Приточные системы механической вентиляции. Очистка приточного воздуха. Калориферы. Вентиляторы

Приточные системы служат для подачи чистого воздуха в обслуживаемые помещения, схема системы приведена на рис. 5.13.

Рис. 5.13. Схема приточной системы

1 – жалюзийная решетка воздухоприемного устройства; 2 – утепленный клапан;
3 – фильтр; 4 – промежуточная секция; 5 – калориферная секция; 6 – переходная секция;
7 – вентилятор; 8 – сеть воздуховодов; 9 – воздухораспределители

Низ отверстия воздухоприемного устройства в узле воздухозабора размещают на высоте более 1 м от уровня устойчивого снегового покрова, но не ниже 2 м от уровня земли. Жалюзийная решетка воздухоприемного устройства препятствует попаданию в узел воздухозабора атмосферных осадков. Утепленный клапан защищает систему от проникновения холодного воздуха. Вместо утепленного клапана в отдельных случаях устанавливают заслонку утепленную с электрическим исполнительным механизмом.

Поз. 1—7 образуют приточную камеру. Приточные камеры обычно используют типовые, разработанные на различную производительность по воздуху организациями Госстроя и выпускаемые предприятиями.

Для расчета приточной системы сначала необходимо определить объем L воздуха, который необходимо подать в обслуживаемые помещения, вид (вода, пар, электроэнергия) и параметры теплоносителя (температура теплоносителя в подающем t_г и обратном t_о трубопроводах), расчетную температуру наружного воздуха t_н, необходимую температуру приточного воздуха t_пр, а также скорость V_р.з воздуха в рабочей зоне.

Очистка приточного наружного и рециркуляционного воздуха в фильтре приточной камеры производится в следующих целях:

а) для уменьшения запыленности воздуха, подаваемого в вентилируемые здания, если концентрация пыли в районе расположения здания или вблизи места забора воздуха систематически превышает ПДК, установленную гигиеническими нормативами;

б) для защиты теплообменников, оросительных устройств, приборов автоматики и другого оборудования вентиляционных камер и кондиционеров от запыления;

в) для предохранения ценной внутренней отделки и оборудования вентилируемых зданий от загрязнения отложениями мелкодисперсной пыли;

г) для поддержания в помещениях заданной в соответствии с технологическими требованиями чистоты воздуха.

Содержание вредных веществ в приточном воздухе, подаваемом механической вентиляцией, следует определять расчетным методом с учетом фоновых концентраций этих веществ в местах размещения воздухоприемных устройств, но не более 30% ПДК в воздухе рабочей зоны для производственных и административно-бытовых помещений.

Содержание пыли в приточном воздухе, подаваемом механической вентиляцией после соответствующей очистки, не должно превышать:

- ПДК в атмосферном воздухе населенных пунктов при подаче его в помещения общественных зданий;

- 30% ПДК в воздухе рабочей зоны при подаче его в помещения производственных и административно-бытовых зданий;

- 30% ПДК в воздухе рабочей зоны с частицами пыли размером не более 10 мкм при подаче его в кабины крановщиков, пульты управления, зону дыхания работающих, а также при воздушном душировании.

Для очистки приточного воздуха от пыли применяют, в основном, пористые воздушные фильтры и электрические воздушные фильтры промывного типа. В табл. 5.10. перечислены воздушные фильтры, применяемые в нашей стране.

Таблица 5.10

Номенклатура воздушных фильтров для приточных систем

Пористые фильтры подразделяют на смоченные и сухие: к смоченным относятся фильтры с покрытым тонкими пленками вязких нелетучих замасливателей заполнением из металлических пластинок, проволочных или полимерных сеток и нетканых волокнистых слоев; к сухим — фильтры с заполнением из нетканых волокнистых слоев, гофрированных сеток и губчатые, не смоченные замасливателем.

Фильтры выбирают с учетом начальной запыленности воздуха и допускаемой остаточной концентрации пыли в воздухе после его очистки, т.е. по их эффективности. Одновременно принимают во внимание начальное сопротивление фильтра, изменение сопротивления при запылении фильтра, конструктивные и эксплуатационные особенности.

Критерий качества фильтра учитывает эффективность очистки воздуха, начальное сопротивление и пылеемкость; чем этот показатель ниже, тем выше качество фильтра. У фильтров, сопротивление которых не меняется в процессе работы (например, у самоочищающихся), критерий качества наименьший, равный нулю.

По эффективности воздушные фильтры подразделяются на три класса (табл. 5.11).

Таблица 5.11

Характеристика основных классов воздушных фильтров

При большой начальной концентрации пыли или при необходимости особо тщательной очистки воздуха применяют многоступенчатую очистку.

