Аэрация под действием тепловых избытков
Раздел III. Аэрация помещений промышленного здания
Лекция № 6. Аэрация под действием тепловых избытков
План
6.1. Области применения аэрации.
6.2. Понятие о внутреннем избыточном давлении.
6.3. Аэрация за счет теплового напора.
6.1. Области применения аэрации
Аэрацией называется организованный естественный воздухообмен, возникающий за счет гравитационных сил или ветра или того и другого вместе. Аэрация может обеспечить весьма интенсивное проветривание помещений.
Разница между механической вентиляцией и аэрацией состоит в следующем. При механической вентиляции удаляются сравнительно малые объемы воздуха непосредственно от места его загрязнения и подается воздух в заданные места при довольно значительных давлениях вентилятора порядка 40-80 кг / м2.
Рекомендуемые материалы
Аэрацию применяют в цехах со значительными тепловыделениями, если концентрация пыли и вредных газов в приточном воздухе не превышает 30% предельно допустимой в рабочей зоне. Аэрацию не применяют, когда по условиям технологии производства требуется предварительная обработка приточного воздуха или приток наружного воздуха вызывает образование тумана либо конденсата.
В промышленных цехах одновременно с аэрацией может применяться и механическая вентиляция. Нельзя применять аэрацию в цехах, в которых имеются источники выделения газов и паров вредных веществ или пыли из-за опасности отравления окружающей среды. Кроме того, естественный приток в этих цехах способствует распространению вредных выделений по объему помещения. Не применяется аэрация и в кондиционируемых помещениях.
Преимущества аэрации:
1) организация воздухообмена без затраты механической энергии, большая экономическая выгода;
2) возможность широкого применения.
Недостатки аэрации:
1) невозможность обработки подаваемого воздуха;
2) непостоянство расхода воздуха во времени;
3) при организации аэрации возможно возникновения циркуляции воздуха в помещении.
Для притока наружного воздуха в теплый период года устраивают проемы в наружных стенах, располагая низ проемов на высоте 0,3-1,8 м от пола; приточные проемы можно размещать в два яруса и более в продольных стенах здания, которые должны быть свободны от пристроек.
Проемы для притока наружного воздуха в переходный и холодный периоды года устраивают в наружных стенах, располагая низ проемов в цехах высотой менее 6м на высоте не 3 м от пола (при этом проемы оборудуются козырьками или другими конструктивными элементами, отклоняющими приточный воздух под углом в верх), а в цехах высотой более 6 м на высоте не менее 4 м от пола.
Для притока наружного воздуха в многопролетных цехах могут устраиваться проемы в наружных стенах и фонари в "холодных" пролетах, которые должны чередоваться с "горячими", причем "холодные" пролеты отделяют от "горячих" спущенными сверху перегородками, не доходящими до пола на 2-4 м.
При расчете аэрации должны рассматриваться все три задачи воздушного режима здания:
внешняя — определение располагаемых давлений, обеспечивающих естественный воздухообмен; при этом решаются вопросы расположения здания на промышленной площадке, аэродинамики здания и рассевание удаляемых вредных веществ в окружающей среде;
краевая — определение характеристик сопротивления воздухопроницанию, составление уравнения баланса воздуха в помещении и вычисление площадей аэрационных проемов;
внутренняя — определение направления воздушных потоков в помещении, а также распределение скоростей и температур в помещении при известном расположении источников тепла, приточных и вытяжных отверстий.
Учитывая сложность процесса аэрации, практические расчеты ее проводят при определенных допущениях. Основные из этих допущений следующие:
1) тепловой и воздушный режимы помещения считают установившимися во времени;
2) под температурой рабочей зоны понимают среднюю по объему зоны температуру воздуха;
3) изменение температуры по вертикали принимают по линейному или линейно-ступенчатому закону;
4) стеснения конвективных струй над нагретым оборудованием не учитывают;
5) энергию приточных струй не учитывают, считая, что она полностью рассеивается в объеме рабочей зоны;
6) при определении расходов через проемы не учитывают их высоту, пренебрегая изменением разности давлений по вертикали;
7) при составлении баланса воздуха в помещении не учитывают неорганизованный естественный воздухообмен.
