Вентиляция специальных сооружений
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
«ПОЛОЦКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра ТГСВ
КОНТРОЛЬНАЯ
РАБОТА
ПО
КУРСУ «ВЕНТИЛЯЦИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ»
Новополоцк
ВЫТЯЖНЫЕ ЗОНТЫ И ЗОНТЫ - КОЗЫРЬКИ
Вытяжные зонты и зонты-козырьки относятся к
местным отсосам открытого типа, широко применяемым в вентиляции. При помощи
местных отсосов обеспечивается улавливание вредностей у места их образования.
При таком способе вентилирования помещений достигаются высокие
технико-экономические показатели вентиляции при минимальных воздухообменах.
Вытяжным зонтом называется местный отсос,
имеющий форму усеченного конуса или пирамиды и располагающийся обычно над
тепловым источником на некотором расстоянии от него. Угол раскрытия зонта
принимается не более 60 °, так как при большей величине
наблюдается значительная неравномерность поля скоростей по всасывающему сечению
зонта.
Вытяжные зонты-козырьки устанавливают над рабочими
отверстиями термических и кузнечных печей, сушил и другого подобного им
оборудования для удаления выбивающихся из этого оборудования газов. Необходимо
учитывать, что рабочее отверстие технологического оборудования, использующего
электрическую энергию, находится под переменным давлением, в результате чего
через нижнюю часть отверстия в оборудование входит воздух, а через верхнюю -
наружу выходят горячие газы.
Рассчитать зонт над конвективным
источником теплоты
Дано: размер теплового источника в
плане, м, А - длина и Б - ширина; температура поверхности источника теплоты , °С; расстояние от верха
источника теплоты до нижнего сечения зонта z, м; отношение площади сечения
зонта к площади теплового источника в плане ; скорость воздуха в узком сечении
зонта , м/с.
Температуру внутреннего воздуха принять 20°С для всех вариантов.
Определить: объем удаляемого зонтом
воздуха, м3/ч; размеры зонта: длину Аз, ширину Бз, м, и высоту hз, м; скорость
воздуха в приемном сечении зонта Vсеч, м/с.
Таблица 1 - Исходные данные для
расчета зонта над конвективным источником теплоты
№
варианта
|
Размеры
теплоисточника, м
|
Температура
поверхности теплоисточника , °СРасстояние
от верха теплоисточника до зонта z, мСоотношение Скорость
воздуха в усеченном сечении зонта ,
м/с
|
|
|
|
|
ширина
Б
|
длина
А
|
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
18
|
1,00
|
1,50
|
180
|
2,10
|
1,35
|
8
|
Решение:
. Конвективная составляющая источника теплоты
определяется по формуле:
(1)
где - коэффициент теплоотдачи
конвекцией, Вт/(м2°С), для
горизонтальных поверхностей
(2)
и = А´Б=1,5´1,0=1,5 - площадь источника теплоты,
м2;
∆t = tп - tв =180-20=160-
избыточная температура источника теплоты, °С.
.
.
Конвективная составляющая источника
теплоты с учетом зависимости (2) может быть определена по формуле
(3)
. Объем удаляемого зонтом воздуха
рассчитывается по формуле
. (4)
3. Размеры зонта равны:
длина зонта:
; (5)
ширина зонта:
; (6)
высота зонта при угле раскрытия 60°:
-, (7)
где в - размер узкого сечения зонта,
м, равный
; (8)
Тогда высота зонта с учетом (8)
равна:
-; (9)
. Скорость воздуха vсеч, м/с, в
приемном сечении зонта
; (10)
-=0,279.
Рассчитать зонт-козырек у
рабочего отверстия электрической термической печи
Исходные данные: размер рабочего
отверстия, мм, ширина в и высота h; температура, °С, воздуха рабочей зоны tв (для всех вариантов
tв = 20 °С), в
рабочем пространстве печи tо и смеси воздуха и выбивающихся газов, удаляемой
зонтом-козырьком tсм.
Определить: размеры зонта-козырька
lз, вз, м, и объем воздуха, удаляемого им Lсм, м3/ч.
№
варианта
|
Высота
загрузочного отверстия, h, мм
|
Ширина
загрузочного отверстия, в, мм
|
Температура
в печи, tо, °С
|
Температура
смеси, tсм, °С
|
|
|
|
|
|
1
|
4
|
5
|
6
|
7
|
18
|
700
|
1100
|
550
|
80
|
Решение:
. Находим коэффициент к определяющий часть
рабочего отверстия, работающего на приток, по формуле:
), (11)
где То = 273 + to =273+550=823К и Тв
= 273 + tв =273+20=293К - абсолютная температура воздуха (газа), выбиваемого из
печи и внутреннего, °К.
