10373
.pdf
1. Определяется избыточное сопротивление на участке, которое требуется «погасить» посредством установки диафрагмы
∆Рдиаф = ∆Руч.маг – ∆Ротв. |
(1.86) |
||
2. Определяется коэффициент местного сопротивления диафрагмы |
|
||
ξ |
Pдиаф |
. |
(1.87) |
|
|||
|
Pдин.отв |
|
|
3. В справочной литературе [21] 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
d |
|
d |
Fо |
. |
(1.88) |
диаф |
|
||||
|
|
F |
|
||
|
|
|
|
||
Дроссель-клапаны. Дроссель клапаны представляют собой поворотную заслонку (одностворчатую, либо состоящую из нескольких створок) позволяющую фиксированно изменять площадь поперечного сечения канала.
Рис. 1.63. Дроссель-клапан с ручным приводом: 1 – заслонка клапана; 2 – поворотная рукоятка (привод).
Расчетное 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 ξдр.кл. (формула 1.87).
По значению ξдр.кл. по справочнику [21] 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. 7.4).
Рис. 1.64. Схема установки шибера: 1 – шибер; 2 – канал (направляющий паз); 3 – рукоятка
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.
90
Расчет и подбор вентиляторов
Вентиляторы подбираются по характеристикам, приведенным в паспортах, или по унифицированным характеристикам, приведенным в справочной литературе или специализированных программных комплексах.
Одной из характеристик, позволяющих оценить работу вентилятора в реальной вентиляционной сети является «рабочая точка».
Рабочая точка, характеризующая работу вентилятора в данной сети, является пересече-
нием характеристики сети с характеристикой вентилятора.
Уравнение характеристики сети (рис. 1.65):
P kL2 . |
(1.89) |
Рис. 1.65. Характеристики вентиляционных |
Рис. 1.66. Пример определения положения |
сетей |
рабочей точки для вентиляторов K / KV 250 |
|
(Systemair) различного исполнения |
Виды характеристик вентиляционной сети:
a – P = const – для сети с постоянным статическим сопротивлением (например, при продувке воздуха через слой жидкости в пенном аппарате);
b – P = Pо + k·L2 – для сети со статическим сопротивлением и потерями давления при турбулентном режиме;
c – P = k·L – для сети с ламинарным течением жидкости (например, при продувке воздуха через фильтр);
d – P = k·Ln – для сети с сопротивлением при политропическом течении.
Из всех типов, подходящих к установке вентиляторов, выбирается тот, который имеет больший КПД.
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·∆Рсист, |
(1.90) |
n |
m |
|
где: Pсист Rl Z iмаг |
Pобj – потери давления в системе, Па. |
|
i 1 |
j 1 |
|
Мощность, потребляемая вентилятором, рассчитывается по выражению:
N |
|
|
Lвент Pвент |
, |
(1.91) |
|
вент |
3600ηпηв |
|||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
где ηп – КПД передачи (0,95 - при клиноременной передаче; 1,0 – на одном валу с электродвигателем);
ηв – КПД вентилятора в данной сети.
91
Устройства для нагрева воздуха (калориферы)
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 веществ и волокнистых материалов, а его запыленность не должна превышать 5 мг/м3.
В настоящее время применяются следующие виды воздухонагревателей.
1. По виду теплоносителя: - водяные; - паровые;
- электрические.
2. По характеру движения теплоносителя:
- одноходовые – применяются для теплоносителя вода и пар (могут устанавливаться как вертикально, так и горизонтально (по направлению движения теплоносителя)).
- многоходовые – только для теплоносителя вода (устанавливаются горизонтально). 3. По варианту исполнения поверхности трубок:
- гладкотрубные (водяные и паровые гладкотрубные калориферы применяются редко, в основном с гладкими трубками изготавливают электрокалориферы);
- оребренные: пластинчатые; спирально-навивные; накатные (биметаллические).
4. По количеству трубок для теплоносителя по ходу движения воздуха: - однорядные (1R);
- полуторорядные (1,5R); - двухрядные (2R).
5. По виду применяемого материала:
-стальные;
-биметаллические (сталь+алюминий; медь+алюминий).
Наиболее распространенная конструкция калориферов показана на рис. 1.67. 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,
врезультате 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).
