Методика расчета вентиляционной системы расхода воздуха

9. Методика расчета вентиляционной системы расхода воздуха

В гараже или на СТО, в мастерских постоянно происходит выхлоп из транспортных средств таких газов, как окись углерода (CO) и окись азота (NOх). Данные окиси являются очень опасными для человека. Обеспечение вентиляцией таких помещений является мерой необходимой, обязательной и важной.

Гаражи и мастерские с площадью более 50 м² всегда должны быть оборудованы механической принудительной вентиляцией. Гаражи или мастерские с меньшей площадью могут быть оборудованы естественной вентиляцией с удалением отработанного воздуха через вытяжные каналы, площадь сечения этих каналов должна быть не меньше 0,2% от общей площади гаража или мастерской.

Необходимый воздухообмен в час

Минимальный воздухообмен может быть следующим

* на стоянке автомобилей кратность должна быть не менее 4 до 6

* на СТО или мастерских кратность может быть взята в пределах от 20 до 30

Приток воздуха в гараж может быть определен по следующей формуле

Q = n V (1)

где

Q = общая подача воздуха (м 3 / ч)

n = требуется смен воздуха в час (ч -1)

V = объем гаража (м 3)

Содержание CO в воздухе

Необходимое количество приточного воздуха может быть также определено по содержанию во внутреннем воздухе оксида углерода q CO, который в свою очередь определяется по следующей формуле

q CO = (20 + 0,1* l 1) c 1 + 0.1 c 2* l 2 (1)

где q = количество CO в воздухе (м 3 / ч)

с 1 = количество мест на стоянке (количество автомобилей) или в гараже

l 1 = средняя дистанция, которую проезжают автомобили до места парковки в гараже или на стоянке

с 2 = количество автотранспортных средств, проезжающих через гараж

l 2 = средняя дистанция для автомобилей, проезжающих через гараж

а количество приточного воздуха Q:

Q = kq CO (2)

Где Q = необходимое количество свежего воздуха (м 3 / ч)

к = коэффициент, учитывающий время нахождения людей в гараже или на стоянке

к = 2, если в гараже люди находятся небольшое количество времени

к = 4, если люди находятся постоянно – СТО, мастерские

Вентиляция гаража. Пример.

Определение количества приточного воздуха

Стоянка машин

Необходимо определить подачу воздуха в помещение стоянки автомобилей со следующими данными: 10 машин, площадь 150 м 2, объем помещения 300 м² и средняя дистанция, которую проезжают автомобили равна 20 метрам.

Все это может быть определено как:

Необходимый воздухообмен в час

Если будем использовать требование соблюдения необходимой кратности воздухообмена в час, а кратность для стоянок автомобилей (смотрите выше) должна быть не менее 4-х воздухообмена в час, то получим следующее значение расхода воздуха Q = 4*300 (м 3 / ч) = 1200 м 3 / ч

Содержание CO в воздухе

Если будем считать необходимую подачу свежего воздуха по выбросам от машин оксида углерода, то получим следующую величину q CO

q CO = (20 + 0,1* 20) 10 = 220 м 3 / ч CO

а необходимый расход воздуха

Q = 2*220 (м 3 / ч) = 440 м 3 / ч воздуха

Так как, при проектировании вентиляции в случае выбора величины необходимого воздухообмена в помещении всегда выбирают большую величину то расход приточного воздуха в помещении автостоянки должен быть 1200 м 3/ч.

Ремонтная мастерская, СТО

Необходимо определить расход приточного воздуха в помещении ремонтной мастерской (СТО) со следующим техническим заданием: количество машин 10, площадь помещения 150 м 2, объем помещения 300 м² и средняя дистанция, которую проезжают автомобили равна 20 метрам.

