По МДК 03.01

Методическое пособие « Примеры решения задач по вентиляции»

«Особенности проектирования систем водоснабжения и водоотведения,

отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха»

по профессиональному модулю

ПМ.03 «Участие в проектировании систем водоснабжения и водоотведения,

отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха»

(№ и наименование модуля)

По специальности 270839

(код специальности)

"Монтаж и эксплуатация внутренних сантехнических устройств, кондиционирования воздуха и вентиляции"

(наименование специальности)

 

 

Санкт-Петербург

Методическое пособие для решения задач по вентиляции по МДК03.01 ПМ 03«Участие в проектировании систем водоснабжения и водоотведения, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха» по специальности 270939 "Монтаж и эксплуатация внутренних сантехнических устройств, кондиционирования воздуха и вентиляции"

 

 

Разработчик Бархатова Е.В. преподаватель СПб ГБОУ СПО КСИиГХ

 

ОДОБРЕНА

на заседании цикловой комиссии инженерных сетей и городских путей сообщения от 01.09.2014г.,

Протокол № 1

Председатель цикловой комиссии

Бархатова Е.В.

 

Оглавление

 

1. Определение термодинамических параметров

влажного воздуха стр. 3-5

2. Определение тепловыделений и теплопотерь стр. 6-8

3. Определение влаговыделений и влагопотерь стр. 9-10

4. Определение воздухообменов стр. 11-14

5. Расчет местных отсосов стр. 15-16

6. Подбор вентагрегата стр. 17-19

7. Подбор воздухонагревателя стр. 20-24

8. Подбор пылеочистного оборудования стр. 25

9. Приложение 1 стр. 26

10. Приложение 2 стр. 26

11. Приложение 3 стр. 27

 

Введение

В методическом пособие включены разделы, по которым предусматривается решение практических задач по предмету «Вентиляция».

Учебное пособие с учетом справочных данных позволяет выполнить практические задачи контрольной работы вполне самостоятельно, дополнительно используя при необходимости справочную литературу. В пособии приводится не только необходимый материал и приложения к нему, но и даются примеры решения всех практических задач.

Аналогичные задачи включены в состав экзаменационных билетов, поэтому пособие рекомендуется использовать при подготовке к экзамену.

Теоретическую часть вопросов контрольной работы и экзаменационных билетов рекомендуется изучить в соответствии с перечнем литературы, указанным в задании на контрольную работу, и материалом, рассмотренным на обзорных занятиях преподавателем.

 

Рекомендованная справочная литература:

1. Справочник проектировщика: «Внутренние санитарно-технические устройства ( под редакцией Н. Н. Павлова и Ю. И. Шиллера), часть 3: «Вентиляция и кондиционирование воздуха», в 2-х книгах. М.-Стройиздат, 1992г.

2. Справочник по теплоснабжению и вентиляции, (под редакцией Щёкина), часть 2: «Вентиляция и кондиционирование воздуха»

 

 

1. Определение термодинамических параметров влажного воздуха.

1. Термодинамическая температура:

,где t – температура в градусах Цельсия.

2. Плотность: ,

3. Удельный вес: ,

4. Давление:

P, [Па]

Для влажного воздуха справедлив закон Дальтона:

Барометрическое давление воздуха представляет собой сумму парцианальных давления сухой части воздуха и водяного пара:

5. Влажность:

Характеризуется двумя величинами:

· Абсолютная влажность Д, , количество водяного пара в 1 м³ воздуха.

· Относительная влажность φ, [%], отношение массы водяного пара в 1 м³ воздуха к их массе в состоянии полного насыщения при той же температуре:

На основе законов идеального газа можно записать:

- давление в состояние полного насыщения

6. Влагосодержание:

d, , отношение массы водяного пара во влажном воздухе к массе сухого воздуха:

Из законов состояния идеального газа:

7. Удельная теплоемкость:

С, , количество теплоты необходимое для нагрева 1 кг, влажного воздуха и отнесенное к 1 кг. Сухой части воздуха:

8. Теплосодержание (удельная энтальпия):

I, , количество теплоты, содержащееся во влажном воздухе и отнесенное к 1 кг. сухой части:

9. Температура (точка росы) росы:

, [ºC], температура, при которой парцианальное давление водяного пара содержащегося во влажном воздухе равно парцианальному давлению насыщенного водяного пара при той же температуре:

При температуре росы происходит конденсация влаги из воздуха, т.е. образуется туман.