Калориферы биметаллические или пластинчатые, устанавливаемые в приточных камерах, служат для нагрева воздуха, подаваемого в производственные помещения. Теплоносителем могут быть вода, пар, электроэнергия.

Биметаллические со спирально-накатным оребрением калориферы могут быть одноходовыми с вертикальным расположением трубок и многоходовыми с горизонтальным расположением трубок. Пластинчатые калориферы изготовляются только многоходовыми с горизонтальным расположением трубок.

При теплоносителе воде следует применять многоходовые калориферы и их последовательное соединение по теплоносителю. Допускается параллельное соединение по теплоносителю рядов калориферов, расположенных последовательно по ходу воздуха.

При теплоносителе паре рекомендуется применять одноходовые калориферы. При теплоносителе паре (перегретом или насыщенном) расчет следует производить на разность между температурой насыщенного пара и средней температурой воздуха.

Расчет площади поверхности нагрева калориферов для систем вентиляции и кондиционирования воздуха, совмещенных с воздушным отоплением и запроектированных для подачи наружного воздуха в количествах, необходимых для вентиляции в течение холодного периода года, следует производить, принимая расчетные параметры Б (для зданий сельскохозяйственного назначения — по параметрам А).

Действительный расход тепла, подводимого к калориферу, определяется по сумме расходов тепла на отопление и вентиляцию, соответствующих расходу при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период года по расчетным параметрам Б.

Калориферы первого подогрева систем кондиционирования воздуха и приточных вентиляционных систем с увлажнением приточного воздуха при теплоносителе воде нужно проверять на режимы эксплуатации, соответствующие наружной температуре и температурам в точках излома графика температур воды в тепловых сетях, и на температуру воды на выходе из калорифера.

Расчет калориферов производится в следующем порядке.

1. Задаваясь массовой скоростью воздуха V·ρ₁, кг/(м²·с), определяют необходимую площадь фронтального сечения калориферов по воздуху:

f₁ = G/ (V·ρ)₁ , м², (5.43)

где G – расход нагреваемого воздуха, кг/с.

2. Пользуясь техническими данными о калориферах и исходя из необходимой площади фронтального сечения, подбирают номер и число устанавливаемых параллельно калориферов и находят действительную площадь их фронтального сечения f. Число калориферов должно быть минимальным.

3. Определяют действительную массовую скорость воздуха в калориферах

V·ρ = G/ f , кг/(м²·с). (5.44)

При теплоносителе воде объемный расход проходящей через каждый калорифер воды вычисляют по формуле

G_воды = , м³/с, (5.45)

где Q – расход теплоты на нагревание воздуха, Вт; t_гор и t_обр – температура воды на входе в калорифер и на выходе из него, °С; n – число калориферов, параллельно включаемых по теплоносителю; 4,2 – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг·К).

Находят скорость воды в трубках калориферов

W = G_воды / f_тр , м/с, (5.46)

где f_тр – живое сечение трубок калориферов для прохода воды, м².

По массовой скорости V×ρ и скорости воды (при паре только по массовой скорости) по справочной литературе или каталогам на калориферы находят коэффициент теплопередачи калорифера К, Вт/(м²·°С).

4. Рассчитывают необходимую площадь F_у поверхности нагрева калориферной установки

, м², (5.47)

где t_ср – средняя температура теплоносителя, °С; t_н – начальная температура нагреваемого воздуха, °С; t_к – конечная температура нагретого воздуха, °С.

Средняя температура теплоносителя

- при теплоносителе воде

t_ср = (t_гор + t_обр)/2 , °С; (5.48)

- при насыщенном паре давлением до 0,03 МПа t_ср = 100ºС;

- при насыщенном паре давлением свыше 0,03 МПа t_ср = t_пара,

где t_пара – температура, °С, насыщенного пара, соответствующая его давлению.

5. Определяют общее число устанавливаемых калориферов:

, шт, (5.49)

где F_к – площадь поверхности нагрева одного калорифера выбранной модели, м².

Округляя число калориферов до кратного числа их в первом ряду n, находят действительную площадь поверхности нагрева, установки:

, м². (5.50)

Тепловой поток выбранного калорифера не должен превышать расчетный более чем на 10%. Избыточный тепловой поток калорифера составит:

, (5.51)

При избыточном тепловом потоке более 10% следует применить другую модель или номер калорифера и произвести повторный расчет.

По таблицам из справочной литературы или каталогам калориферов по массовой скорости воздуха определяют аэродинамическое сопротивление калориферной установки, а также сопротивление калориферной установки проходу теплоносителя.

На сопротивление по воздуху следует давать запас 10%, на сопротивление по воде – 20%.

Вентиляторы в системах механической вентиляции применяют радиальные (центробежные) и осевые.