Необходимый минимальный воздухообмен

Если будем использовать требование соблюдения необходимой кратности воздухообмена в час, а кратность для СТО (смотрите выше) должна быть не менее 20-го воздухообмена в час, то получим следующее значение расхода воздуха

Q = 20 * 300 (м 3 / ч)= 6000 м 3 / ч

Содержание CO в воздухе

Если будем считать необходимую подачу свежего воздуха по выбросам от машин оксида углерода, то получим следующую величину выброса q CO

q CO = (20 + 0,1* 20) 10 = 220 м 3 / ч CO

А необходимый расход воздуха (коэффициент равен 4 – люди в помещении находятся постоянно)

Q = 4*220 (м 3 / ч) = = 880 м 3 / ч воздуха

Подача воздуха должна быть не менее 6000 м 3 / ч.

Типичное решение вентиляции для небольших гаражей

Вентиляция гаража небольшого не требует сложного расчета. Свежий воздух поступает через решетки в наружной стене. Загрязненный воздух удаляется через отверстия в полу и крыше через решетки с помощью вентилятора

10. Расчет воздуховода общеобменной вентиляции

Для расчета необходимо знать теплофизические характеристики рабочего тела (воздуха):

– температура воздуха внутри воздуховода ;

– плотность воздуха  кг/м;

– плотность наружного воздуха  кг/м;

– температура наружного воздуха ;

Определяем естественное расчетное давление:

 

 Па, где

 м – вертикальное расстояние от центра оконного проема до устья вытяжной шахты;

Эквивалентный диаметр для каждого участка:

 м;

По заданному эквивалентному диаметру определяем площадь сечения трубы для каждого участка:

 м;

Скорость течения воздуха в воздуховоде для каждого участка будет равна:

, м/с, где

 расход удаляемого воздуха;

Для 1-го участка:  м/с;

Для 2-го участка:  м/с;

Для 3-го участка:  м/с;

Для 4-го участка:  м/с;

Для 5-го участка:  м/с;

Для 6-го участка:  м/с;

Для 7-го участка:  м/с;

Для 8-го участка:  м/с;

Для 9-го участка:  м/с;

Для 10-го участка:  м/с;

Для 11-го участка:  м/с;

Потери на 1 м длины участка характеризуется числом Рейнольдса:

, где

 коэффициент вязкости;

Для 1-го участка: ;

Для 2-го участка: ;

Для 3-го участка: ;

Для 4-го участка: ;

Для 5-го участка: ;

Для 6-го участка: ;

Для 7-го участка: ;

Для 8-го участка: ;

Для 9-го участка: ;

Для 10-го участка: ;

Для 11-го участка: ;

Ламинарный режим течения существует устойчиво при числах Рейнольдса Re<2300. При Re>2300 ламинарное течение теряет устойчивость. При 2300<Re<4000 существует переходный режим течения, а при Re>4000 течение становится турбулентным.

Так как Re>2300, то потери на 1 м длины участка для каждого участка будет равен:

, где

 кинетическая энергия воздуха;

Для 1-го участка:  Па/м;

Для 2-го участка:  Па/м;

Для 3-го участка:  Па/м;

Для 4-го участка:  Па/м;

Для 5-го участка:  Па/м;

Для 6-го участка:  Па/м;

Для 7-го участка:  Па/м;

Для 8-го участка:  Па/м;

Для 9-го участка:  Па/м;

Для 10-го участка:  Па/м;

Для 11-го участка:  Па/м;

Потеря давления на местное сопротивление для каждого участка:

, Па, где

 сумма коэффициентов местных сопротивлений (берется из табличных данных СНиП 2.04.05–91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»);

Для 1-го участка:  Па;

Для 2-го участка:  Па;

Для 3-го участка:  Па;

Для 4-го участка:  Па;

Для 5-го участка:  Па;

Для 6-го участка:  Па;

Для 7-го участка:  Па;

Для 8-го участка:  Па;

Для 9-го участка:  Па;

Для 11-го участка:  Па;

Для 10-го участка:  Па;

 коэффициент, учитывающий шероховатость стенок воздуховода, определяется для каждого участка по СНиП 2.04.05–91.

Полное давление, по которому выбирается вентилятор, определяется по формуле:

 Па;

На заданную подачу вентиляторной установки принимаем запас в пределах 10% на возможные дополнительные потери.

