Тепловая мощность системы вентиляции

Вентиляцию предусматривают в общественных и промышленных зда­ниях, где внутренний воздух в той или иной степени загрязняется вредны­ми веществами: газами и парами, избыточной теплотой, избыточной влагой и пылью. Чтобы обеспечить нормируемые условия воздушной среды, в та­ких помещениях необходимо удалять загрязненный и подавать свежий воз­дух, т.е. осуществлять организованную приточно-вытяжную вентиляцию.

Требуемая температура подогрева свежего (наружного) приточного воздуха определяется категорией и назначением помещений. В общем виде тепловая мощность системы вентиляции определяется расходом, темпера­турой и влажностью подогреваемого воздуха.

(2.8)

где с - удельная теплоемкость воздуха; р - плотность воздуха, принимае­мая при средней температуре воздуха; Z - объемный расход приточного воздуха; t_BГ и t_BX - соответственно температура воздуха за нагревателем и

перед ним.

Расход тепловой энергии на вентиляцию зависит от характера выде­ляющихся вредных веществ. В данном климатическом районе он определя­ется объемом свежего воздуха, необходимого для подачи в помещение. Чтобы не нарушать воздушный баланс помещения, если нет специальных требований, объем свежего воздуха принимается равным объему удаляемо­го. Причем объем удаляемого воздуха рассчитывают из условия обеспече­ния параметров окружающей среды в соответствии с требованиями сани­тарных норм по количеству вредных веществ в помещении. Кроме того, объем удаляемого воздуха в значительной степени зависит от принятого способа организации воздухообмена.

Нормируемые условия в помещениях обеспечиваются в основном ме­стной или общеобменной вентиляцией.

Если выделяющиеся вредные вещества можно удалять непосредствен­но на месте их образования, применяют местную вентиляцию. В этом случае объем удаляемого воздуха минимальный, так как в помещении вен­тилируется только ограниченная по объему рабочая зона.

Когда в помещении вредные вещества распространяются по всему объему, применяют общеобменную вентиляцию, создающую в помеще­нии требуемые условия воздушной среды путем разбавления вредных ве­ществ чистым приточным воздухом. Воздухообмен, основанный на этом принципе, требует наибольшего объема приточного воздуха, а следова­тельно, и наибольшего расхода тепловой энергии.

При разработке схемы системы теплоснабжения расход тепловой
мощности на общеобменную вентиляцию оценивают так же, как для ото­
пления по укрупненным измерителям. Здесь таким измерителем, согласно
[49], является удельная тепловая отопительная характеристика q_o, отне­
сенная к одному квадратному метру общей площади зданий. Максимальный тепловой поток (тепловая мощность) на вентиляцию общественных зданий предлагается определять по формуле:

(2.9)

где k₂ - коэффициент, учитывающий тепловой поток (тепловую мощность) на вентиляцию общественных зданий; при отсутствии данных рекомендуется принимать равным: для общественных зданий, построенных до 1985 г. - 0,4; после 1985 г.-0,6.

Другим укрупненным измерителем, предлагаемым в [119], является удельная тепловая вентиляционная характеристика, отнесенная к объему здания, которая представляет собой количество тепловой энергии, необхо­димое для вентиляции одного кубического метра здания в единицу времени при перепаде температур в один градус. Этот показатель установлен для большинства типов зданий (см. табл. 2.1).

Расход тепловой энергии на общеобменную вентиляцию, отнесенный к объему здания, в общем виде определяется по формуле:

(2.10)

где q_в, - удельная вентиляционная характеристика здания; t_p.в. -темпера­тура наружного воздуха для проектирования вентиляции, принимаемая по СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха». Для определения тепловой нагрузки на вентиляцию для отдельных ви­дов общественных зданий в табл. 2.1 приведены значения их вместимости m_общ (пропускной способности) и значения удельного наружного объема на единицу вместимости V(M³/m_o6m),что позволяет перейти от численности жителей к объему здания V_зд . В этом случае тепловую нагрузку на венти­ляцию общественных зданий можно определить по формуле:

(2.11)

Удельную вентиляционную характеристику можно определить также по требуемой кратности воздухообмена и объему вентилируемого помеще­ния:

(2.12)

где m - кратность воздухообмена, представляющая собой отношение объ­ема приточного воздуха, подаваемого в единицу времени (1 ч), к объему вентилируемого помещения.

Температура наружного воздуха, принимаемая при расчете вентиля­ции, не является одинаковой для всех помещений; она зависит от принятого способа воздухообмена. При расчете местной вентиляции ее берут равной, как и для отопления, т.е. t_pв = t_po . Значение этой температуры при обще­обменной вентиляции выше, чем при отоплении. Здесь она определяется как средняя за наиболее холодный период продолжительностью, равной 15% отопительного сезона.

Допустимое повышение уровня t_р.в при температурах наружного воз­духа наиболее холодного периода обусловлено возможностью увеличения рециркуляции воздуха. В период пониженных наружных температур тре­буемая температура приточного воздуха достигается путем подмешивания (рециркуляции) к наружному более теплого воздуха, поступающего на по­догрев, и, соответственно, сокращается потребность в тепловой энергии на нужды общеобменной вентиляции в часы ее максимального расхода. В тех цехах, где по характеру вредных веществ рециркуляция воздуха не допус­кается, за расчетную температуру принимают отопительную, независимо от принятого способа воздухообмена, т.е. t_р.в = t_po .

Если для сооружений удельная вентиляционная характеристика неиз­вестна, то объемный расход приточного воздуха (формула 2.8) определяют, исходя из количества вредных веществ, выделяющихся в помещении:

- по количеству газов и паров

(2.13)

- по количеству избыточной теплоты

(2.14)

- по количеству избыточной влаги

(2.15)

где G - массовый расход вредных веществ, поступающих в помещение; g_yх и g_H - массовая концентрация вредных веществ в воздухе, удаляемом

из помещения, и в атмосферном воздухе; Q_в — тепловой поток (тепловая мощность), выделяющаяся в помещении; р - плотность воздуха при сред­ней температуре; i_вн и i_np - соответственно энтальпия удаляемого и при­точного воздуха; W - массовый расход паров и влаги, поступающий в воз­дух помещения; d_вн и d_пр - соответственно масса влаги в расчете на еди­ницу массы воздуха.

Количество вредных веществ, поступающих в помещение, обычно за­висит от технологического процесса. Массовую концентрацию вредных веществ в воздухе, удаляемом из помещения, для общеобменной вентиля­ции принимают равной предельно допустимой. Теплопоступления в поме­щение в зимнее время учитываются при определении мощности системы отопления, в летнее время - системы вентиляции и кондиционирования воздуха.

Если воздух, подаваемый приточной вентиляцией, содержит такое ко­личество теплоты, которой достаточно для компенсации теплопотерь дан­ного помещения, то система отопления не требуется. В таких помещениях функции дежурного отопления выполняет система вентиляции, работаю­щая на неполную мощность. В этом случае отопление называют совмещен­ным с приточной вентиляцией.

Тепловые затраты на вентиляцию, так же, как и на отопление, зависят от наружной температуры. При местной и общеобменной вентиляции без рециркуляции воздуха эта зависимость аналогична отопительной (рис. 2.2,а, линия АВ). При общеобменной вентиляции с рециркуляцией воздуха аналогия наблюдается только в диапазоне наружных температур от +8 до 1_рв (линия БВ). При дальнейшем снижении температуры наружного возду­ха, т.е. когда t_H <t_р.в , расход тепловой энергии не изменяется и сохраняется

на уровне в течение всего наиболее холодного периода (линия расхода ГБ параллельна оси абсцисс).

Графики расхода тепловой энергии на вентиляцию: а) часовой; б) годовой

Средний тепловой поток на вентиляцию при t_po согласно СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети» находят следующим образом:

(2.16)

Годовой расход тепловой энергии на вентиляцию определяют при со­ответствующем способе воздухообмена в зависимости от числа часов рабо­ты системы вентиляции. При общеобменной вентиляции с рециркуляцией воздуха:

- с перерывами работы в течение суток и в выходные дни

(2.17)

- при круглосуточной работе без перерыва в выходные дни (n _в = 0; т_р = 24)

(2.18)

При местной и общеобменной вентиляции без рециркуляции: - с перерывами в работе в течение суток и в выходные дни

(2.19)

- при круглосуточной работе без перерывов в выходные дни (п_в =0; т_р=24)

(2.20)

где t^в_н.ср. - температура наружного воздуха, средняя в течение умеренно холодного периода (табл. 2.4); т_р - число часов работы системы вентиля­ции в сутки.

Если имеются сведения о продолжительности умеренно холодного пе­риода (см. табл. 2.4), то расчеты по формулам (2.17) - (2.20) значительно упрощаются.

Средняя температура наружного воздуха и продолжительность умеренно холодного периода в отопительном сезоне

Режим работы системы вентиляции разрабатывают на основании годо­вого графика потребления тепловой энергии. Построение этого графика (см. рис. 2.2, б) для систем вентиляции без рециркуляции воздуха произво­дится аналогично отопительным. Для общеобменной вентиляции годовой график потребления теплоты разделен на две части: левая часть соответст­вует наиболее холодному периоду и имеет постоянный расход тепловой энергии в течение этого периода. Линия Г1Б1 параллельна оси абсцисс, рас­ход тепловой энергии определяется площадью прямоугольника О-Г1-Б1-0,15n₀. Вторая часть, соответствующая умеренно холодному периоду, имеет переменный расход теплоты (линия Б1B1) в зависимости от изменения t_H.

Если номенклатура и объем общественных зданий неизвестны, то для расчета тепловой мощности для покрытия нагрузок на системы вентиляции общественных зданий следует использовать нормативы для распределения всех групп общественных зданий между различными структурными едини­цами города (микрорайонами, жилыми районами, общественными центра­ми жилых и планировочных районов, а также городов в целом) [46], исходя из ступенчатой системы обслуживания населения. Представляется очевид­ным, что в малых городах с населением до 20 тыс. чел. перечень общест­венных зданий соответствует оговоренному в нормах [51] для микрорай­онов вместе с общегородским общественным центром. Малые города с на­селением 20-50 тыс. чел. можно рассматривать как состоящие из одного жилого района с таким центром. В средних и больших городах, наряду с микрорайонами и жилыми районами следует учитывать, в соответствии с указаниями [36, 58], раздельное размещение общественных зданий в обще­ственных центрах жилых и планировочных районов в соответствии с нор­мами [51], а в крупных и крупнейших городах дополнительно учитывать размещение общественных зданий областного, краевого или республикан­ского значения.

Исходя из показателя нормы жилой площади w, нормативные значения которого приведены в табл. 2.3, можно оценить нормативное значение чис­ленности Р населения района (микрорайона, города) по формуле:

Для определения объема общественных зданий могут быть использованы показатели нормативных значений суммарного объема общественных зданий V_общ.уд. в расчете на одного жителя [36,58], представленные в табл. 2.5.

Таблица2.5 Нормативные значения суммарного объема зданий, м³/чел.

Нижние пределы указанных значений относятся к первой очереди строительства, а верхние - к расчетному сроку по генеральному плану.

На основании вышесказанного, если при определении тепловой на­грузки на вентиляцию общественных зданий неизвестен объем здания, то, зная показатели V_общ.уд. и численность населения района Р, эту величину определяют по формуле:

(2.22)