) = 0,585.
. Определяем высоту рабочего
отверстия hв, м, работающего на приток:
в = к·h (12)в = 0,585·0,7=0,410.
. Находим среднее по высоте
отверстия избыточное давление ∆р, Па, заставляющее газы выбиваться из
печи:
- , (13)
где - плотность воздуха,
соответствующая температурам tв и to, кг/м3 определяется по формулам
; и ;= 9,81 м2/с - ускорение свободного
падения;
- 1,561.
. Рассчитываем скорость выбивания
воздуха vo, м/с, из рабочего отверстия по формуле
, (14)
5. Определим объемный расход воздуха Lo,м3/ч,
выбиваемого из рабочего отверстия:
, (15)
.
. Используя уравнение теплового
баланса
находим расход смеси и заменяя
отношение плотностей воздуха через отношение его абсолютных температур:
- - , (16)
где Tсм = 273 + tсм=273+80=353
-абсолютная температура воздушной смеси, К;
плотность воздуха, соответствующая
температуре tсм,кг/м3;
ср - удельная теплоемкость воздуха,
1 кДж/(кг°С).
- -
. Рассчитываем площадь
зонта-козырька Fв,м2, задаваясь скоростью воздуха в его рабочем сечении vз =
(1-6) м/с, но не менее vо:
. (17)
8. Ширину зонта вз, м, по конструктивным
соображениям принимаем равной
- . (18)
- .
. Определяем вылет зонта-козырька
lз, м:
. (19)
БОРТОВЫЕ ОТСОСЫ
Бортовой отсос - это местный щелевой
отсос, занимающий промежуточное положение между отсосами "открытого"
и "закрытого" типа. Воздухоприемная щель бортового отсоса
располагается вдоль фронта вредных выделений в вертикальной (простые отсосы)
или в горизонтальной (опрокинутые отсосы) плоскости. В некоторых случаях для
более эффективного улавливания вредных выделений бортовой отсос снабжается
поддувом воздуха (отсос с передувкой). Для уменьшения количества удаляемого
через бортовой отсос воздуха поверхность испарения может быть укрыта пеной или
различными плавающими телами, например пластмассовыми шариками диаметром 10-12
мм. В настоящее время для нормализированных гальванических и травильных ванн
применяются специальные опрокинутые одно- и двухбортовые отсосы без и с
передувкой воздуха.
Рассчитать двухбортовой без
передувки отсос от промышленной гальванической ванны.
Исходные данные (табл.3): размер ванны; температура
раствора tр,°С; технологический процесс и условия его
проведения. Температура внутреннего воздуха помещения для всех вариантов tв =20
°С.
Определить количество удаляемого через бортовой
отсос воздуха L, м3/ч, и скорость воздуха в живом сечении отсоса v,м/с.
Таблица 3 - Исходные данные для расчета бортовых
отсосов
№
варианта
|
Технологический
процесс
|
Размер
ванны (ширина, длина, мм)
|
Температура
раствора, tр, °С
|
Условия
проведения технологического процесса
|
|
|
|
|
|
1
|
4
|
5
|
6
|
7
|
Процессы
в цианистых растворах
|
|
|
|
|
Без
воздушного перемешивания, и укрытия поверхности испарения
|
|
|
|
|
|
18
|
1200
´
1500
|
70
|
|
Решение:
. Количество воздуха L, м3/ч, отсасываемого
через двухбортовой отсос от нормализированной гальванической ванны, определяем
по формуле:
(20)
здесь Lo - количество удаляемого
воздуха, м3/ч, при значении поправочных коэффициентов равных
единице (табл. 4); k∆t - коэффициент, учитывающий разность температур
раствора (см. табл. 3) и воздуха помещения tв, определяемый по табл.5; kТ -
коэффициент, учитывающий токсичность и интенсивность выделения вредных веществ
(табл. 6); k1, k2, k3 - коэффициенты, учитывающие соответственно наличие
воздушного перемешивания в ванне, укрытие поверхности испарения плавающими
телами, укрытие поверхности испарения пеной (для двухбортовых отсосов без
передувки k1 =1,2, k2 = 0,75, k3 = 0,5).