92
Рис. 1.67. Общий вид воздухонагревателя: а – гладкотрубный, б – с пластинчатым оребрением; 1 – патрубок с фланцем, 2 - распределительная коробка, 3 – трубная доска, 4 – патрубки для прохода теплоносителя, 5 – оребренный греющий элемент, 6 – оребрение
Калориферы могут иметь разную глубину теплообменной поверхности, которая определяется числом рядов трубок в направлении движения воздуха. С увеличением числа рядов трубок увеличивается площадь поверхности нагрева калорифера.
В современных воздухонагревателях для каркасно-панельных и блочных приточных установок одноходовое и многоходовое движение в пучках труб организуется за счет использования трубных распределительных коллекторов с индивидуальным присоединением к ним нагревательных трубок на калачах. 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.
Стальные пластинчатые оцинкованные нагревательные элементы применяются, например,
вкалориферах типа КВС, КВБ, КПБ-П.
Всовременных 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.
Узлы управления калориферами. При изменении температуры наружного воздуха возникает необходимость в регулировании теплоотдачи калориферных установок. Регулирование проводят с помощью узла управления, представленного на рис. 1.68.
93
Рис. 1.68. Принципиальная схема устройства узла управления калорифером
Расчет и подбор водяных 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), (1.92)
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:
-если в помещении отсутствуют теплоизбытки, то tк принимают равной расчетной температуре внутреннего воздуха помещения;
-при наличии теплоизбытков tк принимают ниже расчетной внутренней температуры на
5…8 оС;
-если калориферная установка рассчитывается на совместную работу для нужд вентиляции и воздушного отопления, то значение tк определяют с учетом нагрузки на отопление по зави-
симости : tк tр.з. 3,6Qо ,
Gвcв
где: tр.з. – расчетная температура воздуха в рабочей зоне, оС; Qо – 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). Как правило, в начале расчета принимают υρ = 4…5 кг/(с·м2).
Под массовой скоростью понимают массу воздуха в кг, проходящего через 1 м2 живого сечения воздухонагревателя за 1 с:
υρ |
Gв |
, |
(1.93) |
3600 fв |
|||
94 |
|
|
|
где: fв – площадь живого сечения для прохода воздуха (площадь фронтального сечения калорифера), м2.
Определяют необходимое фронтальное сечение калорифера:
f |
Gв |
|
3600 υρ . |
(1.93) |
3) По справочнику проектировщика [21] по значению fв подбирают один или несколько (параллельно по воздуху) калориферов выбранного типа так, чтобы суммарная площадь для про-
хода воздуха была приблизительно равна fв. |
|
|
|
|
Определяют число параллельно (по воздуху) установленных калориферов: |
|
|||
|
n = fв / fв1, |
(1.94) |
||
где: fв1 – фронтальная площадь одного принятого по справочнику калорифера, м2. |
|
|||
4) Определяют фактическую массовую скорость воздуха: |
|
|||
факт |
|
Gв |
|
|
υρ |
|
, |
(1.95) |
|
3600 f факт |
||||
|
|
в |
|
|
где: fвфакт – фактическая (суммарная) площадь фронтального сечения принятого к установке ка-
лорифера, м2, fвфакт nfв1 .
5) Определяют массовый расход теплоносителя через один калорифер:
Gw |
3,6 Qк |
|
, |
(1.96) |
|
сw T1 |
T2 |
|
|||
|
n |
|
|||
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 |
, |
(1.97) |
3600 fтр ρw |
где: fтр – площадь поперечного (живого) сечения трубок принятой модели калорифера (принимается по справочнику [21]), м2;
ρw – плотность теплоносителя, кг/м3.
По значениям фактической массовой скорости (п. 4) и скорости теплоносителя (п. 6) по справочнику проектировщика [21] (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 |
|
|
|
, |
(1.98) |
||
|
|
t |
к |
t |
н |
|
||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
k Tср |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где: Tср – средняя температура теплоносителя, °С; для воды – среднее арифметическое между подающим и обратным теплоносителем
9) Определяют расчетное число рядов калориферной установки:
nр |
Fр |
, |
(1.99) |
|
|||
|
Fк1 |
|
|
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.
95
10) После уточнения количества принятых калориферов определяют фактичес-кую площадь поверхности нагрева установки:
Fк = Fк1 · nк. |
(1.100) |
11) Определяют запас тепловой мощности (запас поверхности нагрева):
Fк Fр 100% 10% .
Fр
Если условие не выполняется, то расчет повторяют с п. 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.
Приточные установки вентиляционных систем
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.
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. 1.69 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.