Радиальные (центробежные) вентиляторы делят на следующие группы: низкого давления (до 1 кПа), среднего давления (от 1 до 3 кПа) и высокого давления (от 3 до 12 кПа). Вентиляторы низкого и среднего давления обычно применяют в приточных и вытяжных вентиляционных установках, установках кондиционирования воздуха и для воздушно-тепловых завес, а вентиляторы высокого давления – в технологических установках.

Осевые вентиляторы обычно применяют при относительно малых сопротивлениях вентиляционной сети (примерно до 200 Па) или без сети воздуховодов.

В зависимости от условий их эксплуатации вентиляторы изготовляют в обычном исполнении – для перемещения чистого или малозапыленного воздуха с температурой до 80°С; в антикоррозионном исполнении (из винипласта и другого материала) – для перемещения воздуха с примесями, разрушающе действующими на обычную сталь; в искрозащищенном исполнении – для перемещения горючих и взрывоопасных смесей. В последнем случае колеса и входные патрубки во избежание искрения выполняют из более мягкого, чем сталь, материала, например алюминия. Для перемещения воздуха с содержанием пыли более 100 мг/м³ применяют пылевые вентиляторы, обладающие повышенной износоустойчивостью.

Вентиляторы, как правило, приводят в действие электродвигателями, с которыми они соединяются одним из следующих способов:

- непосредственно на валу или через эластичную муфту (исполнение 1);

- клиноременной передачей с постоянным передаточным отношением (исполнение 5 или 6);

- регулируемой бесступенчатой передачей через гидравлические и индукторные муфты скольжения.

Вентиляторы могут быть правого вращения, когда колесо их вращается по часовой стрелке (если смотреть на него со стороны всасывания), и левого вращения, когда колесо их вращается против часовой стрелки. Размеры вентиляторов как радиальных, так и осевых характеризуются присвоенными им номерами, численно выражающими значение диаметра рабочего колеса в дм (например, вентилятор № 5 имеет колесо диаметром 500 мм). Чем больше номер вентилятора, тем больше подача воздуха вентилятором.

На рис. 5.14 приведен общий вид радиального (центробежного) вентилятора.

Рис. 5.14. Вентилятор радиальный:

1 – кожух вентилятора; 2 – электродвигатель; 3 – рама; 4 – виброизоляторы

Вентилятор и электродвигатель размещены на раме, под которой устанавливают виброизоляторы для снижения воздействия вибрации на опорные конструкции. Внутри кожуха помещено колесо с лопатками (ось колеса расположена горизонтально). При вращении рабочего колеса в направлении разворота улиткообразного кожуха воздух всасывается через входное отверстие и под действием центробежной силы выбрасывается через выходное отверстие. Лопатки колеса могут иметь различную форму (загнутые вперед, радиальные или загнутые назад). Наибольшее давление создается при лопатках, загнутых вперед, но больший КПД у вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, и, кроме того, они создают меньший шум.

Радиальные вентиляторы изготавливаются и с вертикальным расположением оси колеса. Такое расположение оси колеса характерно для крышных вентиляторов, рис. 5.15. Их применяют при устройстве общеобменной вентиляции, размещая на кровле производственных зданий без системы воздуховодов, а также для систем дымоудаления. Воздух забирается вентилятором непосредственно из-под кровли здания и выбрасывается в атмосферу.

Рис. 5.15. Вентилятор радиальный крышный

Вентиляторы осевые применяют в системах вентиляции, воздушного отопления и в других производственных и технологических целях, в системах противодымной защиты зданий для подачи воздуха на пути эвакуации в случае пожаров. На рис. 5.16 приведена конструкция осевого вентилятора, представляющего собой лопаточное колесо, расположенное в цилиндрическом кожухе.

Рис. 5.16. Вентилятор осевой:

1 – колесо лопаточное; 2 – кожух; 3 - электродвигатель

При вращении колеса поток воздуха проходит через вентилятор вдоль его оси. Отсюда и наименование вентилятора – осевой. Давление, создаваемое осевым вентилятором, не более 200 Па. Размеры осевых вентиляторов, как и радиальных, характеризуются их номерами.

Подбор вентиляторов осуществляют по производительности по воздуху L и давлению P, которые вентилятор должен обеспечить.

Эти параметры определяют основные технические требования к вентилятору и зависят от характеристики сети, в которой он работает. Выбрать оптимальный вентилятор – это значит определить его тип (схему), размер и частоту вращения колеса, при которых выполнялись бы все требования технического задания. Как правило, вентилятор должен иметь наибольший возможный коэффициент полезного действия (КПД), минимально возможные габаритные размеры и массу.

