Obliczanie ilości powietrza, wentylującego na podstawie obciążenia cieplnego

Anisimov

Obliczanie ilości powietrza, wentylującego na podstawie

obciążenia cieplnego

Anisimov





p u n

G Q

c t t

  , kg/s, (7.5)





p n u n

L Q

c t t

   , m³/s, (7.6)

Anisimov

gdzie Q_j – sumaryczna moc ciepła jawnego w pomieszczeniu, kW;

c_p = 1,005 kJ/(kgK) – ciepło właściwe powietrza;

_n – gęstość powietrza nawiewanego, kg/m³;

t_u – temperatura powietrza usuwanego, C (K);

t_n – temperatura powietrza nawiewanego, C (K).

Anisimov

   

1 1

n n

j j , z i j , str i

i i

Q Q Q

 











sp t p z

t t

  





u t

t t

  



 ^{ 3 5 }

sp p zl

t t t

     ^, C (7.8)





sp

t

t t

   

Anisimov

zl

sp sp

t   t t , C, (5.4)

Tablica 5.3 Wartości parametrów obliczeniowych powietrza w pomieszczeniu

Okres zimowy Okres letni

Wilgotność względna

Wartości optymalne

Wartości dopuszczalne Temperatura przy

zyskach ciepła jawnego,

odniesionych do 1m² powierzchni strefy roboczej Aktywn

ość fizyczn

a

Temp eratur a

optym alna

dopusz czalna minim alna

Prędko ść powiet rza maksy malna

temp eratur a

wilgo tność wzgl ędna

do 50 W/m²

ponad 50 W/m²

Wilgo tność wzglę dna maksy malna

Prędko ść powiet rza maksy malna

- C % m/s C % C % m/s

mała 20-22 0,2 23-26 40-55 0,3

średnia 18-20 0,2 20-23 40-60 0,4

duża 15-18

40-60 30

0,3 18-21 40-60

tz+3 tz+5 70

0,6

PN–78/B-03421 „Parametry obliczeniowe

powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach, przeznaczonych do stałego pobytu ludzi”

Anisimov

Strefa górna

Strefa pracy

Strefa strumienia

G_n t_n

G_u t_z

G_odw t_sp

Strumień odwrotny

t_sp

t_u= t_sp G_srt t_str

Rys. 7.2. Schemat obliczeniowy rozdziału powietrza w pomieszczeniu strumieniami pochyłowymi przy rozmieszczeniu otworów wywiewanych w strefie pracy

Anisimov

Strefa górna

Strefa pracy

Strefa strumienia

Gn tn

Gu tu

tz

Godw tsp

Gsrt tstr

Strumień odwrotny

tsp

Rys. 7.3. Schemat obliczeniowy rozdziału powietrza w pomieszczeniu

strumieniami pochyłowymi przy rozmieszczeniu otworów wywiewanych w strefie górnej

Anisimov

 

u sp sp sp

t  t    t    t h h , C (7.9) gdzie  - przyrost temperatury powietrza między strefą przebywania ludzi i otworem wywiewnym, C;

t - gradient temperatur w pionie,

C/m;

h – wysokość od podłogi do środka otworów wywiewanych, m;

h_sp = 2,0 m – wysokość strefy pracy, m.

Anisimov

Tablica 7.2 Wartości 

Q V

_{, C}

do 12 1,53,5 do 25 2,04,5 do 45 2,55,5 do 70 3,07,0 ponad 70 do 10

Anisimov

 

sp sp n

t t t

  





p sp n

t j

sp

m Q Q

G t t

m

t c c

 

 

  



  , kg/s, (7.10)

 





t

u n u

t t t

m^ t t t

  

 

  , (7.11)





sp sp t n

u n

t t

t t m t

t t

m m



 

    

   , C (7.12)





sp t

p

t j

sp

m Q

G c ^  t  G  m_

 

   , kg/s, (kg/h), (7.13)

Anisimov

Tablica 7.3 Wartości współczynnika m_t

fźr F

 ^{0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 >0,65}

m_t 0,3 0,5 0,65 0,75 0,8 0,9 1,0

Anisimov

 wysokość budynku;

 sposób nawiewania powietrza, poziom rozmieszczenia nawiewników i ich typ (rys.

