Аэродинамический расчет приточной и вытяжной систем вентиляции общественного здания

Аэродинамический расчет приточной и вытяжной систем вентиляции общественного здания

Содержание

Введение

Исходные данные

.   Выбор расчетных параметров наружного воздуха для трех периодов года

2.      Выбор расчетных параметров внутреннего воздуха для трех периодов года

.        Расчет тепло-, газо- и влагопоступлений в расчетном помещении

.        Построение процессов изменения состояния вентиляционного воздуха на ID-диаграмме

.        Расчет воздухообмена

.        Выбор и обоснование схемы подачи и удаления воздуха из помещения

.        Аэродинамический расчет одной приточной и двух вытяжных систем

.        Расчет и подбор оборудования для приточных и вытяжных систем

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Жизнедеятельность человека и животных, производственные процессы сопровождаются выделением теплоты, вредных газов, паров и пыли, которые с течением времени делают воздух помещения непригодным для дыхания. Обычными вредными выделениями для жилых и гражданских зданий являются тепло- и влагоизбытки, углекислый газ. Перечень вредных веществ, выделяющихся в воздух промышленных зданий, состоит из многих наименований.

Основной задачей вентиляции является поддержание состояния воздушной среды, благоприятной для пребывания в помещении человека и выполнения технологических процессов. [1]

Целью данной курсовой работы является разработка системы вентиляции общественного здания. Для достижения поставлены следующие задачи: расчет тепло-, влаго- и газовыделений, построение процессов изменения состояния воздуха на id-диаграмме, расчет воздухообмена, разработка схемы подачи и удаления воздуха, аэродинамический расчет и подбор оборудования.

Исходные данные

Объект проектирования - клуб на 150 посетителей;

Населенный пункт - Алма-Ата;

Параметры теплоносителя - 150-70°С.

Экспликация помещений:

1. Выбор расчетных параметров наружного воздуха для трех периодов года

Пользуясь прил. 8 [2], подбирают расчетные параметры наружного воздуха для данного населенного пункта. Для холодного периода принимают значения параметра Б, а для теплого периода - параметра А.

Параметры для г. Алма-Ата приведены в таблице 1.

Таблица 1

2. Выбор расчетных параметров внутреннего воздуха для трех периодов года

В помещениях гражданских зданий системами вентиляции поддерживаются допустимые параметры воздушной среды. Системами вентиляции может поддерживаться один из оптимальных параметров воздуха, если это экономически обосновано.

Температура внутреннего воздуха помещения в тёплый период года зависит от температуры наружного воздуха, так как вентиляционные камеры не оборудуют воздухоохладителями. Температура воздуха в помещении не должна превышать 28°С для общественных и административно-бытовых помещений с постоянным пребыванием людей.

Параметры внутреннего воздуха, подобранные в прил.1 [2], приведены в таблице 2.

Таблица 2

3. Расчет тепло-, газо- и влагопоступлений в расчетном помещении

Определение теплопоступлений в помещение

В помещении общественного здания тепло поступает от следующих источников:

где - теплопоступления от людей, Вт;

где - теплопоступления от искусственного освещения, Вт;

где - теплопоступления от солнечной радиации, Вт;

где - теплопоступления от горячей пищи, Вт;

где - теплопоступления от нагревательных приборов системы отопления, Вт.

Теплопоступления от людей

Теплопоступления от людей явные определяются по формуле:

где - явные тепловыделения от одного человека в зависимости от температуры воздуха в помещении, характера выполняемой работы, Вт; принимаются по прил.1 [3].

N - количество людей.

В теплый период:

В переходный и холодный периоды:

Теплопоступления от людей полные определяются по формуле:

где - полные тепловыделения от одного человека, Вт.

