Get Adobe Flash player

Отопление и вентиляция часть 2 вентиляция (дроздов)



Скачать книгу бесплатно!

0  

...подождите пожалуйста, добавляется отзыв...


--------------- page: ; remove-txt -----------

--------------- page: 1 -----------
У
В. Ф. Дроздов
ОТОПЛЕНИЕ

И ВЕНТИЛЯЦИЯ
НАСТЬ II
ВЕНТИЛЯЦИЯ
Допущено

Министерством высшего и среднего

специального образования СССР

в качестве учебного пособия

для студентов вузов,

обучающихся по специальности

«Теплогазоснабжение и вентиляция»
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1984
--------------- page: 2 -----------
ББК 38.762

Д75
УДК 697.1
Рецензенты:
кафедра теплогазоснабжения и вентиляции Киевского

инженерно-строительного института (зав. кафедрой — доц. А. Я Ткачук);

проф. В. П. Туркин (зав. кафедрой Челябинского

политехнического института)
I
БИБЛИОТЕКА

политех еского

инети.уга

г. Хабаровск
татятиятш**ч*тш ■ ,тт йиш1штт,.
Дроздов В. Ф.
Д75 Отопление и вентиляция: Учеб. пособие для строит, вузов

и фак. по спец. «Теплогазоснабжение и вентиляция». В 2-х ч.

Ч. 2. Вентиляция.— М.: Высш. шк., 1984.— 263 с., иЛ.
В пер.: 75 коп.
Кнша является второй частью учебника «Отопление и вентиляция». В ней изложены

теоретические основы расчета систем вентиляции и элементов их устройств. Рассматриваются

физическая сущность и принципы работы элементов систем вентиляции. Приведены основные

сведения по проектированию и эксплуатации систем вентиляции помещений промышленных

и гражданских зданий- Дащл технико-экономические характеристики основных систем вентиляции;

в необходимом объеме даны примеры расчетов
п 3206000000—080
Д
001(01)“84
■С' Издательство «Высшая школа». 1984
I* ;
В Основных направлениях экономического и социального развития СССР

на 1981 —1985 годы и на период до 1990 года, рассмотренных и утвержденных

на XXVI съезде КПСС, говорится о том, что главная задача одиннадцатой пятилетки состоит в обеспечении дальнейшего роста благосостояния советских людей

на основе устойчивого, поступательного развития народного хозяйства, ускорения

научно-технического прогресса, перевода экономики на интенсивный путь развития

и более рационального использования производственного потенциала страны,

всемерной экономии всех видов ресурсов и улучшения качества работы.
Партия и правительство особое внимание уделяют улучшению условий трудовой деятельности, а также быта и отдыха трудящихся. Поэтому на высоком

техническом уровне решаются вопросы эффективности воздухообмена в помещениях,

экономичных вентиляционных систем в многоэтажных зданиях и сложных промышленных комплексах, а также вопросы защиты окружающей среды от вентиляционных выбросов.
В учебном пособии изложены основы расчета и проектирования систем вентиляции с учетом того, что студенты уже знакомы с дисциплинами «Гидравлика

и аэродинамика», «Техническая термодинамика и теплопередача», «Строительная

теплофизика», «Насосы и вентиляторы». Уделено внимание общим вопросам теории,

принципам работы систем, а также основным положениям их расчета.
Книга написана в соответствии с разделом программы «Вентиляция и прикладная аэродинамика» и является второй частью курса «Отопление, вентиляция и

кондиционирование воздуха».. Предназначается для студентов-заочников, обучающихся по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция».
Автор искренне благодарит проф. В. П. Туркина, доц. В. М. Ускова, коллектив

кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция» Киевского инженерно-строительного

института (зав. кафедрой — канд. техн. наук, доц. А. Я. Ткачук) за ценные рекомендации, сделанные при рецензировании книги.
Автор
--------------- page: 3 -----------
ВВЕДЕНИЕ
Вентиляционная техника получила значительное развитие в ос-_

новном в конце XIX и начале XX вв., в период роста городов и строительства крупных промышленных предприятий.
Большой вклад в развитие вентиляционной техники внесли

отечественные ученые. Так, современные расчеты систем естественной вентиляции базируются на принципах, изложенных великим

русским ученым М. В. Ломоносовым в его работе «О вольном

движении воздуха в рудниках примеченном», опубликованной в

1763 г. В 1832 г. инж. А. А. Саблуков разработал конструкцию

центробежного вентилятора и с успехом применил ее для вентиляции

помещений на судах русского флота, а в дальнейшем и на рудниках.

Это была первая в мире установка центробежного вентилятора,

работающего на сеть длиной почти в 100 м.
Особенно быстрое развитие отопительно-вентиляционной техники

происходит после Великой Октябрьской социалистической революции. Начало формирования советской техники промышленной

вентиляции относится к 1923—1924 гг. Первый Всесоюзный съезд

по профессиональной гигиене и технике безопасности (ноябрь —

декабрь 1924 г.) рассмотрел вопросы техники промышленной вентиляции, наметил ряд мероприятий по развитию устройств вентиляции. В 1928 г. в СССР впервые в мире гигиенисты разработали

предельно допустимые концентрации (П Д К) для 12 вредных веществ.
Большое значение для развития и совершенствования техники

вентиляции имеет социально-экономическая программа, выдвинутая XXVI съездом Коммунистической партии Советского Союза

и решения июньского (1983 г.) Пленума ЦК КПСС.
В нашей стране, где заботе о человеке придается огромное

значение, вопрос о вентилировании производственных и бытовых

помещений приобретает особую важность и имеет целью создание

максимально комфортных условий как для здорового быта, так и

для высокопроизводительного труда. Системы вентиляции обеспечивают удаление из помещений загрязненного и подачу в него

чистого воздуха, нагревание, увлажнение, очистку, охлаждение

и осушку приточного воздуха. Большую роль играют системы вентиляции в защите от загрязнений окружающей среды. Правильное

решение задач по очистке выбросов и их рассеиванию, а также

по применению отопительно-вентиляционных систем имеет важное

народнохозяйственное значение.
N
ГЛАВА I
ОБЩИЕ; СВЕДЕНИЯ О ВЕНТИЛЯЦИИ
11
Вентиляционные установки — устройства, обеспечивающие в

помещении такое состояние воздушной среды, при котором человек

чувствует себя нормально и микроклимат помещений не оказывает

неблагоприятного действия на его здоровье.
Назначение вентиляции — обеспечить санитарно-гигиенические

условия для ■ пребывания в помещении человека — температуру,

относительную влажность, скорость движения воздуха (подвижность) и чистоту воздуха, для чего вентиляционные устройства

должны ассимилировать или удалять избыточную теплоту, влагу,

а также газы, пары, пыль с соблюдением при этом определенной

подвижности воздуха в помещении.
Для некоторых производственных помещений (например, предприятий текстильной, радиотехнической, пищевой промышленности

и др.) вентиляционными устройствами должны поддерживаться

параметры температуры, относительной влажности, подвижности и

чистоты воздуха на определенном уровне, вытекаемом из особенностей технологического процесса; таким образом, одновременно

с санитарно-гигиеническими должны обеспечиваться и технологические требования, предъявляемые к вентиляции.
Устройства вентиляции должны удовлетворять следующим требованиям: а) площадь для размещения вентиляционного оборудования и каналов должна быть минимальной; размещение вентиляционных каналов, устройств для раздачи и забора воздуха должно

сочетаться с архитектурным обликом помещений и не ухудшать

интерьеров; б) в промышленных зданиях вентиляционные устройства не должны мешать производственному процессу (например,

размещение вентиляционных каналов в цехах, где работают передвижные подъемные краны, и т. д.); в) должна быть обеспечена

хорошая вибро- и звукоизоляция вентиляционного оборудования

от строительных конструкций; г) в высшей степени важна эксплуатационная характеристика систем вентиляции, которая, как правило,

должна учитываться при проектировании,— возможность надежной

наладки и регулирования работы отдельных элементов устройств

систем вентиляции с целью обеспечения или требуемого изменения

Расходов воздуха в приточных и вытяжных отверстиях (приточных

насадок, местных отсосов); регулирование работы калориферов,

вентиляторов и других устройств: удобство обслуживания
5
--------------- page: 4 -----------
и ремонта и др.; д) минимальная стоимость оборудования и строительно-монтажных работ, максимально возможная экономия

электроэнергии и топлива при эксплуатации вентиляционных

установок, возможности легкого и надежного регулирования или

переключения с одного режима работ на другой при изменении

выделения расчетных вредностей.
I { И!'И1 НИ!:К.,.|хШ НОРМИРОВАНИЯ! \\ И К РО К., I И'ЭД \ Т А
В основе гигиенического микроклимата лежат энергетические

процессы, протекающие в организме человека, а в основе жизненных процессов — биохимические реакции, большая часть которых

протекает экзотермически. Этим, видимо, и объясняется, что

человек имеет обычно более высокую температуру, чем окружающая

среда.
Великий русский физиолог И. П. Павлов писал, что «организм

сам в себе, своей деятельностью, своими химическими процессами

производит теплоту». Избыток теплоты, вырабатываемой организмом в процессе метаболизма, принимается окружающей средой.

При сохранении баланса выработки теплоты организмом и поглощении ее окружающей средой человек испытывает хорошее самочувствие (тепловое безразличие): нарушение баланса приводит

к перегреву или переохлаждению организма.
Человеческий организм отдает теплоту в окружающую среду:

конвекцией, излучением, через испарение влаги. С допустимой

степенью точности (по данным исследователей) можно считать,

что величина теплоотдачи составит: конвекцией — 25%, излучением — 50%, испарением — 25% (испарительное охлаждение).
Существенное влияние на интенсивность теплоотдачи оказывает

скорость движения окружающего воздуха. Так, при изменении

скорости от 0,09 до 2,25 м/с доля теплоотдачи тела человека

конвекцией возрастает с 48 до 82%, при этом доля передачи

теплоты излучением снижается с 52 до 18% (при отсутствии

теплоотдачи испарением).
Роль испарительного охлаждения человеческого тела возрастает в тех случаях, когда конвективная и радиационная (излучением)

теплоотдача затруднена. Так, при температуре воздуха 1В = 10°С

испарительное охлаждение составляет около 18% теплообразования, при /в = 29°С эта величина достигает 40%, при температуре /в > 36°С почти вся теплота, выработанная организмом

и сообщенная телу воздухом, отдается путем испарения, активность которого зависит от относительной влажности окружающего

воздуха.
Необходимо отметить, что физическая природа конвекционной

и лучистой теплоты не одинакова. В то время как передача
конвекционной теплоты осуществляется путем непосредственного

контакта окружающего воздуха с поверхностью тела, лучистая

теплота переносится электромагнитными волнами непосредственно

в клетку организма. В связи с этим физиологический эффект

конвекционной и радиационной теплоты различен. Как правило,

радиационные теплопотери в теплообмене человека с окружающей

средой в нормальных (обычных) условиях превалируют над

конвекционными. Поэтому вопрос о нормировании температуры

ограждений следует обязательно увязывать с самочувствием

человека, между тем известно, что температура внутренней

поверхности наружных ограждений часто проверяется лишь из

условия отсутствия конденсации влаги (из воздуха) на ее поверхности.
Комфортные и допустимые условия. Под комфортными понимают такие условия микроклимата, когда при субъективном

хорошем тепловом ощущении тепловое равновесие организма

обеспечивается без напряжения терморегуляторного аппарата

и физиологические сдвиги в организме не выходят за пределы

обычных. Практически следует считать, что определяющими

параметрами микроклимата являются метеорологические факторы:

температура, влажность (относительная), подвижность воздуха

и температура внутренних поверхностей ограждений. Опыты

показывают, что отклонение в известных пределах одного из

четырех параметров от оптимального значения может быть

компенсировано соответствующим изменением других параметров.
Существует несколько методов оценки тепловых ощущений.
Метод эффективных температур (ЭТ). Совместное действие на

человека температур (/в) и относительной влажности (ф) не-

подвлжного воздуха учитывается эффективной температурой

/э = /(/в, ф). Например, самочувствие человека будет одинаковым

при следующих колебаниях температуры и относительной влажности: при (в = 18,3°С ф = 90%, при /В = 20,8°С ф = 50% и т. д.

Уменьшение влажности до ф = 50% ведет к повышению теплоотдачи испарением, поэтому при ф = 90% и более низкой

температуре человек чувствует себя так же, как при более

высокой, но с более низкой относительной влажностью.
Однако оценка микроклимата по шкале эффективных температур является весьма условной хотя бы потому, что шкала эффективных температур действительна лишь для неподвижного воздуха,

поэтому она была заменена шкалой эквивалентно-эффективных

температур.
Метод эквивалентно-эффективных температур. Эквивалентно

эффективная температура — это температура неподвижного

насыщенного воздуха, которая создает такое же охлаждение

ла, как и воздух при других значениях температуры /в, относи-
--------------- page: 5 -----------
гельной влажности <р, при определенной скорости воздуха V,

т. е. 1ЭЭ =
Согласно определению 1ЭЭ, самочувствие человека будет одинаковым при следующих параметрах воздуха: 1) /в = 16°С;

<р — 100%; у = 0 м/с; 2) /В = 21,5°С; ф = 30%; V = 0,5 м/с;

3) /в = 19,5°С; ф — 55%; о = 0,5 м/с и т. д.
Рис. 1.1. Номограмма эквивалентно-эффективных температур
Эквивалентно-эффективная шкала, приведенная на рис. 1.1,

дает лишь приближенное представление о комфорте, так как она

не учитывает роль адаптации организма, климатических особенностей внешних (наружных) параметров макроклимата, влияние

теплообмена между телом человека и поверхностями помещения, т. е. теплообмен излучением. Этот недостаток учитывается характеристикой микроклимата методом результирующей температуры Тр, предложенной французским ученым Миссе-

наром.
Под микроклиматом помещений (в градусах результирующих,

температур) понимается температура, эквивалентная по тепловым

ощущениям среды соответствующим значениям температур воздуха

по сухому термометру 1е, относительной влажности ср, скорости

движения воздуха V и средней радиационной температуре тв ограждения, т. е. Тр == / (/в, ф, V, тв). Однако и метод результирующей

температуры не характеризует метеорологические условия в полном

соответствии с тепловыми* ощущениями человека.
В различных климатических условиях требования к параметрам

микроклимата жилища не одинаковы. Так, чем суровее климатические условия, тем более высокой должна быть температура

воздуха жилища: в районах с умеренным климатом /„=18°С,

в районах Севера /в = 20°С., Следует иметь в виду, что нормы

микроклимата для зимнего периода действительны для’ конвекционных систем отопления и неприменимы для помещений с лучистым

отоплением, так как известно, что при лучистом отоплении

человек отдает излучением меньше теплоты, чем при конвекционном.
Требования к микроклимату помещений зависят также от

рода трудовой деятельности. В жилых помещениях подвижность

воздуха является благоприятной в пределах 0,05—0,07 м/с при

1ц = 18 -г- 20°С и относительной влажности ф = 0,45 в зоне

дыхания. По номограмме, приведенной на рис. 1.1, можно

оценивать метеорологические условия общественных (театры,

кинотеатры, аудитории, учреждения и др.) и некоторых производственных помещений (лаборатории, цехи заводов точной индустрии и др.), в которых люди находятся в состоянии, близком к состоянию покоя, как правило, при работе в сидячем положении.
Выработанные экспериментальным путем метеорологические

данные являются базовыми при устройстве систем вентиляции.

В производственных зданиях требуемые метеорологические условия

могут обеспечиваться не для всего помещения, а только в определенных зонах и только на рабочих местах (местная вентиляция).

При местной приточной вентиляции метеорологические условия

обеспечиваются путем подачи на рабочее место с определенной

скоростью воздуха определенной температуры и влажности.

