7.45M

Category:

industry

Аэрация промышленных зданий

1.

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурностроительный университет»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

2.

ВЕНТИЛЯЦИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ
ЗДАНИЙ
Курс лекций
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

3.

АЭРАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

Аэрация –
естественная,
организованная,
приточно-вытяжная,
бесканальная,
общеобменная
вентиляция, предназначенная для обеспечения нормируемых параметров
воздуха в рабочих зонах производственных помещений со значительными
избытками явной теплоты (более 23 Вт/м3), так называемых «горячих»
цехов.
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

5.

При аэрации перемещение воздуха происходит под действием
избыточного аэростатического давления, возникающего:
- либо вследствие разности плотностей воздуха внутри и снаружи здания,
- либо ветрового давления,
- либо их совместного действия.
При аэрации поступление воздуха в помещение и удаление из помещения
осуществляется через специальные отверстия (аэрационные проемы) в
наружных ограждениях (стенах, покрытиях).
При аэрации может осуществляться подача наружного воздуха в помещение
(приток), удаление загрязненного воздуха из помещения (вытяжка).
При аэрации для перемещения воздуха не используются воздуховоды (каналы).
При аэрации вентилируется весь объем помещения или здания.
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

6.

При расчете аэрации различают две задачи:
«прямую», связанную с определением площадей аэрационных проемов
при известных их расположении, характеристиках, расходах воздуха, его
параметрах
«обратную», связанную с определением расходов воздуха при заданных
площадях, расположении, характеристиках аэрационных проемов и других
граничных условиях.
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

7.

Аэрация, как приточно-вытяжная естественная вентиляция проектируется,
обычно,
для теплого периода года, характеризующегося
максимальными теплопоступлениями,
минимальными теплопотерями (последними, чаще всего, пренебрегают)
и
минимальным располагаемым давлением, затрачиваемым на перемещение
воздуха.
В отдельных случаях она применяется и в переходный, и в холодный
периоды года – как вытяжная, а при соответствующем обосновании и
организации и как приточная.
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

8.

При аэрации можно осуществить значительные воздухообмены
(от 20 до 150 обмен/час) при сравнительно небольших затратах.
Применение в этих случаях механической общеобменной
вентиляции, либо экономически не выгодно, либо практически
не осуществимо.
Исследования, проведенные в «натуре» и на моделях различных
производственных зданий, показали, что расход воздуха, например,
в кузнечном цехе автозавода может достигать 3 млн. м3/ч,
в корпусах электролиза алюминия – 12 млн. м3/ч,
в кислородно-конверторных цехах – 20 млн. м3/ч и т.д.
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

9.

Аэрация имеет все недостатки, присущие общеобменной вентиляции:
- сложность обеспечения равномерности полей температур, скоростей воздуха
в помещении;
- рабочие места, удаленные от мест выпуска приточного воздуха, находятся в
худшем положении (повышенные концентрации вредностей) и др.
Кроме того, при аэрации невозможна подготовка приточного воздуха перед
подачей его в помещение (очистка, нагревание и пр.), а также очистка удаляемого из помещения и выбрасываемого в атмосферу загрязненного воздуха.
Поэтому, чаще всего, аэрация проектируется в сочетании с местной вытяжной
вентиляцией (местные отсосы) и местной приточной вентиляцией (воздушное
душирование).
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

10.

Существует четыре основных метода аэродинамического расчета
аэрации, разработанных в 30-х годах прошлого века в нашей стране:
«Избыточных давлений» (автор профессор П.Н. Каменев);
«Нейтральной зоны» (автор профессор Г.А. Максимов);
«Фиктивных давлений» (автор профессор В.В. Батурин);
«Фиктивной нейтральной зоны» (автор профессор С.Е. Бутаков).
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

11.

В основе их лежат следующие допущения:
1) тепловые и аэродинамические процессы в помещении считаются
установившимися во времени;
2) аэростатическое (гравитационное) давление по высоте меняется по
линейному закону:
dpz = - g ρ dz
где: dpz – изменение давления по высоте, Па;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
ρ – плотность воздуха, кг/м3;
dz – приращение расстояния по вертикали, м;
3) параметры воздуха в горизонтальном сечении помещения одинаковы
во всех точках;
4) потери давления при движении воздуха по помещению пренебрежительно
малы по сравнению с потерями давления в аэрационных проемах;
5) при определении расходов воздуха через проемы перепад давлений в них
считается постоянным по вертикали и равным разности давлений на их оси;
6) совместное действие ветрового и гравитационного давлений учитывается
их алгебраическим сложением (метод суперпозиции).
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

12.

Обычно рассматривают две естественные силы, приводящие в движение
воздух при аэрации:
ветровое давление и
гравитационное давление.
Полагая, что ветер увеличивает воздухообмен и может создать, тем самым,
более благоприятные условия в рабочей зоне, за расчетный вариант
принимают аэрацию под действием только гравитационного («теплового»)
давления, как наиболее «невыгодный».
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

13.

Аэрация под действием гравитационного давления
Метод «Нейтральной зоны»
Этот метод позволяет проанализировать работу аэрационных проемов
количественно и качественно.
Понятие «Нейтральная зона» было предложено Г.А. Максимовым и
обозначало плоскость внутри помещения, в которой разность давлений
снаружи и внутри равна нулю.
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

14.