В теплый период:

В переходный и холодный периоды:

Расчет теплопоступлений от дежурного отопления

Qд.от. = Qт.п.*(tд.о. - tн.)/ (tв. - tн.), Вт

где Qт.п. - теплопотери помещения, Вт

Qд.от =31052,25 *(12+25)/(20+25) = 25531,85 Вт

Определение потерь тепла

Qт.п = qот *V (tв.-tн.), Вт

qот - удельная тепловая характиристика помещения, Вт/м3 С

Qт.п = 0,37*1865*(20+25) = 31052,25 Вт

Таблица 3

Тепловой баланс помещения

Примечание: тепловыделения от искусственного освещения в зданиях кинотеатров и клубов не рассчитываются.

Поступление влаги в помещение

Количество влаги, поступающей в помещение, определяется на основании анализа возможных источников влаговыделений. Для общественных зданий учитываются следующие влаговыделения, г/ч:

где  - количество влаги, выделяемое людьми,

- количество влаги, выделяемое при остывании пищи.

Количество влаги, выделяемое людьми, определяется по формуле:

n - количество людей;

- влаговыделения от одного человека, г/ч. В зависимости от характера выполняемой работы и температуры внутреннего воздуха, принимаются по прил.1 [3].

В теплый период:

В переходный и холодный периоды:

Поступление газовых вредностей в помещение

Основной газовой вредностью в помещении общественных зданий является углекислый газ CO₂, выделяемый при дыхании людьми.

Интенсивность выделения углекислого газа определяется по формуле:

где - количество углекислого газа, выделяемое одним человеком, в зависимости от характера выполняемой работы (прил.1 [3]), л/ч.

Полученные результаты приведены в таблице 3, где угловой коэффициент изменения состояния вентиляционного воздуха в помещении Ɛ, кДж/кг, определяется по формуле:

Таблица 4

Количество вредных выделений в помещении

4. Построение процессов изменения состояния вентиляционного воздуха на id-диаграмме

В теплый период года в гражданских зданиях применяются прямоточная схема вентиляции помещений, как с естественным так и с механическим побуждением; в холодный - прямоточная или схема с рециркуляцией. В помещении воздух ассимилирует теплоту и водяные пары, поэтому процесс изменения его тепло влажностного в Id-диаграмме изображается лучом процесса с угловым коэффициентом Ɛ. В холодный период года при прямоточной механической вентиляции наружный воздух подогревается в калорифере по d=const. Через точку В проводится луч процесса Ɛ помещения. Его пересечение с d=const точки Н определяет параметры притока П, точка пересечения луча процесса с изотермой удаляемого воздуха определяет его фактические параметры (точка У). Вследствие малой величины абсолютного влагосодержания наружного воздуха, относительная влажность притока оказывается существенно меньше рекомендуемых нормами минимальных 30%. В системах вентиляции отсутствуют устройства увлажнения воздуха, поэтому низкая относительная влажность является неизбежным недостатком работы вентиляционных систем в холодный период года. [1]

Построение процесса изменения состояния воздуха в теплый период

Применяется прямоточная система вентиляции.

. В помещение подается наружный воздух - точка Н, соответствующая параметрам притока (t=27,6 ⁰C; I=51,5 кДж/кг).

. Из точки Н проводят луч процесса до пересечения (с учетом углового коэффициента Ɛ=3838,24) его с изотермой внутреннего воздуха t_в=28⁰С, находят точку В.

. Для определения температуры удаляемого воздуха используют gradt, т.е. среднее увеличение температуры по высоте помещения, используют формулу:

где Н - высота помещения, Н=4,5м;

h_р.з - высота рабочей зоны, h_р.з=2м;

grad t принимаем равным 1,5⁰С.

При пересечения луча процесса с изотермой t_уполучают точку У (параметры уходящего воздуха).

. Определяем воздухообмен по формулам:

где I_у, I_пр - удельная энтальпия удаляемого и подаваемого воздуха в помещение, кДж/кг;

d_у, d_пр - влагосодержание удаляемого и подаваемого воздуха, г/кг.с.в;

с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1,2кДж/кг⁰С.

Таблица 5

Параметры воздуха в теплый период

Построение процесса изменения состояния воздуха в переходный период

. В помещение подается наружный воздух - точка Н, соответствующая параметрам притока (t=8⁰C; I=22,5кДж/кг).