Параметры воздуха назначаются в зависимости от характера

производимой работы, продолжительности непрерывного облучения и др.
Особенности воздушной среды производственных помещений.
°бщим метеорологическим факторам воздействия на человека
--------------- page: 6 -----------
в производственных помещениях добавляются факторы, связанные

с характером технологического процесса. Такие факторы, называемые профессиональными вредностями, выделяясь в количествах,

существенно изменяющих состояние и состав воздуха, делают

воздушную среду неблагоприятной для пребывания в ней человека

и могут отрицательно влиять на его здоровье, самочувствие

и производительность труда. К ним относятся: выделения производственным оборудованием, технологическими изделиями, технологической оснасткой производств конвективной и лучистой теплоты,

выделения влаги и водяных паров при мокрых процессах; выделения ядовитых газов и паров, попадающие в организм через

дыхательные пути, кожу, пищеварительный тракт. Например,

оксид углерода (СО) — продукт неполного сгорания углерода;

выделяется в доменных, мартеновских, коксовых, литейных,

кузнечных, термических цехах, в гаражах, котельных и т. д.;

сернистый газ 50г выделяется при производстве серной кислоты,

целлюлозы, при обжиге руд, содержащих сернистые металлы, при

сжигании топлива; пары свинца и свинцовая пыль выделяются

в полиграфической, резиновой, стекольной промышленности и т. д.;

пары растворителей, к которым относятся бензин, метиловый

спирт, ацетон и другие виды углеводородов; растворители применяются для обезжиривания, растворения органических веществ,

при приготовлении лаков и красок; цинковые пары и пыль

выделяются при изготовлении цинковых белил, при получении

сплавов с цинком; хром Сг, оксиды хрома СгО-) выделяются в гальванических цехах при процессах хромирования; марганец Мп и его

выделения встречаются в производстве марганцевых сплавов, при

электросварке с применением электродов с марганцевой обмазкой;

соляная кислота НС1 применяется при травлении металлов;

синильная кислота НСЫ и другие цианистые соединения выделяются

при использовании цианистых солей, встречаются в термических

цехах при облагораживании металла, при гальваническом покрытии

(омеднении, кадмировании).
Промышленная пыль. Пыль образуется в результате осуществления технологических процессов, например при дроблении, размалывании, просеивании, пересыпке, транспортировке, а также при

обработке материала: заточке, шлифовке, полировке; при пневма^

тической (пульверизационной) окраске и т. д. В зависимости от

производства в состав пыли входят сульфаты и сульфиты железа,

цинка, свинца, меди, кварца, мышьяковистые соединения, хлористый

кальций, сода и т. д. Наиболее опасна для здоровья человека

пыль размером до 5 мкм.
Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе

рабочей зоны (мг/м3), класс опасности, а также агрегатное состояние веществ в условиях производства (пары или газы, аэрозоли
или смесь паров и аэрозоля) указаны в ГОСТ 12.1.005—76 «Воздух

рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования». К аэрозолям относятся мелкие частицы твердого или жидкого вещества,

взвешенные в газообразной среде. В указанном ГОСТе приводятся

термины и определения основных понятий, применяемых в литературе

и нормативных материалах по вентиляции, например: ПДК —

предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе

рабочей зоны — концентрации, которые при ежедневной (кроме

выходных дней) работе в течение 8 ч или другой продолжительности, но не более 41 ч в неделю, в течение всего рабочего

стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии

здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в

процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего

и последующих поколений.
Расчетные параметры наружного и внутреннего воздуха, как

правило, регламентируются соответствующими нормами проектирования.
Расчетные параметры наружного воздуха. На микроклимат

существенно влияют параметры наружного воздуха. Поэтому в зависимости от времени года нормативные требования, предъявляемые к воздушной среде помещения, различны (табл. 1.1). При эксплуатации вентиляции различают два характерных режима работы:

теплый — летний, когда возможно открытие окон, и холодный —

зимний, когда окна, как правило, открывать нельзя. Условной

границей между ними является так называемый переходный период,

которому соответствует наружная температура воздуха 10°С.

Следовательно, вентиляционные установки, как правило, рассчитывают на три режима работы: теплый, переходный и холодный при

температурах наружного воздуха соответственно выше +10, при

+ 10 и меньше +10°С.
В действующих нормах расчетные характеристики наружного

воздуха даются для трех категорий параметров климата: А, Б, В.

Для холодного периода года указанные параметры означают: А —

средняя температура наиболее холодного периода и теплосодержание воздуха, соответствующее этой температуре и средней относительной влажности самого холодного месяца в 13 ч; Б — средняя

температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки

и теплосодержание воздуха, соответствующее этой температуре

и средней относительной влажности воздуха самого холодного

месяца года в 13 ч; В — абсолютная минимальная температура

и теплосодержание воздуха, соответствующее этой температуре

и средней относительной влажности самого холодного месяца в 13 ч.
В нормах для каждого населенного пункта соответственно холодному приведены значения параметров А, Б, В для теплого

периода года.
11
--------------- page: 7 -----------
Пример (выписка из табл. СНиП 11-33—75) для Москвы
А ■
Б
В
Периоды года
тем пе-

ратура,

°С
теплосодержание,
кДж/кг
температура.
°с.
теплосодержание,
кДж/кг
температура.
теплосодержание,
кДж/кг
Теплый
Холодный
22,3

— 14
49
-11,7
28,5
—25
54

—24
38

—40
70

—40
Расчетные параметры внутреннего воздуха. Микроклимат помещений определяется сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха и температурой окружающих поверхностей

в пределах рабочей зоны. Рабочей зоной называют пространство

высотой 2 м над уровнем пола или площадки, на которых находятся

места постоянного или временного пребывания работающих в процессе трудовой деятельности.
Оптимальные и допустимые значения температуры, относительной
влажности и скорости движения воздуха устанавливаются в зависимости от избытков явной теплоты, тяжести выполняемой работы

и периодов года в таблицах 1.1 — 1.2.
Общие требования к методам контроля состояния воздуха

рабочей зоны. Воздух рабочей зоны систематически должен контролироваться. Отбор проб для определения содержания вредных

веществ в воздухе проводят в зоне дыхания. Зона дыхания — пространство в радиусе до 50' см от лица работающего. В течение

смены и на отдельных этапах технологического процесса в каждой
Таблица 1.1. Оптимальные нормы температуры,

относительной влажности и скорости движения воздуха

в рабочей зоне производственных помещений
Период года
Категория работ
Температу

ра воздуха

(. °С
Относительная

влажность

воздуха г]?,

%
Скорость

движения

воздуха V,

м/с, не

более
Холодный и переходный
Легкая 1
20—23
0,2
периоды года
Средней тяжести Па
18— 20
1 60—40
0,2
То же, 116
17—19
0,3
Тяжелая Ш
16—18
0,3
Теплый период
Легкая 1
22—25
0,2
Средней тяжести Па
21—23
| 60—40
0,3
То же, Пб
20—22
0,4
Тяжелая III
18—21
)
0,5
12
Таблица 1.2. Допустимые нормы температуры,

относительной влажности н скорости движения воздуха

в рабочей зоне производственных помещений
а) В холодный и переходный периоды года
Категория работ
Температура

воздуха, °С
Относительная

влажность

воздуха не

более
Скорость

движения

воздуха V, м/с,

не более
Температура

воздуха вне

постоянных

рабочих мест,


Легкая /
19—25
0,2
15—26
Средней тяжести Па
17—23
75
0,3
13—24
То же. Пб
15- 21
0,4
13—24
Тяжелая III
13—19
)
0,5
12—19
б) В теплый период года (на рабочих местах)
Категория
работ
Температура воздуха в помещениях, СС,

с избытком явной теплоты
Относительная влажность, %, в помещениях

при температурах, °С
Скорость движения воздуха, м/с, в помещениях

с избытком явной
незначительным
большим
1
тепл
незначительным
оты
значительным
Легкая I
Не более чем

на 3° выше
Не более чем

на 5° выше
28
До 55
0,2- 0,5
0,2—0,5
Средней

тяжести Па
То же, Пб
средней температуры наружного воздуха в 13 ч самого жаркого месяца, но не более 28°
27
» 60
0,2—0,5
0,3- 0,7
25

24 и

ниже
» 70
» 75
0,3 -0,7

0,3—0,7
0,5 1,0

0.5 - 1,0
Тяжелая 111
Не более чек

на 3° выше
Не более чем

на 5° выше
26
» 65
0,3—0,7
0,5—1,0
средней температуры наружного воздуха в 13 ч самого

жаркого месяца, но не более
чем 26°
25

24 и

ниже
» 70

» 75
0,3—0,7

0,3—0,7
РР
СЛ СЛ
о о
Примечания: 1. Большая скорость движения воздуха соответствует его максимальной температуре, меньшая- минимальной.
2 Явная теплота — теплота, поступающая в помещение от оборудования, нагретых материалов,

людей (человек выделяет, кроме явной, и так называемую скрытую теплоту), инсоляиии и др. Явная

еплота изменяет температуру воздуха помещения (т. е. фиксируется термометром)- Избытки явной

лоты — остаточное количество явной теплоты, поступающее в помещение, за вычетом теплопотерь

ружиыми ограждениями. Незначительные избытки явной теплоты — избытки явной теплоты, не

ревышающие или равные 23.3 Вт/м3, с учетом теплоты от инсоляиии. Значительные <или большие)

ыт*и явной теплоты — избытки явной теплоты,превышающие 23,2 Вт/м3
ятегория работ разграничение работ на основе общих энергозатрат организма. Легкие физи-

полн^ Ра{>СТЬ1 (категория I)— работы, не требующие систематического физического напряжения или

тегоНТИН И переноски тяжестей; энергозатраты до 172 Вт Физические работы средней тяжести (ка-

л-[у
кат<-'горни Ц(5 — от 232—290 Вт. К категории Па относятся работы,«связанные с постоянной \одь-

работВЫП°ЛННеЧЬ1е стоя и‘1и сидя, но не требующие перемещения тяжестей. К категории 116 относятся

ческие' 1~в!ианные " постоянной ходьбой и переноской небольших (до 10 кг) тяжестей Тяжелые физи-

с
ботее 2'ф НЫУИ пеРсдвижениями п переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей: энергозатраты
13
--------------- page: 8 -----------
точке последовательно отбирают такое количество проб (но не менее

пяти), которое явилось бы достаточным для достоверной гигие-

чической характеристики состояния воздушной среды. Погрешность

при измерении объема отобранной пробы воздуха не должна превышать ±10%. Такое же отклонение допускается при определении

количества вредного вещества в отобранной пробе.
Средства нормализации воздуха рабочей зоны. С целью обеспечения гигиенических условий микроклимата, сокращения расходов

на вентиляционные сооружения, устранения излишних затрат энергии и топлива, а также решения экологических задач необходимо:

при разработке и организации технологических процессов исключать

из них операции и работы, сопровождающиеся поступлением

в производственное помещение теплого и холодного воздуха, выделение в воздух рабочих помещений влаги, вредных паров, газов,

аэрозолей и др.
При выборе технологических процессов следует отдавать предпочтение тем, которые характеризуются наименьшим количеством

вредных производственных факторов. При конструировании,

изготовлении, монтаже и эксплуатации технологического оборудования должны предусматриваться соответствующие меры по

предупреждению или снижению до минимума вредных выделений

в воздух рабочих помещений. При этом важное значение имеют

местные отсосы, встроенные в оборудование, позволяющие устранять вредности в местах их возникновения. Целесообразна совместная работа технологов и специалистов по вентиляции в направлении

оптимального решения задачи нормализации воздуха рабочей зоны.

Если невозможно полное устранение вредных выделений, следует

максимально ограничить их распространение в рабочих зонах помещений до величин, не превышающих предельно допустимых.
I
Химический состав воздуха. Воздух представляет собой смесь

различных газообразных веществ: азота, кислорода, аргона, углекислого газа, водяных паров, гелия, неона, криптона, ксенона,

озона, радона. Главнейшие газы входят в состав чистого атмосферного воздуха в следующих соотношениях (% по объему): азот —

78,03; кислород — 20,95; озон и другие инертные газы: аргон,

гелий, неон, криптон, ксенон, радон — 0,94; углекислый газ — 0,03;

водяной пар — 0,05. Содержание углекислого газа в атмосферном

воздухе принимается равным (% по объёму): в сельской местности —
0,03, в городах — 0,04—0,07. Содержание водяных паров в воздухе

зависит от его температуры. Озон присутствует & лесном, горном

и морском воздухе. .Наружный воздух загрязняется отходящими

от промышленных предприятий вредными для здоровья человека

газами и пылью.
14
Физическая характеристика воздуха. Воздух характеризуется

плотностью, температурой, теплоемкостью, давлением, влагосодер-

жанием.
По закону Бойля — Мариотта при неизменной температуре объем

воздуха обратно пропорционален производимому на него давлению.

Если при давлении р\ объем 1 кг воздуха есть 1Л, то при давлении

р2 объем того же 1 кг будет 1/2;
У\/У2 = Р2/Р\, или р\У\ = р2У2 = сопз!. (1.1)
Экспериментально установлено, что произведение давления воздуха (газа) на занимаемый им объем при постоянной температуре

есть величина постоянная. По уравнению Гей-Люссака плотность

воздуха обратно пропорциональна абсолютной температуре. Объемы

газа (Уо, 1Л) при постоянном давлении прямо пропорциональны

абсолютным температурам (То, Т\) и обратно пропорциональны

плотностям (д0, (Э1). При постоянном давлении с изменением температуры прямо пропорционально изменяется и объем газов (воздуха),

а именно при повышении температуры на 1°С объем газа увеличивается на 1/273 (на 0,003665) того объема, который газ занимал при

0°С.
Пример 1.1. При /о = 15°С объем воздуха У о = 300 м3. Определить его объем V |

при 1\ = 40°С.
Решение. По закону Гей-Люссака,
Уо/У, = То/Ти
где 7о - 273 + 15 = 288°, Т\ = 273 + 40 = 313°С.
Подставив известные величины в формулу (1.2), получим 300/У| = 288/313,

откуда V, = 326 м3.
Пример 1.2. При 1\ = 20°С объем воздуха V\ = 100 м3. Определить его объем
V2 при /2 = 5°С.
Решение. Найдем значение объема воздуха при 0°С, для чего представим

первоначальный (заданный) объем воздуха формулой
К,= К0(1 + а/,),
где 1-'0 — объем воздуха при 0°С; а — коэффициент расширения воздуха; а =

== /273 объема воздуха при 0°С. Приведенный объем воздуха при 0°С
К„= У,/(1 + «',)■
Тогда искомый объем
У2 = Ко (1 + а<г)
ИЛИ У2 = 1 -Га<, (* + а/г)~
Подставим в формулу (1.4) известные величины, получим
100 1
2
%
15
--------------- page: 9 -----------
Пример 1.3. При и = 20°С объем воздуха 1Л

объем Кг при /г = 40°С.
Решение. По формуле (1.4),
100 м3. Определить его
V1 (1 + а<2) _ 100(1 + 40/273)
1 + а<1
1 + 20/273
106,8
х а
Влажность воздуха. Абсолютная влажность в охз д у-

духа. Влагосодержание влажного воздуха — масса водяных паров,

находящихся во влажном воздухе, сухая часть которого весит

1 кг, т. е. масса влажного воздуха (1 + й/1000) кг, где й — масса

водяных паров, г.
Барометрическое давление смеси (влажного воздуха) ре равно

сумме парциальных давлений отдельных компонентов (закон Дальтона):
Рб
Рб Р в
где Рс.в — парциальное давление сухого возДуха; рв „ — то же,

водяных паров.
Относительная влажность воздуха — отношение

массы водяных паров, содержащихся в 1 м'! воздуха, к их массе,

при полном насыщении и данной температуре:
%
(15)
или, более точно, отношение парциального давления р„ водяного,

пара в ненасыщенном влажном воздухе к парциальному давлению

водяных паров при той же температуре и полном насыщении:
ф
(1.6)
Величина ф показывает в процентах или в долях единицы

степень насыщенности воздуха водяными парами по отношению

к состоянию полного насыщения.
Значения й можно получить по специальным таблицам, а также

из уравнений соответственно для сухого воздуха и для водяных

паров:
Рс.в У=* Сс.в/?с.в Г;
рв.п У = Ов.п Яв.п т,
где рс.в и рв.п— парциальные давления сухого воздуха и водяных:

паров; У — удельный объем сухого воздуха и водяных паров;

С с.в, С в.п — массы сухого воздуха и водяного пара; Ясв, Кв.„ — газовые постоянные сухого воздуха и водяных паров; Т— абсолютная,

температура воздухд и пара.
16
Преобразуем формулы (1.7), (1.8).
Масса водяного пара, приходящегося на 1 кг сухой часть

влажного воздуха,
& == Яи/фс.в

где бп — плотность водяного пара, кг/м3; дс.в — плотность сухого

воздуха, кг/м3; Яс.в — универсальная газовая постоянная сухого

воздуха; Яп — газовая постоянная пара; рп — давление, под которым находится водяной пар; рс.в — парциальное давление сухой

части воздуха; шп — масса водяного пара, кг; тс.в — масса сухой

части воздуха; В — полное барометрическое давление смеси пара

и сухого воздуха.
Представляя влагосодержание й в граммах влаги на 1 кг сухой

части воздуха, формулу (1.9) перепишем так:
й = 1 ОООсГ = 623рп/(В — рп).
Пользуясь понятием относительной влажности воздуха^ф, формулу (1.10) можно представить как
й = 623фр„„/(в — фр„„),
где р„.п — парциальное давление водяного пара в насыщенном

влажном воздухе при одной и той же температуре.
Характеристическое уравнение для 1 кг массы произвольного

г-го газа в смеси имеет вид
Р, = тЯТ/{М1У) = УЛТ/У,
где ш, — масса г-го газа, кг; Н—универсальная газовая постоянная; М; — молярная масса газа, кг/моль; I/, — количество молей

газа в смеси; У — объем смеси, м3.
При расчете вентиляции влажный воздух рассматривается как

бинарная смесь, состоящая из водяных паров (молярная масса'

М.. = 18 кг/моль) и сухого воздуха (молярная масса Мсв =

= 29 кг/моль).
Барометрическое давление В равно сумме парциальных давлений

сухого воздуха рс в и водяного пара рп:
В
Пользуясь понятиями плотности сухого воздуха и водяного пара

их газовой постоянной, а также вышеприведенными формулами,
--------------- page: 10 -----------
значение плотности сухого воздуха р,.в при атмосферном давлении

(101 325 Па) представляем в виде
Сс = ВМс в/(КТ)= 101 325-29/(8,314-103П = 353/7",
где Я — 8,314-103 Дж/(моль- К).
Плотность водяного пара при атмосферном давлении
С„ = 219/7'.
Плотность влажного воздуха ц„ определяется как плотность

сухого воздуха и водяного пара, находящихся в смеси под своими

парциальными давлениями
ев = (рс.в.Мс.в.) / (ЯП + (р„м„) / (ЯП = (ВМСЛ) / (ЯП —
Плотность влажного воздуха
0в == 353/ Т — 1,32-10“3 р„/ Т.
Из формулы (1.12) следует, что плотность влажного воздуха ^

меньше плотности сухого воздуха.
Энтальпией (теплосодержанием) влажного воздуха называется

количество теплоты, содержащейся в нем и отнесенной к 1 кг

заключенного в нем сухого воздуха (кДж/кг сух. возд.),
/ = СЬ1 + (/ + С„/) 4/1000,
где С„ — удельная теплоемкость сухого воздуха, равная 1,005 кДж /.

