4. Термодинамические основы процессов вентиляции и кондиционирования воздуха

При изучении отопительных систем было установлено, что основной целью является поддержание требуемого (нормируемого) значения температуры воздуха в помещениях. В большинстве случаев (особенно при панельном и лучистом отоплении) нормируется и температура внутренних поверхностей ограждений.

Вентиляция в зданиях и сооружениях предусматривается для подачи свежего наружного воздуха и удаления воздуха, загрязненного продуктами жизнедеятельности и различными примесями, сопровождающими технологические процессы. В том случае, когда с помощью вентиляционных установок и систем поддерживается и заданное значение температуры воздуха в холодное время года, говорят о воздушном отоплении.

Кондиционирование воздуха включает все перечисленные функции и, кроме того, за счет использования искусственного или естественного холода обеспечивает удаление из помещений избыточной теплоты в теплое время года.

Понимание сущности процессов вентиляции и кондиционирования воздуха основано на знании некоторых термодинамических закономерностей.

Термодинамические уравнения влажного воздуха

В системах вентиляции и кондиционирования воздуха используется, как правило, атмосферный воздух, представляющий собой смесь сухой части и водяного пара. Основными компонентами сухой части являются азот (78 % по объему), кислород (21 %), инертные газы (около 0,96 %) и углекислый газ (0,03 – 0,04). Количество водяного пара в воздухе существенно переменно: его достаточно много в воздухе летом и очень мало зимой. Тем не менее водяной пар всегда присутствует в воздухе, а потому в системах вентиляции и кондиционирования приходится иметь дело с влажным воздухом.

В расчетах влажный воздух с достаточной для практики точностью можно считать идеальным газом и распространять на него закономерности, справедливые для таких газов.

Известно, что смеси идеальных газов подчинятся закону Дальтона, в соответствии с которым сумма парциальных давлений компонентов смеси равна общему давлению. Атмосферный воздух находится под атмосферным давлением В. Тогда

, (33)

где - парциальное давление сухой части воздуха;

- парциальное давление водяного пара;

Если далее воспользоваться уравнением состояния идеальных газов, то для сухой части можно написать:

, (34)

где - масса сухого воздуха, кг;

- объем, занимаемый воздухом, ;

- газовая постоянная сухого воздуха, Дж/кг К;

Т - температура по абсолютной шкале, К.

Известно, что плотность , а 1/ есть не что иное, как удельный объем . Тогда

(35)

При температуре 0 °С и B = 760 мм РТ. ст. =1,293 кг/ ,

а величина = 287 Дж/кг К(29,27 м (°С )).

Важной характеристикой сухого воздуха является энтальпия (теплосодержание) . Обычно её отсчитывают от 0°С. Тогда , (4)

где - удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении, 1,0 кДж/кг К/0,24 ккал /кг °С.

Для водяного пара по аналогии с (3) можно написать

, (36)

где -парциальное давление водяного пара;

- газовая постоянная водяного пара.

Величина газовой постоянной водяного пара =461 кДж/кг К=47,06 м/°С. Удельная теплоемкость водяного пара =1,8 кДж/кг К=0,46 ккал/кг °С.

Пар может находиться в воздухе в насыщенном или перегретом состоянии. В насыщенном состоянии он имеет ту ж температуру , что и вода, с поверхности которой он испаряется. В перегретом состоянии его температура t равна температуре воздуха и, кроме того, t > .

Энтальпия насыщенного водяного пара слагается из энтальпии воды при и удельной теплоты испарения r:

,

где - удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/кг К или I ккал/кг °С.

Удельная теплота испарения зависит от температуры и определяется по формулам:

, кДж/кг;

, ккал/кг.

Тогда .

Энтальпия перегретого водяного пара, находящегося в воздухе при температуре t, может быть представлена суммой энтальпии насыщенного пара и дополнительной теплоты, потребной для его перегрева:

, кДж/кг ; (37)

или ккал/кг (38).

В связи с тем, что в воздухе всегда присутствует водяной пар, необходимо уметь оценивать это присутствие количественно. Осуществляют такую оценку чаще всего с помощью двух величин : относительной влажности и влагосодержания d.

Относительная влажность есть отношение концентрации водяного пара, содержащегося во влажном воздухе рассматриваемого состояния, к концентрации насыщенного пара при той же температуре.

Концентрация водяного пара является его плотностью и тогда …= (39).

Относительную влажность удобно выражать через отношение парциальных давлений пара. Написав уравнения состояния для пара двух рассматриваемых состояний получим

(40)

(41),

а затем поделив (40) на (41), получим

Следовательно = (42)

Влагосодержанием d называется количество (масс) водяного пара, приходящееся на единицу массы сухой части воздуха. размерность влагосодержания г/кг/кг/кг. Относительная влажность в свою очередь измеряется в процентах или долях.

Относительной влажностью пользуются, характеризуя гигиенические и технологические качества воздушной сферы. Влагосодержание выступает, как правило, в качестве параметра, чрезвычайно удобного и наглядного в расчетах по вентиляции и кондиционированию воздуха.

Влагосодержание и относительную влажность можно связать уравнением, играющим важную роль в термодинамических расчетах с влажным воздухом. Получим это уравнение. Для этого запишем вначале уравнение состояния (5) применительно к количеству водяного пара, приходящегося на 1 кг сухой части воздуха, то есть d

(43)

и поделим (3) на (12):

Отсюда d =

Отношение . Тогда с учетом (1) и (2) получим (44)

Если влагосодержание измеряется в граммах, то

. (45).

При выполнении термодинамических расчетов необходимо уметь вычислять энтальпию влажного воздуха, которая определяется зависимостью: .

Если теперь воспользоваться (4), (6) и (7), можно получить (46)

или . (47)

Полученные выше уравнения позволяют производить различные расчеты, связанные с изменением состояния влажного воздуха, в частности , получать значения остальных параметров по известным (не менее двух).

Пример. Состояние влажного воздуха задано температурой t = 15°С

и относительной влажностью = 60 °С.

Определить парциальное давление водяного пара, влагосодержание и энтальпию.

Решение. Парциальное давление насыщенного водяного пара при той ил иной температуре находят по специальным таблицам.

Для t = 15 °С – 17,049 ГПа.

Тогда парциальное давление водяного пара

Рn = = 17,049 x 0.6 = 10.229 ГПа.

Влагосодержание вычисляем по формуле (13)

Энтальпия определяется по формуле (15):

кДж/кг.

Y-d диаграмма влажного воздуха

Полученные выше уравнения позволяют проводить самые различные расчеты, однако, требуют выполнения многочисленных вычислений и не отличаются наглядностью. Очень удобной оказалась предложенная в 1918 г. профессором Петроградского политехнического института Л. К. Рамзиным Y-d диаграмма влажного воздуха, которая устраняет отмеченные выше недостатки, имеющие место при пользовании системой уравнений. На рис. 64 изображена

Y-d диаграмма. Не останавливаясь подробно на ее построении, заметим только, что на вертикальной оси в соответсвующих масштабах откладываются энтальпия Y и температура t, а наклонная ось является осью влагосодержания d.

Рис. 64

Линии Y = const таким образом параллельны оси d, а направление изотерм определяется положением прямой t = 0, и они либо почти горизонтальны, либо имеют небольшой наклон к горизонтальной оси. В принципе направление линии t = 0 определяет выбор угла наклона оси d. В координатах Y-d линии = const изображаются семейством кривых, а линия Pn = f(d) представляет собой наклонную прямую, проведенную из точки d=0. масштабная линейка для Pn откладывается обычно справа от линии Pn = f(d).

Рассмотрим теперь порядок отыскания параметров воздуха по известному положению на Y- d диаграмме точки А, характеризующей его состояние. Этот порядок иллюстрируется на рис. 65.

Рис 65.

Как видно на рис. 65 с помощью Y- d диаграммы можно отыскать восемь параметров, характеризующих состояние воздуха:

- энтальпию ;

- влагосодержание ;

- относительную влажность ;

- температуру ;

- парциальное давление водяного пара в воздухе ;

- парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре

- ; - температуру точки росы ;

- температуру смоченного термометра .

Последние два параметра нуждаются в пояснениях.

Под температурой точки росы понимают такую температуру, при которой количество водяного пара, находящегося в воздухе, становится насыщенным. Такое определение делает очевидным порядок отыскания температуры точки росы на Y- d диаграмме: необходимо опуститься по линии d = const до кривой насыщения = 1 и определить температуру, соответствующую точке пересечения названных линий.

Температура точки росы - очень важный термодинамический параметр. При контакте влажного воздуха с поверхностями, имеющими температуру ниже , на них из воздуха выпадает конденсат. Последнее обстоятельство широко используется в установках кондиционирования для осушения воздуха.

Температура смоченного термометра представляет собой параметр термодинамического равновесия жидкости (воды) и газ (воздуха) при их контакте. Нетрудно сказать, что этим параметром является температура точки пересечения изоэнтальпы, соответствующей состоянию воздуха, с кривой насыщения (рис. 65). Измеряется эта температура термометром, термочувствительный элемент которого смачивается чаще всего с помощью влажной ткани. Отсюда и название параметра.

Важность температуры смоченного термометра определяется тем, что при обработке воздуха водой, рециркулирующей в аппаратах, где имеет место непосредственный контакт воды с обрабатываемым воздухом, последний точно так же, как и вода, стремится принять температуру , т. е. процесс изменения его состояния характеризуется линией Y = const. При этом воздух увлажняется и охлаждается. Такие процессы называются процессами адиабатного (так как Y = const) увлажнения воздуха и широко используется в технике вентиляции и кондиционирования воздуха по причинам своей простоты, экономичности и отсутствия потребности в искусственном холоде.

Для того, чтобы изобразить на Y-d диаграмме точку, характеризующую то или иное состояние влажного воздуха, необходимо знать два параметра, не выражающиеся друг через друга (t- , t-Y, Y-d и др., но не d- , d-Pn ). Процессы нагревания и охлаждения воздуха изображаются на диаграмме прямыми вертикальными линиями, парллельными оси J (рис. 66 )

Рис. 66.

При этом количество теплоты Q, подведенное к воздуху или отведенное от него, при количестве последнего (в килограммах) легко определить из очевидных уравнений:

(49)

или

(50)

При изменении и влагосодержания (например, процесс на (рис. 66) использование формулы (49) исключается, так как она приводит к недопустимым погрешностям.

Довольно часто в вентиляции и кондиционировании приходится сталкиваться со смешением двух и более количеств воздуха. Процессы смешения (для простоты - двух количеств) изображаются Y-d диаграмме прямой линией, соединяющей точки, характеризующие состояние количеств воздуха, участвующих в смешении (рис.64).При этом параметры смеси (точки С) находят из соотношения

т. е. точка смеси С делит прямую АВ на отрезки, длина которых обратно пропорциональна количествам воздуха, участвующим в смешении (рис. 64)

Не следует думать, что Y-d диаграмма является единственным способом графической интерпретации термодинамических уравнений влажного воздуха. В США, Австралии, в меньшей степени в странах Европы для расчетов и изображения процессов изменения состояния воздуха используется психрометрические диаграммы. Они менее удобны, чем Y-d диаграмма, но в силу традиций применяются в тех странах фирмах, где впервые получили применение.

