Отопление.

В помещениях требующих обогрева и устройств приточной вентиляции, целесообразно применять воздушное отопление, поскольку здесь для этой цели используются все элементы вентиляционной установки - воздуховоды, вентилятор и др. Такие совмещённые установки воздушного отопления и вентиляции являются наиболее экономичными.

Системы воздушного отопления разделяют на централизованные и децентрализованные.

Централизованные системы - это системы воздушного отопления, совмещённые с системами приточной вентиляции. Децентрали­зованные системы могут быть двух видов. Первый - с воздушно-отопительными агрегатами большой производительности с сосредоточенной подачей воздуха в помещение большого объёма. Второй - с воздушно-отопительными агрегатами небольшой производительности, размещёнными в помещениях, в которых не могут быть использованы агрегаты большой производительности.

По качеству приточного воздуха системы воздушного отопления подразделяют на рециркуляционные, с частичной рециркуляцией и прямоточные без рециркуляции.

Рециркуляционные системы применяются в помещениях, где отсутствуют выделения вредных веществ.

Системы с частичной рециркуляцией используют в помещениях с избытками теплоты в случае, когда количество приточного воздуха, требуемого для ассимиляции теплоизбытков, превышает количество воздуха, необходимого для компенсации вытяжки местных отсосов.

Прямоточные системы без рециркуляции применяют только в особых случаях, например, если в воздух помещения выделяются вредные вещества первого, второго и третьего классов опасности, или при наличии в воздухе помещений резко выраженных неприятных запахов.

Максимальная температура подаваемого воздуха в большие помещения при подаче его на высоте более 3,5м от пола должна составлять не более 70° С, при подаче его на высоте 3,5м от пола и на расстоянии более 2м от рабочего места - не более 45° С. При этом расчётным путём должно быть показано, что при использовании системы воздушного отопления в рабочей зоне могут быть обеспечены нормируемые параметры микроклимата.

Работу системы отопления характеризуют такие основные показатели, как теплопроизводительность Q_от (Вт или кВт), подача воздуха L_от (м³/с или м³/ч), его температура t_от (°C), которые связаны соответствующими известными выражениями:

- при прямоточном режиме работы

Q_от =С_рr_от L_от (t_от-t^от_н); (4.92)

- в режиме с полной рециркуляцией

Q_от= С_рr_от L_от (t_от-t^от_п); (4.93)

- в режиме с частичной рециркуляцией

Q_от =С_рr_от L_н (t_от-t^от_н)+ С_рr_от L_рец (t_от-t^от_п) (4.94)

Здесь r_от- плотность воздуха при температуре t_от, кг/м³;

t_от, t^от_н, t^от_п -температура воздуха соответственно на выходе из системы отопления, наружного и в помещении на рабочем месте, °С; L_н, L_рец -подача соответственно наружного и рециркуляционного воздуха (L_н+ L_рец= L_от).

Расчётную температуру наружного воздуха t^от_н принимают по СНиП 2.04.05-91* для определенного представительного пункта. Необходимое значение L_от, как отмечалось выше, определяют, исходя из нормативного показателя t^от_п, по выражению:

L_от= Q^от_ас/[С_рr_от(t_от-t^от_п)] (4.95)

Здесь Q^от_ас- полезная теплопроизводительность системы отопления, соответствующая тепловой нагрузке помещения (Вт или кВт).

Постоянно действующие системы отопления в производственных помещениях с тепловыделениями устраивают только тогда, когда зимний тепловой баланс отрицателен, т.е. когда теплопотери превышают тепловыделения.

Помимо обеспечения на рабочем месте нормируемой температуры воздуха в холодный период года, система отопления должна обеспечивать его приемлемую относительную влажность (не ниже 30%). Каким образом можно решить такую задачу, покажем на примере работы отопителя кабины самоходной машины. Процессы изменения состояния воздуха в этом случае показаны на рис.4.75, исходя из расчётных значений t^от_н = -20° С, t^от_п= 14° С, j^от_п= 40% и t_от= 40°С.

Рис.4.75. Процессы изменения состояния воздуха при обработке в установке для отопления: Н-0 - повышение температуры воздуха при постоянном влагосодержании в теплообменнике отопителя; О-А - адиабатное увлажнение; А-О₁ - повышение температуры воздуха при постоянном влагосодержании в калорифере вторичного подогрева; О-О₁- увлажнение горячим паром при постоянной температуре: О-К¹, О-К, О-К₁- снижение температуры воздуха за счёт тепловых потерь помещения с повышением влагосодержания из-за влаговыделений оператора

Как следует из представленного, наружный воздух в состоянии, характеризующимся точкой Н (t^от_н = -20° С), нагревается в отопителе до состояния в точке О (t_от= 40°С) при постоянном влагосодержании равном 0,5г/кг сухого воздуха (d_н=d_о). Далее, поступая в помещение (кабину), приточный воздух снижает свою температуру до 14°С и несколько увеличивает влагосодержание за счет влаговыделений оператора (точка К¹).