(кг-град); /— температура влажного воздуха; «— скрытая теплота парообразования (/« 2500 кДж/кг); С„ — теплоемкость пара

[С„ =1,8 кДж/(кг-град) ]: 4— влагосодержание (на 1 кг сух.

возд.).
Как видно, энтальпия влажного воздуха складывается из энтальпии сухого воздуха (/с в= Св/) и энтальпии водяного пара

(/п = (2500 + 1,8/) 4/1000).
Таким образом, энтальпия влажного воздуха, отнесенная к
1
температуре I и влагосодержании 4, определится по формуле
/ = 1,005/ + (2500 + 1,8/)4/1000.
1.4 /-Л ДИАГРАММА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА
Уравнения (1.11) и (1.14) являются исходными для построени

/-4-диаграммы влажного воздуха, предложенной проф. Л. К. РаМ

зиным. Диаграмма представляет собой выраженную графическ
взаимную зависимость пяти параметров, характеризующих состояние влажного воздуха: энтальпии /, влагосодержания 4, температуры

/'относительной влажности ф, парциального давления, содержащегося в паровоздушной смеси ,р„ при заданном барометрическом

Явлении р„. Если принять 'р зопз! и учесть, что парциальное

давление насыщенного пара однозначно определяется его температурой, т. е. рн — /(/)> то остаются четыре переменные /, 4, /, ф, связанные между собой двумя уравнениями (1.11) и (1.14), вследствие

чего две переменные являются независимыми.
Диаграмма строится в косоугольной проекции с углом между

осями в 135°. В прямоугольной системе координат область ненасыщенного воздуха получается узкой и поэтому неудобной для

графоаналитических расчетов. На оси абсцисс откладывают влагосодержания, на оси ординат — теплосодержания, масштабы для

них, как независимых переменных, выбирают произвольно.
Представим уравнение (1.14) в графическом

виде (рис. 1.2). Из точки О, взятой на оси

1-0, проведем прямую, параллельную оси

ординат. Уравнение (1.14) равно сумме трех

отрезков: /| = 2500с? 1 /1000; /2 = 1,005/; /.< =
= 1,8/4/1/ЮОО.
Энтальпия влажного воздуха / представляет

сумму явной (ощутимой) и скрытой теплоты.
Явная теплота
/й = 1,005/+ 1,8/4/1000. (1.14а)
Скрытая теплота
/и = 25004/1000.
Изотермы, как видно из рис. 1.2, имеют

наклон. Наклон изотерм к оси абсцисс можно

получить, если взять производную д1/дс1

от выражения
д!/дй = 2500 + 1.8/.
(1.15)
Рис. 1.2. Схема определения теплосодержания влажного

воздуха (к построению /-^-диаграммы

влажного воздуха)
Из выражения (1.15) следует, что наклон изотерм несколько

возрастет с увеличением температур, хотя практически в изображениях /-4-диаграммы это не отражается. Для разных температур

это будет семейство прямых - изотермы, (рис. 1.2).
Прямая, проведенная из точки 1, взятой на линии энтальпии

АгО, параллельно оси ординат (4| = соп51) до точки 2, лежащей
19
--------------- page: 11 -----------
на изотерме 1\ = соп§1, составит отрезок 1—2, , определяющий

содержание энтальпии в точке 2, которое будет равно сумме трех

отрезков:
/ = 2500сГ,/1000 Н- 1,005*1 + 1,8/^,/1000.
Из уравнения (1.14) видно, что при й = 0 г/кг сух. возд.

энтальпия воздуха изменяется пропорционально температуре. Из

уравнений (1.11) и (1-14) видно, что любой точке /-е?-диаграммы

соответствуют определенные I и ф.
Пользуясь таблицами насыщенного водяного пара, можно по

формулам для разных значений I и ф найти величины / и Й,

а затем нанести линии / = соп&1 и ф = соп5{.
Уравнение (1.146) не зависит от I и представляет прямую

/—0, проходящую через начало координат и образующую с осью>

абсцисс угол р, тангенс которого = 0,001 -2500. При / = 0 по

формуле (1.14а) 1 = 0 для любого й, а поэтому эта линия проходит

через начало координат.
Получив для различных изотерм расположение на них точек,

соответствующих различным ф, соединим точки с одинако-,

выми значениями ф плавными кривыми, которые будут ли- 1

ниями постоянной относительной влажности. Абсолютные значе-.

ния й (г/кг сух. возд.) наносят на оси абсцисс (рис. 1.3).
. Кривая относительной влажности ф = 100% делит /-^-диаграмму*

на две части: выше ее — водяные пары, содержащиеся в воздухе:

(не насыщены); ниже ее — в состоянии пересыщения или тумана'

(капельная влага). Каждая линия постоянного теплосодержания

влажного воздуха, / = соп&1 пересекает линию насыщения ф = 100%

в определенной точке обозначающей температуру мокрого,

термометра.
Теплосодержание насыщенного воздуха с капельной влагой в

количестве х г/кг сух. возд. (кДж/кг)
/ = 1,005/ + (2500 + 1,8/) йи + х1,
где йн—абсолютное влагосодержание воздуха при ф=100%}|

х1 — энтальпия влаги, выделенной в виде тумана.
В нижней части /-^-диаграммы, на линии, параллельной оси

ординат, наносится шкала парциальных давлений пара в МПа

(мм рт. ст.), начиная с = 0 до возможного значения р„ в диапа*

зоне данной диаграммы. В области тумана изотермы практичес

совпадают с соответствующими линиями I = сопз(.
/-^-диаграмма строится для определенного значения барометр

ческого давления, например рб = 101,325 кПа. При других бар-

метрических давлениях линии ф = соп5< и, в частности, крива

ф= 100% будут незначительно смещаться.
Рис. 1.3. /-^-диаграмма влажного воздуха
21
--------------- page: 12 -----------
Построить кривую насыщения можно, применяя уравнение

(1.11) и принимая
й = 623цр„ „/(В — ц-рн и).
При изменениях барометрического давления в пределах 2666 Па

(±20 мм рт. ст.) с достаточной для практики точностью можно

не вносить коррективы в существующую /-^-диаграмму.
Парциальное давление пара точки (имеющей I и ср) определяется путем проведения линии й — соп5( до пересечения с кривой
парциальных давлений.
Угловой коэффициент на /-^/-диаграмме. В практике кондиционирования приходится нагревать, охлаждать, увлажнять или

осушать воздух. При этом воздух переходит из одного состояния

с начальными Параметрами Л, й\ в другое с параметрами /г, йч-

с Изменение состояния воздуха характеризуется лучом процесса или

угловым коэффициентом. Угловой коэффициент показывает величину изменения количества теплоты на 1 кг воспринятой (или от

данной) воздухом влаги.
Угловой коэффициент
е = /2 — /|/(йг — с1\) или е = Д//Д*/, (1-16)
где /1 и /2 и й-1 — соответственно параметры начального и конечного состояния воздуха; Д/ — изменение теплосодержания,

кДж/кг сух. возд.; А й — изменение влагосодержания, кг/кг

сух. возд.
Значение е имеет размерность кДж/кг влаги, она характеризует тепловлажностное состояние воздуха. Чем больше теплоты,

подводится к воздуху, тем больше величина е. Рассмотрим некоторые

направления изменения состояния паровоздушной смеси (рис. 1.4).
Направление АБ соответствует повышению относительной влаж

ности благодаря охлаждению при — сопв!; следовательно,

А*/ = 0. Числовое значение углового коэффициента
е = Д//Де( — (1Д — 1Б)/0 = с».
Ему соответствует луч процесса, проходящий через нулевую точк"

параллельно АБ.
Направление АВ параллельно линиям постоянного теплосодер

жания и показывает, что при этом изменении начального состояни

воздуха из Л в Б разность теплосодержаний Д/ = 0, а влага буде

увеличиваться: М = йв — йл.
Числовое значение коэффициента
е = Д//(0.001 \0) = 0/(0,001 Де?) = 0,
т. е. луч процесса с направлением, параллельным линиям I = сопз!,

характеризует тепловлажностное' отношение, равное нулю. Уменьшение явной теплоты в точке В сравнительно с точкой А компенсируется изменением влагосодержания йв> йА, при этом общее

теплосодержание в точках Л и В остается одинаковым (/,, = /в).

Отсюда видно, что угловой коэффициент характеризует тепловой

процесс при изменении состояния паровоздушной смеси.
Рис. 1.4. Угловой масштаб на
/-^-диаграмме
Для удобства его применения на полях /-^-диаграммы наносят

угловой коэффициент, представляющий собой продолжение пучка

лучей, исходящих из нулевой точки при 1 = 0 и й = 0.
Построение углового коэффициента на полях /-«/-диаграммы
(рис. 1.5). Возьмем начальные параметры воздуха 1\ и равные

нулю. Тогда значение углового коэффициента
е — (/2 — /|)/(^2 — А\) = 1%/й 2.
I
Давая различные значения /2/^2, можно провести лучи процессов, исходящие из начала координат, т. е. из точки, имеющей

значения /, = 0, й\ = 0.
Примем отношение 1/й = //0,01 = 0; следовательно, 7 — О —

лУч процесса е = 0.
Аналогично, отношение //0,01 = 418, что соответствует значению 1 = 4 кДж/кг сух. возд.; отношение //0,01 =836 соответствует / = 836 кДж/кг сух. возд; отношение //0,01 = 1220 соот-

ветствует / = 12,2 кДж/кг сух. возд. и т. д.
--------------- page: 13 -----------
а
ш
е>о'
г
Гх
+■
^ /
/
8 I4

1
II У
чАГ /
’Ч
Прямые (лучи) выражающие изменение состояния воздушно- |

паровой смеси, имеющие одинаковые значения углового коэффи- 1

циента, параллельны друг другу. Это позволило построить на 1

/ «/-диаграмме угловой масштаб, облегчающий практическое нане-я

сение лучей при построении на /-«/-диаграмме процессов обработки 1

воздуха.
Рассматривая процессы тепловлажностных отношений на 1-й-

диаграмме, выявляют четыре сектора

(рис. 1.6), в которых отношение^1

энтальпии воздуха к изменению ег

влагосодержания имеет характерны

отличия.
Пусть точка О характеризует

начальные параметры воздуха.
Поле /-(/-диаграммы вокруг точк
О
и знаменателя углового коэффицйен

та можно разделить на четыр

неравных сектора (неравных потому

что диаграмма построена в косс

угольной системе координат).
Лучи, лежащие в секторе

имеют положительные приращениГ

энтальпии и влагосодержания,

значения угловых коэффициенте

находятся в пределах О С е <

причем направление луча е

линии «/ = сопз{, а е = 0 с на.

правлением адиабаты / — соп${. В секторе II располагаются

лучи, соответствующие отрицательным приращениям энтальпии

положительным приращениям влагосодержания. Значение углового

коэффициента лучей, расположенных в этом секторе, може

меняться в пределах от е=—оо до е = 0, т. е. —оо <; е <С 0.

В секторе III лежат лучи таких процессов, у которых приращени

тепло- и влагосодержания отрицательны. При этом 0 С е С оо;
В секторе IV располагаются лучи, е которых определяются от*

шением положительных приращений энтальпии к отрицательны'

приращениям влагосодержания; —оо < е < 0. Итак, лучи с пол;,

жительными значениями угловых коэффициентов располагают*:

в секторах I и III, а с отрицательными значениями — в сектора.
II
Определение влажности воздуха. Относительная влажность

один из основных параметров микроклимата. Известны четыр

способа определения относительной влажности: химический, набл>"
Рис. 1.6. Возможные значения

угловых коэффициентов (масштабов) и их границы в /-^-диаграмме
совпадает с направлением
дения точки росы, с помощью волосяного гигрометра, психрометрический.
Химический способ заключается в отборе с помощью

аспиратора объема воздуха, влажность которого следует измерить.

В аспираторе, представляющем ^/-образные трубки, содержатся

вещества, поглощающие водяные пары: хлористый кальций,

фосфорный ангидрид и др. По приросту в массе трубок.определяют

абсолютную и затем расчетом относительную влажность.
Способ наблюдения точки росы заключается

в том, что специальными приборами-гигрометрами определяется

температура точки росы /р. Зная температуры воздуха и точки

росы, по специальным таблицам или по /-«/-диаграмме возможно

определить относительную .влажность и парциальное давление

водяных паров в воздухе (температура точки росы — та температура, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух,

чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания.)
Волосяной гигрометр основан на способности выщелоченного ■ (обезжиренного) человеческого волоса удлиняться

пропорционально относительной влажности окружающего воздуха.

В гигрометре один конец волоса укреплен неподвижно, а другой

обернут вокруг валика и натянут грузом. Прикрепленная, к валику

стрелка перемещается по шкале делений относительной влажности воздуха. Шкалу гигрометра необходимо часто проверять,

так как волос постепенно вытягивается. Удобство гигрометра в том,

что отсчеты получаются непосредственно в процентах относительной влажности. Прибором можно пользоваться и при температурах воздуха .ниже 0°С. К прибору прикреплен термометр, который одновременно с влажностью записывает и температуру

воздуха,
П си хрометрический способ определения относительной влажности воздуха основан на разности показаний температур одинаковых сухого и влажного термометров, которые вместе

составляют прибор — психрометр.
Теория психрометра. Сухой термометр показывает температуру

окружающего его воздуха (с. Влажный термометр имеет на бал-

*ке с ртутью батистовый чехол, смоченный водой. С мокрой

ани влага испаряется, благодаря чему происходит охлаждение

кани и баллончика, поэтому показания температуры /м мокрым

рмометром будут всегда ниже сухого.

п ОЛичество-испаряемой воды С с мокрого термометра: а) прямо

ныхП0Р1и10На,ПЬН0 Разности парциального давления р„ас насыщен-

Дав ПаР°в при температуре мокрого термометра и парциального

Ту " ения Р" водяных паров (в окружающем воздухе) при темпера-

сухого термометра; б) прямо пропорционально поверхности
25
--------------- page: 14 -----------
баллончика термометра /•"; в) обратно пропорционально приведенному барометрическому давлению р6, т. е.
^
где е — коэффициент влагообмена, кг/(м2-ч • Па), зависящий от

скорости воздуха и других факторов.
Количество теплоты, необходимое для испарения этой влаги,

фм = Ог = [е (р„ас — рп)Рг]/р6,
где г— скрытая теплота парообразования, в данном случае испарения воды.
Так как < /с, то из окружающего воздуха к мокрому термо-*

метру будет поступать теплота в количестве
<2с = а (/с — 1*)Г,
где о — коэффициент теплообмена.
Следствием фиксации температуры мокрого термометра является

равновесие между потерей и притоком теплоты, т. е.
= <2с
Подставив в эту формулу значения и <2С, получим

в(Ркас Рп) Рг / Рб — СГ (/с О/7-

Отсюда парциальное давление паров в воздухе
Рп
Рб (*с — <»>)•
Обозначив а/(егР) (психрометрический коэффициент) через Л

получим уравнение
Рп
Найдя по таблице физических свойств воздуха парциальное

давление насыщающих его паров рп.н при температуре 1С, найдем'

значение относительной влажности окружающего воздуха ср —

= Рп/Рп.н, или в процентах <р = р„ • 100/рп.н. Коэффициент А изме

няется в зависимости от скорости движения воздуха V окол

баллончиков термометров психрометра:
V, М/С
А
0,13
0,0013
0,20
0.0011
0,40
0.0009
0,80
0,0008
2,30
0,0007
4,00
0,00067
Пример 1-4. По психрометру Ассмана /г = 17°С, = 12°С, рб = 101325 Па,

-1 = 02 м/с. Определить относительную влажность воздуха.
решение. По таблице физических свойств воздуха находим парциальные

■ав К'нмя насыщенных паров: при /„=12°С р„„, = 1400 Па. при I,- = 17°С

—1920 Па. Определяем парциальное тавление паров воды в воздухе: р„ =

_ А (Л — 1«) ро = 1400 — 0,0011(17— 12) 102 000 = 839 Па, находим относительную влажность воздуха:
Ч — Рп-100/р„ у = 839-100/1920 = 43,6%.
На основании аналогичных расчетов составлены психрометрические таблицы для определения относительной влажности.
! 5. ПРИМЕРЫ ПРОЦЕССОВ (ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА)
В /-^-ДИАГРАММЕ
Нагревание воздуха в калориферах. Нагревание протекает

без изменения влагосодержания воздуха (й = сопз!) и в 1-й-диаграмме изображается прямыми, параллельными оси ординат.
Если воздух состояния / (/|, ср1) нагревать в калорифере, то

процесс изобразится прямой, направленной вертикально вверх от

точки 1 до точки 2 (рис. 1.7).
Количество теплоты, необходимое для нагревания С (кг/ч)

воздуха состояния / (/|, срО до состояния 2 (12, (р2), определяется

по формуле (кДж/ч)
<2 = 0(/2 — /,), (1.17)
где 1\ и /2 — теплосодержания воздуха соответственно в точках
I к 2 (находятся по /-^-диаграмме); С — заданное количество

воздуха, кг/ч.
При аналитическом расчете количество теплоты

<3 = С (1,005 + 1,8с0(/2 — М,
гДе 1,005 1,8й — массовая теплоемкость влажного воздуха;
‘2 и 11—температура воздуха соответственно в точках 2 и /;
“ — влагосодержание воздуха.
При незначительном влагосодержании воздуха (й <С 0,01 кг/кг

сУх. возд.) расходом теплоты на нагревание водяных паров, содержащихся в воздухе, можно пренебречь, тогда
<2 = С-1,005(/г- /.)-
Следует заметить, что при точных расчетах, если задан объем

лажного воздуха в м3/ч, для расчетов по /-^-диаграмме его

Дует перевести в массу и выделить сухую часть. Однако при
27
--------------- page: 15 -----------
невысоких температурах (до 25°С) даже при <р= 100% плотность

влажного воздуха несущественно отличается от сухого, поэтому

допустимо принимать (при практических расчетах) массу влажного

воздуха равной массе сухого.
Охлаждение воздуха при й сопз!