Более подробно с процессами изменения состояния воздуха будет необходимо ознакомиться при рассмотрении различных способов его обработки в установках кондиционирования.

4. 1 ТРЕБОВАНИЯ К ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ ПОМЕЩЕНИЙ

Воздушная среда помещений должна удовлетворять требованиям, которые предъявляются, во-первых, людям, находящимися в них, во-вторых, осуществляемыми в помещениях технологическими процессами, работающим оборудованием, хранящимся имуществом. Первые принято называть санитарно-гигиеническими, вторые - технологическими.

Санитарно-гигиенические требования к воздушной среде зависят в основном от характера деятельности людей в помещении. У нас в стране уровень санитарно-гигиенических требований постоянно растет.

Технологические требования определяются характером технологических процессов, степенью точности изготовления различных видов изделий, условий хранения тех или иных видов имущества, предметов искусства и т. д, причем они также не остаются незменными и совершенствуются по мере совершенствования технологии, появления новых технологических процессов, оборудования. Это в первую очередь относится к современным производствам: радиоэлектронике, вычислительной технике, производству оптических приборов, кино и фото - пленки, большинства видов синтетических волокон, некоторых видов продукции текстильной промышленности и т. д.

Заметим, что не всегда санитарно-гигиенические и технологические требования совпадают. В таких случаях задача обеспечения приемлемых для людей условий воздушной среды существенно усложняется.

Все факторы воздушной среды действуют на человека и оборудование комплексно. Однако их можно подразделить на следующие основные группы:

- требования к газовому составу воздуха – регламентируют различные отклонения в содержаний основных газов, входящих в состав воздуха;

- требования к чистоте воздуха – определяют содержание в воздухе различных посторонних примесей (твердых или жидких частиц, газов, паров, микроорганизмов);

- требования к метеорологическим параметрам воздуха (к микроклимату помещений). Под метеорологическими параметрами понимают температуру, влажность, скорость движения (подвижность). Все эти факторы воздействуют совместно с так называемым радиационным фактором - температурой поверхностей ограждений, мебели, оборудования.

Перечисленные выше требования достаточно подробно излагаются в различных общегосударственных и ведомственных нормах, основными из которых являются:

- Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий (СН-245-71);

- ГОСТ 12.1.005-76. Воздух рабочей зоны промышленных предприятий;

- Строительные нормы и правила (СНиП 2.04.05-84. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха).

В некоторых случаях нормируются степень ионизации воздуха, запахи.

Требования к газовому составу воздуха.

Из всех газов, составляющих воздух, важнейшими для жизнедеятельности людей являются кислород и углекислый газ. Они принимают участие в газообмене человека с окружающей средой, который осуществляется главным образом в легких в процессе дыхания. Процесс дыхания сопровождается выделением теплоты (метаболизм) и углекислого газа и поглощением кислорода. Наилучшие условия для усвоения кровью кислорода имеют место при его парциальном давлении 160 мм рт. ст., что при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. соответствует нормальному процентному содержанию кислорода в атмосферном воздухе, т. е. 21 %.

Благодаря способности человеческого организма приспосабливаться, нормальное дыхание может наблюдаться и при меньшем содержании кислорода. Если уменьшение содержания кислорода происходит за счет азота и инертных газов, то возможно значительное, до 12 % уменьшение его количества.

Однако в помещениях с пребыванием людей снижение доли кислорода происходит з счет нарастания концентрации углекислоты. Поэтому в нормативных документах эта доля не допускается ниже 17 – 18 % по объему.

Количество углекислого газа ( ) в атмосфере постоянно растет. Связано это в первую очередь со сжиганием органического топлива и ростом промышленного производства. Если в начале века его содержание соответствовало 0,03 %, то теперь оно составляет около 0,035 %. В воздухе крупных городов его обычно больше. Для расчетов принимают содержание в атмосферном воздухе 0,04 %.

В воздухе помещений без каких-либо вредных последствии могут быть допущены концентрации углекислого газа, существенно превышающие 0,04 %. При кратковременном пребывании людей в помещениях с концентрацией 1 – 2 % каких-либо нарушений в организме, как правило, не наблюдается.

В помещениях жилых и общественных зданий в качестве нормативных можно принять следующие концентрации углекислого газа: при постоянном пребывании людей – 0,1 (жилые помещения) и 0,07 % (лечебные и детские учреждения); в помещениях с периодическим пребыванием людей (учреждения, учебные заведения) – 0,125; в помещениях с кратковременным пребыванием людей (кинотеатры, концертные залы и т. п.) – 0,2 %.

Требования к чистоте воздуха

Посторонние примеси у воздуху принято называть вредностями. Наибольшее количество вредностей, как правило, поступает в воздух производственных помещений. Полное их устранение из воздуха не всегда возможно в основном из-за ограниченных технических возможностей средств очистки воздуха. Поэтому часто приходится допускать присутствие в нем некоторого количества вредностей, но не более так называемых предельно-допустимых концентраций (ПДК). Концентрация вредных веществ определяется обычно в мг/ . В качестве нормативной ПДК той или ной вредности применяется такая ее максимальная концентрация, при которой даже после длительного воздействия на людей не возникает каких бы то ни было объективных признаков ухудшения их самочувствия и здоровья.

Не останавливаясь на описание вредностей (их более 5000), встречающихся в помещениях различного назначения, дадим только краткую характеристику пыли.

Минеральная и органическая пыль - самая распространенная вредность, встречающаяся в самых различных помещениях. Если пыль составляет токсические вещества, то ее ПДК ими и определяется.

Но даже если пыль не ядовита – она вредна, так как обладает фиброгенным действием, связанным с прониканием в легкие и повреждением весьма нежной легочной ткани.

В помещениях общественных зданий предельно-допустимые концентрации пыли колеблются от 0,15 до 2,0 мг / . Меньше значения относятся к детским и лечебным учреждениям. Особой очистке подвергается воздух, подаваемый в хирургические отделения больниц.

Требования к метеорологическим параметрам воздушной среды.

Создание поддержание в помещениях с требуемой степенью точности наперед заданных метеорологических параметров воздуха в помещениях является важнейшей задачей систем кондиционирования. Требования к этим параметрам вырабатывается на основе изучения энергетических балансов человеческого организма и теплообмена между телом человека и окружающей его средой.

Тепловая энергия, вырабатываемая в организме за счет так называемого метаболизма, т. е. биологических процессов, которые ведут к образованию теплоты, тратится главным образом на поддержание температуры тела на определенном уровне (около 37 °С). Последняя в значительной степени зависит от теплопередачи с поверхности тела, которое целиком определяется условиями окружающей среды.

Тепловой баланс человек - окружающая среда принципиально выглядит так, как на формуле:

, (51)

где М – теплопродукция, или полное количество теплоты, вырабатываемое в организме за счет метаболизма;

- теплота, отдаваемая от поверхности тела конвективным путем;

- теплота, отдаваемая в окружающую среду излучением;

- расход теплоты на испарение влаги с поверхности кожи и легких;

- расход теплоты на работу, совершаемую человеком;

- теплота, необходимая для нагревания вдыхаемого воздуха;

- избыток или недостаток теплоты в организме.

и в правой части управления всегда положительны.

Знак остальных членов определяется метеорологическими условиями воздушной среды. При этом обязательным для удовлетворительного состояния человека является равенство = 0. Но даже тогда, когда это равенство имеет место хорошее самочувствие (состояние комфорта) наблюдается лишь при условии, если организму не приходится напрягать механизм терморегуляции.

Одинаковое тепловое состояние человека может иметь место при различных комбинациях метеорологических параметров. Например, повышение температуры воздуха может компенсироваться ротом подвижности (скорости) воздуха. Возможны и другие комбинации.

Тепловые ощущения людей зависят и от психологической нагрузки, характера выполняемой работы, возраста, индивидуальных особенностей. Но в среднем для большинства можно получить общие закономерности, отражающее сознательное состояние, когда тепловой комфорт или дискомфорт определяет не только ощущения, но и работоспособность.

История комплексного подхода к нормированию метеорологических параметров начинается с И. И. Флавицкого, который ещё в 1884 г. указывал на важность такого подхода и предложил соответствующие принципы нормирования. В дальнейшем большой вклад в разработку практических методов комплексного нормирования метеорологических параметров воздушной среды внесли американские специалисты.

Однако до 50-х годов XIX века в большинстве зданий микроклимат поддерживался в основном с помощью систем отопления, и в принципе речь могла идти о нормировании лишь температуры. Массивные ограждающие конструкции, характерные для того периода, сравнительно небольшие площади окон давали возможность поддерживать тепловой режим помещений даже при резких колебаниях температуры наружного воздуха.

Соляция, как таковая, принималась в расчет только косвенно - через ориентацию зданий. Характерной особенностью того периода являлось и то, что в решении задач обеспечения требуемого микроклимата архитекторы практически не принимали активного участия.

С внедрением в строительство облегченных конструкций, увеличением площади остекления, применением новых архитектурных решений возникло несоответствие с традиционными приемами нормирования микроклимата и реальностью.

Создание к настоящему времени специальных микроклиматических камер, оснащенных весьма совершенными средствами контроля самочувствия людей и метеорологических параметров воздушной среды, позволило разработать достаточно совершенную систему комплексного нормирования этих параметров. Наиболее совершенные методы расчета условий теплового комфорта разработаны П. О. Фангером (Датский технический университет), Р. Г. Невинсом (Канзасский университет, США), Л. В. Павлухиным, В. Н. Тетеревниковым (лаборатория кондиционирования воздуха, ВНИИОТ ВЦСПС, Ленинград). Сюда же можно отнести работы венгерского специалиста Л. Банхиди.

Одним из приемов комплексного подхода к нормированию микроклимата является использование представления о так называемой эквивалентно - эффективной температуре (ЭЭТ), учитывающей совместное воздействие температуры, относительной влажности и подвижности воздуха и соответствующее такому представлению графика, построенного по данным натурных исследований (рис. 67).

Рис. 67

Можно дать определение (ЭЭТ). Под нею понимают все комбинации температуры, относительно влажности и скорости движения воздуха, вызывающие одинаковые тепловые ощущения у человека, причем такие, которые возникают в неподвижном воздухе, полностью насыщенном водяным паром при температуре, численно равной (ЭЭТ).

Пользоваться графиком (ЭЭТ) просто. Если известно нормативное значение (ЭЭТ), достаточно провести на график через точку, соответствующую этому значению, прямую линию до пересечения со шкалами t и , предварительно выбрать скорость, соответствующую назначению помещения и характеру выполняемой в нем работы.

Так, например, для ЭЭТ=26,6 °С и скорости, равной нулю – t = 30°С, а t = 24°С (рис. 67). Те же температуры соответствуют ЭЭТ = 25°С, но уже при скорости 1,5 м/с.

Недостатком ЭЭТ является недоучет воздействия радиационного фактора, так как при ее построении принято условие равенства температуры воздуха и окружающей человека поверхностей.