. Скорость воздуха в сечении
бортового отсоса v, м/с, определяется по формуле
, (21)
где вщ - ширина щели отсоса, для
всех вариантов вщ = 0,05 м, l - длина ванны, мм (см. табл.3)
Таблица 4 - Расходы воздуха
удаляемого, м3/ч, и подаваемого м3/ч, для нормализированных ванн, оборудованных
двухбортовыми отсосами
Размер
ванны в плане (ширина, длина), мм
|
Lо,
м3/ч для отсоса
|
Lп,
м3/ч
|
|
без
передувки
|
с
передувкой
|
|
4
|
5
|
6
|
7
|
1200
´
1500
|
1860
|
1475
|
105
|
Таблица 5-Коэффициент учета разности температур
раствора и воздуха помещения
Разность
температур раствора и воздуха в помещении, °С
|
Коэффициент
для отсоса
|
|
без
передувки
|
с
передувкой
|
1
|
2
|
3
|
50
|
1,79
|
1,150
|
Таблица 6 - Коэффициент учета токсичности
вредных веществ
Технологический
процесс гальванопокрытий
|
Кт
|
1
|
2
|
Промывка
в горячей воде
|
0,5
|
Обработка
металлов (кроме алюминия и магния) в растворах щелочи (химическое
обезжиривание, нейтрализация), химическая обработка стали в растворах
хромовой кислоты (пассивация, травление, снятие оксидной пленки и т.д.)
|
1,0
|
Анодирование
алюминия и магниевых сплавов в растворах, содержащих хромовую кислоту;
оксидирование стали, травление алюминия, магния в растворах щелочи
|
1,25
|
Цинкование,
меднение, латунирование, декапирование и амальгамирование в цианистых
растворах
|
1,6
|
Кадмирование,
серебрение, золочение и электродека-пирование в цианистых растворах
|
2,0
|
Рассчитать двухбортовой отсос с
передувом воздуха от промышленной гальванической ванны.
Исходные данные: см. условие задачи № 3.
Определить расход удаляемого воздуха, расход
воздуха на поддув, скорость воздуха в сечении отсоса.
Решение.
. Расход воздуха L, м3/ч, отсасываемого
двубортовым отсосом с передувом воздуха от нормализированной гальванической
ванны, определяем по формуле (22):
, (22)
где Lо - расход удаляемого воздуха,
м3/ч, при значении коэффициента = 1 (см. табл.4);. -
коэффициент, учитывающий разность температуры раствора tр и воздуха помещения
tв для отсоса с передувом (см. табл. 5).
. Расход воздуха, идущего на поддув,
определяем по формуле (11)
, (23)
где Lп/ - расход воздуха, идущего на
поддув при значении коэффициента =1 (см. табл.4).
. Скорость воздуха в сечении отсоса
v, м/с, находим по формуле (21).
,
где вщ - ширина щели отсоса, для
всех вариантов вщ = 0,05 м, l - длина ванны, мм (см. табл.3)
РАСЧЕТ ВОЗДУХООБМЕНА ПОМЕЩЕНИЙ
Проблема обоснованного расчета
воздухообмена помещений остается одной из важнейших задач вентиляционной
техники. В настоящее время с ростом размеров вентиляционных систем, увеличением
количества перемещаемого воздуха и удорожанием единицы его объема эффективность
использования приточного воздуха становится еще более актуальной.
В силу закона сохранения массы
воздуха применительно к отдельному помещению при наличии в нем m приточных и n
вытяжных проемов имеем:
где - общее количество приточного
воздуха, кг/ч; - общее
количество удаляемого из помещения воздуха, кг/ч.
По закону сохранения тепловой
энергии помещения и по закону сохранения массы вещества для каждого помещения
могут быть составлены уравнения балансов теплоты (полной или явной), влаги и различных
примесей:
баланс по полной теплоте:
- ; (25)
баланс по явной теплоте:
- ; (26)
баланс по влаге:
-3 - -3 = 0; (27)
баланс по какой-либо примеси в
воздухе при неизотермических условиях:
- = 0; (28)
баланс для какой-либо примеси в воздухе при
изотермических условиях:
- = 0; (29)
где , - теплоизбытки или недостатки
соответственно полной и явной теплоты, Вт; - массовый расход приточного и
удаляемого воздуха, кг/ч; - удельное
теплосодержание приточного и удаляемого воздуха, кДж/кг; - содержание
примесей соответственно в приточном и удаляемом воздухе, г/м3; - удельная
теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К); - температура приточного и
удаляемого воздуха, °С; - общие
влаговыделения в помещении, кг/ч; - влагосодержание приточного и
удаляемого воздуха, г/кг; -
количество примесей, выделяющихся в воздух помещений, г/ч; - плотность
приточного и удаляемого воздуха, кг/м; - объемный расход соответственно
приточного и удаляемого воздуха, м3/ч.
