Тема 5. Методика расчета воздухообмена в помещениях при работе вентиляции в различные времена года (ТП, ХП) : «Расчёт теплового баланса, поступления влаги, воздухообмена, построение J- d диаграмм. Мульти зональное кондиционирование. Примеры решений» : Самоподготовка : АНО ДПО «УКЦ «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА»

Тема 5. Методика расчета воздухообмена в помещениях при работе вентиляции в различные времена года (ТП, ХП)

Исходные данные:

1. Тепловой баланс помещений составляется по двум периодам года:

по ТП - тёплому периоду

как по явному теплу ΣQя, так и по полному теплу ΣQп.

по ХП - холодному периоду

2. Наружные метеорологические условия (для Москвы):

ТПtH„A“ = 22,3 °C;  J Н„А“ = 49,4 кДж/кг;

ХПt Н„Б“ = -28 °C;   JН„Б“ = -27,8 кДж/кг.

Расчет поступлений влаги в помещение Σ W.

Температура внутреннего воздуха в помещении:

ТП - tВ не более, чем на 3 °С выше расчетной температуры по параметрам “А”;

ХП - tВ = 18 ÷ 22°С.

РАСЧЕТ.

Расчет начинаем с тёплого периода года ТП, так как воздухообмен при этом получается максимальным.

Последовательность расчета (см. Рисунок 1):

1. На J-d диаграмму наносим (•)  Н - с параметрами наружного воздуха:

tН„А“ = 22,3 °C;   JН„А“ = 49,4 кДж/кг

и определяем недостающий параметр — абсолютную влажность или влагосодержание dН„А“.

Точка наружного воздуха — (•) Н будет являться и точкой притока — (•) П.

2. Наносим линию постоянной температуры внутреннего воздуха — изотерму tВ

tВ = tН„А“  3 °С = 22,3  3 = 25,5 °C.

3. Определяем тепловое напряжение помещения:

Определяем тепловое напряжение помещения

где: V - объём помещения, м3.

4. Исходя из величины теплового напряжения помещения, находим градиент повышения температуры по высоте.

Градиент температуры воздуха по высоте помещений общественных и гражданских зданий.

Тепловая напряженность помещения Qя / Vпом.grad t, °C / м
кДж / м3Вт / м3
Более 80Более 230,8 ÷ 1,5
40 ÷ 8010 ÷ 230,3 ÷ 1,2
Менее 40Менее 100 ÷ 0,5

и рассчитываем температуру воздуха, удаляемого из верхней зоны помещения

ty=tB + grad t(H-hp.з.), ºС

где: Н — высота помещения, м;
hр.з. -  высота рабочей зоны, м.

На J-d диаграмму наносим изотерму уходящего воздуха ty*.

Внимание! При кратности воздухообмена более 5, принимается ty=tB.

5. Определяем численное значение величины тепло-влажностного отношения:

Определяем численное значение величины тепло-влажностного отношения

(численное значение величины тепло-влажностного отношения примем 6 200).

На J-d диаграмме через точку 0 на шкале температур проводим линию тепло-влажностного отношения с численным значением 6 200 и проводим луч процесса через точку наружного воздуха — (•)H параллельный линии тепло-влажностного отношения.

Луч процесса пересечёт линии изотерм внутреннего и уходящего воздуха в точке В и в точке У.

Из точки У проводим линию постоянной энтальпии и постоянного влагосодержания.

6. По формулам определяем воздухообмен по полному теплу

воздухообмен по полному теплу

и по влагосодержанию

по влагосодержанию

Полученные численные значения должны совпадать с точностью ±5%.

7. Вычисляем нормативное количество воздуха, требуемое для людей находящихся в помещении.

Минимальная подача наружного воздуха в помещения.