Из диаграммы видно, что в точке К¹ относительная влажность воздуха на рабочем месте составляет всего около 10% против принятой j^от_п= 40%. Причина этому - чрезвычайно низкое влагосодержание наружного воздуха (0,5г/кг сухого воздуха). В то же время для обеспечения нормируемого сочетания t^от_п = 14°С и j^от_п= 40% (точка К) влагосодержание воздуха на рабочем месте должно составлять 4 г/кг сухого воздуха. Следовательно, в холодный период года при низкой отрицательной температуре обрабатываемый в системе отопления воздух необходимо увлажнять.

В системах отопления производственных помещений стационарных объектов увлажнение воздуха после его предварительного нагрева в калорифере достигается путём дополнительной обработки в камерах орошения. Если используется адиабатное увлажнение, при котором обрабатываемый воздух снижает свою температуру (луч процесса О-А на рис.4.75), то в системе необходимо применить калорифер вторичного подогрева, чтобы повысить температуру приточного воздуха до необходимого уровня (луч процесса А-О₁). Если же на распыление в камеру увлажнения поступает горячая вода, процесс увлажнения воздуха идёт с повышением его энтальпии, то мощность калорифера вторичного подогрева может быть соответственно снижена. Этот калорифер не требуется при увлажнении воздуха горячим паром при постоянной температуре (луч процесса О-О₁). Однако при этом, помимо соответствующего устройства для получения горячего пара, требуется специальное оборудование, регулирующее его расход, исходя из необходимости поддержания температуры приточного воздуха на постоянном уровне, что довольно трудно осуществить на практике особенно на мобильных объектах.

Единственный реальный источник поступления в воздух кабин самоходных машин влаги - это влаговыделения оператора. Поскольку они относительно невелики и при прямоточной подаче наружного воздуха на рабочее место практически не влияют на влажностный режим, требуется уменьшить поступление свежего наружного воздуха на рабочее место до допустимого уровня путём применения в системе отопления частичной рециркуляции.

Исходя из требуемого значения влагосодержания на рабочем месте d^от_п=4г/кг сухого воздуха, определим необходимую подачу наружного воздуха по выражению:

L_н= W^от_в/[r_от(d^от_п- d^от_н)] (4.96)

где W^от_в- влаговыделения оператора в холодный период года, г/ч.

Приняв по практическим данным W^от_в = 160г/ч, плотность воздуха r_от=1,13 кг/м³ при температуре 40°С и располагая значениями d^от_п = 4 г/кг сухого воздуха и d^от_н = 0,5г/кг сухого воздуха, найдём, что L_н = 40м³/ч. Имея в виду, что санитарная норма подачи свежего воздуха на одного человека составляет не менее 3O м³/ч, полученная подача наружного воздуха в 40 м³/ч достаточна как с указанной выше позиции, так и с точки зрения обеспечения на рабочем месте допустимой относительной влажности воздуха.

В случае повышения температуры воздуха на рабочем месте, которое возможно, например, при росте наружной температуры, относительная влажность его на рабочем месте уменьшится. Как указывалось выше, по санитарным нормам минимально допустимая относительная влажность воздуха в помещении в холодный период года составляет 30%. Исходя из этой величины, по диаграмме на рис.4.75 определим, что температура воздуха на рабочем месте оператора при этом составит 19°С (точка К₁). Следовательно, в диапазоне температуры воздуха здесь 14...19°С относительная влажность будет приемлемой.

Определим далее то формуле (4.95) необходимую подачу воздуха из системы отопления для достижения на рабочем месте оператора указанной температуры в 14°С на примере кабины объёмом 2,5м³ самоходной машины, где по практическим данным при наружной температуре t^от_н = -20°C тепловая нагрузка составляет Q_ас = 2,1 кВт

Найдём, что L_от = 255 м³/ч, из которых количество рециркуляционного воздуха составляет L_рец= 215 м³/ч. Полную теплопроизводительность системы определим по выражению (4.94). Получим, что Q_от =2,5 кВт.

Вопрос о том, какой вид отопления необходимо применять в производственных помещениях, решается на основе технико-экономических расчётов. Если в помещении имеется одна приточная установка сравнительно большой мощности, то эксплуатировать её в режиме рециркуляции нецелесообразно, В этом случае для отопления лучше установить несколько воздушно-отопительных агрегатов (децентрализованная система воздушного отопления), располагаемых либо на колоннах, либо вблизи наружных стен. Основными требованиями, предъявляемыми к таким агрегатам, являются: минимально возможный расход материала и электроэнергии на единицу теплопроизводительности, компактность конструкции, приемлемый уровень шума.

В качестве основных элементов воздушно-отопительных агрегатов используются калориферы, электродвигатели и вентиляторы (осевые или радиальные). На рис.4.76 показано устройство отопительного агрегата с осевым вентилятором.