Основные законы состояния идеального газа

1. Уравнение Менделеева-Клапперона:

- молярная масса, [кмоль];

R=8,31 , универсальная газовая постоянная

2. Закон Бойля-Марриота:

3. Закон Гей-Люсака:

Примеры задач

Задача №1

Определить плотность воздуха при t=20 ºC

 

Задача №2

Определить относительную влажность воздуха, если в нем содержится 8,6 водяного пар. А в состоянии насыщения – 17,2 ,

Задача №3

Определить влагосодержание воздуха d, если давление водяного пара Р_в.п.=8 мм. рт. ст., Р_б=760 мм. рт. ст.

Задача №4

При температуре воздуха 15 ºС объем воздуха-300 м³ . Определить объем воздуха при температуре 40ºС, если давление воздуха не изменялось (по Закону Гей-Люсака).

Дано: Решение:

t₁=15 ºC

V₁=300 м³ [м³]

t₂ =40 ºC

V₂=?

 

2. Определение тепловыделений и теплопотерь.

2.1. Формулы для расчета тепловыделений.

· от остывающего метала: [Вт]

где:

G_м- вес металла, ,

С_м- удельная теплоемкость металла, для стали и чугуна С_м= 0,15 ,

t_м- температура металла, [ºC] ;

t_в- температура воздуха в помещении, [ºC] ;

β- коэффициент, учитывающий неравномерность отдачи тепла во времени (за первый час β= 0,75, если не указано β=1);

· тепловыделения людей:

а) избытки явного тепла: [Вт]

g^я- явное тепловыделение одного человека, принимается по справочным данным и зависит от температуры окружающего воздуха и категории выполняемой работы.

n- количество человек

б) избытки полной теплоты: [Вт]

g – полное тепловыделение от одного человека

· тепловыделение от солнечной радиации:

а) для стекленных поверхностей: ,

б) для покрытий: ,

где

F_ост и F_n- поверхности остекления и покрытия, [м²];

g_ост и g_n- количество радиационного тепла в , поступающего в помещение через 1 [м²] поверхности остекления и покрытия;

A_ост-коэффициент, зависящий от характера остекления и степени его загрязнения;

k_огр- коэффициент теплопередачи покрытия;

 

2.2. Формулы для расчета теплопотерь.

· расход тепла на нагрев ввозимого металла: , [Вт]

где

G_м- вес металла, ;

С_м- удельная теплоемкость металла для стали С_м=0,15 ;

где

t_в- температура воздуха в помещении;

t_м- температура металла;

β- коэффициент неравномерности поглощения тепла;

 

Для несыпучих материалов:

· за первый час 0,5

· за второй час 0,3

· за третий час 0,2

Для сыпучих материалов:

· за первый час 0,4

· за второй час 0,25

· за третий час 0,15

· пересчет теплопотерь на дежурное отопление: , [Вт]

где

Q_т.п.- часть расчетных потерь теплоты возмещаемых отопительным прибором;

t_p- расчетная температура воздуха, в ºС, в помещении с учетом повышения её в зависимости от высоты помещения более 4 м;

t_ext- расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года при расчете потерь теплоты через наружные ограждения или температура воздуха более холодного помещения – при расчете потерь теплоты через внутренние ограждения;

;

· расход тепла, удаляемый с воздухом местной вентиляции: , [Вт]

где

С – удельная теплоемкость воздуха;

t_в- температура воздуха в помещении;

t_пр- температура приточного воздуха;

G_в- массовый расход воздуха, ; , ρ=1,2

 

Примеры задач.

Задача №1.

Определить теплопередачу в помещение от выгруженных из печи стальных отливов за первый час, их общий вес 2 .

 

 

Решение:

t_{в. печи}=1000ºC

t_в=25ºС

, [Вт]

[Вт]

Ответ: Q_м=219373 [Вт]

 

Задача №2.

Определите поступление тепла за счет солнечной радиации от светового проема фонаря обращенного на юг (F=100 [м²] ). Загрязнение остекления – обычное. Площадь покрытия – 2000 [м²], коэффициент теплопередачи покрытия 0,75

Решение:

Принимаем g_ост по таблице IV.4 (Кострюков, стр. 73)

юг 60º - g_ост=165

(из таблиц: обычное загрязнение стекла + одинарное остекление)

Для покрытия g_п=13,5 (из таблиц 60ºС, без чердака зд.ш.)

 

Задача №3.

Со склада ежемесячно ввозится в цех для обработки 1500 кг. стальных изделий. Определить расход тепла, если t_в=15ºС, t_н=-10ºС

[Вт]

Ответ: Q_м=5625 [Вт]

 

Задача №4.