Рассчитать для холодного
периода года путем совместного решения уравнений воздушного и теплового
балансов воздухообмен производственного помещения с недостатками теплоты.
Исходные данные (табл. 7):
недостатки теплоты в помещении, Qн, Вт; количество воздуха, м3/ч, удаляемого из
рабочей (местные отсосы) Lм.о.. и верхней зон помещения, подаваемого местным
притоком (воздушные души) Lм.п.; температура воздуха, °С: наружного по параметрам А
tн, рабочей зоны tр.з. и местного притока tм.п., общеобменной механической
приточной вентиляции tп., коэффициент воздухообмена кl. Подача приточного
воздуха общеобменной вентиляции предусматривается в верхнюю зону помещения
компактными прямоточными струями.
вытяжной зонт
воздухообмен баланс
Таблица 7 - Исходные данные для
расчета воздухообмена в помещении с недостатками теплоты в холодный период года
№
варианта
|
Недостатки
теплоты в помещении Qн, Вт
|
Количество
удаляемого воздуха, м3/ч
|
Температура
воздуха, °С
|
|
|
местными
отсосами Lм.о
|
из
верхней зоны Lв.з
|
местным
притоком Lм.п
|
рабочей
зоны tр.з
|
местного
притока tм.п
|
18
|
105000
|
22000
|
9500
|
6250
|
17
|
18,3
|
Решение:
1. Температура воздуха верхней зоны , °С, определяется зависимостью:
. (30)
. Находится плотность воздуха,
кг/м3, рабочей и верхней зон и
местного притока .,
определяемая по формуле:
; , ,
. Составляется уравнение воздушного
баланса для рассматриваемого случая:
(31)
(32)
где- количество приточного воздуха
общеобменной вентиляции, подаваемого механическим путем, кг/ч:
кг/ч.
. Составляется уравнение теплового
баланса для рассматриваемого случая:
, (33)
. Совместное решение уравнений (32)
- (33) определяет температуру приточного воздуха:
°С
(34)
кг/м3- плотность воздуха при
температуре ,.
. Объемный расход приточного воздуха
, м3/ч,
равен:
м3/ч (35)
АВАРИЙНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ
В помещениях с производствами категорий А, Б, Е,
а также в помещениях, где возможно внезапное поступление взрывоопасных или
токсичных паров и газов, предусматривают аварийную вентиляцию с целью
интенсивного проветривания помещений.
Аварийная вентиляция - это, как
правило, вытяжная механическая вентиляция, не компенсируемая организованным
притоком. Величина воздухообмена аварийной вентиляции зависит от количества
вредных веществ, выделившихся при нарушении технологического процесса, и
времени ее работы для снижения концентраций вредных веществ до
предельно-допустимых значений. Время , ч, в течение которого при действии
аварийной вентиляции концентрация вредного вещества снизится до предельно
допустимой, определяется по формуле
(36)
где - объем помещения, м3; -
производительность аварийной вентиляции, м3/ч; - концентрация вредного вещества
максимальная в начальный период аварии, в приточном воздухе и
предельно-допустимая в воздухе рабочей зоны, мг/м3; - поток
вредных веществ в период аварии, мг/ч. Для упрощения формулы (36) вводятся
следующие безразмерные параметры:
; (37)
; (38)
; (39)
Тогда формула (36) преобразуется к
виду:
. (40)
При заданном времени работы
аварийной вентиляции для снижения концентрации вредных веществ до допустимых
значений расчет аварийной вентиляции заключается в определении ее
производительности и кратности воздухообмена , 1/ч:
. (41)
Определить производительность
вытяжной аварийной вентиляции в производственном помещении при заданном времени
ее работы.
Исходные данные (табл.8):
предельно-допустимая концентрация вредного вещества , мг/м3;
концентрация вредного вещества в приточном воздухе , мг/м3;
концентрация вредного вещества в начальный период аварии , мг/м3;
поток вредных веществ, мг/ч;
время снижения концентрации вредного вещества до предельно-допустимых значений , ч; объем
помещения V, м3, для всех вариантов V = 3780 м3.
Таблица 8 - Исходные данные по расчету аварийной
вентиляции
№
варианта
|
Наименование
вещества
|
Концентрация
вредного вещества, мг/м3
|
Время
работы аварийной вентиляции , чПоток
газовыделений , мг/ч
|
|
|
|
|
18
|
Пропилпропионат
|
70
|
14,0
|
700
|
0,33
|
453,6
· 103
|
Решение:
Вычисляются параметры и по формулам
(37) и (38):
мг/м3
ч
Определяется параметр м3/ч по
номограмме рис.3.
