1.3. Естественная вентиляция

Естественная вентиляция производственных помещений осущест­вляется за счет разности температур в помещении наружного воздуха (тепло­вой напор) или действия ветра (ветровой напор). Естественная вентиляция может быть организованной и неорганизованной.

П ри неорганизованной естетвенной вентиляции воздухообмен осуще­-

ствляется за счет вытеснения внутреннего теплового воздуха наружным хо­лодным воздухом через окна, форточки, фрамуги и двери. Организованная естественная вентиляция, или аэрация, обеспечивает регулируемый воздухообмен в заранее рассчитанных объемах и в соответст­вии с метеорологическими условиями. Бесканальная аэрация осуществляется при помощи проемов в стенах и потолке и рекомендуется в помещениях большого объема со значительными избытками теплоты. Для получения рас­четного воздухообмена вентиляционные проемы в стенах, а также в кровле здания (аэрационные фонари) оборудуют фрамугами, которые открываются и закрываются с пола помещения. Манипулируя фрамугами, можно регулиро­вать воздухообмен при изменении наружной температуры воздуха или ско­рости ветра (рис. 1.1). Площадь вентиляционных проемов и фонарей рассчи­тывают в зависимости от необходимого воздухообмена

В производственных помещениях небольшого объема, а также в по­мещениях, расположенных в многоэтажных производственных зданиях, применяют канальную аэрацию, при которой загрязненный воздух удаляется через вентиляционные каналы в стенах. Для усиления вытяжки на выходе из каналов на крыше здания устанавливают дефлекторы - устройства, создаю­щие тягу при обдувании их ветром. При этом поток ветра, ударяясь, о де­флектор и обтекая его, создает вокруг большей части его периметра разреже­ние, обеспечивающее подсос воздуха из канала. Наибольшее распростране­ние получили дефлекторы типа ЦАГИ (рис. 1.2), которые представляют со­бой цилиндрическую обечайку, укрепленную над вытяжной трубой. Для улучшения подсасывания воздуха давлением ветра труба оканчивается плав-ным расширением - диффузором. Для предотвращения попадания дождя в дефлектор предусмотрен колпак.

Расчет дефлектора сводится к опре­делению диаметра его патрубка. Ориенти­ровочно диаметр патрубка d дефлектора типа ЦАГИ можно вычислить по формуле:

где L - объем вентиляционного воздуха, м³/ч;

- скорость воздуха в патрубке, м/с.

Скорость воздуха (м/с) в патрубке при учете только давления, создаваемого действием ветра, находят по формуле:

где - скорость ветра, м/с;

- сумма коэффициентов местного сопротивления вытяжного возду­ховода при его отсутствии (при входе в патрубок);

- длина патрубка или вытяжного воздуховода, м.

С учетом давления, создаваемого ветром, и теплового давления ско­рость воздуха в патрубке вычисляют по формуле:

где тепловое давление, Па; здесь высота дефлектора, м;

плотность, соответственно, наружного воздуха и воздуха внутри помещения, кг/м³.

Скорость движения воздуха в патрубке составляет примерно 0,2…0,4 скорости ветра, т. е. Если дефлектор установлен без вытяжной трубы непосредственно в перекрытии, то скорость воздуха несколько больше

Естественная вентиляция применяется для вентиляции производственных помещений большого объема. Естественный воздухообмен осуществляется через окна и световые фонари с использованием теплового и ветрового напоров (рис. 1.3).

Тепловое давление, в результате которого воздух поступает в помещение и выходит из него, образуется за счет разности температур наружного и внут­реннего воздуха и регулируется различной степенью открытия фрамуг и фо­нарей. Разность этих давлений на одном и том же уровне называется внут­ренним избыточным давлением р_т&. Оно может быть как положительным, так и отрицательным. При отрицательном значении р_ю6 (превышении наружного давления над внутренним) воздух поступает внутрь помещения, а при положительном значении р_аз6 (превышении внутреннего давления над наружным) воздух вы­ходит из помещения. При р_из6 = 0 движения воздуха через отверстия в на­ружном ограждении не будет. Нейтральная зона в п омещении (где р_из6 = 0) может быть только при действии одних теплоизбытков; при ветре с тепло-избытками она резко смещается вверх и исчезает. Расстояния нейтральной зоны от середины вытяжного и приточного отверстии обратно пропорцио­нальны квадратам площадей отверстий. При F₁ = F₂, h₁ = h₂=h/2, где F_1, F₂ -площади, соответственно, входных и выпускных отверстий, м²; h₁ и h₂ - вы­соты расположения уровня равных давлений, соответственно, от входного до выпускного отверстий, м.

