Комкин А.И.Расчет систем механической вентиляции (А.И. Комкин, В.С. Спиридонов Расчет систем механической вентиляции)

Московский государственный технический университетим. Н.Э. БауманаА.И. Комкин, В.С. СпиридоновРАСЧЕТ СИСТЕММЕХАНИЧЕСКОЙ ВЕНТИЛЯЦИИИздательство МГТУ им. Н.Э. БауманаМосковский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаА.И. Комкин, В.С. СпиридоновРАСЧЕТ СИСТЕММЕХАНИЧЕСКОЙ ВЕНТИЛЯЦИИРекомендовано редсоветом МГТУ имени Н.Э. Бауманав качестве учебного пособия по курсу«Безопасность жизнедеятельности»МоскваИздательство МГТУ им.

Н.Э. Баумана2007УДК 697.9(075.8)ББК 38.762.2К63Рецензенты: Б.Н. Нюнин, С.Г. СмирновК63Комкин А.И., Спиридонов В.С.Расчет систем механической вентиляции: Учеб. пособиепо курсу «Безопасность жизнедеятельности». – М.: Изд-воМГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 182 с.: ил.ISBN 978-5-7038-2950-9Рассмотрены вопросы, связанные с нормированием параметров микроклимата и состава воздуха производственных помещений, выделениемвредных веществ и избытков теплоты при выполнении различных технологических операций. Указаны особенности организации вентиляции в производственных помещениях. Изложены методики расчета систем механической вентиляции.

Приведены примеры расчета и необходимые справочные данные.Для студентов, изучающих курс «Безопасность жизнедеятельности», атакже выполняющих курсовое и дипломное проектирование.Ил. 47. Табл. 38. Прил. 4. Библиогр. 21 назв.УДК 697.9(075.8)ББК 38.762.2ISBN 978-5-7038-2950-9© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007ВВЕДЕНИЕПроведение многих технологических процессов сопровождается выделением в производственные помещения теплоты, влаги,различных паров, газов и аэрозолей, что вызывает изменения состава и метеорологического состояния (микроклимата) воздушнойсреды в помещениях. Состав воздушной среды характеризуетсяконцентрацией содержащихся в ней веществ. Микроклимат определяют следующие физические параметры воздушной среды: температура, относительная влажность, скорость движения воздуха ибарометрическое давление.

Изменение состава и состояния воздушной среды может негативно влиять на самочувствие людей,снижать производительность труда и вызывать различные заболевания.Для нормирования вредного воздействия воздушной среды наорганизм человека разработаны гигиенические требования к составу и метеорологическому состоянию воздуха в производственных помещениях. Если поступающие в помещение теплота и влагавызывают отклонения состояния воздуха от гигиенических нормативов, то их называют соответственно избыточной теплотой иизбыточной влагой и рассматривают как вредные факторы производственной среды.

Аналогично, если концентрация выделяющихся в помещении веществ превышает норму, то их рассматривают как вредные выделения.Поддержание во всем помещении или в отдельных его зонахсостава и метеорологического состояния воздушной среды, удовлетворяющих гигиеническим нормативам, обеспечивается вентиляцией, представляющей собой процесс удаления из помещениязагрязненного воздуха и подачи в него свежего. В зависимости отспособа подачи воздуха в помещение различают естественнуювентиляцию, при которой перемещение воздуха происходит вследствие наличия ветрового напора или разности температур воздухав помещении и наружного воздуха, и механическую вентиляцию, вкоторой для перемещения воздуха используются специальныемеханические побудители, как правило, вентиляторы.В данном пособии рассмотрены только системы механическойвентиляции.3Основное внимание уделяется методикам расчета систем вентиляции.

При этом авторы стремились по возможности охватитьвесь комплекс вопросов, связанных с проведением таких расчетов: нормирование параметров микроклимата и содержания вредных веществ, количественная оценка интенсивности вредных выделений, определение необходимого воздухообмена и потерьдавления в вентиляционной сети, подбор вентилятора с требуемыми характеристиками. В приложениях приведены необходимыесправочные данные.Пособие написано на основе материала лекций, которые авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана на кафедре «Экология и промышленная безопасность».Авторы выражают благодарность доцентам кафедры В.П. Сивкову, С.Г. Смирнову, И.И.

Старостину за ценные советы и замечания, позволившие улучшить содержание пособия и изложениематериала.41. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ1.1. Физические свойства воздухаСостав воздуха. Атмосферный воздух представляет собойсмесь различных газов практически постоянного состава и водяного пара.