изображается в /-^-диаграмме прямой, направленной ,вниз из точки
1
духа окажется ниже кривой насы-
Й
Рис. 1.7. Нагревание воздуха при неизменном вла-

гос одержании
Рис. 1.8. Процесс охлаждения воздуха в /-^-диаграмме
щения (ф=100%) или ниже температуры точки росы (температура в точке 3 ниже температуры в точке 2), может начаться’;

процесс конденсации водяных паров, т. е. кроме охлаждениям

воздуха будет происходить и его осушение.
Снижение температуры с ^\ до 12 сопровождается явным теплообменом между воздухом и воздухоохладителем. Охлаждение воздуха при й = СОП51 по прямой до пересечения с кривой насыщены

представляет процесс охлаждения воздуха при соприкосновение

с более холодными поверхностями, температура которых не ниЖ'

температуры точки росы охлаждаемого воздуха, относительна

влажность охлаждаемого воздуха при этом достигнет 100%. Наблю

дения показывают, что состояние воздуха в точке 3 являете

неустойчивым и переходит в более устойчивое на кривой насыщенй

в точке 4.
При дальнейшем понижении температуры начнется проце'

выпадения влаги из воздуха в количестве й2 — с?4, что сопровожД'

ется потерей воздухом некоторого количества теплоты (за счет разн

цы й2— с1ц). Количество этой теплоты незначительно, поэтом
можно считать, что переход из точки 3 в точку 4 происходит

при постоянном теплосодержании /3.
Смешивание объемов воздуха разных параметров. Предположим,

что воздух в количестве С1 (кг) состояния 1 (1\, 1\, й|) смешивается

с Сг воздуха состояния 2 (12, /2, й2).
Требуется определить
^СМ» /см» ^см параметры смеси. Напишем

уравнение баланса по теплоте и влаге.
Баланс по теплоте С\1\ + 02/2 = (0| + С2) /с„, откуда
/с» = (С,/, + С2/2)/(С, + 02).
Баланс по влаге 0\й\ + С2й2 = (С\ + С2)йсм, откуда
Ос „ = (0,й| + С2й2)/(0, + с2).
Аналогично определяют температуру смеси двух количеств

сухого воздуха:
*см = (С,*, + С212)/(С\ + С2).
Обозначая [фопорцию смеси С\/С2 = п и разделив числитель

и знаменатель правых частей уравнений (1.19) и (1.20) на Со,

получим:
/см = (п1\ -(- /2)/(п + 1);
Решая последние уравнения относительно п, получим
П = (/2 — /с«)/(/см - /1) = (Й2 - </«)/(<*« - Й|) • (1-22)
Формула (1-22) представляет -собой

уравнение прямой линии, проходящей через

точки 1, 2 и С с координатами /см и йс„.
Следовательно, прямая /—2 является геометрическим местом точек состояния смеси

воздуха, при этом каждому состоянию

смеси соответствует определенное количество воздуха состояний / и 2. Сказанное

подтверждается рис. 1.9. из которого видно,

что треугольники 2БС и СА1 подобны. Из

подобия треугольников
(2 - С)/(С - 1) = «. (1.23)
Прибавляя к обеим частям равенства

(1.23) по единице, получим
(2 - С) + (С - 1)/(С - \) = п + 1,
сумма отрезков (2 — С) + (С — 1) есть

пРямая /—2\
С - 1=(1- 2)/{п + 1).
29
Рис. 1.9. Процесс смешивания воздуха в I с1-та-
ГПЯ КШа
--------------- page: 16 -----------
Из равенства (1.20)
2
Следовательно,
(2 —5) / (С —Л) = (2 - С)/(С - 1) = (/2 - /см)/(/см - /.) =
= (Б — С)/(А - 1) = ("с?2 — сГсм)/(о[см - </1 == п/1 = 0,/С2.
или
п = (42 - си)/(еи - *) = (/2 - /с)/(/с* - Л) (1-24)

Формула (1.24) — уравнение прямой, проходящей через три ^

точки: 1,2 и С. Точка С лежит на прямой I—2, которая является

геометрическим местом смесей воздуха состояний / и 2 (рис. 1.9).

Из пропорции (с(2 — е(г«) / (</<■« — е?|) — С1/С2 — «/1 видно, что ;

точка смеси С делит линию 1 — 2 на отрезки, обратно

пропорциональные массам сухого воздуха (С 1 и Ог)- Прибавляя

к обеим частям пропорции по единице, получим
(с?2 — е(|) / (с?см — ^0 = (п -|- 1) / 1 или е(см — й\ —
= (с?2 — с/,) / (п + 1).
Для определения точки смеси нужно прямую /-—2 разделить на

п + 1 и отложить отрезок, равный единице, от точки 1, входящей

«-частями в смесь (по правилам, как это имеет место для равно-

действующих параллельных сил).
На практике возможен случай, когда при смешении холодного

(точка /) и теплого (точка 2) воздуха прямая смеси, соединяющая

точки / и 2, пересекается с кривой насыщения. При этом точка

смеси 3 (рис. 1.10) может оказаться в зоне, лежащей ниже кривой

насыщения (ф = 100%), где воздушно-паровая смесь существовать не может. Точка смеси 3 будет характеризовать состояние,
сконденсировавшейся и выпавшей из возду

ха влаги с температурой, близкой к температуре воздушно-паровой смеси. Такое

состояние воздуха является неустойчивым;

и перейдет в более устойчивое состояние»

в точку 4, расположенную на криво

Ф = 100%. Этот процесс сопровождаете

выпадением влаги в количестве с1з —

Выпавшая влага унесет теплоту в количе.

стве, которым ввиду незначительности моЖ

но пренебречь. Значит, переход из точки

в точку 4 происходит при постоянн

энтальпии /3 = сопз!. При этом за сч

скрытой теплоты парообразования, освоб

лившейся при конденсации с йз до

(г/влаги), возрастет температура с 1з Д

/4 (рис. 1.10).
Рис 1.10. Процесс смешивания воздуха при пересечении кривой насыщения (ф = 100%)
30
Пример 1.5. Смешиваются наружный и внутренний воздух. Объем наружного

воздуха 0| = 5000 м3; /1 = + 10°С; <(,=80%; Л, =4,58 г/кг; /1 = 25.6 кДж/кг;
—г’1,24 кг/м3 (состояние /); объем внутреннего воздуха С2= 10 000 м3, /2 =

= + 25°С;ф2 = 60%; й2= 15 г/кг; рг = 1,16 кг/м3; /2 = 55 кДж/кг (состояние 2).

Атмосферное давление 105 Па. Определить параметры смеси.
Решение (аналитическое).
Определяем массу О сухой части воздуха;
0+ ю = р+ю [*+ ю = 1,24 *5000 = 6200 кг;
0+25 = е+25 /-+25 = 1,16-10 000= 11 600 кг;
Сс„ = 6200 + 11 600 = 17 800 кг.
Определяем параметры смеси:
= (0,(1, 4- 62*)/б,* = (6200-4,58 + 11 600-15)/17 800 =11,4 г/кг сух. возд;

/см=(С|/, + 02/г)/С™ = (6200-25,6 + 11 600-55)/17 800 = 45,6 кДж/кг сух. возд;

*с„=(С|/, + 02/2)/Сс, = (6200-10+ 11 ^00-25)/17 800= 19,8°С;
<р™ = Л„М„ при /с = (11,4/1.4,5) 100 = 78,6%.
Решение в 1-с1-а иаграмме.
Наносим на /-^-диаграмму точки, соответствующие параметрам наружного /
(*, = Ю°С; цл = 80%) и внутреннего 2 (/2 = 25СС, фг = 60%) воздуха. Массы

воздуха 0| = 6200 кг. С_> = 11 600 кг.
Находим отношение масс сухих частей. При этом массу сухой части состояния воздуха / примем за единицу, а состояния 2 — за п, после чего получим
Сг/С, = п = 11 600/6200 = 1,87.
Длину отрезка, соединяющего точки / и 2, делим на п + 1 = 2,87 (рис. 1.11).
На /-^-диаграмме находим параметры

смеси <с„= 19,8°С, <р„ = 78,3/ (точка 3).
Точка смеси лежит ближе к параметру воздуха, сухая часть которого имеет

большую массу, т. е. к точке состояния 2,

что следует из правила, применимого в

данном случае — нахождения равнодействующей двух параллельных сил, направленных в одну сторону (см. рис. 1.9).
Результаты, как видно, совпадают с

результатами аналитического расчета.
Нередко приходится решать

задачу по обеспечению подачи в

помещение воздуха определенных

параметров, получаемых в результате смешения двух количеств воздуха разных состояний.
Рис. 1.11. Нахождение точки смеси

двух объемов воздуха с разными

параметрами (к примеру расчета)
31
--------------- page: 17 -----------
V
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ОБМЕНОВ И

ПРИНЦИПЫ УСТРОЙСТВА ВЕНТИЛЯЦИИ
11.1. ОСНОВНОЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ УРАВНЕНИЕ ВЕНТИЛЯЦИИ

Определение вентиляционного обмена является одной из главных

задач, возникающих при устройстве вентиляции.
Воздухообменом называется количество вентиляционного воздуха,

необходимое для обеспечения санитарно-гигиенического уровня'

воздушной среды помещений и одновременно удовлетворяющее

(если помещение производственное) технологическим требованиям

к воздушной среде производственных помещений.
Определим необходимый воздухообмен в помещении, в котором'

происходит выделение вредностей. При этом рассмотрим случай,/

когда вредные выделения и приточный воздух равномерно распреде*.’!?
ляются по всему пространству помещения. '
Примем обозначения: 7. — количество выделяющейся вредности-4-

в течение 1 ч; 2, — содержание той же вредности в 1 м3 удаленного^-;

(вытяжного) из помещения воздуха по истечение промежутка вре- '

мени т; 21 — содержание вредности в 1 м3 приточного воздух#'^,

(допускается, что такое же содержание вредностей будет и в воздухе*,

помещения по окончании работы вентиляции); V — объем помеще->?

ния, м3; — количество воздуха, необходимое для борьбы с вред-;?1

ными выделениями; 2Г — содержание вредности в 1 м3 удаляемого^

воздуха.
-туч .
Очевидно, что за бесконечно малый
содержание вредности изменится на йгт. В целом же приращение.^

вредности Уйгт за тот же промежуток времени может слагаться)4

из вредности в помещении и из той же вредности, поступающему

' приточным воздухом, поэтому
(П.1|
промежуток времени (Ц
2
•*У
где 2йх — количество вредности, выделяющейся в помещении;?

1^2\<1т — количество вредности, вносимой в помещение приточный^

воздухом; 1гтс1т — количество вредности, удаляемой вытяжной'

вентиляцией; 1/с?ет — количество вредности, которое остается
помещении.
Выражение (II.1)— дифференциальное уравнение процессу.
Имея в виду, что г, V, 2\ — постоянные величины, преобразуй^
его;
или
йг^/й, + Ьгг/У = (^1 +
После интегрирования при постоянном значении Ь уравнение

111.2) получает вид
2т = (и, + 2)/Ь (1 - е-,тП ) +
2\ё
-/.т/у
(11.3)
При продолжительной и непрерывной работе вентиляции т оо,

а €~1х/ обращается в нуль:
1 4
Пт = Пт е1/(^> ==——== 0.
_*'°° *
Тогда уравнение (II.3) упрощается и получает вид
2т = (1^2[ -\- I)/Ь ИЛИ 2т — 2\ 1/1,
(П.4)
откуда
/, = 2/(2т - 2,).
Если в наружном (приточном) 1 воздухе отсутствует вредность
г-,, т. е. г: = 0, то подставив значение 2| = 0 в уравнения (II.3)

и (11.5), получим
или 1.= 7-12л.
Уравнения (11.5) и (П.6) являются основными для расчета

воздухообмена при установившемся состоянии воздушной среды в

помещениях общественных и промышленных зданий. Под установившимся состоянием понимается стабильность по времени выделения и разбавления вредностей, а также равномерность распределения ее по помещению.
Время включения в работу вентиляционной системы. В помещениях большого объема V возможно начинать вентилирование

не сразу, а после того, как концентрация вредности достигнет

допустимого предела гт, т. е. через промежуток времени т„ (ч)
т„ =*= V (гт — г0)/2,
где го — начальная концентрация вредности в помещении, отнесенная к 1 м3 воздуха; 7. — количество выделяющейся вредности.
Кратность воздухообмена. Кратностью воздухообмена К назы-

ваегся отношение воздухообмена, создаваемого в помещении,

к внутреннему объему помещения, т. е. Л/1/ = К.
Эта величина показывает, сколько раз в течение часа весь
°бъем помещения заполняется вводимым-в помещение приточным

в°здухом.
33
--------------- page: 18 -----------
Расчет воздухообмена в помещении по кратности делают в

случаях, когда точное определение количества выделяющейся

вредности затруднительно. Экспериментально выявленный расчетный воздухообмен для каких-либо помещений относят к их

внутреннему объему V, тогда частное дает величину К кратности

обмена, т. е. К — С/У. По кратности обмена определяют воздухообмен в помещениях общественных и промышленных зданий.
Определение воздухообмена по любому виду расчетных вредностей следует завершать нахождением значения кратности воздухообмена, как критерия, характеризующего величину вентиляционного

обмена. Не менее важное значение имеет величина воздухообмена, -

отнесенная к одному человеку, находящемуся в данном помещении.-
И.2 !А< »?«ЬЧ СЛУЧАИ ОИРЬДЬЧГЧНЧ г.СОДУХООЬМПНА

Н ПОМ! !Ш НИИ
Основными вредностями в помещении являются избыточная ’

теплота, избыточная влага или одновременно избыточная теплота

и избыточная влага, газы, пыль. При одновременном выделении;

в помещении различных вредностей воздухообмен определяют из

условия ассимиляции каждой вредности. Расчетной же вредностью

является та, расчет по которой дает наибольшую величину воздухообмена.
Определение воздухообмена из условия удаления из помещения

углекислоты СОг- Воздухообмен (м /ч)
с/(хз-х1),
где С — количество .углекислоты, выделяющейся в помещении*'

г/ч или л/ч; х\ — концентрация СОг в наружном (приточном)'

воздухе; х2 — допустимая концентрация СОг в воздухе помещения

СО2 является одним из основных видов вредностей, выде

ляющихся в жилых и общественных зданиях. Количество выде

ляемой человеком углекислоты зависит от ряда факторов: возраст

людей, характера выполняемой ими работы.
Количество СО?, выделяемое людьми:
Взрослыми:
при физической работе тяжелой

»
в состоянии покоя

Детьми до 12 лет
СОг, г/ч
68
45
35
18
Допустимые концентрации СОг в
, „
Постоянного пребывания людей
(жилые дома)
Больницах'
Периодического пребывания людей
(учреждения)
Кратковременного пребывания людей .
Содержание СОг в наружном
СОг, г/м3
Для сельской местности
» поселков . . . .
» городов
Пример 11.1. Определить воздухообмен /. для зала собраний на 200 человек

из условия борьбы с СО2 при следующих данных: количество СОг, выделяемое

одним человеком, — 23 л/ч, допустимое содержание С02 в помещении = 2 л/м3;

XI ==0,6 л/м3.
Решение. Применим формулу (П.8):
I
Пример 11.2. В помещении для кратковременного пребывания людей собралось

50 человек. Объем помещения V = 1000 м3. Определить, через сколько времени

т после начала собрания нужно включить приточно-вытяжную вентиляцию при

следующих данных: количество СОг, выделяемое человеком, допустимое и начальное его содержание те же, что и в примере 11.1.
Решение. Количество СОг, выделяющееся в помещении,
С = 50-23= 1150 л/ч.
По формуле (П-7)
т = V (х2 — х\)/С - 1000 (2 — 0.6)/1150= 1,21 ч,
т е. вентиляцию можно включить в работ’у через 73 мин (1,21 ч) после начала

собрания.
газ®пРеД^ление воздухообмена из условия удаления из помещения
I. = 0/(г2 — 21),
рД0 /">
в
кон .ЛЯЮщееся в помещении, г/ч; г2 — допустимая по нормам

воздеНТ^аЦИЯзГаЗОВ’ мг/м3; 2| — концентрация газа в наружном
35
--------------- page: 19 -----------
Определение воздухообмена из условия удаления пыли (м3/ч): 1
I
где С„ — масса попадающей пыли в помещение, мг/ч; $2 — допусти- 'Л

