Аэрация промышленных зданий презентация

ВЕНТИЛЯЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Курс лекций

АЭРАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ

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.

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.

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.

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.

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.

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 удаля-
емого 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).

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).

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).

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».

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.

Расчетная схема к методу «Нейтральной зоны»

Обозначим давления: на оси приточного отверстия (нижнего) снаружи Ра, а внутри Рх. Тогда на оси вытяжного (верхнего) отверстия давление в помещении будет

Тепловой баланс:

На том же уровне снаружи давление

Текущая разность давлений (на любом уровне)

Уровень нейтральной зоны

Располагаемое давление на оси приточного отверстия

В вытяжном отверстии перепад давлений представляет разность
между общим располагаемым и затраченным на преодоление сопро-
тивления приточного отверстия

При решении прямой задачи используют уравнение истечения

Площади приточного и вытяжного отверстий будут соответственно

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.

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

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.

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.

Расчетная схема к методу «Фиктивных давлений»

При решении прямой задачи необходимо задаться:

Рекомендуется задаться:

Обычно принимают n = 0,1 - 0,5. Тогда:

Если считать Рф1 = Ра = 0, получаем:

Аэрация под действием ветрового давления

При действии ветра здание обтекается потоком воздуха, характеризуемым тремя давлениями: динамическим, статическим и полным.
Образуются две характерные зоны: наветренная и заветренная.

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:

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).

Расчетная схема аэрации под действием ветрового давления

Составляется баланс массового расхода воздуха:

Давления с внешних сторон проемов:

Тогда

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.

Расчетная схема аэрации под действием гравитационного и ветрового давлений

Давления с внешних сторон проемов:

Давление внутри:

Принимается схема движения воздуха через отверстия и составляется
воздушный баланс:

Если считать Ра = 0, получаем:

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.

Расчетная схема аэрации и механической вентиляции

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:

В этом случае площади аэрационных отверстий равны:

Наличие механической вентиляции (как приточной, так и вытяжной, так
и вытяжной) приводит к уменьшению площадей соответствующих аэра-
ционных проемов.

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.

Расчетная схема аэрации многопролетного здания

Конструктивное оформление аэрационных проемов