Находится производительность
аварийной вентиляции из формулы:
м3/ч. (42)
Определяется кратность воздухообмена
при аварийной вентиляции по формуле (41):
1/ч
Рис. 3 - Номограмма для расчета воздухообмена
аварийной вентиляции
ТЕАТРЫ
В помещениях культурно-зрелищных учреждений
проектируют приточно-вытяжную вентиляцию с механическим побуждением.
В зрительных залах театров в зонах размещения
зрителей параметры воздуха должны быть обеспечены системой вентиляции или
кондиционирования воздуха в соответствии с нормативно-технической
документацией. При применении рециркуляции в системах вентиляции или
кондиционирования воздуха для зрительных залов количество подаваемого наружного
воздуха должно составлять не менее 20 м3 на 1 человека. Систему вентиляции
зрительных залов допускается проектировать по схеме с двумя вентиляторами.
Производительность рециркуляционно-вытяжного вентилятора должна быть принята
равной минимальному объему рециркуляционного воздуха.
Для помещений обслуживания сцены, а также
административно-хозяйственных помещений следует предусматривать раздельные
системы приточно-вытяжной вентиляции.
Самостоятельные приточные системы необходимо
проектировать для следующих комплексов помещений: зрительных залов, вестибюлей,
фойе, кулуаров, светопроекционных, звукоаппаратных, светоаппаратных, кабин для
директора и переводчиков, артистических уборных, репетиционных залов,
творческого персонала и художественного руководства, помещений
административно-хозяйственных, технической связи и радиовещания,
производственных мастерских. Самостоятельные вытяжные системы должны быть
предусмотрены также для помещений курительных, санузлов, подсобных помещений
при буфетах, светопроекционной, звукоаппаратной, кабин дикторов, холодильной
станции, мастерских, складов, аккумуляторной.
Вентиляцию курительной и санузлов допускается
объединять в одну систему. Для проекционных необходимо проектировать отдельные
вытяжные и приточные вентиляционные системы. К вытяжным системам этих помещений
можно присоединить вытяжные каналы от стойки (шкафа) оконечных усилителей,
перемоточных и кабины переводчика.
В зрительном зале театра с глубинной
колосниковой сценой необходимо обеспечивать подпор в размере 10% объема
приточного воздуха. Количество удаляемого воздуха соответственно принимается
равным 90% приточного (включая рециркуляцию), из них 17% удаляется через сцену.
В помещениях доготовочных, моечных буфета,
санитарных узлов, курительных и мастерских необходимо организовывать системы
вытяжной вентиляции с механическим побуждением; в служебно-хозяйственных
помещениях допускается предусматривать вентиляцию с естественным побуждением.
Помещения для размещения вентиляционного
оборудования, оборудования систем кондиционирования воздуха, компрессорных,
холодильных установок не рекомендуется располагать непосредственно за ограждающими
конструкциями зрительного зала.
В стенах, разделяющих зрительные залы
многозальных зданий, не допускается устройство вентиляционных каналов и
прокладка воздуховодов через помещения зрительных залов, проекционной и
перемоточной, если эти воздуховоды предназначаются для других помещений.
ЛИТЕРАТУРА
1. СНБ
4.02.01-03 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Мин. Архитектуры
и строительства РБ, Мн., 2004.
2. Сборник
задач по расчету систем кондиционирования микроклимата зданий / Под общ. ред.
Э.В. Сазонова: Учеб. Пособие. - Воронеж: изд.-во ВГУ. 1988 г.
. Внутренние
санитарно-технические устройства., в 2-х ч. Под ред. И.Г. Староверова, изд. 3е.
ч. 2. Вентиляция и кондиционирование воздуха. - М.: Стройиздат. 1978. 509с.
(Справочник проектировщика).
. Сазонов
Э.В. Вентиляция общественных зданий. Воронеж, 1991г.
. Проектирование
промышленной вентиляции: Справочник/ Торговников Б.М., Табачник В.Е., Ефанов
Е.М.- Киев, 1983.
. Внутренние
санитарно-технические устройства., в 3-х ч. Под ред. канд. тех. наук Павлова
Н.Н., инж. Шиллера Ю.И., изд 4-е. ч. 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха.
- М.: Стройиздат. 1992. 320с. (Справочник проектировщика).