Комплексное нормирование микроклимата с учетом радиационного фактора основано на использование так называемой шкалы результирующих температур (РТ). Порядок использования ею рассматривается в специальной литературе.

Содержание санитарно-гигиенических требований к метеорологическим параметрам заключается, как это уже указывалось, в том, чтобы обеспечить условия, благоприятные для отвода теплоты, вырабатываемой в организме. Именно таким условиям соответствует наилучшее (комфортное) состояние человек, которое оценивается и объективно (приборами) субъективно. В комфортных условиях наблюдаются хорошее самочувствие и высокая работоспособность.

Комфортные условия различны для людей, занятых выполнением работы различной интенсивности. Они зависят также от времени года и климата. В среднем комфортные условия можно оценить так:

- для южных районов России – летом ЭЭТ = 24°, зимой - 20 °.

- для умеренных широт – летом ЭЭТ = 22°, зимой - 18-19 °.

В принципе одни и те же значения ЭЭТ могут быть получены при весьма существенных колебаниях отдельных параметров, что не всегда допустимо. Не останавливаясь подробно на причинах, укажем только, что диапазон изменения относительной влажности принимают в пределах 30 – 65 %, минимальное значение скорости воздуха ограничивают величиной 0,1 – 0,15 м/с, а ограничения, связанные с температурой поверхностей ограждений рассматривались при изучении вопросов расчета тепловых потерь при проектировании отопления.

4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗДУХООБМЕНОВ

Общие положения.

Системы вентиляции и кондиционирования воздуха с различной степенью полноты и точности обеспечивают создание и поддержание в помещениях зданий и сооружений требуемых условий воздушной среды. При этом на обслуживаемые этими системами помещения воздействует, как правило, ряд факторов, стремящихся нарушить нормируемые параметры воздуха. Поэтому здесь уместно говорить о том, что рассматриваемые системы предназначены, в известном смысле, для нейтрализации нарушающих факторов.

По своему существу эти факторы можно разделить на внутренние, связанные с технологическими процессами, пребыванием в помещениях людей и других, и внешние, определяемые климатическими характеристиками района и архитектурно-строительными особенностями здания.

Одним из важнейших этапов проектирования не только систем вентиляции и кондиционирования воздуха, но и всего здания в целом является качественная и количественная оценка внутренних и внешних факторов. Надо иметь в виду, что чем сильнее их воздействие, тем сложнее получаются системы вентиляции и кондиционирования и тем дороже они становятся не только первоначальной стоимости, но и по количеству расходуемо в этих системах энергии для привода установок и компенсации потерь теплоты и холода. Поэтому уже при архитектурном проектировании необходимо задумываться над методами и средствами, способствующими снижению степени воздействия на воздушную среду помещений нежелательных факторов.

Перечислим важнейшие из этих мероприятий.

1. Следует предусматривать такие технологические процессы, при которых выделение вредных веществ, теплоты и влаги сводится к минимуму. Это значит, что архитектор обязан вникать в существо технологических процессов и иногда даже принимать участие в их разработке.

2. Необходимо использовать рациональные объемно-планировочные и конструктивные решения, способствующие снижению влияния в первую очередь наружных нарушающих факторов. Сюда относятся: ориентация зданий и сооружений относительно стран света и направления господствующих ветров, выбор формы и размеров здания; определение степени и характера остекления; предотвращение за счет планировочных и конструктивных мероприятий неорганизованного поступления наружного воздуха; выбор материалов и конструкций ограждений, обладающих необходимыми тепло – и влагоизоляционными качествами низкой воздухопроницаемостью.

3. Следует рационально подходить к расположению тех или иных помещений в общей архитектурно-компоновочной структуре здания. Так, например, помещения, требующие для вентиляции наибольших объемов воздуха, целесообразно располагать вблизи от мест забора и выброса воздуха. В противном случае наиболее протяженными оказываются воздухопроводы, имеющие самые большие габариты. Это обстоятельство приводит иногда к необходимости иметь специальные помещения (технические коридоры) для размещения последних.

Желательно группировать помещения, характеризующиеся как примерно одинаковыми вредностями, так и одинаковыми требованиями к расчетным параметрам воздуха.

Как видим, уже на стадии принятия предварительных решений, при формировании образа здания архитектор должен соотносить свою деятельность не только с конструкторами, но и с инженерами других специальностей.

Разновидности систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Системы вентиляции подразделяют по следующим основным признакам:

- способу побуждения движения воздуха - на системы с естественным побуждением (системы естественной вентиляции) и системы с принудительным побуждением (системы механической вентиляции);

- способу снабжения помещений воздухом – на системы, которыми воздух подается в помещение (системы приточной вентиляции) и системы, с помощью которых воздух из помещений удаляется (системы вытяжной вентиляции);

- способу организации вентиляционного процесса в помещениях – на системы, действие которых распространяется только на часть объема помещения (местные системы), и системы, которые обслуживают весь объем помещения (общеобменные системы).

Системы кондиционирования воздуха, в свою очередь, можно различать по следующим признакам:

- степени использования наружного воздуха – на прямоточные, в которых наружный воздух используется однократно, и рециркуляционные, вовсе не использующие наружного воздуха, а также системы с частичной рециркуляцией (приточно-рециркуляционные);

- степени централизации – на центральные системы, обслуживающие из одного центра несколько помещений, и местные, предусматривающие обслуживание одного помещения, оборудование которых, как правило, в нем же и располагается;

- способу комплектации основного оборудования – на системы с агрегатированными кондиционерами и системы с самостоятельными устройствами для реализации различных процессов приготовления воздуха требуемого качества.

Как правило, кондиционеры в виде отдельного агрегата имеют относительно небольшую производительность по воздуху (до 20 тыс /ч) и могут быть либо автономным, имеющими встроенную холодильную машину, либо неавтономными, получающими холод от внешнего источника.

Нагрузки на системы вентиляции и кондиционирования воздуха.

Наиболее распространенными внутренними факторами, нарушающими расчетное состояние воздушной среды (вредностями), являются избыточная теплота, влаговыделения, поступающие в объем помещений пары, газы и аэрозоли.

Одним из важнейших видов вредностей является избыточная теплота.

При расчете систем вентиляции и кондиционирования воздуха обязательно подсчитывается баланс поступающей в помещение и теряемой им теплоты. В общем случае тепловой баланс помещения можно представить следующим образом

, (52)

где - количество теплоты, поступающей от оборудования;

- количество теплоты от людей;

- количество теплоты от освещения;

- количество теплоты, поступающей через наружные ограждения или теряемой через них за счет разности температуры внутреннего и наружного воздуха;

- теплота, вносимая в помещение за счет солнечной радиации.

Тепловой баланс может быть положительным (имеют место теплоизбытки) и отрицательным (имеют место теплопотери).

Как правило, при проектировании зданий сооружений определяют максимальные (расчетные) значения теплоизбытков и теплопотерь. При этом при определении теплопотерь количеством теплоты от освещения, людей и солнечной радиации пренебрегают. Максимальное количество избыточной теплоты является расчетной нагрузкой для систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Исходя из расчетных теплопотерь, проектируются системы отопления, в том числе и воздушного.

Рассмотрим теперь более подробно составляющие теплового балнса.

При определении тепловыделений от оборудования в общем случае пользуются зависимостью (53)

, (53)

где - коэффициент теплопередачи, Вт/ или ккал/ ;

- температура теплоотдающей поверхности, К или ;

- температура воздуха в помещении, К или ;

F- площадь теплоотдающей поверхности, .

Воспользоваться этой формулой удается для поверхностей относительно простой формы. Сведения о численных значениях можно получить из специальной литературы.

Одним из распространенных видов оборудования являются электродвигатели. Расчетная формула для определения количества теплоты, которое необходимо принимать в расчет, имеет вид (54):

, (54)

где N-номинальная мощность двигателя, кВт;

ŋ – коэффициент полезного действия электродвигателя (0,75 – 0,92);

- коэффициент спроса на электроэнергию, принимаемый по справочным данным.

Довольно часто количество теплоты от оборудования удается определить в технологической части проекта. В некоторых случаях эта задача становится предметом специальных исследований и разработок.

Теплопоступления от электрического освещения можно определить по формуле (55)

(55)

где N - мощность установленных в помещении светильников, кВт;

-коэффициент перехода электрической энергии в тепловую

(0,95 – 1,0).

Ориентировочно количество теплоты от освещения нетрудно определить по табл. 4.

Таблица 4. Выделение теплоты от освещения на 1 пола помещения, Вт/

Тип светильника	Освещенность, лк
	До 100	100 – 200	200 – 400	400 – 600
Люминисцентные Лампы накаливания	5 10	10 20	25 45	35 65

Примечание. Освещенность в первом приближении принимают в зависимости от назначения помещений следующей: читальные залы, рабочие кабинеты, аудитории – 300 лк, помещения конструкторских бюро – 500 лк, залы заседаний, спортивные залы – 200 лк, номера гостиниц – 100 лк, торговые залы магазинов - 200 – 300 лк.

Все рассмотренные виды тепловыделений характеризуются тем, что поступающая в помещение теплота является «сухой» или «явной». Теплопоступления в помещения имеют место и тогда, когда в них поступает водяной пар, прорывающийся через неплотности в оборудовании и образующийся в результате сгорания того или иного топлива (газа, например). Тепловыделения в этом случает называют «скрытым» и определяют по формуле (56)

(56)

где -энтальпия водяного пара, кДж/кг;

-количество водяного пара, кг/ч.

Тепловыделения от людей также состоит из двух составляющих: «явной» теплоты, отдаваемой в помещение в основном конвекцией, и «скрытой», поступающей в помещение месте с испаряющейся с поверхности кожи влагой.

Общее (полное) количество теплоты, выделяемой одним человеком, в среднем можно принимать:

- в состоянии покоя – 115 Вт (100 ккал/ч);

- при выполнении легко по энергическим затратам работы – 150 Вт (130 ккал/ч);

-при выполнении работы средней тяжести – 200 Вт (175 ккал/ч);

- при выполнении тяжелой работы – 290 Вт (250 ккал/ч).

Интересно, что при оценке теплопоступлений от людей «скрытая» теплота составляет солидную долю. Ведь даже при выполнении тяжелой работы температура тела человек остается примерно постоянной, а рост теплопоступлений происходит за счет интенсивного испарения влаги с поверхности кожи.

Влаговыделения в помещениях складываются из поступлений через неплотности в оборудовании самого различного назначения, при испарении водяного пара с открытых поверхностей, в результате жизнедеятельности людей, находящихся в них.

Количество водяного пара, прорывающего через неплотности в оборудовании задается в технологической части проекта или определяется по специальным источникам и методикам.

Количества же водяного пара, поступающего с открытых поверхностей, может быть вычислено по формуле (57)

, (57)

где - коэффициент массообмена между воздухом и водой, отнесенный к разности парциальных давлений (размерность определяется размерностью );

- парциальное давление соответственно насыщенного водяного пара при температуре воды и пара, находящегося в воздухе помещения могут быть легко определены по Y-d диаграмме);

F- площадь поверхности испарения.

