс.в = Рб
Тогда, зная газовую постоянную Rс.в. =287 Дж/(кг К), определим
ρс.в. = Рб / 287 T
При давлении 760 мм рт. ст. (101325 Па)
ρс.в. = 101325 / 287 T ≈ 353 / T.
Для водяного пара (Rв.п. = 461 Дж/(кг К)
ρв.п. = 101325 / 461 T ≈ 219 / T.
Для влажного воздуха плотность определится как для смеси сухого воздуха и водяного пара:
|
|
|
|
|
|
ρв.в. = ρс.в..+ ρв.п. |
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
в.в.= |
с.в. |
+ |
|
в.п. |
= |
б |
в.п. |
+ |
в.п. |
|
или |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
с.в. |
в.п. |
|
с.в. |
|
|
|
в.п. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
ρв.в. = б ∙(в.п.∙ )в.п.(в.п.∙ ) в.п.(с.в.∙ ) или |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(с.в.∙ )(в.п.∙ ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ρв.в. = |
|
б |
− в.п. |
|
|
− |
|
= |
б |
− в.п. |
( |
|
− |
|
) . |
|
||||||||
|
∙ |
|
|
∙ |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
с.в. |
|
|
|
с.в. |
|
в.п. |
|
|
|
с.в. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
При нормальном атмосферном давлении (101325 Па) |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
ρв.в. = − 1,32 ∙ 10 в.п. |
= |
− 1,32 ∙ 10 в.п. |
(1.6) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
∙ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из приведенного расчета следует вывод - плотность влажного воздуха меньше плотности сухого воздуха.
9
При обычных условиях в помещении парциальное давление водяного пара незначительно, второе слагаемое в выражении (1.6) незначительно и, поэтому, в инженерных расчетах принимают
ρв.в. = ρс.в. = 353 / T.
Влагосодержание воздуха – масса водяного пара в килограммах, приходящегося на 1 кг сухого воздуха в составе влажного воздуха:
|
# |
|
вп |
св∙ |
св вп |
|
вп |
|
|
|
d = |
#вп |
= |
|
|
св |
= вп св = 0,623 |
|
, |
(1.7) |
|
вп∙ |
б вп |
|||||||||
|
св |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где принята следующая подстановка Рс.в. = Рб – Рв.п.. |
|
|
||||||||
Выражение (16) |
неудобно |
использовать в |
практических |
целях из-за |
малых величин d, поэтому чаще применяют зависимость, где единицей измерения является г/кг сух.возд. :
|
|
(1.8) |
|
d = 623 |
|
Рв.п. |
|
|
. |
||
Р - Р |
|||
|
б |
в.п. |
Относительная влажность воздуха – величина, характеризующая степень насыщенности воздуха водяными парами по отношению:
|
ϕ = |
Рв.п. |
×100% , |
(1.9) |
|
|
|||
|
|
Рп.н. |
|
|
где Рв.п. – |
парциальное давление водяного пара при заданных условиях, Па; |
|||
Рп.н. – |
то же в состоянии полного насыщения, Па. |
|
||
Для графического изображения |
состояния влажного воздуха применяют |
|||
I-d – диаграмму влажного воздуха, |
где выделяют три |
стадии влажностного |
||
состояния воздуха: |
|
|
|