. Наружный воздух следует подогревать до температуры притока:

При этом ∆t_раб выбирают в зависимости от назначения помещения и высоты раздачи приточного воздуха в предела от 2 до 8⁰С.

. Через точку Н проводим линию нагрева воздуха до изотермы t_пр, получим точку П.

. Затем через точку П проводим луч процесса (Ɛ=7248кДж/кг).

. На пересечении луча процесса и t_у получаем точку У.

. Определяем воздухообмен по формулам:

Таблица 6

Параметры воздуха в переходный период

Построение процесса изменения состояния воздуха в холодный период

L=4906 м³/ч по летнему периоду.

Расчет Хп сводится к определению необходимых параметров приточного воздуха при условии, что обработка воздуха состоит в его подогреве.

. Наносится точка Н, соответствующая параметрам наружного воздуха (t=-25⁰C; I=-24,3 кДж/кг).

. Определяем ассимилирующую способность по влаге:

где L_н-количество свежего наружного воздуха по санитарным нормам, равным на одного человека 20м³.

. Определяем влагосодержание внутреннего воздуха:

. Проводим линию d_в=const до пересечения с t_в (20⁰С), получаем точку В.

. Соединяем точки Н и В, получаем линию смеси внутреннего и наружного воздуха.

. Составляем пропорцию:

Откладываем от точки В отрезок ВС, получаем точку смеси С.

6. Чтобы определить состояние приточного воздуха, через точку В проводим луч процесса Ɛ=7248 кДж/кг, а через точку Н проводим луч подогрева d_н=const. На пересечении двух лучей получаем точку П, определяющую параметры приточного воздуха.

. На пересечении луча процесса и t_у получаем точку У.

Примечание: расчет холодного периода выполняется в последовательности приведенной в расчете переходного периода в виду того, что t_B- t_п˃Δ t_раб

Таблица 7

5. Расчет воздухообмена

Требуемая производительность систем общеобменной вентиляции определяется расчетом из условия ассимиляции избытков тепла, влаги и растворения углекислого газа. Для этого составляется система уравнений - уравнение баланса вредностей и баланса воздуха.

Для общественных зданий предусматривается только общеобменная вентиляция. Требуемый воздухообмен определяется по формулам:

. для борьбы с избытками полного тепла:

в теплый период:

в переходный период:

в холодный период:

. для борьбы с избытками явного тепла:

в теплый период:

в переходный период:

в холодный период:

. для борьбы с влаговыделениями:

Санитарные нормы устанавливают минимальное количество наружного воздуха, которое необходимо подавать в помещение на одного человека:

где q- санитарная норма подачи наружного воздуха на одного человека, м³/ч; принимается в зависимости от назначения помещения q=20м³/ч.

Все полученные значения внесены в таблицу 7, где плотность ρ, кг/м³, определяется по формуле:

Таблица 8

Сводная таблица параметров вентиляционного воздуха и воздухообменов в помещении

Примечание: количество свежего воздуха в приточной системе равно подаваемому количеству ввиду того, что система нерециркуляционная.

Таблица 8

Расчетные воздухообмены

Суммарный воздухообмен на вытяжку превышает приточный воздухообмен на 930 м³/ч. Для того, чтобы компенсировать недостающий приток, устраиваем приточные центры в коридорах, а также в помещения, где есть только вытяжные центры. В нашем случае дополнительный приток направлен в помещения 12, 13, 14.

аэродинамический вентиляционный воздух здание

6. Выбор и обоснование схемы подачи и удаления воздуха из помещения

В кинотеатрах до 600 мест круглогодичного действия и в клубах проектируется приточно-вытяжная вентиляция.

В зрительных залах клубов и кинотеатров круглогодичного действия надлежит проектировать: приточную вентиляцию с механическим побуждением; вытяжную вентиляцию с естественным побуждением, осуществляемую через шахты с устройством вытяжных отверстий.

Подача должна осуществляться в верхнюю или среднюю по высоте зону. Вытяжные отверстия располагаются: в потолке или в верхней зоне стен.

В клубах следует проектировать приточную вентиляцию с механическим побуждением во всех комнатах занятий кружков, гостиных, выставочных залах, помещения детского сектора, библиотеках и вестибюлях.

В кинопроекционных кинотеатров и клубов следует проектировать:

а) приточную вентиляцию с механическим побуждением и подогревом наружного воздуха в зимний период за счет смешивания его с рециркуляционным воздухом;

б) вытяжную вентиляцию с механическим побуждением через вытяжные трубы от кинопроекторов с дуговыми лампами, а также через вытяжные решетки из верхней зоны помещения;

в) естественная вытяжка в кинопроекционных допускается в отдельных случаях.

Объединять вытяжные каналы кинопроекционной с вентиляционными каналами других помещений или прокладывать через кинопроекционную транзитные вентиляционные каналы не разрешается. В административных и прочих обслуживающих помещениях предусматривается вытяжная вентиляция с естественным побуждением. [4]

. Аэродинамический расчет схемы подачи и удаления воздуха из помещения

Аэродинамический расчет воздуховодов имеет целью:

·  определение размеров поперечного сечения воздуховодов и каналов, потерь давления на отдельных участках и в системе в целом для перемещения некоторого количества воздуха (прямая задача);

·        определение расходов воздуха в участках сети при заданных размерах воздуховодов и известном перепаде давления в системе. [1]

В системах с гравитационным побуждением располагаемое давление определяется исходя из скорости движения воздуха до 1,5 м/с, а в системах с механическим побуждением - исходя из скорости движения воздуха до 7 м/с.

Потери давления ∆p, Па, на участке воздуховода длиной l определяют по формуле:

Где βш - коэффициент, учитывающий фактическую шероховатость стенок воздуховода;- удельная потеря давления на 1 метр воздуховода, Па/м;потеря давления в местных сопротивлениях, Па/м.

Аэродинамический расчет вентиляционной системы состоит из двух этапов: расчета участков основного направления- магистрали и увязки всех остальных участков системы.

Расчет ведется в следующей последовательности:

а) начертить аксонометрическую схему системы вентиляции;

б) определить нагрузки отдельных расчетных участков. Для этого систему разбивают на отдельные участки. Расчетный участок характеризуется постоянным по длине расходом воздуха. Границами между отдельными участками служат тройники.

Расчетные расходы на участках определяют суммированием расходов на отдельных ответвлениях, начиная с периферийных участков. Значение расхода и длину каждого участка указывают на аксонометрической схеме рассчитываемой системы;

г) нумерацию участков магистрали начинают с участков с меньшим расходом. Расход, длину, и результаты последующих расчетов заносят в таблицу аэродинамического расчета.

Ориентировочную площадь поперечного сечения F, м², принимают по формуле:

где L - расчетный расход воздуха, м³/ч;_рек - рекомендуемая скорость движения воздуха на участках вентиляционных систем, м/с;

д) фактическую скорость V_фак, м/с, определяют с учетом принятого стандартного воздуховода, определяется по формуле:

При этой скорости вычисляют динамическое давление на участке;

е) определяют удельную потерю давление на трение по таблицам, составленным для стальных воздуховодов круглого сечения.

Для прямоугольных воздуховодов с размерами ахb расчет проводится по эквивалентному диаметру по формуле:

При определении значения R для прямоугольных воздуховодов по таблицам необходимо определить R при V и d, не принимая во внимание фактический расход воздуха;

ж) потери давления в местных сопротивлениях участков зависят от суммы коэффициентов местного сопротивления и динамического давления. При выборе коэффициентов местных сопротивлений необходимо обращать внимание на то, к какой скорости относится табличное значение коэффициента и, необходимости, делать перерасчет.