Расход воздуха G, который протекает через отверстие, имеющее пло­щадь F, вычисляют по формуле:

где мссовый секундный расход воздуха, т/с

коэффициент расхода, зависящий от условий истечения;

плотность воздуха в исходном состоянии, кг/м³;

разность давлений внутри и снаружи помещения в данном отверстии, Па.

Ориентировочное количество воздуха, выходящего из помещения через 1 м² площади отверстия, с учетом только теплового давления и при условии равенства площадей отверстий в стенках и фонарях и коэффициенте расхода можно определить по упрощенной формуле:

где количество воздуха, м³/ч;

расстояние между центрами нижних и верхних отверстий, м;

Аэрация с использованием ветрового давления основана на том, что на наветренных поверхностях здания возникает избыточное давление, а на за­ветренных сторонах разрежение. Ветровое давление на поверхности ограж­дения находят по формуле:

где - аэродинамический коэффициент, показывающий, какая доля динами­ческого давления ветра преобразуется в давление на данном участке ог­раждения или кровли. Этот коэффициент можно принять в среднем рав­ным для наветренной стороны + 0,6, а для подветренной —0,3.

1.4. Искусственная (механическая) вентиляция

Искусственная (механическая) вентиляция устраняет недостатки есте­ственной вентиляции. При механической вентиляции воздухообмен осущест­вляется за счет напора воздуха, создаваемого вентиляторами (осевыми и цен­тробежными); воздух в зимнее время подогревается, в летнее - охлаждается и кроме того очищается от загрязнений (пыли и вредных паров и газов). Ме­ханическая вентиляция бывает приточной, вытяжной, приточно-вытяжной (рис. 2.4), а по месту действия - общеобменной и местной.

Для определения требуемого воздухообмена необходимо иметь сле­дующие исходные данные: количество вредных выделений (теплоты, влаги, газов и паров) за 1 ч, предельно допустимое количество (ПДК) вредных ве­ществ в 1 м³ воздуха, подаваемого в помещение.

Для помещений с выделением вредных веществ искомый воздухообмен L, м³/ч, определяется из условия баланса поступающих в него вредных ве­ществ и разбавления их до допустимых концентраций. Условия баланса выражаются формулой:

где - скорость выделения вредного вещества из технологической установ­ки, мг/ч;

- скорость поступления вредных веществ с притоком воздуха в рабо­чую зону, мг/ч;

- скорость удаления разбавленных до допустимых концентраций вредных веществ из рабочей зоны, мг/ч

Заменив в выражении на произведение и

где и соответственно концентрации (мг/м³) вредных веществ в приточном и удаленном воздухе, а и объемом приточного и удаляемого воздуха в м³ за 1 час, получим:

Для продолжения нормального давления в рабочей зоне должно выполняться равенство тогда

Необходимый воздухообмен, исходя из содержания в воздухе водяных паров, определяют по формуле:

где количество удаляемого или проточного воздуха в помещении, м³/ч;

масса водяного пар, выделяющегося в помещении, г/ч;

влагосодержание удаляемого воздуха, г/кг, сухого воздуха;

влагосодержание приточного воздуха, г/кг, сухого воздуха;

плотность приточного воздуха кг/м³.

Влагосодержание (г/кг) воздуха, т. е. отношение массы водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, к единице массы сухого воздуха определяют по формуле:

где соответственно массы (г) водяного пара и сухого воздуха.

Необходимо иметь в виду, что значения и принимаются по таблицам физической характеристики воздуха в зависимости от значения нормируемой относительной влажности вытяжного воздуха.

Для определения объема вентиляционного воздуха по избыточному теплу необходимо знать количество теплоты поступающего в помещение от различных источников (приход теплоты), и количество теплоты, расходуемого на возмещение потерь через ограждения здания и другие цели. разность и выражает количество теплоты, которое идет на нагревание воздуха в помещение и которое должно учитываться при расчете воздухообмена.

Воздухообмен необходимый для удаления избыточного тепла, вычисляют по формуле:

где избыточное количество тепла, Дж/с;

температура удаляемого воздуха,

температура приточного воздуха,

удельная теплоемкость воздуха. Дж/(кг*К);

плотность воздуха при 293 К, кг/м³.