Теплопотери цеха при t_в=18ºС составляет 100кВт, t_н=-30ºС. Определить теплопотери при дежурном отоплении .

[Вт]

Ответ: [Вт]

Задача №5.

Определить количество тепла, удаляемого с воздухом из цеха местными отсосами, если G_в=10000 , t_в=18ºС, t_пр=10ºС

[Вт]

Ответ: Q_вент=22400 [Вт]

 

3. Определение влаговыделений и влагопотерь.

3.3 Определение влаговыделений.

· от людей: , ,

где

g - влаговыделение одного человека, см. прил. 1;

n – количество людей;

· при остывании пищи в обеденных залах: , ,

где

I_в.п.- теплосодержание одного [кг] остывающей пищи (≈2600 )

· влаговыделения при испарении влаги с открытых водных поверхностей:

, ,

где

β_w- коэффициент масообмена, ;

a- фактор неподвижности среды, принимается по таблице, в зависимости от скорости воздуха;

V- скорость воздуха в помещении;

P_п.н.- парциальное давление насыщенных водяных паров у поверхности воды;

Р_п.в.- парциальное давление насыщенных водяных паров в воздухе;

F_исп.- площадь испарения [м²];

· влаговыделения усушке материала: , ,

где

G₁- вес материала в начале сушки, [кг];

G₂- вес материала в конце сушки, [кг];

τ- интервал времени, [сек];

· прочие источники

3.2 Определение влагопотерь.

· конденсация влаги на холодной поверхности оборудования:

, ,

где

r- скрытая теплота парообразования;

Q_к- количество тепла, отдаваемое при конденсации;

 

· поглощения влаги гигроскопическими материалами:

, ,

где

G₁-вес материала в начале, [кг];

G₂- вес материала в конце, [кг];

τ- интервал времени, [час];

 

3.3 Составление баланса по влаге.

Суммируются с одной стороны все влаговыделения, с другой – все влагопотери и определяются избытки влаги:

 

Примеры задач.

Задача №1.

Определить количество влаговыделений в зале ресторана на 150 мест, t_в=26ºС.

1. Определение количества теплопоступлений, от горячей пищи (избытки явного тепла): [Вт]

2. Определение количества влаговыделений:

а)

б)

в)

 

Задача №2.

Определить влаговыделения от материала, поступающего в помещение в количестве 500 кг, если после пребывания материала в помещении в течении 10 мин, он стал весить 480 кг.

 

4. Определение воздухообмена.

· Воздухообмен по теплу:

где

- избытки явной теплоты, [Вт]

C = 0,28 – теплоемкость с учетом перехода в

ρ = 1,2 - плотность воздуха,

(t_ух.- t_пр.) – разность температур уходящего (внутреннего) и приточного (наружного) воздуха (t_ух = t_в при H_{помещения} < 4м., t_ух = t_в + Δt∙ (H-2) при

H_{помещения} ≥ 4 м), где Δt=1,2- градиент температуры).

· Воздухообмен по влаге:

где

G_вл = g_вл∙n – избытки влаги

g_вл- влаговыделение одного человека,

n – количество людей

d_ух- влагосодержание внутреннего воздуха,

d_пр- влагосодержание воздуха поступающего в помещение,

ρ – плотность воздуха, , (ρ = 1,2 )

· Воздухообмен по газам (СО₂):

где

G_co2 = g_co2∙n

g_co2 – выделение СО₂ одним человеком,

n – количество члюдей

x_доп – предельно допустимая концентрация СО₂ в помещении,

x_пр – предельно допустимая концентрация СО₂ в наружном воздухе,

 

· Кратность воздухообмена: L= n∙V

где

V – объем помещения, [м³]

n – кратность воздухообмена

· Время включения в работу системы вентиляции по борьбе с СО₂:

[час]

где

V- объем помещения, [м³]

x_доп – предельно допустимая концентрация СО₂ в помещении,

x_пр – предельно допустимая концентрация СО₂ в наружном воздухе,

ρ – плотность воздуха, , (ρ = 1,2 )

G_co2 = g_co2∙n

 

g_co2 – выделение СО₂ одним человеком,

n – количество людей

Примеры задач.

Задача №1.

Определить воздухообмен по всем видам вредностей, которые выделяются в зрительном зале кинотеатра, расположенного в г. Санкт-Петербурге. Зрительный зал на 1000 человек.