Род зданийПомещенияПриточные системы
с естественным проветриваниембез естественного проветривания
Подача воздуха
Производственныена 1 чел., м3на 1 чел., м3Кратность воздухообмена, ч-1% от общего воздухообмена не менее
30*; 20**60≥1Без рециркуляции или с рециркуляцией при кратности 10 ч-1 и более
60
90
120
20
15
10
С рециркуляцией при кратности менее 10 ч-1
Общественные и административно-бытовыеПо требованиям соответствующих глав СНиПов60
20***

Жилые3 м3/ч на 1 м2

Примечание. * При объеме помещения на 1 чел. менее 20 м3

** При объеме помещения на 1 чел. 20 м3 и более
*** Для зрительных и актовых залов, залов совещаний, в которых люди находятся до 3 ч непрерывно.

Дальнейший расчет проводим по большей величине, исходя из п. 6 или минимальной подачи наружного воздуха.

Методика расчета воздухообмена в помещениях при работе вентиляции в различные времена года

Проводим расчет для ХП.

Последовательность расчета (см. рисунок 2):

1. На J-d диаграмму наносим (•) Н — с параметрами наружного воздуха:

tН„Б“ = -28°C;   JН„Б“ = -27,8 кДж/кг

и определяем недостающий параметр — абсолютную влажность или влагосодержание dН„Б“.

2. Принимаем температуру воздуха в помещении.

При наличии тепловых избытков лучше принять верхний предел

tВ = 22°С.

В этом случае стоимость вентиляции будет минимальной.

3. Определяем тепловое напряжение помещения

Определяем тепловое напряжение помещения

4. Исходя из величины теплового напряжения помещения, находим градиент повышения температуры по высоте

Градиент температуры воздуха по высоте помещений общественных и гражданских зданий

Тепловая напряженность помещения Qя /Vпомgrad t, °C/м
кДж/м3Вт/м3
Более 80Более 230,8 ÷ 1,5
40 ÷ 8010 ÷ 230,3 ÷ 1,2
Менее 40Менее 100 ÷ 0,5

и рассчитываем температуру воздуха, удаляемого из верхней зоны помещения

ty = tB + grad t(H-hр.з.), ºС

где: Н — высота помещения, м;
hр.з. - высота рабочей зоны, м.

На J-d диаграмму наносим изотерму уходящего воздуха ty.

5. Принимаем, что температура приточного воздуха tП отличается от внутренней температуры воздуха в помещении tВ не более чем на 5°С.

tП = tВ - 5 = 22 — 5 = 17°С.

На J-d диаграмму наносим изотерму приточного воздуха .

6. Проводим линию постоянного влагосодержания — d = const из точки наружного воздуха – (•) Н, до изотермы .

Получаем точку — (•) К с параметрами воздуха после нагрева в калорифере.

Одновременно это будет и точка приточного воздуха — (•) П.

6. Определяем величину тепло-влажностного отношения

Определяем величину тепло-влажностного отношения

Для нашего примера примем величину тепло-влажностного отношения

Определяем величину тепло-влажностного отношения

На J-d диаграмме проводим линию тепло-влажностного отношения через (•)0 на шкале температур, а затем через точку приточного воздуха — (•) П проводим параллельную линию линии тепло-влажностного отношения до пересечения с изотермой внутреннего — tВ и уходящего — tУ воздуха. Получаем точки — (•) В и (•) У.

7. По формулам определяем воздухообмен по полному теплу

воздухообмен по полному теплу

и по влагосодержанию

и по влагосодержанию

Полученные численные значения должны совпадать с точностью ±5%.

8. Полученные величины воздухообменов сравниваются с нормативным воздухообменом и принимается большая из величин.

Внимание!

Если нормативный воздухообмен превышает расчётный, то требуется перерасчёт температуры приточного воздуха.

Методика расчета воздухообмена в помещениях при работе вентиляции в различные времена года

В конечном итоге мы получили две величины воздухообменов: по ТП и ХП.

Вопрос — как быть?