Численные значения в каждом конкретном случае определяют по методикам, рассматриваемым в специальной литературе.

Выделение водяного пара людьми в зависимости от степени физического напряжения и метеорологических параметров в помещениях колеблются в пределах 40 – 300 г/ч.

В производственных помещениях приходится сталкиваться с различными количествами вредных веществ, выделяющихся в воздух. Эти вредности в виде газов, паров и аэрозолей поступают через неплотности в оборудовании, аппаратуре и трубопроводах, работающих, как правило, при повышенных давлениях. Количества таких вредностей указывается обычно технологами, хотя в ряде случаев могут быть и рассчитаны по следующим формулам (58)

- при >200 кПа

, (58)

где - коэффициент местного сопротивления не плотности;

К- показатель адиабады (К=1,4);

- плотность газа;

- при ≤20 кПа

. (59)

Испарение вредных веществ с открытых поверхностей в воздух помещений происходит по тем же физическим законам, что и испарение воды. Поэтому здесь для определения количеств вредностей может применяться известная формула (57). Только вместо должно подставляться давление паров испаряющейся жидкости, а в таком случае равно нулю.

Люди в процессе жизнедеятельности выделяют в воздух помещений в основном углекислый газ. Имеет место и выделение других веществ, являющихся результатом биологических реакций, происходящих в организме. Как следствие таких выделений появляются не всегда приятные запахи, усиливающиеся при плохой вентиляции. Количественное определение всех составляющих людей практически невозможно. Поэтому в расчетах используют только количество углекислого газа. В зависимости от выполняемой человеком работы могут принимать следующие количества на одного человека: состояние покоя и умственная работа – 23 л/ч, легкая физическая работа – 30 л/ч, тяжелая работа – 45 л/ч.

Все рассмотренные нами вредности можно отнести к так называемым внутренним нарушающим факторам.

К внешним факторам относят теплоту, поступающую в помещения как за счет разности температуры , так и за счет солнечной радиации, и водяной пар, поступающий через строительные ограждения.

В крупных городах атмосферный воздух может быть загрязнен, но такие загрязнения в состав внешних нагрузок на помещения не принимаются, так как воздух, подаваемый в них, обязательно подвергается очистке от посторонних примесей. Все внешние факторы существенно переменны во времени и их учет и нормирование представляют собой весьма непростую задачу, которую до настоящего времени нельзя считать решенной удовлетворительно.

Изменение параметров воздуха в атмосфере наиболее просто представляется за суточный период. Например, изменение температуры с достаточной степенью точности можно описывать закономерностями гармонических колебаний, т. е:

, (60)

где - среднее значение температуры в течении суток;

- максимальное отклонение температуры от среднего значения;

- частота колебаний;

- время.

Аналогичные зависимости приблизительно справедливы и для потока солнечной радиации. В расчет же принимаются некоторые средние значения, и только для остекленных поверхностей ориентируются на максимальную интенсивность.

Приблизительно теплопоступления от солнечной радиации определяют по формулам: через остекленные поверхности

(61)

через покрытия

, (62)

где F_ост, F_{пак -} площади соответственно остекленных поверхностей и покрытий, м_2;

q_ост, q_{пок -} плотность радиационного потока через остекленные поверхности и покрытия ( можно принимать по табл. 2), Вт,м² ;

А_ост - коэффициент, характеризующий остекление и степень его загрязнения ( принимают в среднем 0,6 – 0,8)

Удельные теплопоступления через ограждающие конструкции за счет солнечной радиации, .

Закономерности изменения параметров наружного воздуха (в первую очередь, температуры и энтальпии) необходимы для выбора расчетных условий при проектировании как сооружений, так и систем, а также для оценки расходов теплоты и холода, потребляемых системами.

Изобразим Y-d диаграмме область возможных состояний наружного воздуха (рис. 68). Ее границей является линия, соединяющая состояния, зарегистрированные в данном географическом пункте за все время наблюдений хотя бы один раз. Граничные изоэнтальпы (Y_max и Y_min) зоны Н и соответствующие им параметры являются для данного пункта абсолютными (максимальными и минимальными). Они принимаются в качестве расчетных в тех случаях, когда нарушений заданных условий воздушной среды в помещениях не допускается. Этим параметрам соответствуют самые мощные и дорогостоящие системы вентиляции и кондиционирования.

Таблица 2. Несветопрозрачные ограждения

Наименование Конструкции

Географическая широта

Бесчердачное покрытие

35

65

Покрытие с чердаком

Светопрозрачные ограждения

Наименование конструкции

Ориентация поверхности

Ю

Ю-В Ю-З

В - З

С-В

С-З

С

Географическая широта

40

60

40-60

40-60

40

60

40

60

40 60

Вертикальная

Наклонная под углом 600

Наклонная под углом 300

Горизонтальная

В среднем

Рис. 68

Обычно при проектировании систем исходят из допустимости определенного числа часов нарушений требуемых условий. Именно такой подход положен в основу нормирования наружных условий. Расчетным параметрам, не допускающим нарушений, присвоен индекс В. Параметрами Б являются температура и энтальпия, значения которых в теплое время года не превышается более 200 часов. Если число часов нарушений более 200, но менее 400, то говорят о параметрах А.

Значения параметров А, Б и В определены для 233 городов и географических пунктов России и приводятся СНиП II-33-75^x .

Расчетные параметры Б принимаются при проектировании большинства систем кондиционирования воздуха, параметры А - для большинства систем общеобменной вентиляции.

Заметим, что в летнее время для многих районов страны теплопоступления за счет разности температуры t_H-t_B малы по сравнению с теплопоступлениями от солнечной радиации.

При определении расходов теплоты и холода системами, а также выборе расчетных параметров, исходя из заданного числа нарушений, либо отличного от нормативного, либо при отсутствии подробных статистических по тому или иному географическому пункту используют приближенные методы, основанные на том, что годовые распределения энтальпии и температуры наружного воздуха часто можно принять подчиняющимися нормальному закону распределения случайной величины. Такое предложение справедливо потому, что формирование, например, энтальпии происходит под воздействием

многих случайных факторов.

Рис. 69

Если по оси абсцисс (рис. 69) отложить значения энтальпии наружного воздуха от Y_min до Y_max, а по оси ординат - плотность распределения f(Y), то можно получить график распределения энтальпии в течение года.

При этом (63)

, (63)

где - среднее квадратичное отклонение;

Y_ср - среднегодовое значение энтальпии.

Вероятность попадания Yв интервал (Y₁, Y₂) составит (64)

, (64)

т. е. равна заштрихованной площади на (рис. 69). Вся же площадь. ограниченная кривой распределения равна 1. Известно, что в году 8 760 часов. Тогда доля, соответствующая интервалу (Y₁, Y₂), умноженная на 8760, даст представление о том времени, в течение которого энтальпия наружного воздуха находится между значениями Y₁ и Y₂ . Каждому характерному значению энтальпии наружного воздуха соответствует определенный режим работы системы кондиционирования или вентиляции, определенное потребление теплоты или холода. Анализируя весь головой интервал изменения энтальпии путем разбиения его на достаточно малые участки, можно судить об энергетическом совершенстве системы.

При отсутствии нормативных данных для расчета кривую распределения тоже можно построить, зная Y_ср , Y_min и Y_max, которые известны для любого географического пункта. Для определения пользуются правилом "трех сигм". Из него (65)

. (65)

Если мы ограничим, например, расчетный наружный климат значением энтальпии , то получим общее число нарушений для теплого и холодного периодов года , что примерно соответствует параметрам Б по СНиП.

Влагопоступлениями через наружные надземные части зданий можно пренебречь. Скорее, наоборот, опасным для сохранности ограждений может стать явление влагопереноса из помещений некоторых типов сооружений в атмосферу (бани, прачечные, производственные помещения с "мокрыми" технологическими процессами и пр.). Методы защиты от подобного явления излагаются в курсе строительной теплофизики.

Рассмотрим поступление водяного пара через слой гидроизоляции из грунта в подземные части зданий. Заметим, что инфильтрация свободной влаги ограждения в этом случае должны быть исключена. Расчет количества водяного пара ведут по формуле (66)

, (66)

где - парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре грунта, Па;

- суммарное сопротивление паропроницанию слоя гидроизоляции и ограждения, м²сПа/кг.

Для установившегося режима температура грунта может быть определена и известной формулы (67)

. (67)

Суммарное сопротивление паропроницанию R_n является величиной, обратной коэффициенту паропроницания, и в данном случае вычисляется по формуле (68)

, (68)

где - коэффициент паропроводности материала слоя гидроизоляции и строительного ограждения, кг/м с Па;

R_ПВ - переходное сопротивление при выходе пара в воздух помещения (примерно 1,7 м²с Па), кг.

Имея представление о различных видах нагрузок на систему, составляют уравнения теплового. влажностного и газового балансов и переходят к расчету воздухообменов.

Примером теплового баланса может служить уравнение (52). Влажностный и газовый балансы составляются аналогично.

Методы определения воздухообменов.

Под воздухообменом понимают количество воздуха, подаваемого в единицу времени и помещение с помощью систем вентиляции или кондиционирования или удаляемого из него этими системами.

Проще всего задача определения воздухообменов решается в том случае, когда количество выделяющихся вредностей постоянно во времени и когда по уравнениям баланса эти количества определяются достаточно точно.

Зная концентрацию вредности в подаваемом воздухе p_H и количество выделяющейся вредности в единицу времени G_ВР, можно составить уравнение баланса по этой вредности. если подавать в помещение £ м³/ч воздуха (69)

£_рН +G_ВР+£ _рН , (69)

где Р_B - концентрация вредности в удаляемом воздухе.

В качестве Р_B при проектировании систем вентиляции и кондиционирования принимают так , например, предельно-допустимые концентрации (ПДК).

Тогда, преобразуя (18), легко найти воздухообмен (70)

£= . (70)

Часто в наружном воздухе отсутствует выделяющаяся в помещении вредность. Тогда (71)

£= . (71)

Если в качестве вредности выступает избыточная теплота то в общем случае (72)

£= . (72)

где Y_в, Y_п - энтальпия вытяжного и приточного воздуха;

- плотность воздуха.

При выделении только теплоты формула (21) преобразуется к виду (73)

£= , (73)

где C_р -теплоемкость влажного воздуха (в среднем принимается 1,005 кДж/кг К, 0,24 ккал,кг ⁰С).

Приведенные зависимости выведены из предположения мгновенного и равномерного распределения как вредности, так и поступающего воздуха по всему объему помещения. В действительности в помещениях всегда имеет место та или иная неравномерность, что существенно осложняет задачу определения воздухообменов. Методы определения воздухообменов с учетом неравномерного распределения вредностей и воздуха излагаются в специальной литературе.

В тех случаях, когда расчетным путем не удается получить количество вредностей, пользуются способами определения воздухообменов по укрупненным показателям: по кратностям и по расчетному количеству воздуха на характерный источник вредностей.

Под кратностью понимают количество воздуха £, отнесенное к объему помещения Ʊ, т. е.