Дано:

Н=8м. – высота зала

параметры внутреннего воздуха: t_в=20ºС, φ_в=50%, d_в=7,3

параметры наружно (приточного) воздуха: t_н=10ºС, φ_в=80%, d_в=6,1

g_изб = 87 [Вт]

g_co2 = 45

g_вл = 40

1. Воздухообмен по СО₂:

· х_доп = 3 - приложение 2

· х_пр = 0,75 - приложение 2

2. Воздухообмен по теплу:

[Вт]

3. Воздухообмен по влаге:

d_ух = 7,3

d_пр= 6,1

Задача №2.

Определить кратность воздухообмена в книгохранилище V = 1000 м³, если L_р=4000 .

L = n∙V =>

Ответ кратности воздухообмена: 4

Задача №3.

В помещении зала собраний находится 50 человек, V_зала=1000м³. Через сколько времени необходимо включить систему вентиляции по борьбе с СО₂?

[час]

g_co2 = 45 (приложение 1)

х_доп = 3 (приложение 2)

х_пр = 0,75 (приложение 2)

G_co2=45∙50 = 2250

[час]

Ответ: через 1,2 часа необходимо включить систему вентиляции.

 

 

5. Расчет местных отсосов.

· Расчет вытяжных зонтов:

где

V_p – средняя скорость движения воздуха в расчетном сечении зонта,

F_p – площадь сечения зонта

а) для круглого сечения зонта F_p = π∙ d ∙h, [м²]

d – диаметр, [м]

h – расстояние от источника выделения вредностей до зонта, [м]

б) для прямоугольного F_p= 2∙ (a + б)∙ h, [м]

а, б – размеры зонта [м]

V_p рекомендуется принимать в зависимости от вида вредностей (V_p= [м/сек]

· Расчет панелей равномерного всасывания:

где

F – площадь панели, [м²]

- коэффициент живого сечения

V – скорость всасывания

· Расчет вытяжных шкафов:

1. При отсутствии тепловыделений:

V_p – скорость движения воздуха в рабочем проеме, зависит от вида вредностей, ПДК и степени неизотермичности процесса (см. таблицу)

F_p – площадь рабочего проема шкафа, [м²]

2. При наличии тепловыделений: ,

h – высота проема

Q – количество выделяемого тепла (*1,163 [Вт] )

F_р – площадь рабочего проема шкафа, [м²]

При выделении тепла, L рассчитывается по двум формулам с учетом и без учета тепловыделений, за расчетное принимается большая величина.

· Расчет защитно-обеспыливающих кожухов: ,

где

V_уд – удельный расход воздуха в зависимости от вида

оборудования (см. табл.), [м²]

d – диаметр круга, [мм]

 

Таблица значений V_p в рабочем сечении вытяжных шкафов, [м/сек]

Характер выделяемых вредностей
Теплои влага	Пары и газы
ПДК (р.з.) ≤ 100 м2/м3	ПДК (р.з.) ≥ 100 м2/м3
Изотермический процесс	Неизотермический процесс	Изотермический процесс	Неизотермический процесс
0,3-0,7	0,5-0,7	0,7-1	0,3-0,5	0,5-0,7

Примечание:

1. Если под укрытием движутся механизмы, V_p=1,5 м/сек

2. Если выделяются быстро летящие частицы

(окрасочные камеры), V_p=1,5 м/сек

Таблица удельных расходов воздуха для расчета кожухов, [м³/час∙мм]

Обдирочные, шлифованные, заточные станки	Полировочные станки
Ø< 250мм.	Ø 250-600 мм.	Ø>600 мм.	матерчатый круг	войлочный круг
	1,8	1,6

Примеры задач.

Задача №1.

Определить количество удаляемого воздуха от вытяжных шкафов, если размеры открытой двери 1х0,5 м. в шкафу выделяются газы с ПДК < 100 [мг/м³]. Процесс изотермический.

[м/сек]

[м²]

Задача №2.

Определить количество удаляемого воздуха от полировочного матерчатого

круга, d= 410 мм.

[м³/час∙мм]

[мм]

6. Подбор вентагрегата.

1. Определить расчетный расход воздуха с учетом потерь или подсоса через неплотности воздуховодов:

L_p= L + ΔL

ΔL – величина потерь или подсосов, определяется

по пункту 4. 117 СНиП 2.04.05-91*.