Варианты решения:

1. Приточную систему рассчитывать на максимальный воздухообмен и установить на электродвигателе вентилятора регулятор частоты вращения, задействованный от температуры внутреннего воздуха. Вытяжную систему выполнить либо с естественной циркуляцией, либо механическую, задействованную от того же регулятора частоты вращения.

Система эффективная, но очень дорогая!

2. Выполнить две приточные установки и две вытяжные установки. Одна приточная и одна вытяжная установка работают в ХП. Приточная система с воздухонагревателем, который рассчитан на подогрев наружного воздуха от параметров “Б” до температуры притока. Вторая пара систем — приточная установка без калорифера, работает только ТП.

3. Выполнить только приточную систему на подачу по ХП и одну вытяжную систему такой же подачи, а воздухообмен в ТП осуществить через открытые окна.

Пример.

В административном здании — помещение атриума, с габаритными размерами в плане:

9 × 20,1 м

и высотой - 6 м

необходимо поддерживать температуру воздуха в рабочей зоне (h = 2 м)

tВ = 23ºС и относительную влажность φВ = 60%.

Приточный воздух подаётся с температурой tП = 18ºС.

Полные тепловыделения в помещении составляют

∑Qполн. = 44 кВт,

явные тепловыделения равны ∑ Qявн. = 26 кВт,

поступление влаги равны ∑ W = 32 кг/ч.

Решение (см. рисунок 3).

Для определения величины углового коэффициента необходимо привести все параметры согласно J - d диаграмме.

∑ Qполн. = 44 кВт × 3600 = 158400 кДж/кг.

Исходя из этого, угловой коэффициент равен

угловой коэффициент

Определяем тепловое напряжение помещения

Определяем тепловое напряжение помещения

Градиент температуры воздуха по высоте помещения составит (определяем по таблице)

grad t = 1,5ºС.

Тогда, температура уходящего воздуха равна

tУ = tВ + grad t( H — hр.з.) = 23 + 1,5 ( 6 — 2 ) = 29  ºС.

На J — d диаграмме находим точку В с параметрами внутреннего воздуха (•) В:

tВ = 23ºС;    φВ = 60%.

Проводим линию тепло-влажностного отношения с численным значением 4950 через точку 0 шкалы температур и, параллельно этой линии проводим наш луч процесса через точку внутреннего воздуха — (•) В.

Так как, температура приточного воздуха tП = 18ºС, то точка притока П будет определяться, как пересечение луча процесса и изотермы tП = 18ºС.

Точка уходящего воздуха У лежит на пересечении луча процесса и изотермы tУ = 29 ºС.

Получаем параметры реперных точек:

В tВ = 23ºС;    φВ = 60%;   dВ = 10,51 г/кг;    JВ = 49,84 кДж/кг;

П tП = 18ºС;    dП = 8,4 г/кг;    JП = 39,37 кДж/кг;

У tУ = 29ºС;    dУ = 13,13 г/кг;    JУ = 62,57 кДж/кг.

Определяем расход приточного воздуха:

  • по теплосодержанию

Определяем расход приточного воздуха по теплосодержанию

  • по влагосодержанию

Определяем расход приточного воздуха по влагосодержанию

т.е. мы получим практически одинаковый расход приточного воздуха.

Определяем кратность воздухообмена по притоку

Определяем кратность воздухообмена по притоку

Таким образом, кратность воздухообмена по притоку составляет менее 5.

Так как, кратность воздухообмена по притоку составляет больше 5, то необходимо выполнить расчет из условия, что уходящую температуру внутреннего воздуха tУ необходимо принимать равной внутренней температуре воздуха в помещении tВ, т.е.

tУ = tВ

и формула для определения количества воздуха приняла бы вид:

  • по теплосодержанию

определения количества воздуха по теплосодержанию

  • по влагосодержанию

определения количества воздуха по влагосодержанию

Принципиальную схему приточной вентиляционной установки смотри рисунок 4.

Методика расчета воздухообмена в помещениях при работе вентиляции в различные времена года

Методика расчета воздухообмена в помещениях при работе вентиляции в различные времена года