7.3, 7.5);

 powierzchni otworów nawiewnych i wywiewnych (w przypadku zastosowania aeracji);

 moc cieplna i poziom usytuowania źródeł ciepła;

 istnienie odciągów miejscowych i ilości powietrza odciąganego (rys. 7.3, 7.4).

Anisimov

Strefa górna

Strefa pracy Strefa strumienia

G_n t_n

G_u t_u

tz

G_odw t_sp Gsrt tstr

Strumień odwrotny

Go.m

t_sp t_sp

Rys. 7.4. Schemat obliczeniowy rozdziału powietrza w pomieszczeniu strumieniami pochyłowymi przy rozmieszczeniu otworów wywiewanych w strefie górnej w razie istnienia odciągów miejscowych

Anisimov

Strefa górna

Gu tu

Go.m tsp

Gn tn

tz

Strefa strumienia

Gsrt

t_str

Strefa pracy

(G_n - Gno.m) t_sp

tsp

Rys. 7.5. Schemat obliczeniowy rozdziału powietrza w pomieszczeniu strumieniami poziomymi przy rozmieszczeniu otworów wywiewanych w strefie górnej w razie istnienia odciągów miejscowych

Anisimov

Tablica 7.4 Wartości współczynnika m_t, określone doświadczalne dla różnych „gorących” pomieszczeń

przemysłowych Walcownia

Oddział Hala pieców Hala walców

Zgniatacze bloków 0,250,30 0,350,40

Zgniatacze profilów grubych 0,250,30 0,400,45

Zgniatacze profilów cienkich 0,250,30 0,300,35

Walcownia 0,200,25 0,350,40

Walcownia rur 0,200,25 0,250,30

Kuźnia

Oddział Kuźnia średnia Kuźnia lekka

Piece 0,36 0,40

Hala wspólna pieców kuźni 0,28 0,33

Kuźnia 0,380,42 0,280,30

Piece do wyżarzania 0,470,52 -

Odlewnia

Oddział Odlewnia kokilowa Odlewnia części maszyn

Odlewnia członów grzejników i

kształtek

Kopulaki 0,400,45 0,400,45 0,400,45

Piece elektryczne 0,400,42 0,400,42 0,400,42

Odlewnia właściwa 0,400,45 0,310,35 0,500,54

Suszarnia form - 0,400,45 0,650,7-

Piece do wyżarzania 0,300,35 0,300,35 0,300,35

Anisimov

Obliczenie strumienia powietrza wentylującego na podstawie bilansu ciepła jawnego (normowanie temperatury powietrza w pomieszczeniu w okresie całorocznym)





p w n p w

Q V t

c

t t

Q

 c  ^  

 m

/s.

Anisimov

t

temperatura powietrza nawiewanego, którą można obliczyć wg wzoru

n p dop

t    t t , C t

  dopuszczalna różnica temperatur powietrza w pomieszczeniu i powietrza nawiewanego, która jest zależna od przyjętego schematu rozdziała powietrza w pomieszczeniu.

Anisimov

Przy doprowadzeniu (nawiewie) powietrza:

 bezpośrednio do strefy przebywania ludzi ^ t_dop  2 0, C;

 na wysokości 2,5 m i powyżej ^





tdop , ,

   C;

 na wysokości powyżej niż 4,0 m od podłogi ^ tdop 





Przy nawiewie powietrza przez

nawiewniki sufitowy 





tdop , ,

   C;

Anisimov

Parametry powietrza w pomieszczeniu w okresie ciepłym

  ²

poc poz zoc

t  t  t , C.