Класс воздуховода	Потери или подсосы в воздуховодах, [м3/час] на 1м. развернутой его площади при избыточном статическом давлении воздуха ( положительные или отрицательные) в воздуховоде у вентилятора, [кПа]
0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4
Н	3,6	5,8	7,6	9,2	10,7	12,1	13,4

Примечание:

1. Для воздуховодов прямоугольного сечения следует вводить коэффициент 1.1 на получение величины потерь или подсосов воздуха.

2. Для упрощения подбора будем определять расчетный расход по формуле:

2. Определить давление для подбора вентилятора Р_р . Определяется на основании аэродинамического расчета вентиляционной сети:

· Для приточных систем:

· Для вытяжных систем:

Р_ж.р.- сопротивление жалюзийной решетки;

Р_ш- сопротивление шахты

Р_ф- сопротивление фильтров

Р_к.у.- сопротивление калориферной установки

Р_с.в.- потери давления в сети воздуховодов

При отсутствии аксонометрической схемы: Р_р= Р_{заданное}

3. Определить номер вентилятора по аэродинамической характеристике (справочник проектировщика, часть 3, книга 2, стр. 247-266).

При подборе следует выполнить условия:

а) КПД выбранного вентилятора не должно отличаться от максимального КПД более чем на 10%.

б) следует принимать вентиляторы с меньшей окружной скоростью рабочего колеса (с меньшим числом оборотов)

в) при подборе вентиляторов N=10 и 12,5 лучше принимать схему

исполнения 6.

 

 

P [Па]

Рр2

Рф1

Рф2

Рр1

n1

n2

ηmin

ηmax

ηmin

n2 > n1

 

Lp2

Lф1

 

Если точка не лежит на аэродинамической характеристике, а лежит выше, то можно уменьшить расчетное давление таким образом, чтобы расхождение между расчетным и фактическим было не более 10%. При не выполнении этого условия расчетное давление следует увеличить, т.е. подниматься по линии Р_расч= const вверх до пересечения с ругой аэродинамической характеристикой.

В результате подбора вентилятора записать N, Ø рабочего колеса, схему исполнения, Р_факт , КПД вентилятора (η_d)

4. Подбор электродвигателя.

4.1 Определение потребляемой мощности электродвигателя.

, [кВт]

где

η_d – КПД вентилятора

η_n – КПД передачи (при схеме исполнения 1 – КПД =1; при схеме исполнения 6 – КПД = 0,95).

4.2 Определить установочную мощность электродвигателя с учетом коэффициента запаса.

N_уст = α∙N, [кВт]

N, [кВт]	α
< 0,5	1,5
0,51-1	1,3
1,1-2	1,2
2,01-5	1,15
>5	1,1

 

В настоящее время вентиляторы выпускаются в комплекте с электродвигателями поэтому необходимо полученную установачную мощность сравнить с помощью электродвигателя, входящего в комплект (см. табл. 1.1, стр. 256-257 и 1.7 стр. 266).

Всегда должно выполняться условие: N_{уст. рвсч.}< N_{уст. табл.}

Примеры подборы вентиляторов.

Пример №1.

Подобрать вентилятор, если L=6000 м³/час, P=550 Па.

1. Определяем расчетный расход воздуха: L_p=1,1∙ΔL=1,1∙6000=6600

2. Определяем давление для подбора вентилятора: Р_р=Р_задан=550 [Па]

3. Определяем номер вентилятора.

Принимаем вентилятор ВЦ4-75 №6,3 с Д=Д_ном, Р_ф=530 Па, η=0,83, схема исполнения 1., обозначение комплекта – Е 6,3.100-1-935.

4. Подбор электродвигателя.

4.1 [кВт]

4.2 [кВт]

Ответ: Принимаем к установке вентилятор В. Ц. 4-75 №6,3; Д=Д_ном с электродвигателем типа 4A90L6 , n = 935 об/мин, N_уст=1,5 кВт, схема исполнения 1.

Пример №2.

 

Подобрать вентилятор для вытяжной системы, если L=30000 м³/час, Р=500 Па.

1. Определяем расчетный расход воздуха:

2. Определяем давление для подбора вентилятора: Р_р=500 Па

3. Определяем номер вентилятора:

Принимаем вентилятор ВЦ4-75 №12,5; схема исполнение 6, Р_ф=450 Па, η = 0,845; Е 12,5-2-475

4. Подбор электродвигателя:

4.1

 

4.2

Ответ: Принимаем к установке вентилятор ВЦ4-75 №12,5; схема исполнение 6, n= 475 об/мин, с электродвигателем типа 4А132S6, N_уст=5,5 кВт, n_{эл. .}= 965 об/мин