Наиболее просто выбрать вентилятор на заданные параметры L и P по каталогам вентиляторов, в которых приведены характеристики и области работы серийных вентиляторов различных типоразмеров. Если вентилятор имеет непосредственный привод с электродвигателем, то он обеспечивает режимы, соответствующие его характеристикепри частоте вращения электродвигателя. Для расширения диапазона рабочих режимов вентилятора данного типоразмера используют его модификации с различными рабочими колесами, диаметры колеса D_к которых больше или меньше номинального диаметра D_н на 5—10%, то есть D_к = 0,9D_н; D_к = 0,95D_н; D_к = 1,05D_н; D_к = 1,1D_н. С ростом диаметра колеса вентилятор данного типоразмера при работе на режиме максимального КПД увеличивает подачу воздуха и развивает большее давление.

Вентиляторы с ременным приводом выпускают с набором шкивов, поэтому вентилятор одного типоразмера может работать при различной частоте вращения и обеспечивать целую область режимов.

Аэродинамические характеристики вентиляторов выражают зависимость между L и Р при различных значениях n и u, где L – подача воздуха вентилятором, м³/ч; Р – полное давление, развиваемое вентилятором, Па; n – частота вращения колеса вентилятора, мин^–1; u – окружная скорость вращения колеса вентилятора,

Окружную скорость определяют по формуле

, м/с, (5.52)

где d – диаметр колеса вентилятора, м.

Окружная скорость вентилятора ограничивается предельно допустимым уровнем шума в помещении.

Тип и номер вентилятора следует выбирать из условия обеспечения высокого КПД его при окружной скорости в пределах допустимой из условия относительной бесшумности работы вентилятора и частоте вращения, позволяющей осуществить соединение вентилятора по возможности на одном валу с электродвигателем.

На заданную подачу вентиляционной установки принимают запас в пределах до 10% на возможные дополнительные потери или подсос воздуха в воздуховоды.

Мощность N электродвигателяопределяют по формуле:

, кВт, (5.53)

где L – подача воздуха вентилятором, м³/ч; Р – давление, создаваемое вентилятором, Па; η_в – КПД вентилятора; η_р.п – КПД ременной передачи (для вентиляторов первого исполнения, когда колесо вентилятора насажено непосредственно на вал электродвигателя, η_р.п = 1).

Установочную мощность определяют по формуле

, кВт, (5.54)

где K₁ – коэффициент запаса (см. раздел 4).

Определив установочную мощность, подбирают по каталогу тип электродвигателя, который зависит от условий эксплуатации.

Значения L, Р и N для любого вентилятора зависят от частоты n вращения его колеса.

Подача вентилятора прямо пропорциональна частоте вращения колеса:

. (5.55)

Полное давление, создаваемое вентилятором, пропорционально квадрату частоты вращения колеса:

(5.56)

Расходуемая мощность пропорциональна кубу частоты вращения колеса:

. (5.57)

Используя эти соотношения, подбирают размер шкивов при ременной передаче.

Предварительный подбор вентилятора по заданной производительности L и оптимальному значению полного давления Р производится по сводным графикам аэродинамических характеристик (см. пример для вентиляторов ВР80-75 №5 на рис. 5.17), причем величина Р уточняется по ближайшей характеристике сводного графика. Полученная точка со значениями L и Р принимается «рабочей точкой» вентилятора. Окончательный подбор вентилятора осуществляется по графикам индивидуальных характеристик по каталогам вентиляторов или по справочной литературе.

Выбор типоразмера вентилятора сводится, как правило, к подбору машины, потребляющей наименьшее количество энергии, т. е. имеющей наибольший коэффициент полезного действия (КПД) в данной «рабочей точке».

На сводных графиках характеристики показаны в границах, рекомендуемых по энергетическим показателям. В графиках индивидуальных характеристик эти участки выделены утолщенными линиями.

На графиках индивидуальных аэродинамических характеристик над кривыми давления указаны частота вращения вентиляторов п, об/мин, а справа – окружные скорости рабочих колес u, м/с. На этих графиках приведены линии постоянного КПД – η, а также линии установочных мощностей N_у ,кВт. Пример индивидуальной характеристики приведен на рис. 5.18.

Рис. 5.17. Сводный график характеристик вентиляторов ВР80-75 (исп. 1)

Рис. 5.18. Аэродинамическая характеристика вентилятора ВР80-75 №5

с колесом диаметром 1,05 D_ном (исполнение 1)

Воздуховоды в вентиляционных системах используют преимущественно круглого сечения, допускается применять прямоугольного и других сечений. Размеры поперечного сечения принимают стандартные в соответствии с требованиями СНиП 2.04.05-91. При выборе материала воздуховодов следует учитывать предел их огнестойкости в зависимости от назначения помещения и категории помещения по взрывопожароопасности. Трассировку воздуховодов следует выполнять с учетом требований пожарной безопасности.