Temperatura powietrza wywiewanego

 

w p p sp

t     t  t  t h h  , C

  przyrost temperatury powietrza między strefą przebywania ludzi i otworem wywiewnym, C;

Anisimov





t h h

   

gradient temperatur w pionie, C/m;

h – wysokość od podłogi do środka otworów wywiewnych, m;

h

= 2,0 m – wysokość strefy pracy, m.

Anisimov

Różnica temperatur powietrza w

pomieszczeniu i powietrza nawiewanego

 

p p n

t t t

   , C

Jednostkowe obciążenie

cieplne

pomieszczenia

qzjoc , W/m³

Przyrost temperatury powietrza miedzy strefą

przebywania ludzi a otworem wywiewnym





 ^{  , C}

1520 2,03,0

3,04,0

2030 2,54,0

2030 3,54,5

5,07,0

3050 4,06,0

Anisimov

Anisimov

Przy projektowaniu urządzeń wentylacyjnych zapewniających pełną klimatyzację strumień powietrza wentylującego oblicza się na podstawie bilansu ciepła całkowitego





n

c

w n

V Q

i i





 , m³/s (1) Q_zcoc = Q_zjoc + Q_zuoc – suma ciepła zbędnego jawnego i ciepła utajonego, kW,

i_w – entalpia powietrza wywiewanego, kJ/kg;

i_n – entalpia powietrza nawiewanego, kJ/kg.

Anisimov

Danymi wyjściowymi dla wykreślenia procesu przemiany stanu powietrza w pomieszczeniu są parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego, wartości zysków ciepła całkowitego Q_zcoc i wilgoci W_oc, i odpowiedni tym wartościom współczynnik kierunkowy przemiany stanu powietrza w pomieszczeniu

oc  Qzcoc Woc

 , kJ/kg, (2)

Q_zcoc – zbędne zyski ciepła całkowitego, (w warunkach obliczeniowych okresu ciepłego), kW,

W_oc – zyski wilgoci (pary wodnej), (w warunkach obliczeniowych okresu ciepłego), kg/s.

Anisimov

Wykreślenie procesu asymilacji zysków ciepła i wilgoci na wykresie i x rozpoczyna się od naniesienia punktu P , przez który prowadzimy linię prostą równoległą do kieruneku przemiany stanu powietrza w pomieszczeniu _oc, do przecięcia z izotermą temperatury powietrza nawiewanego w punkcie N i izotermą temperatury powietrza wywiewanego w punkcie W.

Anisimov

P N

W

i_N

i ^W- i ^N i_P

t_P t_W

x N x P x W

t_N

i_W

 ^oc

Anisimov

Obliczanie ilości powietrza, wentylującego na podstawie zanieczyszczeń gazowych, wydzielających się w pomieszczeniu lub zysków pary wodnej

Anisimov





L K

s s

   , (7.1)

gdzie L – przepływ objętości wymienianego powietrza, m³/s (m³/h);

K_s – ogólna ilość wydzielających się zanieczyszczeń w pomieszczeniu, g/s (g/h);

s_d – największe dopuszczalne stężenie (NDS) danego rodzaju zanieczyszczenia w powietrzu;

s_n – stężenie rozpatrywanego zanieczyszczenia w powietrzu nawiewanym do pomieszczenia, g/m³;

 - współczynnik skuteczności wentylacji ogólnej, uwzględniający nierównomierność wydzielania się zanieczyszczeń i ich rozprzestrzeniania się w pomieszczeniu

Anisimov

Tablica 7.1 Zalecane wartości współczynnika 

Rodzaj wentylacji i zanieczyszczeń Wartości współczynnika 

Wentylacja mechaniczna ogólna z wywiewem w pobliżu wydobywania się zanieczyszczeń

Zanieczyszczenia szkodliwe dla zdrowia przy stosunkowo równomiernym wydobywaniu się w czasie

1,2-1,3

Zanieczyszczenia nietoksyczne lub zanieczyszczenia niewywołujące ciężkich schorzeń przy krótkotrwałym podwyższeniu stężenia