мая концентрация пыли, мг/м3; 5* — концентрация пыли в наружном 5
воздухе, мг/м3.
При отсутствии в наружном воздухе газа и пыли получим I
соответственно
/.= С/г2; 1^ = С/$2.
где С, 22, 52 — то же, что и соответственно в формулах (11.8) и (11.9). '

Предельно допустимая концентрация пыли в воздухе помещений, ;

точнее в пределах рабочей зоны, в соответствии с нормами не 1

должна превышать 2—10 мг/м3.
Определение воздухообмена из условия удаления влагоизбытков ^

устройствами вентиляции (кг/ч):
0
{
где п — коэффициент, учитывающий долю влаги, поступающей в рабочую зону (при отсутствии опытных данных принимают п= 1);
С в.п — количество влаги, испаряющейся в помещении, подлежащее

удалению, г/ч; — влагосодержание воздуха, удаляемого из поме-'

щения, г/кг сух. возд.; (1\ — влагосодержание приточного возду-хй,«
г/кг сух. возд.
Значение коэффициента п зависит, в частности, от размещения^

источников выделения влаги, их размеров, способов локализации

источников выделения влаги, расположения уровня подачи приточ^

ного воздуха’ и др. Для каждого производства коэффициент п

имеет практически постоянное значение.
Следует иметь в виду, что значения абсолютного влагосодержа^

ния воздуха и й\ принимаются по таблицам физической харак*

теристики воздуха или по /-^-диаграмме в зависимости от величину

нормируемой относительной влажности вытяжного (внутреннего'"

воздуха. В нормах обычно указываются относительная влажности

и температура воздуха в помещении.
Определение воздухообмена из условия удаления из помещен

избыточной теплоты. При выделении в помещении избыточн

явной теплоты воздухообмен (кг/ч)
•> С = т<2„1Г./[Ф>' — *иР)],
где т — коэффициент, учитывающий долю теплоты, поступаюШг

в рабочую зону (при отсутствии опытных данных принимав
36
п __ )); физв — избыточная явная теплота, отводимая из помещения вентиляцией; с—удельная массовая теплоемкость воздуха,

равная 1,005 кДж/(кг-К); Лх — температура воздуха, уходящего

в приемные отверстия вытяжной вентиляции; /пр — температура

приточного воздуха, поступающего в помещение;
О
где <Эвы,1 — количество тепловыделений от людей, электродвигателей и оборудования, производственных печей, горячих поверхностей зонтов и др. (см. гл. III), Вт; (2тсп.т пот — количество теплоты,

теряемой наружными ограждениями (в холодное время года),

теплопотери на нагрев поступивших в помещение холодных материалов; теплота, отводимая с воздухом через местные отсосы, и др.

(см. гл. III).
Из выражения (11.11) видно, что при равных (Зи,б воздухообмен

уменьшается с увеличением />х.
Температура воздуха, уходящего из помещения (°С),
^Ух = *Р., + Ф(Я- 2),
где <р., — температура воздуха в рабочей зоне (на высоте 2 м от

пола); г|з — изменение температуры по высоте помещения (температурный градиент, выражающийся в градусах на 1 м высоты);

принимается, как правило, на основании проведенных ранее натурных измерений (для промышленных цехов г|) = 0.5 1,5; для

помещений высотой до 4 м увеличение температуры по высоте

практически можно не учитывать); Н — вертикальное расстояние
от пола до середины вытяжного отверстия, м; 2 — высота рабочей

зоны, м.
Температура уходящего воздуха />ч зависит от многих факторов, в частности от отношения площади, занятой теплоотдающнм

оборудованием, к площади пола цеха, высоты помещения, способа организации воздухообмена «снизу вверх» (т. е. при подаче

приточного воздуха в рабочую зону и удалении из верхней зоны),

или «сверх\ вниз», или «сверху вверх» (т. е. при подаче воздуха

в веРхнюю зону и удалении из верхней или нижней зоны помещения);
последнем случае температурный градиент равен 0, т. е. = /р.3

^емпература рабочей зоны). Следует иметь в виду, что на нагрева-

в°злуха в рабочей зоне расходуется не вся величина (3„зб,

зон- Теплоты (особенно конвективной) удаляется из рабочей

естественным путем и незначительно влияет на ее температуру.

казанное учитывается коэффициентом т:
т — (*р.з — 1„р)/(их — (пр), отсюда 1ух — [(^р.з — 1пр)/т] + 1пр.
--------------- page: 20 -----------
При размещении вытяжных отверстий в рабочей зоне воздухообмен при наличии теплоизбытков можно определить по формуле

(кг/ч)
С = физб.р.з^/[^(^рл ^«рХЬ
где (?„зб.Р.з — теплоизбытки в пределах рабочей зоны; /р,3 — температура воздуха в рабочей зоне; /пр — температура приточного

воздуха.
При наличии местных отсосов воздухообмен
С = ((Знзб — Фм.о)/[с (/р.з — ^пр)] ~Ь См.о,
где @м.„ — количество теплоты, уносимой устройствами местной

вентиляции;
фм.о — С (/р.з ^пр) ^м.о»
С„.о — количество воздуха, удаляемого местной , вентиляцией;

с — массовая теплоемкость воздуха.
Определение воздухообмена из условия одновременного удаления избыточной теплоты и влаги (кг/ч):
0= <2/(12 - 10= Св ,,/№ - йх),
где С} — количество теплоты, выделяющейся в помещении, с учетом

скрытой теплоты, содержащейся в водяных парах, выделяющихся

в помещении, Вт; Св.„ — количество избыточной влаги, кг/ч;

/г, /1 — папное теплосодержание воздуха, соответственно удаляемог

и вводимого в помещение, кДж/кг сух. возд.; с(2, ^1 — влагосодержа

ния воздуха, соответственно удаляемого и вводимого в помещены

г/кг сух. возд.
Значения /2, /1, йг, (1\ обычно берутся из /-^-диаграммы влажног

воздуха. При одновременном выделении в помещении тепло-"

и влаги расчет воздухообмена рекомендуется проводить с помощь

/с?-диаграммы влажного воздуха. Как правило, найденный возд-

хообмен из условия удаления избыточной теплоты должен бы

достаточным (т. е. одинаковым) и для удаления избыточной влаг

что и показано в формуле (II. 15).
И.Л. ПРИНЦИПЫ УСТРОЙСТВУ ВГ.Н1ИЛЯЦИИ
Для обеспечения требуемого по санитарным нормам качест'

воздушной среды необходима постоянная смена воздуха в помеШ

нии; вместо удаляемого (вытяжного) вводится свежий, по

соответствующей обработки, воздух.
По способу осуществления перемещения воздуха устраивают

системы естественные и механические. В естественных

системах вентиляции перемещение воздуха производится

за счет разности давлений воздуха наружного и внутреннего или

за счет действия ветра.. В механических системах вен

тиля ц и и перемещение воздуха осуществляется с помощью
вентиляторов.
Выбор способа перемещения воздуха определяется техникоэкономическими соображениями. По эксплуатационным затратам,

как правило, наиболее экономичными оказываются системы

с естественным побуждением.
По принципу конструктивного оформления системы вентиляции

делятся на общеобменные, местные и смешанные.
Общеобменная вентиляция — система, в которой воздухообмен, найденный из условий борьбы с вредностью, осуществляется путем подачи и вытяжки воздуха из всего помещения

(рис. 11.1). Чаще всего общеобменная вентиляция устраивается

в жилых и общественных зданиях.
Местной может быть вытяжная и приточная вентиляция.
Местная вытяжная вентиляция — система, при

которой вытяжное устройство в виде зонтов, укрытий размещается

непосредственно у мест выделения вредностей. В местной приточной вентиляции подача приточного воздуха производится непосредственно в зону нахождения рабочего, т. е. требуемое качество

воздушной среды обеспечивается только в зоне нахождения рабочего (рис. П.2). Местная вентиляция обычно устраивается в промышленных зданиях, где главные источники выделения вредностей

сосредоточены обычно у производственного оборудования.
НЕ
ей

з ч
а
Рис. 11.1. Схема устройства общеобменной вентиляции:
/ перфорированный потолок

для подачи приточного воздуха.
2 — вытяжная вентиляция; 3 канал приточной вентиляции
Смешанная вентиляция- система, в *°Т°Р ^

таются элементы общеобменной и местной вентиляции ‘ ‘
Такая система устраивается в случаях, когда удален ппоизвести

ш.ихся вредностей местными вытяжными устройств
Рис. 11.2. Схема местной вентиляции:
I - вытяжной (зонты над местами вы а-

ления вредностей). 2 — приточной (во1-

душные души); 3 — вентилятор; 4 — калорифер; 5 — агрегат вытяжной вентиляции
39
--------------- page: 21 -----------
не удается и кроме местной устраивается общая вытяжка, дли

в том случае, когда вытяжная вентиляция устраивается местной,.

а приточная — общей (рис. П.З) ввиду отсутствия, например, -

в помещении строго фиксированных рабочих мест.
Принципиальные схемы решения устройства вентиляции в зданиях промышленного

назначения. Общий принцип решения зада^’

чи оптимального размещения устройств при-

тока и вытяжки состоит в том, что удаление воздуха следует производить из мес-

наибольшей концентрации вредности; при-*

ток же следует давать в места, где концентрация вредности наименьшая.
В системы механической общеобменн

приточной вентиляции входят воздухоприем^

ное устройство для наружного воздуха •

клапаном, фильтр для очистки воздуха

пыли в наружном воздухе, воздухонагрева

тели — калориферы, вентилятор, сеть воздухопроводов и устройства выпуска воздуха в рабочее помещё,

ние. В вытяжные системы механической вентиляции входят: мес~

ные отсосы, воздуховоды, фильтры для очистки воздуха от пыл:

вентилятор с электродвигателем, вытяжная шахта с утепленньг

клапаном для отключения системы от наружного воздуха.
При проектировании строительной и технологической част

производственных зданий следует предусматривать площади дл

размещения вентиляционного оборудования. Снаружи здания пг

условиям эксплуатации вентиляционные агрегаты размещать Й:

рекомендуется. В целях экономии полезной производственн'.

площади вентиляционные установки можно располагать на площа

ках-на высоте 3—4 м от пола.
Радиус действия систем вентиляции можно принимать не бол

30—40 м при скорости воздуха в воздуховодах 1» = 6тЮ м/

и до 60 70 м при V <С 6 м/с. Этими данными следует руково

ствоваться при определении числй приточных и вытяжных уст

новок общеобменной вентиляции.
Количество систем механической вытяжной вентиляции завис

от режима работы технологического оборудования и характе

вредных выделений. Например, для удаления горячих газов, пыл

влаги следует проектировать отдельные вытяжные системы. Кол

чество местных отсосов, присоединенных к одной системе с цел „

облегчения возможности регулирования, не рекомендуется при

мать более 10—12.
Вентиляция горячих цехов. В цехах (кузнечных, термическ

и др.) с избытками явной теплоты (порядка 70—100 Вт/м ) ие
П П П П
Рис. П.З. Схема смешанной вентиляции,

местной вытяжной и

общей приточной :
1 — местная вытяжная вентиляция, 2 — общая приточная вентиляция для всего

помещения (приточная камера не показана); 3 — ответвление для осуществления

общей вытяжки из помещения
40
сообразно устраивать приточную механическую вентиляцию в виде

воздушного душирования фиксированных рабочих мест (при

облучении более 300 Вт/м2); вытяжную установку в виде бортовых отсосов от оборудования — ванн травильных, закалочных

и др.
Недостающий же воздухообмен для ассимиляции избыточной

явной теплоты осуществляется общеобменной организованной естественной вентиляцией — аэрацией, при которой подача приточного воздуха-в теплый период года осуществляется через створки

проемов, размещаемых на высоте 0,5—1 м от пола, и в холодный

период года через проемы, расположенные на высоте 4—6 м от пола.

Естественная вытяжная вентиляция осуществляется из верхней

зоны через вытяжные аэрационные фонари, устраиваемые, как

правило, незадуваемыми, с ветрозащитными щитами. В летнее

время для естественного притока также используют проемы ворот,

снабженные воздушными завесами.
Оценку полноты использования приточного воздуха можно

производить по коээффициенту эффективности (воздухообмена)
Кэф
где /у*, /пр, /р.з — соответственно температура воздуха уходящего,

приточного и рабочей зоны.
Вентиляция цехов со значительными выделениями газообразных

вредностей. Как правило, в цехах с выделением токсичных паров

и газов рациональной схемой устройства вентиляции является

местная механическая вентиляция для улавливания вредных

выделений. В дополнение к местной предусматривают общеобменную вытяжную вентиляцию для удаления вредных выделений из

верхней зоны помещения. При этом местные отсосы от щелочных

и кислотных ванн присоединяют к самостоятельным отдельным

системам.
Г
хим СаНИТаРнои точки зрения очень важно конструировать

П ическую аппаратуру с встроенными в нее местными отсосами,

тыва ПРоектиРовании технологического оборудования должна учи-

ки ,^ЬСЯ Сходимость герметизации процессов загрузки и выгруз-
^аппаратов токсических веществ.
авар „ предприятиях химической промышленности устраивается
ПритпииаЯ- вентиляция и дублируются вытяжные вентиляторы,

ыи воздух подается в верхнюю зону.
--------------- page: 22 -----------
> <П • Г.ЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО КОЛИЧЕСТВА ВРЕДНОСТЕЙ

ПОСТУПАЮЩИХ В ПОМЕЩЕНИЕ
Ш.1. ОП РЕ ДР. Л Е Н И Е ТЕПЛОПОСТУПЛЕНИЙ

Основным источником поступлений теплоты в общественных

зданиях являются люди, а в производственных помещениях,.'

кроме того, теплота выделяется в результате перехода механической энергии в тепловую; от нагретого оборудования — печей’,

остывающих нагретых предметов, от источников искусственного1.!

освещения, от продуктов сгорания,— от солнечной радиации. ч

Тепловыделение от людей. Как правило, оно рассматривается:

одновременно с влаговыделением. Человек выделяет явную теплоту^

и влагу в результате жизнедеятельности организма; выделениями)

теплоты и влаги осуществляется необходимая для жизни термо-"

регуляция ррганизма. Выделяя (путем испарения) влагу, челов;

тоже теряет теплоту. Эта теплота называется скрытой (теплосо

держанием пара). Количество теплоты, выделяемой человеком

показано на рис. Ш.1. Сплошными кривыми на левой шкале дан '
суммарные количества явной

скрытой теплоты (полное выделен

ние теплоты). Пунктирными ли

ниями обозначено количество т

плоты, идущей на испарение вл

ги, теряемой человеком (скрыт

теплота). Разностью между кол

чеством полной и скрытой тепл,

ты определяется количество явн~

теплоты, выделяемой человеком''

окружающую среду.
Как видно из рис. Ш.1, инт

сивность тепловлаговыделений ^

ловеком зависит от температур

помещения, а кроме того, от &

рактера выполняемой им рабо
физическая работа
Пример 111.1. Определить выделение теплоты и влаги человеком, выполн

щим физическую работу при температуре помещения 1В — 20°С.
Решение. По левой шкале сплошной кривой 3 (рис. Ш.1) находим велич

полного тепловыделения </п = 200 Вт. Пользуясь пунктирной кривой 3, по пра

шкале находим влаговыделение 145 г/ч, по левой шкале определяем количеб

теплоты, идущей на испарение влаги,— 98 Вт; тогда количество явной тепл

поступающей от человека в помещение,
== 200 — 98 = 102 Вт.
Ю 15 20 25 30 35

Температура Ыдмг, ‘С

~ — Ионное количество тема


Рис. Ш.1. График тепловлаговыделений

человеком в зависимости от температуры помещения:
/ — человек в покое; 2 — легкая работа в учреждении: 3— физическая работа; 4 — тяжелая
42
Теплопоступления от электродвигателей и от оборудования, приводимого в действие электродвигателями. 1. Теплопоступление от

электродвигателей, не имеющих принудительного охлаждения, с отводом теплоты за пределы помещения (Вт)
<2 = ЮООЛ//С1 АГ2(1 — г),)/г) 1,
где N — установочная, или номинальная, мощность электродвигателя, кВт; К\ — коэффициент загрузки электродвигателей (/^| =

= 0,7 -т- 0,9); Кч — коэффициент одновременности работы электродвигателей (К2 = 0,5-М); г] 1 — КПД электродвигателя при данной

загрузке.
КПД электродвигателя при данной загрузке
= КпЦ,
где КП поправочный коэффициент, учитывающий загрузку двигателя; г) — КПД электродвигателя при полной загрузке, определяемой по каталогу (г) =ц0,75 0,92).
Величина /С„ принимается в зависимости от К>:
0 7
К\
К,-
2.
электродвигателями,
(3 = ЮООЛГК.КгКэ,
где Къ коэффициент, учитывающий-^ношение

энергии, переходящей непосредственно
тическому расходу энергии; прниинается по о ^ охлаждающей

тывающим, что часть теплоты может быт _
эмульсии, уносимой из помещения (Кз = 0,1 ~ У
3.
электродвигателей и приводимого ими в движет
(2 = 1000Л/К) К‘А\/Ч\ — 1 + Кз).
Для определения тепловыделений в механических
Рочных цехах ориентировочно принимают количест

Поступающей от работающих станков,
<2 = 1000 Л'-0,25.
43
--------------- page: 23 -----------
1
При точном анализе теплопоступлений вышеприведенные форЯ

мулы справедливы для определения тепловыделений при установившемся тепловом состоянии. Между тем известно, что в первый

период, непосредственно следующий за пуском машин в работу]

часть теплоты расходуется на разогрев массы машин, остальная

часть теплоты поступает в помещение и может представлять собо$

избыточную теплоту, удаляемую средствами вентиляции. Послй

останова машины выделение теплоты в воздух помещения буде?