6.2. Понятие о внутреннем избыточном давлении
Внутренним избыточным давлением называется разность давлений внутри и снаружи здания на одном и том же уровне.
Ризб = Рвн - Рн . (6.1)
Величина избыточного давления может быть как положительной величиной, так и отрицательной. Рассмотрим как изменяется давление по высоте здания (рис. III.1)
Для плоскости 1-1 избыточное давление будет равно
Р1 изб = Рв - Рн . (6.2)
|
Рис. III.1 Изменение внутреннего избыточного давления внутри цеха
Для плоскости 2-2 внутреннее давление будет
, (6.3)
где — плотность воздуха при средней температуре воздуха в помещении, кг/м3.
Средняя температура воздуха в помещении
. (6.4)
Наружное давление для плоскости 2-2
(6.5)
От величины давления внутри цеха в плоскости 2-2 отнимем величину давления снаружи цеха в той же плоскости; тогда получим величину избыточного давления в плоскости 2-2
;
или . (6.6)
Таким образом, если под влиянием тепловых избытков в какой-нибудь плоскости внутри цеха имеется избыточное давление Ризб, то во всякой плоскости, лежащей на Н1 м ниже, избыточное давления уменьшается на величину .
Определим избыточное давление в плоскости 3-3.
Наружные давления в плоскости 3-3
(6.7)
Давление воздуха внутри здания
(6.8)
Избыточное давление внутри цеха в плоскости 3-3
= (6.9)
т.е. во всякой вышележащей плоскости избыточное давление увеличивается на величину .
Для расчета естественного воздухообмена в цехе под действием гравитационных сил следует пользоваться таким правилом: внутреннее избыточное давление по направлению вверх от любой горизонтальной плоскости увеличивается, а по направлению вниз — уменьшается на величину .
Если избыточное давление в какой-то плоскости больше нуля, то через отверстие воздух будет выходить наружу. Если избыточное давление меньше нуля, то наоборот, воздух будет поступать в помещение, а если оно равно нулю, то движение воздуха через отверстие прекратится. Плоскость, в которой внутреннее избыточное давление равно нулю, носит название нейтральной зоны (плоскости).
6.3. Аэрация за счет теплового напора
Рассмотрим стену здания с двумя отверстиями 1 и 2 (рис. III.2.). Пусть температура воздуха внутри помещения больше чем снаружи tв > tн , тогда .
Вследствие неравенства плотностей возникает гравитационный напор, под действием которого через нижнее отверстие наружный воздух будет поступать в помещение, а через верхнее отверстие внутренний воздух будет выходить наружу.
Определим положение нейтральной плоскости. Допустим, что на H1 м от центра первого отверстия внутреннее избыточное давление равно нулю: тогда в плоскости центра этого отверстия внутреннее избыточное давление равно:
Рис. III.2 Естественный воздухообмен в помещении
. (6.10)
Следовательно, в плоскости первого отверстия давление снаружи будет больше давлений внутри помещения на величину и равно динамическому давлению воздуха в первом отверстии.
, (6.11)
где — коэффициент расхода.
В плоскости центра второго отверстия внутреннее избыточное давление будет равно:
(6.12)
следовательно:
. (6.13)
Разделив почленно уравнение (6.11) на (6.13), получим:
, (6.14)
но и т.к. G1 = G2 = G = const.
Подставляя значение скоростей и в формулу (6.14) получим
. (6.15)
Рекомендация для Вас - Особенности технологии производства отдельных видов сметаны и сметанных продуктов.
Если принять равным и , то можно сделать вывод, что нейтральная плоскость находится на расстоянии от отверстий обратно пропорционально квадратам их площадей.
Если , то ; в этом случае нулевое избыточное давление находится по середине высоты между отверстиями.
Так как Н = Н1 + Н2, то из уравнения (6.15) можно получить
, отсюда
И тогда расстояние от центра верхних проемов до нейтральной зоны, т.е. до плоскости нулевого избыточного давления:
(6.16)
Рекомендуемые лекции
- Основные подходы и особенности научного исследования внутриличностных конфликтов
- Особенности технологии производства отдельных видов сметаны и сметанных продуктов
- 3.9 Переход от классицизма к романтизму в живописи
- 10 Платность водопользования
- 90 Обстоятельства, исключающие и смягчающие юридическую ответственность