1,1-1,2 Jak wyżej, lecz przy nierównomiernym

wydobywaniu się zanieczyszczeń

1,3-1,4

Anisimov

Współczynnik  może przyjmować wartości większe niż 1 w następujących przypadkach:

 gdy rozmieszczenie w pomieszczeniu źródeł wydzielania się zanieczyszczeń jest nierównomierne; albo przy równomiernym rozmieszczeniu źródeł emisja ich jest zróżnicowana;

 gdy istnieje przyczyna nie pozwalająca na stworzenie w całym pomieszczeniu wymiany powietrza o jednakowej intensywności.

Anisimov

Wtedy, w tych przypadkach nadanie współczynnikowi  odpowiedniej wartości, większej niż 1, zwiększa się strumień objętości powietrza wentylującego L w takim stopniu, aby w każdym miejscu pomieszczenia stężenie zanieczyszczeń nie przekroczyło wartości najwyższego dopuszczalnego stężenia NDS.

Anisimov

Przy równoczesnym wydzielaniu się kilku substancji szkodliwych, których działanie na organizm ludzki jest sumujące, to wówczas niezbędny strumień powietrza wentylującego można określić ze wzoru

i

i i

s i

d n

L K

s s

 



Anisimov

si

K - ogólna ilość i-tego zanieczyszczenia, wydzielającego się w rozpatrywanym pomieszczeniu, g/s (g/h);

di

s - największe dopuszczalne stężenie (NDS) i-tego zanieczyszczenia w powietrzu usuwanym, g/m³;

ni

s - stężenie i-tego zanieczyszczenia w powietrzu, nawiewanym do pomieszczenia, g/m³;

 - współczynnik, uwzględniający nierównomierność wydzielania się i-tego zanieczyszczenia i jego rozprzestrzeniania się w pomieszczeniu.

Anisimov

Z ww. zależności korzysta się jeśli w procesie technologicznym przewiduje się korzystanie z substancji chemicznych takich jak:

 lotne rozpuszczalniki (np. benzoes i jego homologi, alkohole, estry, kwas octowy, aceton i inne);

 drażniące gazy (np. dwutlenek i trójtlenek siarki, chlorowodór, fluorowodór itp.);

 tlenki azotu łącznie z tlenkiem węgla.

Anisimov

Przy jednoczesnym wydzielaniu się kilku substancji szkodliwych (z wyjątkiem ww.

rozpuszczalników i gazów drażniących), należy obliczyć strumień objętości powietrza nawiewanego dla każdego z nich i przyjąć do doboru urządzeń wentylacji ogólnej wartość maksymalną dla rozcieńczenia jednej z substancji. Oczywiście wtedy stężenia pozostałych substancji w powietrzu pomieszczenia będą niższe od stężeń dopuszczalnych.

Anisimov

W przypadku, gdy głównym zanieczyszczeniem powietrza w pomieszczeniu jest para wodna, a celem wentylacji jest usuwanie zysków pary wodnej (mokre oddziały produkcyjne) i nie dopuszczenie do przekroczenia określonej temperatury i wilgotności powietrza, strumień masy powietrza wentylującego określa zależność

 

10

G W   x  x , kg/s (kg/h),

Anisimov

a strumień objętości powietrza oblicza się ze wzoru

L G   , m

/s (m

/h)

Anisimov

gdzie W – ilość wydzielającej się pary wodnej, kg/s (kg/h);

x_u – zawartość wilgoci w powietrzu usuwanym, odpowiadająca obliczeniowej (dopuszczalnej lub optymalnej) temperaturze i wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu, g/kg;

x_n – zawartość wilgoci w powietrzu nawiewanym, g/kg;

n - gęstość powietrza nawiewanego (odpowiadającego temperaturze powietrza nawiewanego), kg/m³.