Расчетная схема к методу «Нейтральной зоны»
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

15.

Обозначим давления: на оси приточного отверстия (нижнего) снаружи Ра, а
внутри Рх. Тогда на оси вытяжного (верхнего) отверстия давление в помещении
будет
Тепловой баланс:
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

16.

На том же уровне снаружи давление
Текущая разность давлений (на любом уровне)
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

17.

Уровень нейтральной зоны
Располагаемое давление на оси приточного отверстия
В вытяжном отверстии перепад давлений представляет разность
между общим располагаемым и затраченным на преодоление сопротивления приточного отверстия
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

18.

При решении прямой задачи используют уравнение истечения
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

19.

Площади приточного и вытяжного отверстий будут соответственно
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

20.

Если принять равными расходы приточного и уходящего воздуха, то
соотношение площадей
Из рассмотренного следует, что:
-отверстия ниже нейтральной зоны (НЗ) «работают» на приток, а выше – на
вытяжку;
-чем меньше высота НЗ, тем больше площадь приточного и меньше площадь
вытяжного отверстия;
-расположение НЗ в плоскости проема приводит к не полной «работе»
отверстия на приток или вытяжку.
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

21.

Как правило, стоимость приточных проемов меньше, чем вытяжных. Площадь
последних стараются сделать минимальной.
Поэтому положением нейтральной зоны задаются в пределах:
Вычислив площадь приточных проемов, определяют
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

22.

Так как высота нейтральной зоны измеряется от оси приточного отверстия,
чтобы оно «работало» полным сечением необходимо выполнить условие:
Аналогично вычисляется высота вытяжных отверстий и проверяют:
Расчет заканчивается, если удовлетворены оба этих условия.
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

23.

Метод «Фиктивных давлений»
Более универсальным представляется метод «фиктивных давлений».
Поскольку истечение через отверстия определяется не собственно
давлениями, а их разностью, было предложено давление внутри помещения
условно считать постоянным по высоте, а давление снаружи переменным.
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

24.

Расчетная схема к методу «Фиктивных давлений»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

25.

При решении прямой задачи необходимо задаться:
Рекомендуется задаться:
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

26.

Обычно принимают n = 0,1 - 0,5. Тогда:
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

27.

Если считать Рф1 = Ра = 0, получаем:
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

28.

ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

29.

ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

30.

Аэрация под действием ветрового давления
hзд hа.ск
При действии ветра здание обтекается потоком воздуха, характеризуемым
тремя давлениями: динамическим, статическим и полным.
Образуются две характерные зоны: наветренная и заветренная.
X
pст
lа.т
X
Обтекание здания ветром и распределение ветрового давления
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

31.

Над зданием высота вихревой зоны называется «аэродинамическим скачком», а
протяженность ее за зданием - длиной «аэродинамической тени»
Переход части динамического давления в статическое обычно выражается с
помощью аэродинамических коэффициентов:
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

32.

Численные значения коэффициентов определяются экспериментально по
результатам исследований в аэродинамической трубе.
Для наветренной стороны (0,7 ÷ 0,8); для заветренной (- 0,3 ÷ - 0,4);
для верхней части в районе вытяжных отверстий (- 0,4 ÷ - 0,5).
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

33.

Расчетная схема аэрации под действием ветрового давления
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

34.

Составляется баланс массового расхода воздуха:
Давления с внешних сторон проемов:
Тогда
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

35.

Аэрация при совместном действии гравитационного и ветрового давлений
Расчет ведется на основе метода «фиктивных давлений».
В этом случае фиктивные давления рассматриваются как алгебраические суммы
гравитационного и ветрового давлений у соответствующих отверстий.
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

36.

Расчетная схема аэрации под действием гравитационного и ветрового давлений
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

37.

Давления с внешних сторон проемов:
Давление внутри:
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

38.

Принимается схема движения воздуха через отверстия и составляется
воздушный баланс:
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

39.

Если считать Ра = 0, получаем:
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

40.

Взаимодействие аэрации и механической вентиляции
В производственных помещениях со значительными избытками теплоты обычно
помимо аэрации используются и другие виды вентиляции, например, местная
механическая приточная и вытяжная вентиляция. При этом локализующая
вентиляция может быть, как механическая, так и естественная.
Это накладывает определенный отпечаток на расчеты аэрации.
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

41.

Расчетная схема аэрации и механической вентиляции
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

42.

Рассмотрим уравнение воздушного баланса такого помещения:
Расчетный воздухообмен, обеспечивающий нормируемые параметры
воздуха в рабочей зоне помещения:
Тогда естественные расходы воздуха через приточные и вытяжные
аэрационные проемы:
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

43.

В этом случае площади аэрационных отверстий равны:
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции
ООО «Меди»

44.

Наличие механической вентиляции (как приточной, так и вытяжной, так
и вытяжной) приводит к уменьшению площадей соответствующих аэрационных проемов.
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции

45.

Аэрация многопролетных зданий
В многопролетных зданиях достаточно сложно правильно организовать
приток и удаление воздуха по пролетам.
Целесообразно располагать пролеты со значительными теплоизбытками:
либо по краям, либо в центре.
ООО «Меди»
Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции