1 Понятие воздухообмена
Вентиляция закрытых помещений осуществляется посредством удаления части загрязнённой атмосферы и притока свежего воздуха. Замещение бывает полным или частичным, в зависимости от системы проветривания. Исчисляется оборот газовой среды в м3/час. Существует 3 основных вида воздухообмена:
- 1. Естественная вентиляция объектов происходит из-за разницы давлений и температур внутри и снаружи замкнутого пространства, проникновением атмосферных масс через неплотности дверей и окон, утечкой через специально обустроенные вытяжные каналы.
- 2. Принудительное проветривание используют для обеспечения эффективного воздухообмена вне зависимости от явлений природы. Давление или разряжение создаётся с помощью вентиляторов и дымососов.
- 3. Сочетание первых двух способов позволяет уменьшить стоимость воздухообмена посредством снижения затрат на электроэнергию. Называется такая система комбинированной.
Проектный расчет проветривания объекта сводится к определению потребности и способам обеспечения конкретных жилых или рабочих мест нужным количеством доброкачественного кислорода. Объём воздухообмена зависит от разных факторов: выделенное тепло, влажность, содержание вредных газов, пыли, кратность, санитарные нормы. Методика расчётов в каждом случае индивидуальная. Чаще используют два последних фактора.
Интенсивность оборачиваемости газовой среды — отношение количества поступающего или удаляемого воздуха за 1 час к рабочему объёму замкнутого пространства. Кратность воздухообмена — так называют этот показатель. Числовое значение показывает, сколько раз в течение установленного периода происходит полная смена внутренней атмосферы помещения; размерность характеристики — 1/час. Определяют кратность воздухообмена по формуле: N =L/Р, где Р — объём расчётного пространства, м3.
Порядок работы вентиляции на примере типового проекта
Самый распространенный панельный проект — это девятиэтажный дом. Принцип функционирования вытяжки у них одинаковый. Воздух с улицы, через окна и щели, попадает в квартиру. Вытяжка происходит через вентканалы-спутники на кухне или ванной комнате. К основной трубе подводят один, реже несколько каналов от вытяжки. Эти каналы подсоединяются к основной шахте через два этажа. Эти шахты достаточно громоздки и занимают много пространства. Такой системой, скорее всего, будет оборудован крупнопанельный дом.
Такая схема у дома из 9 этажей предполагает присутствие теплого чердака. Отвод с 8 и 9 этажей выходит прямо в атмосферу, минуя общий канал. Схема для 9 этажного дома проектировалась из расчета полного отсутствия ветра и наружной температуре воздуха +5.
Несмотря на то, что естественная вентиляция в таких домах является не слишком эффективной, обслуживания она почти не требует, засоры возникают редко. Были случаи, когда вентиляционные каналы засорялись строительными материалами во время возведения дома. Такой сюрприз сказывался в последствии на качестве вытяжки. Чаще всего чистка шахты требуется один раз в 5-6 лет.
Во время ремонта многие люди перекрывают путь потоку воздуха в каком-либо месте. Они по незнанию думают, что на вытяжку это не повлияет, но процесс воздухообновления в квартире затрудняется или прекращается полностью.
Наиболее распространенные действия, приводящие к помехам и сбоям в работе естественной вентиляции:
- установка герметичных пластиковых окон;
- межкомнатные двери с уплотнителем;
- монтаж различных вентиляторов в вытяжке.
Чтобы не нарушить работу тяги естественной вентиляции, запрещено устраивать затруднения притоку и оттоку воздуха. Для пластиковых окон необходимо вмонтировать приточные отверстия или устроить внешний приток отдельно. Двери между помещениями оборудуются внизу решетками. Сечение канала вытяжки не должно перекрываться вентиляторами.
Чем вызвана необходимость воздухообмена
Воздухообмен в квартирах и частных домах позволяет поддерживать требуемое качество воздушной среды в помещениях. Под воздухообменом понимается расход наружного воздуха (м3/час), подаваемого в здание путём организации вентиляции.
Источниками загрязнения воздуха в жилых комнатах являются находящиеся в них материалы, а так же продукты жизнедеятельности человека. Воздух загрязняется путем перехода в газообразное или взвешенное состояние веществ, которые находятся в элементах конструкции, отделки помещения, в мебели, тканях, материалах бытовых изделий. К биологическим выделениям человека, влияющим на качество воздуха, относятся углекислый газ, ацетон, аммиак, амины, фенолы и другие. Содержание этих веществ в воздухе приблизительно пропорциональны объёму выдыхаемого человеком углекислого газа, вследствие чего комплексное воздействие человека на снижение качества воздуха в помещении в целях упрощения можно описать одним показателем- концентрацией углекислого газа СО2.
Алгоритм вычисления скорости воздуха
Учитывая вышеизложенные условия и технические параметры конкретно взятого помещения, можно определить характеристики вентиляционной системы, а также рассчитать скорость воздуха в трубах.
Опираться следует на кратность воздухообмена, которая для данных расчетов является определяющим значением.
Для уточнения параметров расхода пригодится таблица:
В таблице представлены размеры воздуховодов с прямоугольным сечением, то есть указаны их длина и ширина. Например, при использовании каналов 200 мм х 200 мм при скорости 5 м/с расход воздуха составит 720 м³/ч
Чтобы самостоятельно произвести расчеты, нужно знать объем помещения и норму кратности воздухообмена для комнаты или зала заданного типа.
Например, необходимо узнать параметры для студии с кухней общим объемом 20 м³. Возьмем минимальное значение кратности для кухни – 6. Получается, что в течение 1 часа воздушные каналы должны переместить около L = 20 м³*6 =120 м³.
Также необходимо узнать площадь сечения воздуховодов, установленных в систему вентиляции. Она вычисляется по следующей формуле:
S = πr2 = π/4*D2,
где:
- S — площадь сечения воздуховода;
- π — число «пи», математическая константа, равная 3,14;
- r — радиус сечения воздуховода;
- D — диаметр сечения воздуховода.
Предположим, что диаметр воздуховода круглой формы равен 400 мм, подставляем его в формулу и получаем:
S = (3,14*0,4²)/4 = 0,1256 м²
Зная площадь сечения и расход, можем вычислить скорость. Формула расчета скорости воздушного потока:
V = L/3600*S,
где:
- V — скорость воздушного потока, (м/с);
- L — расход воздуха, (м³/ч);
- S — площадь сечения воздушных каналов (воздуховодов), (м²).
Подставляем известные значения, получаем: V = 120/(3600*0,1256) = 0,265 м/с
Следовательно, чтобы обеспечить необходимую кратность воздухообмена (120 м3/ч) при использовании круглого воздуховода с диаметром 400 мм, потребуется установить оборудование, позволяющее увеличить скорость воздушного потока до 0,265 м/с.
Следует помнить, что описанные ранее факторы – параметры уровня вибрации и уровня шума – напрямую зависят от скорости движения воздуха.
Если шум будет превышать показатели нормы, придется снижать скорость, следовательно, увеличивать сечение воздуховодов. В некоторых случаях достаточно установить трубы из другого материала или заменить изогнутый фрагмент канала на прямой.
Расчёт воздухообмена на удаление вредностей
Расчёт воздухообмена на удаление вредностей, как правило, применяется на производствах с выбросами вредных веществ в помещение. Однако это может быть и расчёт на удаление влагоизбытков, например, в бассейне. Суть его заключается в том, чтобы разбавить концентрацию того или иного вещества до допустимых значений. Значения предельных концентраций для различных веществ приведены в ГН 2.2.5.3532-18 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны».
Например, в частном доме бассейн площадью 15 м2 испаряет 4,3 кг/ч (4300 г/ч) воды. Влагосодержание наружного воздуха зимой составляет 0,5 г/кг, летом — 11 г/кг, а требуемое влагосодержание в помещении бассейна составляет 13 г/кг.
Таким образом, зимой наружный воздух способен поглотить 13-0,5=12,5г/кг влаги из помещения бассейна. Для отвода 4,3 кг/ч воды нужен расход воздуха, равный 4300/12,5=344 кг/ч или, учитывая среднюю плотность воздуха 1,2 кг/м3, получим расход 344/1,2=287 м3/ч.
В летнее время наружный воздух способен поглотить лишь 13-11=2 г/кг влаги. Для отвода 4,3 кг/ч воды потребуется расход воздуха 4300/(2·1,2) ≈ 1800 м3/ч. Дальнейший расчёт системы следует вести по наибольшему расчётному расходу, то есть исходя из 1800 м3/ч.
Рекомендации по энергосбережению
Вентиляционные системы являются одним из основных потребителей электрической и тепловой энергии, поэтому внедрение мер энергосбережения позволяет снизить себестоимость выпускаемой продукции. К наиболее эффективным мерам можно отнести использование систем рекуперации воздуха, рециркуляции воздуха и эл/двигателей с отсутствием «мертвых зон».
Принцип рекуперации основан на передаче тепла вытесняемого воздуха теплообменнику, в результате чего снижаются расходы на отопление. Наиболее распространение получили рекуператоры пластинчатого и роторного типа, а также установки с промежуточным теплоносителем. КПД этого оборудования достигает 60-85%.
Принцип рециркуляции основан на повторном использовании воздуха после его фильтрации. При этом к нему подмешивается часть воздуха извне. Эта технология применяется в холодное время года в целях экономии расходов на отопление. Она не применяется на вредных производствах, в воздушной среде которых могут присутствовать вредные вещества 1,2 и 3 классов опасности, болезнетворные микроорганизмы, неприятные запахи и там, где велика вероятность возникновения аварийных ситуаций, связанных с резким увеличением концентрации в воздухе пожаро- и взрывоопасных веществ.
Учитывая, что большинство электродвигателей имеют так называемую «мертвую зону», их правильный подбор позволяет экономить электроэнергию. Как правило «мертвые зоны» появляются во время пуска, при работе вентилятора в холостом режиме или когда сопротивление сети значительно меньше того, что требуется для его корректной работы. Для того чтобы избежать этого явления применяют двигатели с возможностью плавной регулировки оборотов и с отсутствием пусковых токов, что позволяет экономить энергию при запуске и в процессе работы.
Необходимо рассчитать величину воздухообмена по наружному воздуху в помещении школьной лаборатории, площадью Fлаб = 40 м2. В лаборатории находится 10 человек. Выделяющаяся вредное вещество — озон в количестве mOЗ = 150 мг/ч. Расход воздуха, удаляемого из обслуживаемой зоны местными отсосами от оборудования, LMO = 200 м3/ч. Предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в обслуживаемой зоне qOЗ = 0,1 мг/м3. Концентрация вредного вещества в наружном воздухе qH = 0 мг/м3. Коэффициент эффективности воздухообмена в помещении Кq = 1.
Согласно нормативной документации: СНиП и нормам ТБ по созданию вентиляционных систем, регламентируется кратность воздухообмена, по показателю количества токсичных компонентов.