продолжаться, постепенно затухая и прекращаясь после охлаждений

оборудования до температуры окружающей среды. Следовательно!

тепловыделение от оборудования в помещение не постоянно вй

времени.
Если рассматривать машину или другой источник теплоты кал

однородное разогреваемое или охлаждаемое тело, то ход темперм

туры и теплового потока по ■ времени определяется следующкщ

образом.
Исходя из положения, что скорость охлаждения (и разогрева!

пропорциональна самой температуре, можно написать
АТ/йх = — кТ или йТ/йх = — кйх,
где Т—избыточная температура; Тс—температура при мак"

мальных тепловыделениях; Тт — то же, в момент времени т (т

начала охлаждения или разогрева); К— коэффициент пропори"

нальности.
Интегрируя в пределах от 0 до т и от Тс до Т*, получ

* $

[т' йТ *Гл
^ п —уг-= —0 а X или 1п—=—*Т,
откуда
7\ = Тсе(для охлаждения).
Количество теплоты, отдаваемое машиной в окружающую ср^

пропорционально температурному напору (от поверхности маши

к окружающей среде) или избыточной температуре:

Аналогично выводятся уравнения для периода разогрева, ко

температура машины повышается вследствие выделения в I

теплоты (2С:
Тт= Гс(1 - е-*1);
<?, = <?,(! -е-*1).
44
Согласно уравнениям, температурные кривые охлаждения и

рева подобны. В этих уравнениях коэффициент к, равный

отношению интенсивности внешней теплоотдачи через поверхность

тепа и его теплосодержанию на 1°С, а после умножения на текущее

пемя т дает безразмерное выражение, которым определяется

скорость изменения (повышения или понижения) температуры или

тепловыделения во времени:
.
где а
с
Величина, обратная коэффициенту к, имеет размерность времени и называется постоянной времени охлаждения или нагревания:
т С = спг/(а1).
Тогда с помощью постоянной времени т,-
(111.7) примут вид
тх = Тс е~тА';
Тт= Тс(1 — е~т/т‘).
Постоянная времени — это промежуток времени, в течение

которого разогреваемый (или охлаждаемый) источник теплоты

достигает температуры, соответствующей стационарному состоянию.
Задача исследования разогрева и охлаждения сводится к определению изменений температуры во времени на поверхности и в

центре (для шара) тела, на оси (для цилиндра) или на средней

плоскости (для плоской стенки). Эта задача сводится к исследованию функций от двух аргументов:
Го/Г.. = ДВ1, Ро), Ту/Т, = №, Ро), (2о/(2, = 1(Ы, Ро),
где аргументы В1, Ро — определяющие критерии, составленные

из физических констант (а, X, с), геометрических параметров (/?, /.)

и времени (т); критерий Био В! = а Я/к есть приведенный коэффициент теплоотдачи, характеризуемый интенсивность теплоотдачи.
Ритерий Фурье Ро = ах/Н2 есть критерий гомохронности, характеризуемый темпом передачи теплоты в массе тела; То — температура

выде1енТеЛа' — темпеРатУРа на поверхности. тела; - тепло-
НеСта° аналогии с понятием о гидравлическом радиусе в теорию
пп ионаРного теплообмена вводится понятие об эквивалентном

° теплообмену радиусе
/?экВ = (2 т/Г)/д.
45
--------------- page: 24 -----------
Введение понятия об эквивалентном радиусе приводит к общему

методу расчета процессов, происходящих в сложных телах, в силу

чего расчеты теплообмена упрощаются.
Пример 111.2. Определить ход изменения тепловыделений при охлаждении

прядильной машины после ее остановки. Избыточная максимальная температура

(т. е. разность между температурами машины и окружающего воздуха) не

поверхности мотора Го=45°С и машины (или рабочих деталей) Го = 9°С, масс#
машины т = 3420 кг.
Решение. Определим постоянную времени тс для мотора (табл. III.1) и для
машины (табл. 111.2).
Таблица 111.(2
Г0.°С
Го/ Тс = е_,/т‘

т/т,.
Из табл. III.) следует, что в среднем тс = 3 ч.
Из табл. 111.2 следует, что в среднем для машины тг = 2,2 ч.
. Используя формулу (Ш.8), найдем условную теплоотдающую

ность станка:
Р = ст/{ат,) = 0,15-3420/(11,6-2,2) а; 20 м2,
где с — теплоемкость стали (материал станка) 0,15 Вт/(кг-К); т — масса сV

(т = 3420 кг); а — коэффициент теплоотдачи; а = 11,6 Вт/(м -К).
Находим эквивалентный радиус по теплообмену цилиндра (применяя его ,

метод расчета в данном примере):
Лэкв = (2т/Р)/в (2 ■ 3420/20)/7700 ^ 0.045.

где о — плотность стали: р = 7700 кг/м'*.
46
Определяем критерии ЕЛ и Ро:
В! = и/?,кв/л = 11,6-0.045/58 = 0,009,

гДе /. — коэффициент теплопроводности стали (а = 58 Вт/К);
Ро = ат//??КБ = 0,05т/0,0452 = 25т,

где а — коэффициент температуропроводности;
а = Х/(се) = 58/(0,15 - 7700) = 0,05.
Зная критерии, определяем изменения избыточной температуры станка и его

тепловыделения (табл. Ш.З).
ро -- ат/Я2
0,5
2,5
25
50
100
1 а о л
150
ца иго

200
т = Ро/25
0,02
0.1
1,0
2,0
4,0
6,0
8,0
Го/Гс
0,99
' 0,94
0,54
0,27
0,12
0.03
0
Г = ЮГо/Гс
9,9
9,4
5,4
2,7
1.2
0,3
0
<3 = 5300Го/Г,
5250
5000
2900
1450
640
160
0
В табл. Ш.З в строчке ф = 5300 То/ Гг указывается количество аккумулированного тепла или остающееся в машине по прошествии времени тс.
По результатам расчета строится кривая (рис. 111.2): площадь, ограниченная

кривой, дает величину аккумулированной теплоты, выделяющейся при охлаждении.
Количество теплоты, теряемой при охлаждении машины, можно определить

также и по формуле (111.5). В нашем случае уравнения охлаждения прядильной

машины запишутся так:
<?, = 835е~*' + 4500е-“
и‘™ (111.11)
<2, = 835е 'ит -| 4500с 0 46\
то
где 835 Вт — тепловыделение электромотора; 3000

4500 Вт — то же, машины.
Уравнение (111.11) можно упростить,^™1'

заменив два слагаемых, входящих в правую

часть, одним членом.
При среднем значении тс=2,26 ч упро- О
Щенное уравнение для расчета охлаждения

машины будет
Рис. Ш.2. Количество аккумулирован-

или <3 = 5300 е-0,44т теплоты, теряемой при охлаждении
машины
Р = 5300 е~т'256
Общую продолжительность разогрева
или охлаждения оборудования можно при-
ближенно определить по эмпирическим уравнения

массы тела т к поверхности теплоотдачи Р).
теплоотдачи Р):
Для стадии разогрева т = 0,5 0.05т/Р
*
47
--------------- page: 25 -----------
Тепловыделения от производственных печей. Определение тепло-]
выделений печи является сложной задачей, так как теплоотдача]

ее не постоянна, меняется в зависимости от режима работы, степени!

изношенности оборудования; кроме того, конструктивное оформле-1

ние печного оборудования различно. Методика расчета следующая.!
Тепловыделение печи. Расчет потерь теплоты в окружа-1

ющую среду можно произвести по результатам теплотехнического!

испытания печи, итогом которого является тепловой баланс. В немЯ

указываются потери теплоты через стенки, своды, дверцы, окна.Э

т. е. потери в окружающую среду. Нередко эти потери составляют^

около 15—20% от всего расхода теплоты. При отсутствии результат

тов испытания тепловыделение печи можно выполнить тёоретит!

ческим расчетом. Однако теоретические расчеты являются, ка*

правило, менее точными по сравнению с данными теплового баланса^

составленного на основе теплотехнического обследования пёщ

Определение тепловыделений стенками печи путем выполнен

теплотехнического расчета. Известно, что при стационарном проце

количество теплоты, передаваемой через 1 м2 стенки печи, опред

ляется по одной из формул:
д\ = К (1\ — ^4);
(III. Ц

(III.1^

(Ш.1|

(Ш.1
<72 = Йв (Л — 12);
<7з = К' (*2 — /з);
^4 = а„ (Iз — и)-
где К — коэффициент теплопередачи стенки печи; а

теплообмена на внутренней поверхности стенки

температуру 1ч\ К' — коэффициент передачи теплоты стенки

теплопроводностью; и„ — коэффициент теплообмена на нару

поверхности стенки печи, имеющей температуру /3; (\ —температ)Й

внутри печи (рис. Ш.З); /2 — то же, внутренней поверхности стеи

печи; 1з — то же, наружной поверхности стенки печи; /4

помещения в пределах рабочей зоны.
При стационарном режиме передачи теплоты
<71 = <?2 = ?з = <?4 = Я,
— коэффици^

печи, имеюи
то
Рис. 111.3. Производственная печь

(разрез)
Коэффициент теплопередачи стенки печи

К = 1/(1/ав + 6,Д| + Й2Л2 + - + 1Лч),(П1^

где б], 62 — толщины материальных слоев

(толщина стенок производственных печей “/<
2
коэффициенты теплопроводности материал*^
слоев стенки печи'(Х существенно изменяется

высоких температурах).
48
В табл. III.4 приведены ориентировочные значения зависимости

коэффициентов теплопроводности I огнеупорных материалов, применяемых в качестве ограждений (стен, сводов) технологических

печей,от температуры (.
Таблица 111.4. Зависимость X огнеупорных материалов от /
Шамот
Динас
Магнезит
Размерность
2,52 + 0,0023 и

0,6 -)- 0,00055/
2,94 + 0,00273/

0,71 4- 0,00065/
22,2 — 0,00965/

5,3 - 0,0023/
/ кД ж / (ч- м • К)

ккал/(ч-м-К)
Количество теплоты (72, воспринимаемой 1 м2 внутренней поверхности печи,
Я2 = ав (и — 12),
где ав=ак + ал; ак—коэффициент теплоперехода конвекцией;

ал — коэффициент теплоперехода излучением; ак определяется по

безразмерным формулам или по упрощенной формуле
а„ = аУд/,
где а опытный коэффициент (для вертикальной поверхности
0
зонтальной, обращенной вниз, а= 1,4); А/ — разница температур

(в данном случае Д/ = /, — /2).
= сПр/(/, - /2)[(7,/НЮ)4 - (7У100)4], (111.18)
где^сп приведенный коэффициент излучения (в данном случае

'>Т[’ ^2 абсолютные температуры газов внутри печи и

внутренней поверхности стенки печи,

огда ав определяется по формуле
«в = а
иости печиСТВ° теплоть1, воспринимаемой 1 м“ внутренней поверх-
92 = а„ (/, — 12).
49
--------------- page: 26 -----------
Количество теплоты, проходящей через 1 м2 стенки печи,
где
дз = К’ ((я - /з),
К' = 1/(в,/Х, + б2/Яа).
(И1.20)
Количество теплоты, отдаваемой 1 м2 наружной поверхности 1

печи,
<74 = Он ((з — 14),
где ан == ак + ал.
ак и ал определяются аналогично нахождению а„ по формуле (111.19):.]
а„ = аЦГ-й + спр/((3 - и) [(Гз/ЮО)4 - (П/100)4].
В приведенных уравнениях аналитического расчета неизвест^

ными являются величины <?, К, а„, ан, (2, <з.
Потери теплоты, стенками печи можно найти по формуле (Ш.12|Ц
9 = К(1\ — М-
При определении теплопоступления по указанной формуле отпа*

дает необходимость в нахождении температуры стенок печи Щ

в частности температуры внешней поверхности стенок печи. Мея

тем, определяя температуры поверхности ограждений печи, мож*

решить задачу технико-экономического плана. Пересмотр конетруй^

ций ограждений печи в сторону снижения температур поверхност

стенок печи связан с сокращением теплопоступлений в цех, а

довательно, с сокращением воздухообменов для ассимиляции изС

точной явной теплоты и, как следствие, с сокращением стоимос^

устройств вентиляции и экономии энергии и топлива. С ДРУ^Я

стороны, снижение внешних теплопотерь технологическими печа^Г

положительно сказывается и на расходе топлива и энергии

технологические нужды. Поэтому рекомендуется расчет тепловыдел

ний печами в окружающую среду производить графоаналитичес»|

методом, который дает удовлетворительные результаты.
1. Определяют количество теплоты, проходящей через 1 м стев

печи:
</з = К'((2 — ^з) •
Температуру внутренней поверхности стенки печи принимают

5°С меньше температуры газов в печи, т. е. (2 = /1 — 5°С. Коэф*

циент К' находят по формуле (111.20).
50
2.
стенки печи & Тогда количество теплоты, отдаваемой внешней

поверхностью стенки печи,
ч\= а„ (/‘з— /4).
При этом ан определяют по формуле
а„ = а 1/ТГ— и + с„р/(й — /4) [(Гз/100)4 — (Г4/ЮО)4].
3.
туры внешней поверхности стенки печи Й' и повторить расчет

в результате которого получим:
Яз = К'- /]');
Я 4'
(I
Ин (/" — /4).
>росч
4. Если и во второй раз получим неравенство <7" Ф <7", то

температуру внешней поверхности печи можно найти графоаналитическим методом. На графике (рис. Ш.4) наносятся значения

зависимости ц от (у. по горизонтали откладывают температуры

внешней поверхности стенки печи <з и
а по вертикали — количество теплоты, проходящей через 1 м2 —
поверхности стенки

печи и а также д.У и дУ при температурах соответственно /з и 1з■ Тогда

пересечение прямых <73—дз и <74—д\' покажет на горизонтали действительную температуру внешней поверхности печи /з, а по

вертикали — действительное количество теплоты, отдаваемой 1 м2

ностью печи.
Тепловыделения через открытые отверстия печей. Отдельно учитывается теплоотдача через открытые отверстия печей. Она происходит преимущественно излучением. Количество теплоты, передаваемой

излучением.
внешней поверх-
Рис. Ш.4. График для

определения температуры

наружной стенки печи
Со - клРт2с/60/{[(273 + 0/ЮО]4 - [(273 + /в)/100]4}, (111.21)
гДе к2
пГгл*Д" СредНИЙ К0эффициент диафрагмирования, учитывающий

и 0_1ценне теплоты стенками в зависимости от формы отверстия

печи Шени^ линейных размеров отверстия и толщины стенок

0тверсти °ПРеделяемый по графику (рис. 111.5); —площадь

1 ч), когЯ’ ^ суммарная продолжительность времени (в течение

да отверстие открыто, мин/ч; с—коэффициент излучения
51
--------------- page: 27 -----------
абсолютно черного тела; ( — температура внутри печи; — температура окружающего воздуха.
Однако ввиду того, что часть теплоты, излучаемой через небольшое по площади отверстие, при значительной толщине стенки
Рис. III.5. График для определения коэффициента диафрагмирования:
1 — круглое и квадратное отверстия; 2 — прямоугольное отверстие А : Б = 1:3;
3 — вытянутое отверстие
будет задерживаться (диафрагмироваться) стенками отверстия;

количество излучаемой через отверстие теплоты можно- определят"

по формуле
<Зо = клГотЧ2/60,
где </ — интенсивность изяу*'

чения, принимаемая по ри

III.6. Средний коэффициен

диафрагмирования
к, = (К + &д)/2,

где /гд определяется по

ношению А/Ь\ — по от:

шению Б/6; А, Б — высс

и ширина отверстия; б

толщина стенки (с отв^

стием) печи.
Пример 111.3. Определить

личество теплоты, излучаемой че

открытое отверстие печи. Разм

отверстия Л6 = 0,35-0,2 м; тап^

Рис. 111.6. График для определения ин- на стенки печи 6 = 0,36 м; тем

тенсивности излучения при открытых ратура внутри печи I = 11®*;

загрузочных отверстиях промышленных Отверстие открывается на 10

печей
52
Решение. По графику (рис. III.6) при /=1100°С находим интенсивность

изучения ^ = 186 000 Вт/м .
Определяем среднии коэффициент диафрагмирования, для чего находим
отношение
А/6 = 0,35/0,36 ~ I; В/6 = 0,2/0,36 = 0,56.
По графику (рис. 111.5)

Средний коэффициент диафрагмирования
к„ = (0,6 4- 0,46)/2 - 0,53.
Количество теплоты, поступающей из открытого окна печи в помещение цеха,

<3 = клГотц2/60 = 0,53 • 0,35 -0,2-186000 -10/60 = 1150 Вт.
Тепловыделения загрузочными дверками. Их определяют из

выражения
С2 = (^ъ.1 "Ь Ф<> (^л,
где (^,л — тепловыделения от печи через дверку, ф,, — тепловыделения через отверстие, когда дверка открыта; определяются

по формуле (II1.22); С?д — тепловыделение собственно дверкой,

когда она находится в положении «отверстие открыто».

Тепловыделение от печи через загрузочную дверку
<Э3.л = К (( - ЦРа (60 - 20)/60,
где К— коэффициент теплопередачи чугунной дверки, выложенной

изнутри шамотом, слоем в полкирпича; — площадь дверки;

к * ч (10~ время, когда дверка открыта).
Тепловыделение собственно дверкой (во время загрузки печи)

принимается равным половине тепловыделений через дверку, когда

°иа закрывает отверстие, т. е.
<2д= дзд2о/(б0-2).
Т4
епловыделения от продуктов сгорания. Они учитываются в том

ДУктьГ Когда по характеру производственных процессов эти про-

той- ПостУпают в помещение вместе с содержащейся в них тепло-
С? = 0<2Ет1,
(111.25)
53
--------------- page: 28 -----------
где С расход горючего, кг/ч; — теплотворная способность'^

горючего, кДж/кг; г) — коэффициент неполноты сгорания (для^

жидкого и газообразного топлива 11 = 0,9 -г- 0,97).
Тепловыделение с газами, выбивающимися из печи через^

загрузочное отверстие.
С? = ОС(/г —/в),
где С — количество выходящих газов, кг/ч; С — массовая тепло-3

емкость газов; (г — температура горения газов; 1В — температура';

окружающего воздуха.
Количество выбивающихся газов можно принять равным 2%)

от образующихся при сгорании в печи в течение 1ч.
Теплопотери подом печи, расположенным над сплошным фундаментом,
<3 = фЛА(* - и)/Б,
где <р — коэффициент, учитывающий форму пода (для круглог^

пода <р = 4,133; для квадратного ф = 4,58; для прямоугольного

Ф = 4,58 -т- 3,87 при вытянутых прямоугольниках); Рп — площадг

пОда, м2; А, — коэффициент теплопроводности пода; (, /в — соответ'

ственно температура печи и окружающего ее воздуха; О — ширин

пода или его диаметр, м.
Определение расхода теплоты на нагревание вносимых в пом

щение холодных материалов, когда их температура ниже /в. Есл

в помещение внести, например, холодный металл (в зимний период);

то происходит потеря теплоты помещением. Общее количестг"

теплоты <3, необходимое для нагрева металла,
<3 = Ст(1в — /„),
где С — теплоемкость металла; т — масса металла; 1В— те",

пература помещения; /н — начальная температура тела. ■ !

Расход теплоты по времени нагрева металла определяет.
следующим образом.
Конечная температура тела по истечении каждого часа разогре
1т = 1в-((в- /н)етС/(оЛ\
где а — коэффициент теплоперехода от воздуха к поверхн^-с.

металла, обычно 8—11 Вт/(м2*К); /ч— поверхность те-

тр — продолжительность разогрева (1, 2, 3 ч и т. д.); е — основан
натуральных логарифмов.
Количество теплоты необходимой для разогрева тела

часам, можно найти из выражений:
1)
<71 = Ст (1\ — /„),
I
Г[по формуле (Ш.28) |; т — масса тела; 1Н — начальная температура

тел а;
2)
Цч = Ст (12 — 11),
где [2
зогрева; Гу — начальная температура тела (в данном случае это

будет конечная температура по истечении первого часа разогрева).
Расчет следует продолжать до тех пор, пока конечная температура поверхности тела не сравняется с температурой воздуха

помещения.
Расход теплоты на нагревание холодных материалов. Их
ориентировочно можно определять аналогично подсчетам тепловыделений от остывающих материалов с учетом динамики разогрева:
<2 = цтС(( в — ^н),
где т — масса поступающего материала, кг/ч; С — теплоемкость

материала; (в, /„ — внутренняя и наружная температуры; ф —

коэффициент, учитывающий общую долю количества теплоты,

воспринимаемой за ка'ждый час; часто значение коэффициента

определяется величинами: за первый час разогрева ф = 0,5 (50%),

за второй ф = 0,3 (30%) и за третий ф — 0,2 (20%).
Потери теплоты через наружные ограждения. Метод определения потерь теплоты ограждениями рассмотрен в курсе отопления.

Следует отметить, что потери теплоты на инфильтрацию в промышленных зданиях имеют более существенное значение, чем

в общественных.
Теплота, воспринимаемая холодными поверхностями производственных агрегатов и трубопроводов. Речь идет о потерях теплоты

помещением в связи с тем, что температура поверхностей названного оборудования постоянно ниже температуры помещения.
Количество теплоты, воспринимаемой поверхностями с низкой
температурой,
С = иРг (4 — тв),

где а
п°ве К0эффициент теплообмена (тепловосприятня) холодной

холопа °СТЬЮ; ^ — поверхность тепловосприятня; тв — температура
ои поверхности.
Риведенный коэффициент излучения 4,64 Вт/(м2-К).
п°мещени**> ^
*
--------------- page: 29 -----------
Определить количество теплоты, воспринимаемой поверхностью.
Решение. Находим
ак = 2,25
и'М
а = а*
4- а- = 4.55 + 4.45 = 9 Вт/ (м2 • К).
Количество теплоты, воспринимаемой поверхностью с низкой температу

равно
<2 = 9-10(20 — 10)= 900 Вт.
Теплота, пошедшая на усушку материалов. Если есть необхол

мость, то следует учесть количество теплоты, затрачиваемой

усушку материалов,
<2 = ОуГ,
где Су — количество влаги, выделяющейся в помещении при усуиГ

материалов; г — скрытая теплота парообразования при температ

воздуха помещения.
Количество влаги находят в результате определения измене:;

массы материала за промежуток времени 2:
С = (0|-02)/2,
где С|, Сг— массы влажного материала в начальный и конечн

моменты времени.
Теплота, пошедшая на испарение влаги со свободной повег

ности, определяется из выражения
<? = 0„г,
где Си — количество испаряющейся влаги; г—'скрытая тепл

парообразования при температуре испарения.
Теплота, затрачиваемая на нагревание транспортных сред

поступающих в помещение. Транспортные средства одновреме

могут являться источниками выделения и поглощения теплС

из-за того, что некоторые детали (например, двигатели, радив

в автомобиле) имеют температуру выше температуры помещен

другие детали, наоборот, более низкую, чем температура помеще"

Поэтому при ориентировочных расчетах можно определять:
1)
I
<? = Е О, С (/. - 0.
56
где 2^1
! I
’ При необходимости учета динамики поглощения теплоты принимают в расчет, что в среднем в первый час поглощается 50%,

в0 второй —30 и в третий — 20%;
2)
<2= 20С(/ - 1В).
где 20 — масса нагретых .частей (с температурой ().
Динамика теплопоступлений может быть принята аналогично

указанной для учета расхода теплоты на обогрев холодных деталей.
В проектной практике для аналогичных расчетов пользуются

данными, содержащимися в технических условиях на проектирование отопления и вентиляции соответствующих предприятий или

хозяйств.
Тепловыделения от остывающих материалов (или изделий).
Они учитываются в тех случаях, когда нагретый материал поступает

в помещение. На практике иногда необходимо определять количество теплоты, выделяемой материалом, масса которого в процессе

остывания претерпевает фазовое превращение, например из жидкой

фазы переходит в твердую. При этом расчет теплопоступлений

производят следующим образом:
1) среднее значение тепловыделений материалом при переходе

его из жидкого состояния в твердое без учета динамики остывания
Ф = С[СЖ(Л| — 1цл) I Ч- Ст(Л|.1 -— Гк)] / (22 — 2|), (111.29)
где С — масса остывающего материала, кг/ч; Сж — теплоемкость

материала в жидком состоянии от 0 до 1ПЛ; Ст — то же, в твердом

состоянии от 0 до /к; (Пл — температура плавления материала; I„ —

температура материала в начале процесса остывания; I — скрытая

теплота плавления материала; /к — температура в конце остывания;
2
2
температурой /„ до температуры /к;
/ ' сРеДнее значение тепловыделений остывающего материала

пт, °го 11 твеРДого) за какой-то промежуток времени, без учета
Динамики остырання
<2 = |ОС(/, -/2)]/(г2 - г,),
где а
Риала- ^масса остывающего материала, кг;С — теплоемкость мате-

*2 — 2\ —1’ 12 нацальная и конечная температуры материала;

продолжительность остывания, ч.
--------------- page: 30 -----------
Более точным методом определения теплопоступления от осты-:]

вающего материала является расчет с учетом динамики остыва- I

ния, так как практически происходит нестационарный теплообмен,!

т. е. нужно определить время (продолжительность) охлаждения^

и соответствующую долю тепловыделений в каждый час, начиная'^

от времени внесения в помещение нагретого материала. Рассмотрев

ние подобной задачи см. выше (начало гл. .III).
В практических расчетах часто пользуются ориентировочными,

данными, полученными в результате экспериментальных наблюдений.'

Установлено, что чем больше масса единицы материала (или

изделия), тем больше времени потребуется на ее остывание. Режий

остывания чугунного литья в зависимости от массы изделий;

характеризуется табл. III.5.
Таблица 111.5. Теплопоступления

в зависимости от массы чугунного литья
Масса изделий, кг
До 200

200— 1 ООО

Свыше 1000
Распределение тепловыделений, %, за ч*
75
55
40
15
30
35
3-*
10
15
25
< ■ ■
Для правильного определения тепловыделений следует зна

график поступления в помещение нагретого материала в тече'

всех (подряд) часов рабочей смены (или смен). В этом случ

расчет теплопоступлений можно выполнить путем составле

графика (рис. III.7) или табл. 111.6.
Определим теплопостуш!
и ш и т ш ш ш
5
1(1(1
'ВО
Е
60
Щ
Щ
%
Ш1
ш,
40
V,
•Ч
сэ
го
~
гг
Ш-1
Шг
жг
I,

I,
ш3
щ
ъ
Ш3
4 5
Часы работы 6 смену
ния в помещение при охл

дении горячих чугунных от

вок массой каждая 200

1000 кг, поступающих равны"

партиями ежечасно в тече^

рабочей смены.
Из рис. III.7 и табл. II

видно, что при равномер^"

поступлении в помещение о.-

го типа изделий, начиная

3-го часа, максимальное
г» III *7 гг
Рис. 111.7. Диаграмма выделения теплоты
от чугунных отливок массой каждая количество тепло ,
200—1000 кг, поступающих равными
партиями ежечасно в смену:
I 8 — часы рабочей смены; /—VIII — партии отли-
вок. поступающих в цех: I,. I*. Ь - тепловыделения
одной партии в первый, второй и третий часы ЭТИХ Же расчетов ВИДНО,
Таблица 111.6. Теплопоступления при охлаждении чугунных отливок
№ партий

отливок
Охлаждение, %,
в часы рабочей смены
1-й
2-й
3-й
4-й
5-й
6-й
7 й
8-й
1
55
30
15
2

55
30
15

3


55
30
15

4



55
30
15
5




55
30
15

6




55
30
15
7






55
30
8
~




55
Итого .
55
85
100
100
100
100
100
100
выделение явной теплоты по часам смены все же не одинаковое: в первые 2 ч (после начала рабочей смены) тепловыделения составляют 55 и 85%. Следовательно, при расчете устройств

отопления это необходимо соответствующим образом учитывать.
Тепловыделения от паровых молотов. В результате работы молота

(при ков^е металла и поковке) выделяется теплота, количество

которой
<э = Оп(/, -/гК
где 0П— масса пара, поступающего к молоту, кг/ч; 1\ —энтальпия
пара перед пуском в молот; /г — энтальпия отработанного пара;.
т] — коэффициент, которым учитывается режим (непрерывность)
работы молота и, если их несколько, одновременность работы

молотов.
Необходимо помнить, что определяемое по формуле (111.31)

количество теплоты является явным, так как тепловая энергия

пара, поступающая к молотам при их работе, переходит в механическую работу при ковке металла и поковке (табл. III.7).
Таблица 111.7. Расход пара на молотах
ЧастСа- падаюЩих

Частей молота, т
Расход пара, кг/ч

Штамповоч
ные молоты
Молоты свободной

ковки
на работу
на обдув
0,5
1
680
14
600
2
970
14‘
920
3
1400
8
132а
4
1700
8
1600
2000
8
1850
59
--------------- page: 31 -----------
Теплота от пара, прорывающегося через неплотности трубопровода, не учитывается ввиду незначительности.
Теплопоступление от источников искусственного освещения

(в расчетный период суток). В зависимости от расчетного режима

работы вентиляции определяют теплопоступления в помещение

от искусственного освещения (Вт):
<2=1000^00,6,
где Д'осв — суммарная мощность источников освещения, кВт/ч*

В — коэффициент, показывающий, какая часть электроэнергий

переходит в теплоту, нагревающую воздух помещения.
Мощность освещения принимают по фактической или проек: ,

ной освещенности, исходя из норм уровня освещенности помещен

ний, приведенных в санитарных нормах.
Теплоту, выделяемую люминесцентными светильниками, котор’

устанавливают в непыльных (чистых) помещениях, целесообразн

удалять с помощью местных отсосов, проектируемых из расчет

70 м3 воздуха в 1 ч на 1 кВт установочной мощности светил!

ника. При этом от них отводится около 40% выделяющейся теплот

Удаляемый воздух от светильника нагревается на 17°. Летом эт

воздух выбрасывается наружу, в холодное время года его мож'

направлять на рециркуляцию (для отопления) зданий. Обычн

если лампы находятся непосредственно в помещении, в тепло

переходит 92—97% электроэнергии, затрачиваемой на освещенй-
Теплопоступление от инфильтрации воздуха. Под действи .

гравитационных сил и ветра происходит инфильтрация (проникани

воздуха через щели и неплотности в оконных и дверных прое '

и в очень малой степени через поры массивных ограждений в кол

честве С.
В случае превышения температуры и энтальпии наружи'

воздуха по сравнению с внутренним увеличится количество теплот

(явной и скрытой) в воздухе помещения.
Количество явной и скрытой <3„0лн теплоты, вносимой И

фильтрующимся воздухом в помещения в летнее время, опре..

ляется по формулам
(?я “ СС (/н — /в) При /н ^ ^в, ^Зполн — С (Ун Ув)»
где С — теплоемкость сухого воздуха; 1Н, 1В — соответственно

пературы наружного и внутреннего воздуха; /„, /в — соответств*

энтальпия наружного и внутреннего воздуха.
Нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструк

в соответствии со СНиП 11-3—79 «Строительная теплотехни

определяется по формуле
0„ = С Н\Р\ + О „2^2,
где С и! — воздухопроницаемость наружных стен и покрытий жилых

и общественных зданий, равная 0,5 кг/(м2-ч); то же, производственных зданий, равная 1 кг/(м -ч); О „2 — воздухопроницаемость окон
зданий, равная 10 кг/(м*-ч); Р\. /^ — соответствующая площадь
поверхностей, м2.
Тепловыделения от нагретых поверхностей зонтов. Их определяют по формуле
(2 =(ак + ал)(<„ — (В)Р,
где Ск а, — коэффициент теплоперехода от 1 м2 поверхности

конвекцией и лучеиспусканием; /п — температура поверхности, принимаемая равной температуре среды под укрытием (зонтом), °С;
I
(зонты), °С; Р—поверхность укрытия (зонта), м2.
Если над всей печью сплошь нависает зонт, то тепловыделения,

поступающие в цех, учитывают только от лучистой теплоты с боковых

поверхностей печи; конвекционную же теплоту и тепловыделения от

верхней части печи в этом случае не учитывают.
Тепловыделения от трубопроводов. Их определяют с достаточной

для практики точностью:
1) для неизолированных труб
<2 = пйаЦь — <0)/(1 + Р).
где (1 — наружный диаметр трубы, м; 1\—средняя температура

теплоносителя °С; 1п — температура окружающей среды, °С; / —

длина трубы; р — коэффициент, учитывающий дополнительные потери арматурой; а—коэффициент теплоотдачи, для воздуха при

слабом его движении определяется по приближенной формуле
а = 8 + 0,04/,', Вт/(м2-°С).