З) общие потери давления в системе равны сумме потерь по магистрали и вентиляционном оборудовании, определяется по формуле:

где ∆р_кал - потери давления в калорифере, Па;

∆р_ф - потери давления в фильтре, Па;

∆р_у.в - потери давления в узле воздухозабора, Па;

∆р_шум - потери давления в шумоглушителе, Па;

∆р_пр - потери давления в прочем оборудовании, Па.

Для систем с механическим побуждением движения воздуха по значению потерь давление в системе определяется требуемое давление вентилятора;

и) увязку остальных участков проводят, начиная с наиболее протяженных ответвлениях. Расчет считают законченным, если относительная увязка потерь в ответвлениях не превышает 15% .

Полученные величины заносятся в сводную таблицу аэродинамического расчёта воздуховодов. [3]

8. Расчет и подбор оборудования для приточных и вытяжных систем

Подбор калориферов

Исходными данными для подбора калориферов являются: расход нагреваемого воздуха G, кг/ч; параметры нагреваемого воздуха, параметры теплоносителя.

Расчет калориферов ведется в следующей последовательности:

. определяют количество тепла на нагревание приточного воздуха, Вт, по формуле:

. задаваясь массовой скоростью воздуха ρV, кг/м²с, определяют необходимую площадь фронтального сечения калориферов по воздуху, м², по формуле:

Значение массовой скорости рекомендуется принимать от 2 до 10 кг/м²с; принимаем ρV=7кг/м²c:

. пользуясь каталогом, выбирают тип калорифера и уточняют площадь поверхности нагрева по воздуху f_в.

Подбираем калорифер КСК3-8 со следующими характеристиками:

f_т=0,000846 м²; F=16,14 м²; f_ф=0,392м²;

. определяют фактическую массовую скорость воздуха в калорифере по формуле:

. определяют расход теплоносителя, проходящий через каждый калорифер, л/ч, по формуле:

где Q - количество теплоты на нагревание воздуха, Вт;

с_w- удельная массовая теплоемкость воды;

ρ_w- плотность воды;_гор, t_обр- температура теплоносителя на входе и на выходе из калорифера- число калориферов, параллельно включаемых по теплоносителю;

6. находят скорость движения теплоносителя в трубках калориферов по формуле:

где f_тр - площадь сечения калорифера по теплоносителю, м²;

. определяют среднюю арифметическую разность температур между теплоносителем и воздухом:

. рассчитывают необходимую площадь поверхности нагрева, м², калориферной установки по формуле:

где k - коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/м²°С;

. определяют общее количество устанавливаемых калориферов, шт,

Где F - площадь поверхности нагрева одного калорифера выбранной модели;

10. находят действительную площадь нагрева, м², установки:

. сравнивают фактическую и расчетную площади поверхности теплообмена и определяют коэффициент запаса поверхности нагрева, который должен быть в пределах 10-20%:

Подбор фильтров

Воздушные фильтры в системах вентиляции обеспечивают уменьшение концентрации пыли в помещениях, защиту вентиляционного оборудования от загрязнения.

Для общественных зданий достаточно применение воздушных фильтров третьего класса.

Подбор воздушных фильтров ведетсяв следующем порядке:

. исходя из поставленных задач, выбирают класс фильтра;

. учитывая конструктивные особенности приточной вентиляционной установки, выбирают тип фильтра;

. принимают воздушную нагрузку и определяют типоразмер фильтра или площадь фильтрующей поверхности и его начальное гидравлическое сопротивление по формуле:

Где F - площадь фильтрующей поверхности, м²;- расход воздуха, проходящего через фильтр, м³/ч;_ном- номинальная пропускная способность ячейки, м³/ч∙м²;

. определяют число ячеек фильтра, если выбран ячейковый фильтр:

где n - число ячеек фильтра, шт;- площадь рабочего сечения одной ячейки, м²;

. по начальному пылесодержанию и эффективности фильтра вычисляют количество уловленной пыли, г/сут, по формуле:

где С_н- начальная запыленность, г/м³;

Е-эффективность очистки, %;

τ - продолжительность работы фильтра, час/сут;

П_я - количество уловленной пыли одной ячейкой;

. определяют период работы фильтра между сменой фильтрующего материала:

где П_я- пылеемкость фильтра, г/м³.