, 4^{-1 ,} (74)

где знак (+) соответствует притоку, а знак (-) вытяжке.

Значения кратности для различных помещений принимаются на основании выработанных практикой данных и приводятся в справочной и нормативной литературе. Так, например, для кинотеатров воздухообмен в зрительных залах определяется с расчетом на основании подсчета нагрузок. В остальных помещениях - кратностям: кулуары и фойе - n=+2; кинопроекционная - n_пр = +3, n_выт = -4; аккумуляторная n_пр = +8, n_выт = - 10; курительные n = -10.

Санитарно-технические приборы в вентиляционных расчетах принимаются в качестве характерных источников вредности. Так, например, в зависимости от назначения сооружения на каждый установленный в помещении унитаз требуется втяжка объемом от 50 до 100 м³/ч, писсуар - 25 – 50 м³/ч.

Так же определяется воздухообмен для находящихся в помещении людей. В этом случае количество наружного воздуха может быть легко получено по формуле (19) из условия ассимиляции углекислого газа.

Оно составляет примерно 20 – 30 м³/ч на человека. Однако в ряде помещений устанавливается норма подачи наружного воздуха на одного человека в пределах 40 – 80 м³/ч. Такое увеличение объясняется потребностью уменьшения запахов, сопутствующих пребыванию людей.

В местных вентиляционных системах методы определения воздухообменов настолько специфичны и зависят от вида системы и особенностей обслуживаемых ею оборудования и устройств, что далеко выходит за пределы рассматриваемого курса. Заметим только, что в общем балансе перемещаемого в системах вентиляции воздуха доля местных систем невелика (едва ли более 10 %), но роль их оценивается не количеством воздуха. Так, например, локализующая вытяжка вентиляция от агрегатов, выделяющих вредные пары и газы, не допускает прорыва вредностей в объем помещения, а это значит, что в дестки, а иногда и сотни раз сокращается общий воздухообмен.

4.3. СИСТЕМЫ ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

В системах естественной вентиляции перемещение воздуха происходит под действием естественных сил: гравитационного (теплового) и ветрового напоров. Величина гравитационного напора для систем вентиляции определяется по разности плотности наружного воздуха и воздуха помещения (75)

, (75)

где - расстояние по вертикали от центра вентиляционного отверстия в помещении i-го этажа до отметки воздуховыпкскного отверстия.

Под ветровым напором понимают давление, оказываемое ветром на различные поверхности зданий. Отсчет ветрового напора осуществляется от барометрического давления, т.е. последнее принимается за нулевой уровень. Ветровой напор определяется по формуле (76)

, (76)

где - аэродинамический коэффициент, показывающий долю кинетической энергии ветра, переходящей в потенциальную энергию давления; может быть положительным, и тогда имеет место давление выше атмосферного, и отрицательным, и тогда наблюдается разрежение;

- скорость ветра, м/с;

- плотность воздуха, кг/ .

Значения аэродинамических коэффициентов для зданий различной конфигурации в зависимости от направления ветра определяют в результате постановки специальных экспериментов. Мы только отметим, что положительные значения ветрового напора имеют место с наветренной стороны, отрицательные – с подветренной, причем перед отдельно стоящим зданием область положительных давлений распространяется на расстояние около 5 высот здания, отрицательных – 6 высот по направлению ветра. Последняя носит название аэродинамической тени (рис. 70).

Рис. 70.

Системы естественной вентиляции подразделяют на бесканальные и канальные.

В бесканальных системах в расчет принимаются как тепловой, так и ветровой напоры. Такой способ вентиляции носит название аэрации. При аэрации с помощью незначительных разностей давлений изнутри и снаружи здания можно организовать перемещение очень больших масс воздуха. Аэрация широко применяется для вентиляции производственных зданий со значительными тепловыделениями и не очень жесткими требованиями к параметрам воздушной среды.

Рассмотрим процесс аэрации простейшего однопролетного здания под воздействием только теплового напора. Расчетная схема изображена на рис. 71.

Примем

Давление на отметке оси нижнего отверстия составит (77):

Снаружи здания ; (77)

Внутри здания ; (78)

Разность давлений на этой отметке (79)

. (79)

Рис. 71.

Если обозначить , (80)

По аналогии разность давлений на отметке оси верхнего окна составит (81)

. (81)

При установившемся процессе количества воздуха, входящего через одно отверстие и выходящего через другое, равны. Приточным отверстием при принятых нами условиях является, естественно, нижнее. Обозначим , а , т. е.

; (82)

. (83)

Неравенства (82) и (93) означают, что на какой-то отметке ( ) имеет место равенство .

Обозначим расстояние между отверстиями H, а расстояния от нейтральной зоны до отметок осей отверстий и .

Тогда

; (84)

. (85)

А так как на отметке , то

. (86)

Подставим в (12) (6) и (7) и получим

; . (87)

Зная, что , т. е. расходы через отверстия равны, запишем их:

; (88)

, (89)

(где - коэффициенты расхода (при одинаковых конструкциях отверстий ).

Рассмотрим теперь влияние изменения площади одного из отверстий на количество перемещаемого воздуха. Для этого в выражения (88) и (89) подставим значения и и приравниваем их.

После преобразований будем иметь

. (90)

Пусть ( ),

тогда . (91)

Имея в виду , получим

И далее

; (92)

. (93)

Теперь можно отыскать отметку нейтральной зоны. Она равна

. (94)

Если размеры отверстий одинаковы (m = 1), то нейтральная ось делает расстояние между ними пополам. В этом случае

; (95)

. (96)

Отсюда

. (97)

Нетрудно видеть, что при m→ ∞

. Таким образом увеличение одного из отверстий при неизменной площади другого не дает существенного эффекта. На практике устойчивая работа аэрации обеспечивается условием

. (98)

Действие ветра при аэрации учитывается тем, что к располагаемому гравитационному напору для приточных отверстий добавляют ветровое давление.

Аэрационные расчеты существенно усложняются, если отверстий (или поясов) по высоте здания более двух.

Подача воздуха снаружи в помещения при аэрации для сооружений, расположенных в холодных климатических районах, предусматривается на двух уровнях:

летом – 0,5 – 1,8 м от отметки пола,

зимой – не менее 4 м.

Для обеспечения устойчивой вытяжки предусматривают так называемые незадуваемые фонари (в верхнем поясе). Схемы таких фонарей изображены на рис. 72.

Рис. 72

В жилых зданиях и небольших общественных сооружениях ( школы, больницы, общежития, гостиницы и т. п. ) предусматривают канальные системы естественной вентиляции, которые, по существу, являются вытяжными. При этом принимается, что приток происходит неорганизованным путем через форточки в оконных проемах и неплотности в ограждениях. Исключение составляют здания с числом этажей равным и более трех, расположенные в суровых климатических условиях (подрайоны IA, IБ, IГ). В этих условиях разрешается для названных типов зданий устройство приточной вентиляции с механическим побуждением и подогревом воздуха. В некоторых случаях предусматривается и его увлажнение в зимний период.

В жилых здания IУА климатического района часто предусматривают установку автономных кондиционеров или других индивидуальных охлаждающих устройств.

Схемы канальной вентиляции жилых зданий приведены на рис. 73 и

рис. 74.

Первая схема позволит удовлетворительно обеспечивать вентиляцию зданий с числом этажей не более пяти. При большем числе этажей устройство самостоятельного канала каждому вентиляционному отверстию становится невозможным. Поэтому схема предусматривает каналы двух типов – сборные каналы и каналы-спутники, которые присоединяются к сборным. Благодаря большому сечению сборного канала его аэродинамическое сопротивление невелико, что препятствует опрокидыванию циркуляции. На последних этажах в вытяжных отверстиях часто устанавливаются осевые вентиляторы.

Вентиляционные устройства располагаются в верхней части кухонь, санитарных узлов, ванных, душевых. В некоторых случаях при числе комнат в квартире более трех предусматривается вытяжка и из жилой комнаты.

Вентиляционные каналы устанавливают либо внутри кирпичных стен (минимальное сечение 0,5 кирпича), либо в специальных вентиляционных блоках, входящих в конструкцию стены или приставленных к ним. Некоторые возможные варианты таких блоков приведены на (рис.73).

Вентиляционные каналы всегда располагаются во внутренних стенах. Наружные стены исключаются в таких случаях по двум причинам:

- охлаждение воздуха в каналах приводит снижению и без того небольшого располагаемого давления;

- возможно выпадение конденсата из удаляемого воздуха на внутренних холодных поверхностях каналов.

Радиус действия канальных систем естественной вентиляции невелик. не превышает, как правило, 8 – 10 м и существенной зависит от температуры наружного воздуха (см. уравнение (I)). Поэтому расчет этих систем ведется обычно на некоторый условный режим, который, в известном смысле, должен определять предельные возможности системы. В качестве такого режима для жилых и общественных зданий принимаются условия, соответствующие наружной температуре .

Располагаемое давление в канальных системах естественной вентиляции многоэтажных зданий определяют по формуле, предложенной Е.В. Константиновой:

, (99)

где Pi – гравитационное давление, вычисленное по формуле (99);

- перепад давлений наружного и внутреннего воздуха на уровне середины окна соответствующего этажа (табл. 5).

РаРа

Рис. 73

Т а б л и ц а 5. Величины при притоке, равном вытяжке, Па

Этаж здания	при этажности здания
	9	10	11	12	13	14	15	16
I	4,4	4,9	5,4	5,9	6,37	6,87	7,34	7,85
II	2,94	3,43	3,92	4,4	4,9	5,4	5,9	6,87
III	1,97	2,45	2,45	2,94	3,45	3,92	4,9	5,9
IУ	0,98	0,98	1,47	1,96	2,45	3,45	3,92	4,9
У	0	0	0,5	0,98	1,47	1,96	2,94	3,92
УI	-0,49	-0,49	0	0	0,49	0,98	1,47	2,45
УII	-1,47	-0,98	-0,49	0	0,49	0,49	0,49	0,98
УIII	-2,94	-2,45	1,96	-2,47	-0,98	0	0	0
IX	-3,92	-3,45	-2,94	-2,94	-2,45	-1,96	-1,47	0,98
X	-	-4,9	-4,4	-3,92	-3,45	-2,94	-2,45	-1,96
XI	-	-	6,87	-5,9	-4,9	-3,92	-3,45	-2,94
XII	-	-	-	-7,85	-7,34	-6,37	-5,4	-4,4
XIII	-	-	-	-	-8,83	-7,85	-6,87	-5,9
XIУ	-	-	-	-	-	-9,8	-8,83	-7,34
XУ	-	-	-	-	-	-	-10,75	-9,3
XУI	-	-	-	-	-	-	-	-11,8

Методика определения сечения каналов естественной вентиляции аналогична расчету сечения трубопроводов центрального отопления и включает в себя:

- выбор местоположения шахт, каналов и размещение вентиляционных отверстий на планах здания;

- вычерчивание аксонометрической схемы вентиляционной системы;

- определение воздушной нагрузки на каждом участке сети ( при этом воздухообмены в помещениях определяются либо расчетом, либо по соответствующим разделам СНиП);

а б

Рис.74. Вентиляционный дефлектор;

а – распределение давления на поверхности внешнего цилиндра;

б – схема дефлектора ЦАГИ; 1 – патрубок для соединения с шахтой; 2 – диффузор; 3 – зонт (от атмосферных осадков); 4 – внешний цилиндр дефлектора.