Определяем полную мощность вентилятора:

 Вт = 0,864 кВт, где

 производительность вентилятора;

 давление, создаваемое вентилятором;

 КПД вентилятора;

 КПД привода клиноременной передачи.

Определяем установочную мощность с запасом:

 кВт, где

 коэффициент запаса.

По полученной мощности подбираем вентилятор ВЦ-4–70–3.15, мощностью электродвигателя 1,5 кВт, производительностью 1560 – 3800 м/ч.

Расчет воздуховода ведется по той же методике, что и расчет воздуховода для общеобменной системы вентиляции.

Расход воздуха от одного автомобиля равен L = 200 м/ч, количество автомобилей в помещении – 4.

Определяем естественное расчетное давление:

 

 Па, где

 м – вертикальное расстояние от центра оконного проема до устья вытяжной шахты;

Эквивалентный диаметр для каждого участка:

 м;

По заданному эквивалентному диаметру определяем площадь сечения трубы для каждого участка:

 м;

Скорость течения воздуха в воздуховоде для каждого участка будет равна:

, м/с, где

 расход удаляемого воздуха;

Для 1-го участка:  м/с;

Для 2-го участка:  м/с;

Для 3-го участка:  м/с;

Для 4-го участка:  м/с;

Для 5-го участка:  м/с;

Потери на 1 м длины участка характеризуется числом Рейнольдса:

, где

 коэффициент вязкости;

Для 1-го участка: ;

Для 2-го участка: ;

Для 3-го участка: ;

Для 4-го участка: ;

Для 5-го участка: ;

Так как Re>2300, то потери на 1 м длины участка для каждого участка будет равен:

, где

 кинетическая энергия воздуха;

Для 1-го участка:  Па/м;

Для 2-го участка:  Па/м;

Для 3-го участка:  Па/м;

Для 4-го участка:  Па/м;

Для 5-го участка:  Па/м;

Потеря давления на местное сопротивление для каждого участка:

, Па, где

 сумма коэффициентов местных сопротивлений (берется из табличных данных СНиП 2.04.05–91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»);

Для 1-го участка:  Па;

Для 2-го участка:  Па;

Для 3-го участка:  Па;

Для 4-го участка:  Па;

Для 5-го участка:  Па;

 коэффициент, учитывающий шероховатость стенок воздуховода, определяется для каждого участка по СНиП 2.04.05–91.

Полное давление, по которому выбирается вентилятор, определяется по формуле:

 Па;

На заданную подачу вентиляторной установки принимаем запас в пределах 10% на возможные дополнительные потери.

Определяем полную мощность вентилятора:

 Вт = 0,091кВт, где

 производительность вентилятора;

 давление, создаваемое вентилятором;

 КПД вентилятора;

 КПД привода клиноременной передачи.

Определяем установочную мощность с запасом:

 кВт, где

 коэффициент запаса.

По полученной мощности подбираем вентилятор ВЦ-4–70–2.5, мощностью электродвигателя 0,18 кВт, производительностью 430 – 960 м/ч.

Все найденные значения заносим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Название

№ уч.	L, м/ч	ℓ, м	а×b, м	d, м	f, м	, м/с	R., Па/м		R∙ℓ∙β, Па	h	∑ξ	Z, Па	R∙ℓ∙β+ + Z
1	200	2	0,05x0,05	0,05	0,03	1,76	0,002	0,99	0,004	1,89	1,3	2,4	2,47
2	400	5	0,05x0,05	0,05	0,03	3,53	0,093	0,99	0,461	7,59	1,3	9,8	10,3
3	600	9	0,05x0,05	0,05	0,03	5,30	0,209	0,99	1,868	17,0	3,7	63,2	65,0
4	800	9	0,05x0,05	0,05	0,03	7,07	0,372	0,99	3,321	30,3	1,3	39,4	42,8
5	1000	4,5	0,05x0,05	0,05	0,03	8,84	0,582	0,99	2,595	47,4	1,3	61,7	64,2

При выборе оборудования для системы вентиляции необходимо рассчитать следующие параметры:

– Производительность по воздуху;

– Мощность калорифера;

– Рабочее давление, создаваемое вентилятором;

– Скорость потока воздуха и площадь сечения воздуховодов;

– Допустимый уровень шума.