Выбираем ячейковый фильтр типа ФяРБ со следующими характеристиками: фильтрующий материал - стальная сетка (ГОСТ 3826-82), L_ном=7000 м³/ч∙м², f=0,22м², П=2300г/м³.

Типоразмер:

Число ячеек:

Количество уловленной пыли:

Период работы до регенерации:

Подбор воздухоприемных устройств

Воздухоприемные устройства следует располагать так, чтобы в них поступал незагрязненный воздух. Воздухозабор следует располагать на высоте не менее 2метров от уровня земли до низа проема и одного метра от уровня снегового покрова.

Воздухоприемные устройства могут располагаться в стене здания. При заборе воздуха выше кровли воздухоприемные устройства располагают не ближе 10 метров от выбросов загрязненного воздуха.

Для воздухозабора используются решетки СТД по типовой серии.

Подбор осуществляется в следующей последовательности:

а) определяем площадь поперечного сечения узла воздухозабора, задаваясь скоростью движения воздуха от 2 до 6, м/с:

б) рассчитывают количество решеток по формуле:

Где f - площадь одной решетки, м².

Количество решеток округляют до необходимого числа решеток для получения прямоугольной формы.

Принимаем решетки типа СТД1 с f=0,052м², 150х490мм.

Подбор вентиляционного агрегата

Производительность вентилятора, м³/ч, принимаем по расчетному расходу воздуха для системы:

где К_людс- коэффициент, учитывающий подсос и утечку воздуха из системы, К_людс=1,1 для металлических воздуховодов.

Давление, создаваемое вентилятором, Па, равно:

где 1,1- коэффициент, учитывающий 10%-ый запас давления на неучтенные потери,

∆р_n - общие потери давления в системе (потери в сети и вентиляционном оборудовании).

Вытяжка:

Приток:

Для обеих система подбираем вентилятор ВР85-77 исп. №6,3;

двигатель типоразмера АДМ112М4 с мощностью 5,5 кВт;

частота вращения: 1500об/мин;

масса: 141,3кг;

производительность: 6800-12000 м³/ч;

полное давление: 1350-1150 Па;

виброизолятор: ДО40 в количестве 5шт.

Заключение

В ходе данной работы была разработана система вентиляции клуба на 150 человек в г. Алма-Ата.

Проведен расчет тепло-, влаго- и газовыделений в здании для трех периодов года. Построены графики процессов изменения состояния воздуха на id-диаграмме. Определен расчетный воздухообмен, который равен 8440 м³/ч. Разработана схемы подачи и удаления воздуха в помещениях П1, В1, В2, ВЕ1. Проведен аэродинамический расчет, в результате которого получены общие потери давления в системе В1 - 367,02 Па, а в П1 - 587,48 Па.

В завершении всего были подобрано следующее оборудование: калорифер КСК3-8, ячейковый фильтр типа «ФяРБ» в количество 6 штук, воздухозаборные решетки СТД1 в количество 8 штук и вентилятор ВР85-77 исп. №6,3.

Список использованной литературы

1. Каменев П.Н., Тертичник Е.И. Вентиляция. Учебник для ВУЗов. - М.: Изд-во АСВ, 2006.

2.      СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование»

.        Шварц Т.И. Методические указания курсового проекта «Вентиляция общественных зданий». - Я.: Изд-во ЯГУ, 2002.

.        Справочник проектировщика // Под ред. к.т.н. И.Г. Староверова. Ч.II. М.: Стройиздат, 1977.

.        Титов В.П. Курсовое и дипломное проектирование по вентиляции гражданских и промышленных зданий: уч. пособие для вузов. - М.: Стройиздат, 1985.

.        Дроздов В.Ф. Отопление и вентиляция. Ч.2. - М.: ВШ, 1984.

.        Павлов Н.Н., Шиллер Ю.И. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3ч. Ч.3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. - М.: Стройиздат, 1992.