- расчет вентиляционных каналов, шахт, воздуховодов и определение габаритов вентиляционных решеток (при этом потери напора на преодоление линейных и местных сопротивлений не должны превышать располагаемого давления).

Для увеличения располагаемого давления в системах естественной вентиляции широко используются специальные устройства – дефлекторы (рис.74). Обычно они устанавливаются над вытяжными шахтами. Действие дефлекторов основано на использовании своеобразного распределения давления на поверхности цилиндра, обдуваемого ветром, когда под раздражением оказывается примерно 6/7 его поверхности (рис. 74 -а). Последнее обстоятельство приводит к перемещению воздуха за пределы дефлектора и, соответственно, помещения.

Остановимся несколько подробнее на механизме этого явления.

Разность между давлением воздуха в помещении и в зоне разрежения можно определить по формуле (100)

, (100)

где - коэффициент, характеризующий внешнее обтекание дефлектора воздушным потоком;

- расчетная скорость ветра, м/с.

Располагаемая разность давлений расходуется на преодоление сопротивления сети воздуховодов (каналов), присоединенных к дефлектору, и самого дефлектора, т. е. (101)

, (101)

где - коэффициенты сопротивления сети и дефлектора;

- скорость воздуха во входном патрубке дефлектора.

Полезная часть располагаемой энергии расходуется на преодоление сопротивления сети:

. (102)

Из последних двух зависимостей имеем

или с учетом (100)

. (103)

Преобразуем следующим образом:

;

. (104)

Зависимость представляет собой характеристику дефлектора. Последнюю можно изобразить графически (рис. 75).

Рис. 75

Для наиболее распространенных в настоящее время дефлекторов ЦАГИ аэродинамическая характеристика выглядит следующим образом (105):

. (105)

Ориентировочная величина диаметра патрубка дефлектора определяется по формуле:

,

где L – производительность дефлектора,

Скорость воздуха в патрубке дефлектора ЦАГИ можно с учетом найти по зависимостям:

- в условиях действия только ветрового давления

,

- в условиях действия ветрового и теплового давления

,

где - тепловое давление;

- длина сети воздуховодов, присоединенных к дефлектору, м;

d – диаметр воздуховодов;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений.

4.4. СИСТЕМЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

Системы механической вентиляции предполагают использование для перемещения воздуха специальных устройств – вентиляторов, и которые , как уже было указано ранее, подразделяются на приточные и вытяжные. И те, и другие могут быть общеобменными, т. е. осуществлять вентиляционный процесс во всем объеме помещения, и местными.

Общеобменная механическая вентиляция – наиболее распространенный вид вентиляционных систем. В частности, общественные здания оборудуются этими системами в подавляющем большинстве случаев.

Рис. 76

Общая схема общеобменной вентиляция приведена на рис. 76. На этой схеме представлен наиболее полный набор элементов. В конкретных случаях в системе могут отсутствовать то или иное оборудование. Так, например, очистка вытяжного воздуха производится лишь в случаях его загрязнения выше доступных норм. Увлажнение приточного воздуха также предусматривается не всегда, а только в тех случаях, когда это необходимо по технологическим или гигиеническим соображениям.

Воздухоприемные и воздуховыбросные устройства в системах механической вентиляции выполняются в виде соответствующим образом оформленных проемов в ограждениях (рис. 77, а), приставных или отдельно стоящих шахт (рис. 77, б, в).

Рис. 77

Расположение и конструкцию воздухоприемных устройств выбирают с учетом требований к чистоте приточного воздуха и принципов архитектурного проектирования внешнего облика здания. Они не должны находиться вблизи источников загрязнения воздуха (выбросов запыленного и загазованного воздуха и дымовых газов, кухонь и т. п.). Отверстия для забора воздуха должны располагаться на высоте не менее 2 м от поверхности земли ( в зеленой зоне – не менее 1 м) и закрываться жалюзийными или другими решетками.

Для защиты помещений от поступления в них через вентиляционные каналы наружного холодного воздуха воздухоприемные и воздуховыбросные устройства оборудуются утепленными клапанами чаще всего с механическим приводом. Нередко такой клапан блокируется с вентилятором, т. е. закрывается при его отключении, и снабжаются электрическим подогревом, препятствующим обмерзанию створок.

Важнейшим элементом систем механической вентиляции являются вентиляторы. Они перемещают воздух по системе, преодолевая ее сопротивление. По величине создаваемого давления вентиляторы делят на три группы: низкого давления – до 1000 Н/ (100 мм вод.ст.); среднего – от 1000 Н/ до 3000 Н/ (100 – 300 мм вод.ст.); высокого – от 3000 Н/ до 12000 Н/ (300 – 1200 мм вод.ст.). По принципу действия и связанными с ним конструктивными особенностями различают вентиляторы осевые (рис. 78,б) и радиальные-центробежные (рис.78, а). В последние годы промышленность наладила впуск вытяжных радиальных вентиляторов с электродвигателями в кожухе (крышные вентиляторы) для установки их на кровле зданий (рис.79).

Рис. 78. Схемы устройства вентиляторов:

а – радиального; б – осевого; 1- электродвигатель; 2 – кожух вентилятора; 3 – вход воздуха; 4 – выход воздуха; 5 – рабочее колесо ветилятора; 6 – станина

Рис.79. Крышный вентилятор:

а – общий вид; б – разрез; 1 – направляющие лопатки; 2 – электродвигатель; 3 – поток охлаждающего воздуха; 4 – рабочее колесо; 5 – поток выбрасываемого воздуха; 6 – отверстие в перекрытии; 7 – покрытия здания.

Осевой вентилятор представляет собой рабочее колесо, помещенные внутри кожуха (обечайки) цилиндрической формы, расположенное, как правило, на одном валу с электродвигателем. Такие вентиляторы при относительно высокой производительности развивают небольшое давление (до 70 мм вод. ст.), а потому используются в системах с малым аэродинамическим сопротивлением, т. е. есть с небольшой протяжностью воздуховодов.

Центробежные вентиляторы, в отличие от осевых, имеют улиткообразный кожух. Воздух в них засасывается через боковой приемный патрубок и, совершая движение, вместе с рабочим колесом выходит через выхлопное отверстие. При этом меняется направление движения воздуха. Наличие в центробежном вентиляторе закрытого кожуха, обладающего соответствующими конструктивными особенностями, позволяет обеспечивать существенно большее, по сравнению с осевыми, давление.

При этом , центробежные вентиляторы могут иметь как один, так и два всасывающих патрубка (с двух сторон кожуха). Последние носят название вентиляторов с двухсторонним всасыванием.

Осевые вентиляторы являются реверсивными: при изменении направления вращения рабочего колеса меняется направление движения воздуха. Центробежные вентиляторы таким свойством не обладают.

В зависимости от состава перемещаемого воздуха вентиляторы могут быть в обычном или специальном исполнении (коррозийностойком, искрозащищенном и др). Первые рассчитаны на перемещение неагрессивной среды при температуре до 80 .

Используемые в настоящее время вентиляторы обладают весьма широким диапазоном производительности и давления. Габариты вентилятора зависят в основном от производительности и определяются так называемым номером, который означает диаметр рабочего колеса в дециметрах. Промышленность выпускает вентиляторы различного назначения от номера 2,5 до 20.

Подбор вентиляторов осуществляется по аэродинамическим характеристикам, представляющим собой зависимости давления Р, мощности N и коэффициента полезного действия от количества перемещаемого воздуха L. Наиболее важной является характеристика P-L, т. е. зависимость давления, развиваемого вентилятором, от производительности. Эта характеристика основана на использовании уравнения (107)

, (107)

где - плотность перемещаемого воздуха;

- коэффициент давления, зависящий от конструкции рабочего колеса;

u – окружная скорость на внешних концах лопаток рабочего колеса.

Поскольку плотность воздуха и окружная скорость от производительности не зависят, характеристика P-L при постоянном числе оборотов рабочего колеса должна бы представлять собой прямую линию и параллельную оси абсцисс (рис.80).При этом, чем больше число оборотов, тем выше должна располагаться эта прямая, так как , где d – диаметр рабочего колеса, n – число оборотов рабочего колеса в мин.

Рис. 80

Однако в связи с наличием потерь при движении воздуха вдоль лопаток рабочего колеса и изменением так называемой степени закручивания при изменении его количества коэффициент давления уменьшается по мере роста производительности вентилятора. Поэтому действительные характеристики представляет собой «падающие» кривые б и в, характер которых определяется в результате проведения специальных исследований. Экспериментально определяется и характеристика -L.

Мощность, потребляемую вентилятором, нетрудно найти по выражению (108), кВТ

, (108)

где a – коэффициент запаса (1,1-1,15);

- коэффициент полезного действия соответственно вентилятора и передачи (чаще всего ременной).

Размерности P и L в этой формуле:

[Р]= , мм вод. ст.; [L]=

для каждого типа номера вентилятора строятся свои характеристики, которые приводятся в справочной литературе. На рис. 81 для примера приведена характеристика вентилятора Ц4-70 № 4.

Рис. 81

Давление, создаваемое вентилятором, расходуется на преодоление аэродинамического сопротивления вентиляционных сетей и обеспечения требуемой скорости воздуха. первую составляющую можно связать с так называемым статическим давлением Рст, вторую – с динамическим Рд.

Вентилятор, работающий на сеть воздуховодов, создает до себя разрежение Рвс, а после себя повышенное давление Рнагн. Полное давление, создаваемое вентилятором, слагается из этих двух составляющих, т.е. Рn + Pвс + Рнагн. Все сказанное иллюстрируется на рис.82.

Рис.82.

Воздуховоды представляют собой каналы, по которым транспортируется воздух. Материал воздуховодов определяется параметрами транспортируемого воздуха, назначением системы, архитектурными и конструктивными особенностями здания.

В системах вентиляции промышленных зданий воздуховоды часто изготавливают из кровельной тонколистной стали или других металлов. Наиболее распространенным способом соединения звеньев и фасонных частей металлических воздуховодов как в промышленных зданиях, так и в общественных сооружениях являются фланцы. В промышленной вентиляции широко используются круглые воздуховоды с продольными и спиральными швами. Как правило вентиляционные системы промышленных зданий располагаются в обслуживаемых им помещениях открыто и кроме того, в большинстве случаев нет трудностей при их размещении в габаритах. При таких условиях предпочтительной считается их круглая форма, основным достоинством которой является возможность высокой степени индустриализации при изготовлении. Причем размеры круглых воздуховодов и фасонных частей унифицированы и обезличены, что имеет большие преимущества как для производства, так и для монтажа.

В жилых, общественных и административных зданиях чаще применяют прямоугольные воздуховоды, которые лучше вписываются в габариты помещений и в большей степени, чем круглее, приемлемы для архитектурного оформления. Часто вентиляционные каналы образуются строительными конструкциями.