Объемная концентрация основных компонентов газовой смеси, называемой сухим воздухом, у поверхности Земли принимает следующие значения: азот − 78,08 %, кислород − 20,95 %,аргон − 0,93 %, углекислый газ − 0,03 %. Смесь сухого воздуха иводяного пара называют влажным воздухом. Объемная концентрация паров воды во влажном воздухе может изменяться от 0 до4 %, т. е. его состав является переменным.Состояние воздуха характеризуется следующими параметрами:температурой, давлением, плотностью, влажностью, влагосодержанием, удельной теплоемкостью и энтальпией.В системах вентиляции давление воздуха близко к атмосферному, поэтому компоненты паровоздушной смеси, в том числе иводяной пар, могут быть приближенно отнесены к идеальным газам, что позволяет применять к ним законы термодинамики, справедливые для таких газов.Температура воздуха.

Измеряется по абсолютной термодинамической шкале температур в кельвинах (T, К) или по международной практической шкале в градусах Цельсия (t, ºС). Соотношение между значениями температуры, определяемыми по этимшкалам, следующее:T, К = t, ºС + 273,15.При этом, очевидно, разность значений температур не зависитот выбора шкалы, т. е. ∆T, К = ∆t, ºС.Давление. Измеряется в паскалях (Па). В соответствии с законом Дальтона давление влажного воздуха, равное барометрическому (атмосферному) давлению pб, выражается через сумму парциальных давлений сухого воздуха pс и водяного пара pп:pб = pс + pп.(1.1)5Плотность воздуха.

Масса влажного воздуха mвл, занимающего объем V, складывается из массы сухого воздуха mс и массы во3дяного пара mп. Поэтому плотность влажного воздуха ρвл, кг/м ,определяемая как отношение массы паровоздушной смеси к ееобъему V, равнаρвл = mвл /V = mс /V + mп /V = ρс + ρп.(1.2)Значения плотностей сухого воздуха ρс и водяного пара ρп впаровоздушной смеси связаны с их парциальными давлениями pси pп уравнением состоянияρс(п) = pс(п) Mс(п)/(RT ),(1.3)где Mс(п) ― молярная масса сухого воздуха (с) или водяного пара(п), при этом Mс = 29 кг/кмоль; Mп = 18 кг/кмоль; R ― универсальная газовая постоянная, R = 8314 Дж/(кмоль ⋅ К).ВеличинаRс(п) = R/Mс(п)(1.4)является удельной газовой постоянной сухого воздуха (с) или водяного пара (п).

Подстановка в (1.4) значений R и Mс(п) приводит кследующим значениям удельных газовых постоянных: Rс == 287 Дж/(кг ⋅ К); Rп = 461 Дж/(кг ⋅ К).Из формул (1.2) – (1.4) получим следующее равенство:ρвл = ρс + ρп = ( pб − pп)/(RсT ) + pп/(RпT ).(1.5)При отсутствии в воздухе водяных паров плотность воздухаρв =ρc = pб /(RсT ).(1.6)Для нормального давления 101,3 кПа она может быть записана ввиде, выражающем зависимость плотности воздуха от температуры:ρв = 353 /(273,15 + t).6(1.7)При наличии водяных паров плотность сухого воздуха в паровоздушной смеси снижается, так как в этом случае согласно (1.5) и(1.6)ρс = ρв(1− pп /pб).(1.8)Плотность влажного воздуха ρвл также оказывается меньшеплотности ρв:ρвл = ρв[1− (1− Rc/Rп) (pп/pб)] = ρв[1− 0,377(pп /pб)].(1.9)Кроме того, как показывает сравнение (1.8) и (1.9), справедливосоотношение ρв ≥ ρвл ≥ ρс. В рабочем диапазоне температур ивлажностей воздуха, характерном для работы систем вентиляции спогрешностью, не превышающей 5 %, можно положитьρвл = ρс = ρв.(1.10)Таким образом, в первом приближении плотность влажноговоздуха также можно определять по формуле (1.7).Влажность воздуха.

Различают абсолютную и относительнуювлажность воздуха. Абсолютная влажность характеризует массуводяного пара, содержащегося в единице объема воздуха. Численно она равна плотности водяного пара ρп.Плотность водяного пара и создаваемое им парциальное давление могут изменяться, возрастая только до некоторого предела,зависящего от температуры и определяющего состояние насыщенного пара. Этому состоянию соответствует максимальная для данной температуры влажность воздуха и соответствующая этойвлажности плотность водяного пара ρпнв. Отношение абсолютнойвлажности к максимальной, выраженное в процентах, называетсяотносительной влажностью и обозначается φ. В соответствии с(1.4) относительная влажность может быть выражена также черезотношение парциального давления водяного пара pп, содержащегося в воздухе, к парциальному давлению насыщенного водяногопара pпнв.