96
Рис. 1.69. Компоновка приточной установки в строительном исполнении: 1 – приточная жалюзийная воздухозаборная решетка; 2 – утепленный клапан; 3 – фильтр для очистки воздуха; 4 – обводной канал; 5 – калориферы; 6 - защитная решетка; 7 – гибкая вставка; 8 – вентилятор; 9 – патрубки с заглушками; 10 – герметичные двери; 11 – тепловая изоляция
Длительное время серийно выпускаются приточные камеры 2ПК (серия 5.904-75.94), представленные на рис. 1.70. В состав комплектации входят: радиальный вентилятор типа ВР-86-77, виброоснование; гибкие вставки, соединительная секция; калориферная группа, комплектуемая калориферами марки КВС, КВБ, КСк3, КСк4; воздушный фильтр, оснащенный фильтровальными тканями ФРНК и ФВСУ; приемная секция; клапан утепленный КВУ, заслонка рециркуляционная; исполнительные механизмы МЭО. Производительность по воздуху от 10 до 125 м3/ч.
Рис. 1.70. Принципиальная схема приточной камеры 2ПК: 1, 8 – гибкая вставка; 2 – соединительная секция; 3
– воздухонагреватели; 4 – воздушный фильтр; 5 – герметичная дверь; 6 – утепленный клапан; 7 – конфузор; 9 – электродвигатель
Обшивка выполняется из стали. В зависимости от процесса обработки приточного воздуха камеры поставляют:
-с полным набором секций;
-без оросительной секции;
-без секции фильтра и оросительной секции;
-без секции фильтра, оросительной секции и рециркуляционной заслонки.
Типичным представителем современных приточных камер являются модульные приточные установки типа АПК, предназначенные для промышленного и гражданского строительства (рис. 1.71). Камера в зависимости от комплектации, может выполнять следующие режимы обработки воздуха: очистка воздуха от пыли; нагрев-охлаждение; увлажнение-осушение. Подача воздуха может осуществляться как в сеть воздуховодов, так и непосредственно в помещение. Агрегаты изготавливаются на производительность от 500 до 16000 м3/ч, поперечное сечение камер лежит в диапазоне от 270х270 мм до 970х970 мм, позволяющее подвешивать камеру под потолком или устанавливать непосредственно на полу.
97
Рис. 1.71. Принципиальная схема модульной приточной камеры типа АПК: 1 – входной клапан с приводом; 2 – воздушный фильтр EU-3; 3 – вентилятор; 4 – калорифер (водяной или электрический); 5 – глушитель шума; A – размер поперечного сечения приточной камеры; L – длина вентиляторного блока; x – ширина воздухоподогревателя
Вентилятор работает на наружном воздуха, так как помещен перед калорифером. Калорифер многоходовой для теплоносителя «вода». Установки комплектуются системой управления и защиты, допускают применять регулятор частоты вращения электродвигателя, что позволяет применяя камеры АПК в системах вентиляции с переменным расходом воздуха.
Важным преимуществом каркасно-панельных камер является их унификация с вытяжными установками, позволяющая монтировать приточно-вытяжные вентустановки с утилизацией теплоты выбросного воздуха (рис. 1.72).
Рис. 1.72. Схема комбинированной приточновытяжной камеры с поверхностным теплоутилизатором: 1 - воздушный фильтр карманного типа, 2 – поверхностный теплоутилизатор; 3 – воздухоподогреватель; 4 – вытяжной вентилятор; 5 – приточный вентилятор
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. 1.73).
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 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, погрузочноразгрузочных 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.
98
Рис. 1.73. Принципиальная схема отдельно стоящей и пристоенной шахт: а)
– пристроенная шахта; б) – отдельно стоящая шахта; 1 – воздухоприточные решетки; 2 – утепленный клапан; 3 – тоннель для подачи воздуха к коридору приточного воздуха; 4 – коридор наружного воздуха
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.
Устройства для очистки приточного воздуха
В атмосферном 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 различные летучие органические соединения (бензол, растворители, полиароматические углеводороды и пр.).
Классификация фильтров
При классификации и оценке работы фильтров для очистки приточного воздуха исполь-
зуют 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:
η cн-cк 100% |
|
|
cн |
, |
(1.101) |
где: cн и cк – массовое содержание пыли (концентрация) до и после фильтра, мт/м3.
Обеспечение необходимой чистоты воздуха в помещении достигается использованием
99