Габариты воздуховодов бывают весьма значительными. Для перемещения больших количеств воздуха могут даже предусматриваться специальные вентиляционные коридоры, а иногда и подземные каналы.

Металлические круглые воздуховоды изготавливают диаметром от 100 мм до 2000 мм, прямоугольные – от 100 х 100 до 3000 х 4000 мм.

С целью обеспечить механизированные заготовки и обеспечить технологичность монтажа типоразмеры прямоугольных воздуховодов также, как и круглых, унифицированы.

Движение воздуха по воздуховодам является частным случаем движения жидкостей и газов по трубам, а потому описывается общими закономерностями гидроаэромеханики.

Рис. 83.

Аэродинамический расчет воздуховодов сводится к определению необходимых размеров их поперечного сечения для перемещения расчетного количества воздуха и соответствующего этому количеству аэродинамического сопротивления сети, которое складывается из потерь давления на трение и на преодоление местных сопротивлений на отдельных участках (рис. 83). При этом участком принято называть часть сети с постоянным сечением и расходом. Заметим, что в отличие от отопительных систем, которые являются замкнутыми, вентиляционные сети-тупиковые. Последнее обстоятельство существенно упрощает аэродинамический расчет. Однако размеры вентиляционных воздуховодов, как правило, оптимизируют, принимая в качестве критериев оптимизации экономические показатели. Чаще всего таким показателем являются приведенные затраты оптимизационные расчеты сложны и выполняются с использованием ЭВМ.

Порядок расчета воздуховодов следующий:

1. На планах и разрезах сооружения после предварительной оценки габаритов воздуховодов намечаются места их прокладки.

2. Составляется аксонометрическая схема сети (рис.83).

3. Определяются расходы воздуха через приточные (или вытяжные) устройства и на отдельных участках Li. Проставляются длины участков .

4. Выбирается расчетная магистраль (наиболее длинный и нагруженный путь от входа воздуха в систему до выхода из нее). На (рис.8) магистраль отмечена жирной линией.

5. Принимая так называемые экономические скорости, определяют сечения воздуховодов на магистрали и потери давления на всех ее участках. Суммарные потери давления на магистрали составляют общее аэродинамическое сопротивление сети.

6. Производят расчет ответвлений, имея в виду, что давление в точке присоединения ответвления к магистрали представляет собой располагаемый напор. Отсюда смысл расчета ответвления заключается в том, чтобы выбранные размеры воздуховодов при расчетном обеспечивали потери давления, равные располагаемому напору.

Как и в системах отопления, в вентиляционных сетях потери давления на преодоление местных сопротивлений сопоставимы с линейными потерями, а потому требуется их тщательный подсчет. Формулы для определения как линейных, так и местных потерь приведены выше на с. 49. Для определения линейных потерь и коэффициентов местных сопротивлений используются таблицы и номограммы, которые можно найти в специальной и справочной литературе.

Габариты воздуховодов определяют в результате выполнения аэродинамического расчета. Однако в первом приближении к решению этого вопроса можно подойти, ориентируясь на средние значения скоростей воздуха в воздуховодах. Ориентировочно можно принимать скорость воздуха , в магистральных воздуховодах равной 8 – 10 м/с, на ответвлениях – 4 – 6 м/с. В таком случае площадь поперечного сечения воздуховода F, , нетрудно определить по формуле:

, (109)

где L – расчетное количество воздуха, /ч.

Основное вентиляционное оборудование приточных и вытяжных установок располагается чаще всего в специальных помещениях, называемых вентиляционными камерами. Приточные камеры в общественных административных и жилых зданиях предусматривает, как правило, в первом этаже, в цокольной части здания или в технических подпольях. Вытяжные камеры стремятся располагать, если это возможно, в верхней части зданий. В многоэтажных зданиях вентиляционные камеры устраивают в технических этажах. При этом надо иметь в виду, что зачастую именно оборудование вентиляционных систем регламентирует их высоту.

Вентиляционные камеры желательно располагать в центре нагрузок. Не допускается размещение в одной камере приточных и вытяжных устройств. Не рекомендуется устраивать камеры вблизи помещений с низким допустимым уровнем шума (зрительные залы, аудитории, жилые помещения и т. п.).

Вентиляционные камеры могут конструироваться либо из строительных конструкций по месту, либо представлять собой типовые изделия, изготавливаемые индустриально.

На рис. 84. представлена конструкция приточной камеры. Как видно из этого рисунка, наружный воздух поступает через воздухозаборную решетку и после утепленного клапана проходят фильтры. Очищенный от пыли воздух нагревается в калорифере и далее вентилятором подается в систему.

Рис. 84. Приточная вентиляционная камера.

1 – приточный короб; 2 – центробежный вентилятор; 3 – гибкие вставки; 4 – калорифер; 5 – фильтры; 6 – привод для управления приемным клапаном; 7 – приемный клапан; 8 – решетка; 9 – рециркуляционный клапан; 10 – звукопоглощающие покрытие; 11 – камера шумоглушения; 12 – рециркуляционный короб

Из (рис. 84) видно, что приточная камера состоит из отдельных помещений (между клапаном и фильтрами, между фильтрами и калорифером и др.). Каждое такое помещение должно иметь отдельный вход с герметической дверью. Это необходимо для обслуживания элементов камер. Устройство вытяжной вентиляционной камеры, расположенной в верхней части здания, иллюстрируется на рис.85.

Размеры вентиляционных камер определяются габаритами установленного в них оборудования. Имеются конструкции типовых приточных камер. Их характеристики можно найти в справочной литературе.

В редких случаях приточные и вытяжные вентиляционные агрегаты размещают непосредственно в обслуживаемых помещениях. Это скорее свойственно помещениям промышленных зданий, в которых допустим высокий уровень шума. В общественных зданиях иногда непосредственно в помещениях устанавливают небольшие вытяжные агрегаты (в курительных туалетах и т.п.).

Рис. 85. Вытяжная вентиляционная камера.

1 – дверка; 2 – шахта; 3 – клапан; 4 – воздуховоды; 5 – вентилятор

Сложной и специфической проблемой является распределение воздуха в объеме помещений, особенно крупных (зрительные и спортивные залы, производственные помещения с большим количеством рабочих мест, торговые помещения, музеи и т. п.) Решение этой проблемы основано на изучении аэродинамических характеристик вентиляционных струй и оценке степени неравномерности параметров (в основном температуры, подвижности и наличия в воздухе посторонних примесей) по площади или объему помещения.

Не останавливаясь подробно на методах решения этой проблемы, укажем только, что требуемые условия воздушной среды необходимо обеспечивать, как правило, не во всем объеме помещений, а в так называемой рабочей зоне, т. е. той его части, которая занята оборудованием или людьми. При отсутствии оборудования в качестве рабочей зоны принимается часть объема, ограниченная высотой 2,0 м от уровня пола. Для распределения воздуха используются устройства, формирующие различные типы приточных вентиляционных струй (рис. 86). Задача специалиста, проектирующего систему вентиляции, заключается в том, чтобы при внедрении в рабочую зону параметры воздуха в струе ( ) на рис. 87 соответствовали нормативным их значениям.

Рис. 86. Приточные вентиляционные устройства:

а – для вертикальной подачи компактными струями; б - для горизонтальной подачи веерными струями; в – для наклонной подачи; г – патрубки ,насадки с направляющими лопатками; е – перфорированная полусфера; ж – насадка, формирующая конусную струю

Рис.87

Вытяжным устройствам и струям при расчете вентиляции уделяется существенно меньшее внимание. Связано это с малым, в отличие от приточных, дальнодействием вытяжных устройств.

Более того ограниченность зоны вытяжного факела позволяет применять комбинированные приточно – вытяжные плафоны, в которых приточное устройство совмещено с вытяжным (рис. 88).

Рис .88

Вообще же вытяжное устройство не должно находиться в зоне действия приточных струй, но располагаться в местах наибольшей концентрации вредностей.

В качестве люстрации на рис.89 приведены некоторые схемы организации воздухообмена в зрительных залах.

а б

в г

Рис. 89. Схемы организации воздухообмена в зрительных залах:

а – сверху вниз , приток через плафоны, вытяжка под сиденьями;

б – снизу вверх, приток через спинки кресел, вытяжка через плафоны;

в – прток сверху горизонтальными струями, вытяжка под сиденьями;

г – приток горизонтальными струями с двух уровней, вытяжка под сиденьями

Местные системы характерны больше для производственных помещений. При этом различают вытяжную и приточную местную вентиляцию.

Местные вытяжные устройства (отсосы) весьма разнообразны по конструкции (рис. 90), которая определяется характером использования, но всегда преследует одну и ту же цель – не позволить распространяться вредным веществам по объему помещений.

Рис. 90. Местные вытяжные устройства.

а, б, в - к вентилятору

В общественных зданиях использование местных отсосов ограничивается лабораторными и некоторыми техническими помещениями.

Еще меньшее распространение в рассматриваемых зданиях находят местные приточные устройства (воздушные души, оазисы и др. ). Широкое распространение в гражданских сооружениях с большими потоками людей (торговые, транспортные) получили лишь воздушно-тепловые завесы – одна из разновидностей местных приточных систем. Как правило, в них предусматривают боковой подвод воздуха плоской струей (из щели) со скоростью не менее 5 – 7 м/с. Завесы предотвращают прорыв холодного наружного воздуха в помещения. Схема воздушно-тепловой завесы приведена на рис. 91.

В системах механической вентиляции широкое распространение имеют различные пылеочистные устройства. В атмосферном воздухе, а также в воздухе помещений всегда содержится пыль.

Характер и количество пыли в наружном воздухе зависят от расположения и степени благоустройства населенных пунктов, интенсивности движения транспорта, технологических процессов предприятий и их выбросов в атмосферу.

Рис. 91. Воздушная завеса:

1 – забор воздуха; 2 – воздуховод; 3 – калорифер; 4 – вентилятор; 5 – раздача воздуха

Атмосферный воздух считается чистым, если концентрация пыли в нем не превышает 0,15 мг/ . Такая концентрация имеет место в лесу после дождя. В населенных пунктах запыленность колеблется в пределах от 0,3 мг/ до 1,0 мг/ , поэтому наружный воздух, подаваемый в помещения, подлежит очистке.

В системах кондиционирования очищаться должен и рециркуляционный воздух, если его запыленность равна или более запыленности наружного воздуха.

Весьма загрязненным пылью может быть воздух вытяжных систем вентиляции. Здесь запыленность достигает иногда 500 мг/ и более. Такой воздух перед выбросом в атмосферу также должен подвергаться очистке. В некоторых случаях очистка удаляемого из помещений воздуха предусматривается в целях утилизации ценного сырья.

Запыленность кроме количественной весовой характеристики оценивают также дисперсностью, т. е. содержанием различных фракций с примерно одинаковыми размерами пылинок.