Anisimov

Określanie minimalnego strumienia powietrza zewnętrznego

Anisimov

Jednym ze sposobów oszczędzania energii potrzebnej do uzdatniania powietrza wentylacyjnego jest stosowanie recyrkulacji, czyli zawracania powietrza usuwanego z pomieszczenia i ponowne nawiewanie go po uprzednim zmieszaniu z powietrzem zewnętrznym. Rozwiązanie takie można stosować w przypadku, gdy w pomieszczeniu wentylowanym nie wydzielają się szkodliwe dla zdrowia zanieczyszczenia.

Anisimov

O udziale powietrza zewnętrznego w mieszaninie będącej powietrzem nawiewanym, decydują dwa kryteria:

1. Usunięcie lub zmniejszenie intensywności zapachów powstających w pomieszczeniu wentylowanym (zapewnie odpowiedniej świeżości powietrza w pomieszczeniu).

Głównym źródłem zapachów są ludzie.

Strumień objętości powietrza zewnętrznego niezbędny dla ich usunięcia waha się od 10 do 50 m³/(h osobę), w zależności od intensywności tych zapachów.

Anisimov

2. Utrzymanie odpowiedniego stężenia dwutlenku węgla w pomieszczeniu

Dopuszczalne stężenie dwutlenku węgla wynosi wprawdzie s_dop = 2,5%, ale już powyżej s_max= 0,125% może wystąpić odczucie zaduchu . W przypadku gdy jedynym źródłem CO₂ jest człowiek, wydzielający przeciętnie

CO2 0 023

K  ,

kg/(h osobę), minimalny strumień objętości powietrza zewnętrznego wynosi v_z= 18 m³/(h osobę). Stąd przyjmuje się minimalny strumień objętości powietrza zewnętrznego v_zmin = 20 m³/(h osobę).

Anisimov

Wartość taką podaje norma PN83/B03430 dla pomieszczeń przeznaczonych do stałego i czasowego pobytu ludzi, z wyjątkiem żłobków i przedszkoli, gdzie wystarczająca jest wartość v

= 15 m

/(h dziecko). Norma ta zaleca zwiększenie strumienia objętości do v

= 30 m

/(h osobę) w przypadku, gdy dodatkowym źródłem CO

jest palenie tytoniu.

Anisimov

Obliczanie strumienia powietrza

wentylującego na podstawie krotności wymian

Anisimov

Strumień powietrza wentylującego można również obliczyć na podstawie empirycznego wskaźnika krotności wymian

3600V P

  , h

(1)

V – strumień powietrza wentylującego , m

/s, P – objętość pomieszczenia, m

.

Anisimov

Krotność wymian nie może być jednak podstawą obliczania strumienia objętości powietrza wentylacyjnego. Traktować ją należy jako zalecenie, a także jako wskaźnik mówiący o trudnościach w rozdziale powietrza wentylacyjnego. Nie zawsze te same rodzaje pomieszczeń (np.

kuchnie, sale kinowe lub biura) mają podobne rozmiary, wyposażenie czy technologię, a więc zyski/straty ciepła.

Anisimov

Przy  = (35) h

nie występują trudności przy opracowywaniu rozdziału powietrza. Układ nawiewników i dobór ich rodzaju powinny zapewnić równomierne przewietrzenie pomieszczenia.

Anisimov

Przy  = (510) h

dobierając

rodzaj nawiewników i

rozmieszczając je, należy zwracać uwagę na ich właściwe usytuowanie.

Konstrukcja nawiewników powinna zapewnić odpowiedni stopień indukcji i rozproszenia.

Anisimov

Przy  >10 h

uzyskanie właściwego rozdziału powietrza będzie wymagało bardzo starannego obliczenia strumienia powietrza i właściwej koncepcji rozdziału powietrza oraz doboru nawiewników i ich usytuowania.

Anisimov

Tabela. Orientacyjne wskaźniki krotności wymian powietrza w pomieszczeniach

Anisimov

Anisimov

Anisimov