Ниже приводится упрощенная методика подбора основных элементов системы приточной вентиляции, используемой в бытовых условиях.

Производительность по воздуху

Подбор оборудования для системы вентиляции начинается с расчета требуемой производительности по воздуху или «прокачки», измеряемой в кубометрах в час. Для этого необходим поэтажный план помещений с экспликацией, в которой указаны наименования (назначения) каждого помещения и его площадь.

Расчет начинается с определения требуемой кратности воздухообмена, которая показывает сколько раз в течение одного часа происходит полная смена воздуха в помещении. Например, для помещения площадью 50 квадратных метров с высотой потолков 3 метра (объем 150 кубометров) двукратный воздухообмен соответствует 300 кубометров в час.

Требуемая кратность воздухообмена зависит от назначения помещения, количества находящихся в нем людей, мощности тепловыделяющего оборудования и определяется СНиП (Строительными Нормами и Правилами). Так, для большинства жилых помещений достаточно однократного воздухообмена, для офисных помещений требуется 2–3 кратный воздухообмен.

Для определения требуемой производительности необходимо рассчитать два значения воздухообмена: по кратности и по количеству людей, после чего выбрать большее из этих двух значений.

Расчет воздухообмена по кратности:

L = n * S * H, где

L – требуемая производительность приточной вентиляции, м3/ч;

n – нормируемая кратность воздухообмена: для жилых помещений n = 1, для офисов n = 2,5;

S – площадь помещения, м2;

H – высота помещения, м;

Расчет воздухообмена по количеству людей:

L = N * Lнорм, где

L – требуемая производительность приточной вентиляции, м3/ч;

N – количество людей;

Lнорм – норма расхода воздуха на одного человека:

– в состоянии покоя – 20 м³/ч;

– работа в офисе – 40 м³/ч;

– при физической нагрузке – 60 м³/ч.

Рассчитав необходимый воздухообмен, выбираем вентилятор или приточную установку соответствующей производительности. При этом необходимо учитывать, что из-за сопротивления воздухопроводной сети происходит падение производительности вентилятора. Зависимость производительности от полного давления можно найти по вентиляционным характеристикам, которые приводятся в технических характеристиках.

Для справки: участок воздуховода длиной 15 метров с одной вентиляционной решеткой создает падение давления около 100 Па.

Типичные значения производительности систем вентиляции:

Для квартир – от 100 до 500 м³/ч;

Для коттеджей – от 1000 до 2000 м³/ч;

Для офисов – от 1000 до 10000 м³/ч.

Мощность калорифера

Калорифер используется в приточной системе вентиляции для подогрева наружного воздуха в холодное время года. Мощность калорифера рассчитывается исходя из производительности системы вентиляции, требуемой температурой воздуха на выходе системы и минимальной температурой наружного воздуха. Два последних параметра определяются СНиП.

Температура воздуха, поступающего в жилое помещение, должна быть не ниже +18°С. Минимальная температура наружного воздуха зависит от климатической зоной и для Москвы равна -26°С (рассчитывается как средняя температура самой холодной пятидневки самого холодного месяца в 13 часов).

Таким образом, при включении калорифера на полную мощность он должен нагревать поток воздуха на 44°С. Поскольку сильные морозы в Москве непродолжительны, в приточных системах можно устанавливать калориферы, имеющие мощность меньше расчетной. При этом приточная система должна иметь регулятор производительности для уменьшения скорости вентилятора в холодное время года.

При расчете мощности калорифера необходимо учитывать следующие ограничения:

Возможность использования однофазного (220 В) или трехфазного (380 В) напряжения питания.

При мощности калорифера свыше 5 кВт необходимо 3-х фазное подключение, но в любом случае 3-х фазное питание предпочтительней, так как рабочий ток в этом случае меньше.