В зависимости от относительной разности между начальной и конечной запыленностью, называемой коэффициентом пылезадержания, и размеров частиц пыли, отделяемых от воздуха, различают:

- грубую очистку воздуха, которая является предварительной и обеспечивает задержание частиц крупнее 100 км;

- среднюю очистку, позволяющую полностью улавливать частицы не менее 100 км и обеспечивающую остаточную концентрацию пыли 30 – 50 мг/ ;

- тонкую очистку воздуха, при которой ставится задача улавливания самых мелких фракций пыли и обеспечения остаточной концентрации 1,0 мг/ и менее.

Формула для определения коэффициента пылезадержания при этом по определению выглядит так:

. (110)

Воздух, удаляемый в атмосферу, должен подвергаться грубой средней очистке, если она вообще необходима, приточный и рециркуляционный воздух – тонкой очистке.

Пылеочистные устройства принято делить по назначению на две группы: пылеуловители, предназначенные для очистки удаляемого в атмосферу воздуха, и фильтры, служащие для очистки воздуха, подаваемого в помещения.

В современных пылеочистных аппаратах применяются различные методы отделения пылевых частиц из воздуха. Определенным методам соответствуют конкретные пылеочистные устройства. Кратко остановимся на них.

1. Использование гравитационной силы, под действием которой пылинки сравнительно крупных размеров, обладающие большой плотностью, оседают в воздухе, движущемся со скоростью не более 0,5 м/с. На этом принципе основано устройство пылеосадочных камер (рис. 92), имеющих многочисленные модификации.

Рис. 92. Схемы пылеосадочных камер:

а – простая; б – многополочная; в – лабиринтная

2. Использование инерционных сил путем изменения направления движения запыленного потока. На этом принципе основано конструирование целого класса пылеотделителей. В качестве примера такого устройства на рис. 92 приведена схема циклона.

3. Пропускание запыленного воздуха через пористые фильтрующие материалы, способные отделять пылинки из воздуха. Физический механизм пылевых частиц в фильтрах сложен и является предметом специального изучения и исследований. Используемые здесь материалы различны: от гравийных засыпок и проволочных фильтров до использования специальных тканей, волокон, бумаги. Для примера на рис. 93 изображен бумажный рамочный фильтр. Конструктивное многообразие фильтров представляет интерес для специалистов. Мы будем иметь в виду, что степень очистки воздуха в них может быть весьма высокой, составляет, как правило, более 90 %, а в некоторых случаях (при использовании, например, ткани ФП) достигает практически 100 %.

Рис. 93. Схема циклона

Рис. 94. Бумажный рамочный фильтр: 1 - фильтрующая бумага; 2 - сетка

1. Использование пленок различных жидкостей (масло, вода) для поглощения пылевых частиц. Этот метод следует рассматривать как дополнительный в инерционных пылеотделителях и пористых фильтрах.

2. Использование электрических сил: предварительно частицы пыли ионизируются, а затем осаждаются на электродах.

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Архитектоника любой пространственно временной отдельности – определённости есть её жизненное содержание – состав и строение как целого, так и взаимодействие частей целого друг с другом, с целым и с объемлющим целое.

   1. Архитектонические способности определяются глубиной и широтой чувствования – видения - понимания архитектоники пространственно-временной определённости, на которую направлены внимание и воля к взаимодействию.

   2. Обустройство пространства – среды обитания человека является архитектонически самой трудной задачей по необъятности архитектонического содержания и самой ответственной по последствиям этого обустройства, как для жизни отдельных членов сообщества, так и для необозримого и неповторимого разнообразия общин в неповторимых условиях обитания этих общин и отдельных её членов.

2. Энергетическое и вещественное взаимодействие (обмен веществ и энергетический обмен) поселения в целом, его частей друг с другом и с целым и с объемлющим, есть жизненно важнейшее явление, свидетельство здорового или нездорового состояния обустроенных пространств.

   1. Энерго-вещественное взаимодействие поселений, его частей и объемлющего осуществляется посредством коммуникаций для движения людей, воды, света, воздуха, электричества, газа и транспорта (личного, общественного, товарного)…

      1. Коммуникации - так именуются в современном языке связи, соединяющие любые разнообразия в единство – целость. В современной проектной практике коммуникационное обустройство жилых пространств именуется инженерно-техническим обустройством (водопровод, канализация, мусоропровод, вентиляция, транспорт).

2.2. Истории становления обустройства человеком пространства своего обитания всегда сопутствовало нарастание предметно-вещевого наполнения обустраиваемых пространств. Этому обустройству сопутствовало расширение объёма энергетических, экологических, экономических, социальных и воспитательных последствий.

Последние исторические этапы в становления человеческого общежития сопровождало исключительно быстрое нарастание предметно-вещевого быта, некоторые из которых существенно меняли образ жизни в человеческом общежитии.

Например:

- промышленные революции; появление автомобиля как основного личного и общественного транспорта; современная текущая компьютеризация;

- развёртывание воздушного транспорта преобразует всё земное общежитие в мировой мегаполис.

3. Проектирующий сооружение любой мерности должен чувствовать – понимать  (инстинктивно, интуитивно, разумно, рассудочно) коммуникационное взаимодействие частностей сооружения друг с другом, с целым и с объемлющим целое. Не чувствование – непонимание неизбежно влечёт за собой схематизм и их плоско-рассудочное выполнение сложившихся в прошедшем навыков - предписаний.

3.1. «Прочность, польза, красота» как основной лозунг архитектурной деятельности толкуется подавляющим большинством архитектурного цеха как самостоятельные отдельности - постулаты. В ХХ веке это толкование явило «стилевые» различия «конструктивизм, функционализм, классицизм». Наиболее распространённый схематизм в архитектуре и дизайне - подмена глубины и широты архитектонического взаимодействия частей и целого, цветения жизненной сущности сооружения, «пластической развитостью сооружения», достигаемого украшательством и стилизаторством. Красота, таким образом, является в этом толковании прилагательным - украшением скучных пользы и прочности.

4. Разум и мышление, дарованные человеку способности, – основные орудия, инструменты взаимодействия Человека и Мира. Взаимодействие может быть глубоким, широким, здоровым, содержательным или видимостью – иллюзией, имитацией, исполнением роли.

4.1. Здоровое поселение – это здоровое взаимодействие его частей – органов друг с другом. Нарастающие технико-технологические возможности - нарастание предметно-вещевого наполнения, вовлечённость этих необъятно нарастающих возможностей в обустройство как отдельных пространственно-функциональных единиц, так и всевозможных жилых комплексов – свидетельство нарастания в обустройстве человеческого общежития коммуникаций.

Например:

технико-технологические возможности и очерёдность обустройства жилых комплексов разнообразных мерностей и построение в этой связи коммуникаций, необходимых для жизни этих комплексов, неповторимы.

4.2. Создание отдельной жилой единицы (пространство бытия семьи) на земле, создание жилых комплексов разной ярусности и разной насыщенности жилыми единицами, разнообразной оторванности жилых единиц от земли предполагают разновидовые коммуникационные обустройства. Если мы понимаем жилую единицу как целое, состоящее из трёх родов пространств (приёмных, общесемейных, личных), то коммуникационное оснащение жилой единицы должно находиться во взаимодействии с этим различением и коммуникационным оснащением жилого комплекса в целом, частью которого является жилая единица.

Например:

-. взаимодействие коммуникаций жилой единицы с коммуникационным строем многоярусного сооружения;

-. взаимодействие конструктивного строя с коммуникационным строем сооружения - несущих и коммуникационных конструкций;

-. также в современном положении городов запечатлевается нездоровое взаимоотношение личного и общественного транспорта, грузового, товарного и пассажирских потоков. Горожанин в современном поселении вытеснен с дневной поверхности земли автомобилями.

4.3. Архитектор в процессе обустройства пространства жизни человеческого общежития является единственным работником в производственном сообществе обустраивающих это пространство людей, сотрудником понимающим и чувствующим как природное взаимодействие всех органов и организмов человеческого общежития, так и вовлечённых в это обустройство специалистов. Тепловоздушное дыхание отдельных помещений и их взаимодействие друг с другом с наружными пространствами определяет техническое оснащение. Одним из важных разделов обустройства человеческого общежития во всех уровнях поселений является воздушно-температурное обустройство жилых пространств, то есть их тепловое дыхание - взаимодействие.

Большие пространства – залы для собирания большого количества людей (театральные, концертные, молитвенные). Предпочтение даётся напольному отоплению, как прогревающему нижние слои пребывания человеческой массы, или воздушному отоплению доставки согретого воздуха в помещение через полость внутри полового покрытия. Полость используется как камера согретого воздуха с небольшим повышением давления (например, Филармонический зал в Берлине по проекту Г. Шаруна).

Обычное отопление большинства комнат – помещений с конца ХIX века - оснащение конвекторным – батарейным отоплением, размещаемым под оконными проёмами.  Основное назначение батарей – создание около проёмов тепловых занавес, использование движения тепловых потоков для смешивания – нагрева всего воздуха содержащегося в помещении.

5. Жизненно важно понимание, что увеличение площади городского поселения при равенстве населения города влечёт существенный рост объёма коммуникаций. Рост площади города в 2 раза увеличивает объём коммуникаций в 4 раза;  рост территории в 3 раза вызовет рост коммуникаций в 9 раз. То есть понимание неплотности, раздутости, нечистоты общей структуры городского поселения влечёт за собой засорение огромных территорий и ненужное увеличение коммуникаций, т.е. разрушительные экологические последствия и огромные траты средств на строительство поселений и их содержание.

Наглядный пример этому - постоянно выходящие из строя общегородские коммуникации, пробки на транспортных коммуникациях, вытеснение горожанина с дневной солнечной поверхности поселения.

ХХ век явил немногих архитектоников-архитекторов (Райт, Мельников, Шарун, Аалто), глубоко родственных при неисчислимом видовом разнообразии толкования архитектоники мира своим пониманием красоты мира как существительного, а не прилагательного. Для них архитектоническим учителем являлась архитектоника природы и необъятное богатство пространственно-пластического цветения природы, которое один мудрец проименовал как целесообразное без цели.

Это понимание архитектуры было проименовано как «органичная» архитектура. Таким образом, архитектор не будучи специалистом и проектировщиком-изготовителем необъятного сопутствия материалов и средств, вовлекаемых в обустройство человеческого общежития, обладает способностью и умением чувствовать их породность и архитектоническое вовлечение в обустройство человеческого общежития.

Библиографический список

1. Свистунов, В. М. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха объектов агропромышленного комплекса и коммунального хозяйства /

В. М. Свистунов, Н. К. Пушняков - СПб: Политехника - Петербург, 2007. – 423 с.

2. Караджи, В. Г. Некоторые особенности эффективного использования ОВ оборудования / В. Г. Караджи, Ю. Г. Московко. - М.: «ИННОВЕНТ», 2005. – 138 с. 

3. СНиП 41 012003. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

4. Сибикин, Ю. Д. Учебник для вузов. Отопление , вентиляция, кондиционирование воздуха / Ю. Д. Сибикин. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 304 с.

5. Староверов И. Г. Справочник проектировщика . Вентиляция и кондиционирование / И. Г . Староверов, Ю. И. Шиллер. - М.: Стройиздат , 2010. – 344 с.