Максимально допустимый ток потребления. Ток, потребляемый калорифером, можно найти по формуле:

I = P / U, где

I – максимальный потребляемый ток, А;

Р – мощность калорифера, Вт;

U – напряжение питание:

220 В - для однофазного питания;

660 В (3 × 220В) – для трехфазного питания.

В случае если допустимая нагрузка электрической сети меньше чем требуемая, можно установить калорифер меньшей мощности. Температуру, на которую калорифер сможет нагреть приточный воздух, можно рассчитать по формуле:

ΔT = 2,98 * P / L, где

ΔT – разность температур воздуха на входе и выходе системы приточной вентиляции, °С;

Р – мощность калорифера, Вт;

L – производительность вентиляции, м3/ч.

Типичные значения расчетной мощности калорифера – от 1 до 5 кВт для квартир, от 5 до 50 кВт для офисов. Если использовать электрический калорифер с расчетной мощностью не представляется возможным, следует установить калорифер, использующий в качестве источника тепла воду из системы центрального или автономного отопления (водяной калорифер).

Рабочее давление, скорость потока воздуха в воздуховодах и допустимый уровень шума

После расчета производительности по воздуху и мощности калорифера приступают к проектированию воздухораспределительной сети, которая состоит из воздуховодов, фасонных изделий (переходников, разветвителей, поворотов) и распределителей воздуха (решеток или диффузоров). Расчет воздухораспределительной сети начинают с составления схемы воздуховодов. Далее по этой схеме рассчитывают три взаимосвязанных параметра – рабочее давление, создаваемое вентилятором, скорость потока воздуха и уровень шума.

Требуемое рабочее давление определяется техническими характеристиками вентилятора и рассчитывается исходя из диаметра и типа воздуховодов, числа поворотов и переходов с одного диаметра на другой, типа распределителей воздуха. Чем длиннее трасса и чем больше на ней поворотов и переходов, тем больше должно быть давление, создаваемое вентилятором. От диаметра воздуховодов зависит скорость потока воздуха. Обычно эту скорость ограничивают значением 4–5 м/с. При больших скоростях возрастают потери давления и увеличивается уровень шума. В тоже время, использовать «тихие» воздуховоды большого диаметра не всегда возможно, поскольку их трудно разместить в межпотолочном пространстве. Поэтому при проектировании систем вентиляции часто приходится искать компромисс между уровнем шума, требуемой производительностью вентилятора и диаметром воздуховодов.

Список литературы

1.    Синельников А.Ф., Штоль Ю.Л., Скрипников С.А. «Кузова легковых автомобилей: обслуживание и ремонт», М.: Транспорт, 1999 г.

2.    Епифанов Л.И. «Техническое обслуживание и ремонт автомобилей»

3.    Шестопалов С.К. «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей», Высшая школа, 2001 г.

4.    Белов С.В. «Безопасность жизнедеятельности», М.: Высшая школа, 2001 г.

5.    Бакалов Б.В., Карпис Е.Е. «Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях», М.: Стройиздат, 1994 г.

6.    Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. «Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция», М.: Стройиздат, 1991 г.

7.    Соснин Ю.П. «Инженерные сети. Оборудование зданий и сооружений», М.: Высшая школа, 2001 г.

8.    Цимбалин В.Б., Успенский И.Н. Атлас конструкций. Шасси автомобиля – Москва: «Машиностроение», 1977, 106 с.

9.    Краткий автомобильный справочник. – 10-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1984. – 220 с.

10. Экологическая безопасность автотранспортного комплекса URL:http://www.centreco.ru/lit_def/41.php

11. Оборудование порошковой окраски URL:http://www.prompolymer.ru/opo.html

12. А.М. Козлитин, Б.Н. Яковлев, «Чрезвычайные ситуации техногенного характера. Прогнозирование и оценка», учебное пособие, Саратов, 2000

13. Ю.В. Еганов, «Прогнозирование и оценка обстановки в чрезвычайных ситуациях», Обнинск, 2003]

14. Б.С. Мастрюков «Безопасность в чрезвычайных ситуациях», Москва, издательский центр «Академия», 2007