ляц2и) ^для изолированных труб (например, при двухслойной изо-
3= [2л(/, - ад/+_]_1П А + -^_1ПА.]> (Ш.35)
й\ Аг Й2 Аз из '
где /
(темп' Температура на внутренней поверхности трубопровода

верхн6*337^3 теплоноснтеля), °С; /о—температура наружной по-

ироводн™ изолянии, СС; Х|, 1.2, /..з — коэффициенты тепло-

й3< д _°СТи тР>’бы, изоляции первого слоя, второго слоя; й\, йг,

нэоляц лиаметры трубы внутренний и наружный, с первым слоем

ии, со вторым слоем изоляции.
61
--------------- page: 32 -----------
Таблица 111.8. Примфи*
Расход теплоты
Расчетные
периоды
года
тепло-

потери

! через

наружные

ограждения
на нагревание воздуха, поступающего

за счет инфильтрации
на нагревание холодных материалов
на нагревание транспортных

средств
на нагревание воздуха, поступающего

при открывании ворот
на нагревание охлаждающей

эмульсии в

станках
на испарение влаги

со свободной поверхности
Зимний
Переходный
Летний
другие
Пример 111.5. Определить тепловыделения поверхностью паропровода дли

1 м, внутренним диаметром — 140 мм, изолированного двумя слоями теп

изоляции толщиной 62 = 20 мм и 63 = 40 мм. Коэффициенты теплопровод:

трубы и изоляции соответственно Х| = 55 Вт/(м ■ °С), л2 = 0,037 Вт/ (м-

Лз = 0,14 Вт/(м-°С). Температуры внутренней поверхности паропровода 1\

и наружной поверхности изоляции и = 55°С. Толщина стенки трубы 61=5 *

Решение. Тепловые потери 1 м трубопровода с изоляцией
<2 = [2-3,14(300
-я/Ш
3
18140- + Ш718150 '+0Л418Т9б;-174
Тепловыделения от поверхности нагретой воды. Явная тепл,

с водной поверхности передается конвекцией и излучением,

можно определить по приближенной формуле
(3 — (4,9 3,5у)((г /в)/7в,
(III."
где V — скорость движения воздуха над водой, м/с; /„ — температу

воды,°С; 1В — температура воздуха, °С; Рв — поверхность воды,
Если в помещении происходит испарение влаги с откры'

поверхностей, причем теплота для нагревания жидкости и ее испа

ния подводится от внешних источников (электронагреват

змеевики и т. п.), то помимо учета поступающих в помеШ*

водяных паров следует учесть вносимую этими парами теп

Если в данном случае тепловыделения определяются по зйтр

тепловой энергии внешнего источнка, то отдельно определять те"

выделения от зеркала испарения и внешней поверхности об

дования, в которых происходит испарение, не требуется.
Тепловой баланс помещений. Итогом определения количес

явной теплоты, поступающей в помещение, является составлю

теплового баланса, в котором суммируются, с одной стороны, ра

теплоты, а с другой — поступление в помещение.
62
тепловые балансы
Т еплопоступлен ия
от
людей
от солнечной

радиации
при превращении механической энергии в

тепловую
от нагретых поверхностей оборудования
в результате остывания нагретых масс

материала
от источников искусственного

освещения
от продуктов сгорания
другие
итого
недостаток
теплоты
избыток
геплоты
Тепловой баланс составляют для трех расчетных периодов вентиляции: зимнего, переходного и летнего (табл. III.8).
Величины расхода и поступлений теплоты в помещение являются основными данными для проектирования отопительно-вентиляционных устройств.
Представляет большой интерес тепловой баланс по времени суток, т. е. расход и поступление теплоты во время работы предприятия и в перерывах. Для выявления оптимального режима работы

отопительно-вентиляционных устройств необходим тепловой баланс

по часам рабочего времени. Приведенный в табл. Ш.8 баланс

представляет расход и поступления явной теплоты. Аналогичный

баланс может содержать и графы поступления скрытой теплоты,

но это в том случае, когда происходит влаговыделение в помещении

и когда необходимый вентиляционной обмен определяется путем

построения процесса в /-{/-диаграмме.
«11.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЕОВЫДЕЛ ЕНИЙ И ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЙ

ПРИ ИСПАРЕНИИ ЖИДКОСТИ
Влага, выделяющаяся в помещении с открытой водной поверхности, может быть исходной величиной при определении воздухо-

скМена- Дальтоном (1803 г.) экспериментально установлено, что

р Р°сть испарения воды с открытой поверхности пропорциональна

т 0сти между давлением пара у поверхности воды при темпера-

ным ИспаРЮ1цейся жидкости и 100%-ном насыщении р\ и парциаль-
ческпДаПЛ6НИем паРа в воздухе р2. При нормальном барометри-

м давлении формула имеет вид
0/(гР) = р (р, — р2),
гДе /) /(гР\
воды в количество испаренной влаги с единицы поверхности

^ ~~ Пов,еднницУ времени, кг/(м2-ч); г—время испарения, ч;

Рхность испарения, м2; р — коэффициент испарения.
--------------- page: 33 -----------
Позже было установлено, что скорость испарения обратно про- %
порциональна барометрическому давлению (Па/м2), т. е.
.1
Ю/(гР) = Р (р, - р2) Ю1 325/ре,
где ре — барометрическое давление, Па; 101 325 — нормальное барометрическое давление, Па.
Числовое значение коэффициента р зависит от скорости воздуха,

направления по отношению к поверхности жидкости потока воздуха,

формы поверхности испарения и других факторов.
Жидкость испаряется при температурах поверхности ее выше

(рис. 111.8,а) и ниже (рис.

Ш.8,б) температуры окружающей среды. В первом случае поток теплоты, необходимой для

испарения, направлен от поверхности жидкости в окружающую

среду, во втором — из окружающей среды к поверхности жидкости.
Количественная характеристи-

ка теплообмена выражается уравнениями при Р = 1 м2.
Уравнение теплообмена
= а(^1 — 12),
где а — коэффициент теплообмена конвекций и лучеиспусканием

а = (ак + ал); 1\ — температура поверхности жидкости (если в дан- " •

ном случае /| > 12)\ (2 — температура окружающей среды.
Масса испаряющейся жидкости
С = рр (р\ — р2) 101 325/р6 или С = р (г'1 — ’г2) 101 325/р6,
где 21 — концентрация пара на поверхности при 100%-ном насы-

щении пара и температуре поверхности жидкости, кг/м3; г2 — кон- {

центрация пара в окружающем воздухе,’кг/м3; рр, р — коэффициенты

массообмена, отнесенные соответственно к разности парциальных

давлений и к разности концентраций.
Точность определения количественной характеристики тепло- й

массообмена в каждом конкретном случае зависит от правиль- §

ного выявления значений коэффициентов аир. Определение их

производится путем применения безразмерных формул, отобра- ^

жающих подобие физических процессов в критериальной форме:
•$
Гч[ц = / (Аг, Ке, Рг', Ьо),
а)
о1,
и >1,
Рис. 111.8. Схемы направления потока

теплоты в зависимости от температур

поверхности жидкости (/1) и окружающего пространства (12)
64
где Ыи, Аг, Рг', Ьо — критерии (соответственно) Нуссельта,

Архимеда, Рейнольдса, Прандтля, Ломоносова.
Критерий Архимеда (Аг) — гидромеханический критерий, используемый при анализе движения воздуха вследствие разности

плотностей в условиях естественной конвекции:
Аг = д13/х2 • (01 — ег)/еи

где д — ускорение силы тяжести, м/с2, / — определяющий размер

поверхности тепло- и массообмена,. м; V — коэффициент кинематической вязкости, м2/с; щ, д2 — плотности воздуха в пограничном

слое и на произвольном расстоянии от него.
Если теплообмен не сопровождается массообменом, то в условиях

естественной конвекции можно вместо критерия Аг применить критерий Грасгофа (Ог), в котором плотности воздуха заменяются

температурами:
Ог = (&/3Л2)(<, — 12) р,
где 1\, 12 — температура поверхности воды и температура окружающего воздуха; р = 1/273.
Критерий Рейнольдса (Ке) позволяет судить о гидродинамическом подобии процесса:
Ке - VI/V,
где V — скорость движения воздуха, м/с.
Критерий Прандтля (Рг) —термический, характеризующий

процессы теплообмена (процесс теплоотдачи):
Рг = х/а,
т
где а — коэффициент температуропроводности, м2/с.
Критерий Прандтля (Рг') —диффузионный, характеризующий

массоперенос (в том числе в процессах испарения):
Рг' = х/й,
где О — коэффициент диффузии, м2/с.
В общую формулу введен критерий Ломоносова (Ьо), учитывающий соотношение естественной и вынужденной конвекции:
Ьо = Аг/Ке2 = @13/х2 •• (с>| — Сг)/д1 • V2/(^>0' = §1/и2-{{>\ — егУбь
А. В. Нестеренко и Л. В. Петровым на основе экспериментальных исследований предложены следующие формулы, позволяющие

решать задачи по определению эффективности процессов тепло-
--------------- page: 34 -----------
и маесообмена при неизотермических условиях испарения. Формулы
имеют пределы применения.
При значениях с Ре<2-104; АгРг>6-107 рекомендуются
следующие формулы:
N11 = 0,113[1 + 0,5 (Ьо)~0-5Е] (Аг Рг)1'3; (Ш.37)

N11' = 0,1386 [1 +0,5 (Ьо)-0'5] (АгРг')1/3. (Ш.38) ’
При значениях Ке>2-104 Ьо^Рг|/3 рекомендуются формулы».
Ыи — 0,0337 [1 + 0,18(1 +1,о"'5) Ьо0-25] Ре°-8Рг1/3; (111.39)
Ыи' = 0,0398 [1 + 0,18 (1 + Ьо05) Ьо0'25] Ре0'8 (Рг7) 1/3.(Ш.40) Т
В формулах (111.37) — (111.40) соответственно Ыи, N1/ — кри-*

терий Нуссельта термический и критерий Нуссельта диффузионный.
Критерий Нуссельта (термический) устанавливает подобие температурных полей:
N11 = ак/Д.
Критерий Нуссельта (диффузионный) устанавливает подобие поле$

парциальных давлений:
Пи'= $1/0.
В формулах (111.41) и (111.42) ак — коэффициент конвекти:

ного теплообмена; К — коэффициент теплопроводности; $— коэф.:

фициент массообмена (м/ч, м/с); О— коэффициент диффузи

м2/ч (м2/с); I = \/ Р — определяющий размер; Р — площадь повер.-,
ности тепло- и массообмена, м2.
Количество теплоты и массы (воды) ни можно определит
пользуясь критериями Нуссельта:
<3 = N11 к/1\(1\ - к)Р)\

и}=Ш'0'/1\_^ - р2)Р\
(Ш.4
(III
где /1, /2 — температуры соответственно поверхности жидкс

и окружающей среды, рр2 — парциальное давление па^

жидкости на ее поверхности и в окружающей среде; П — коэф-,'

циент диффузии, отнесенный к градиенту парциальных давлен.'.

Формулу (111.44) можно представить в следующем ви
хю = N11 '0/1 [(С, - Сг)/7],
где С|, Сг—концентрации паров жидкости на поверхности И
окружающей среде.
Определение явного теплообмена с открытой водной поверх-.

иости методом применения безразмерных формул. Такой теплообмен происходит путем конвекции и лучеиспускания.
Коэффициент конвективного теплообмена с учетом геометрического фактора Н определяется формулой
' ак = -у- Ыи(Я)0-25,
где л — коэффициент теплопроводности воздушно-паровой смеси

в зависимости от средней температуры воды и воздуха; / — длина сосуда с водой по направлению движения

воздуха; N11 — термический критерий Нуссельта; Н — геометрический фактор, учитывающий влияние глубины расположения уровня

воды относительно кромок сосуда на интенсивность испарения.
Термический критерий Нуссельта "Определяется по безразмерной

формуле (111.37) или (111.39).
Геометрический фактор
Я = 1 + А к/1,
где АН — расстояние по вертикали по поверхности жидкости до

кромки сосуда.
Количество теплоты, отдаваемой поверхностью воды лучеиспусканием,
<2, = спр/г[(7’|/100)4 - (7у100)4]ф,
где спр — приведенный коэффициент излучения; Р — площадь поверхности; 7"|, Г2 — температуры поверхности жидкости и окружающего воздуха; -ф — угловой коэффициент.
Пример 111.6. Определить количество явной теплоты, поступающей • в помеще-

И6 рОТКРЬ|т°й водной поверхности ванны.
вод азмеР “анны Ь1 =1,2-1, температура воды в глубине I* = 35°С, уровень

спрЫ находитс*‘ на расстоянии Д/г = 0,08 м от кромки. Параметры окружающей

сторон =
ванны длиной 1 м, скорость воздуха над поверхностью ванны V = 1 м/с.

е ш е н и е. Определим коэффициент конвективного теплообмена:
ак =у N11 (7?)0-25,

Ределяем значения критериев Рейнольдса, Архимеда и Ломоносова:
Ке = и11\ = 1 • 1/15,89- Ю-” = 6,3-10';
Аг =8/лА2(ео - ц„/ео)= 9,8- 13/( 15,89- Ю~6)2-1,17 — 1,11/1,17 = 2,1 -109.
67
--------------- page: 35 -----------
где до — плотность окружающего воздуха; дп — плотность воздуха непосредственно ■

над поверхностью воды, принимаемая равной температуре ее, которая ориентировочно принимается на 2°С ниже температуры в толще воды; 1Г, = 35 — 2 = 33°С.
Тогда критерий Ломоносова получит значение
Ьо = Аг/Ке2 = 2,1 • 109/(6,3-104)2 = 0,53.
Критерий Рг = \/а при температуре <ср = (<| + ^)/2 = (33 + 18)/2 = 25,5,

Рг = 0,702.
Так как Ке = 6,3-104 > 2-10“ и Ьо = 0,53 < Рг1/3, то процесс протекает при

преобладающем влиянии вынужденной конвекции, поэтому для определения критерия N11 следует применить формулу (111.39);
N11 = 0,0337 [1 + 0,18 (1 + Ьо0 5) Ьо025] Ке08 Рг,/3;
N11 =0,0337 [1 + 0,18(1 + 0,53°-5)0,53°-25] (6,3-104)0,702|/3 = 262.
Коэффициент конвективного теплообмена
«К = ~ N11 (Я)0-26,
где к = 2,63 • 10~2, /= 1, № = 262; Я = 1 +М/1= 1 + 0,08/1 = 1,08,
откуда
аК = 2,63 • 10-2/1-262 (1,08)“-25 = 7 Вт/(м2• К).
Количество теплоты, отдаваемой поверхностью воды конвекцией,
(2К = а*Г(11 — 1г)= 7-1,2(33 — 18)= 127 Вт.
Количество теплоты, отдаваемой поверхностью воды излучением,
<2, = с„р1-- [(7-,/ЮО)4 - (7-2/100)> = 5,6-1,2 {[(273 + 33)/100]4 —
ф можно принять равным 0,9; 5,6 — приведенный коэффициент излучения, Вт/ (м2 - К).
В заключение определим общее количество явной теплоты ()„, отдаваемой

поверхностью воды:
(}„ = (2., = 127 + 87 = 214 Вт.
Пример 111.7. Температура воды 35°С. Уровень воды находится на расстоянии

АЛ = 0,08 м от кромок ванны. Скорость воздушного потока, омывающего поверхность ванны вдоль меньшей стороны ванны, V = 1 м/с. Параметры внутреннего

воздуха: температура / = 18°С; влажность ф = 50%; 1Т = 7,5 °С. Барометрическое давление рб = 745 мм рт. ст., р„ = 7,74 мм рт. ст. Определить количество

испаряющейся влаги с открытой поверхности ванны размером 1,2-1 м.
Решение. Предварительно найдем следующее: среднюю температуру поверхности испарения воды и воздуха /Ср (или температуру воздушно-паровой смеси),

коэффициент кинематической вязкости V, зависящий от и рс, коэффициент

диффузии й, а также плотности влажного воздуха в окружающей среде дв и в пограничном слое е„, критерии Рг', Ке, Аг, Ьо..
Определяем <ср с учетом, что температура поверхности на 2°С ниже температуры в толще воды:
(ср = [(35 - 2) + 18]/2 = 25.5°С.
68
Температуре 25.5°С соответствует коэффициент кинематической вязкости

у-о = 15,57 • 10 ; Рг = 0,702;
= 2,63-10 2 Вт/м-К; Рг|/1= 0,889 (Рг — одна из величин для выявления вида

формулы, по которой находится расчетная зависимость N11).
С учетом поправки на барометрическое давление коэффициент
V= 4,-760/р6= 15,57-10-6-760/745= 15,89-Ю-*1 м2/с.
Значение коэффициента диффузии находится по формуле
й = 0,0754 (7У273)1-89 760/р6,

где Т—температура воздушно-паровой смеси;
й = 0,0754[(25,5 + 273)/273]'*89 760/745 = 0,091 м2/ч.
Плотность влажного воздуха окружающей среды и в пограничном слое нахо-

дим по формуле
С = 273/7-(рб/760 — 0,378 р„/760);
бп. = 1,293-273/(73 + 18)[745/760 - 0,378-7,74/760] = 1,17 кг/м3;
С* зз = 1,293-273/(73 + 33) [745/760 — 0.378-37.73/760] = 1,11 кг/м3.
Находим значения критериев:
Рг' = у/й = 15,89-10 ?-3600/0.091 = 0,629; Рг|/3 = 0,889;
Ре = у1/\ = 1 • 1/(15,89- 10~и) = 6,3-104;
Аг = ёР/х2 (до - е„)/№ = 9,81 -17(15,89-10 6)(1,17 -— 1,11)/1,17 = 2,1 • Ю9;
Ьо = Аг/Ке2 =2,1 • Ю9/(6,3-104)2 = 0,53. ’
Так как Ке = 6-10 >2-104 и Ьо = 0,53 <С Рг' (0,889) (см. условия применения формул по определению N11), то для определения критерия №1' следует применить формулы (111.39), (111.40) при преобладании влияния вынужденной конвекции.
Подставим теперь найденные величины в формулу (111.40):
№1' = 0,0398[1 +0,18(1 + 0.53е-5) 0,53°-25] (6,3-104)0-8-0,629‘'3 =298.
Вносим поправки в величину N11' в связи с учетом влияния геометрического

Фактора Я на скорость испарения:
Я = 1 + АН/1 = 1 + 0.08/1 = 1,08.
Тогда N11',, = Nи'(Я)0■25 = 298-1,08е-25 = 304.
Определим концентрации водяных паров в пограничном слое сП и в

икРужающем пространстве св:
= р„/[3,463(273 + /„)] = 37,73/[3,463(273 + 33)] = 0,0355 кг/м3;

с» = ро/[3,463(273 + /в)]= 7,74/[3,463(273 + 18)] = 0,00767 кг/м3.
69
--------------- page: 36 -----------
Сделаем проверку предварительно принятой температуры поверхности испарения

(/„ = 33°С) по формуле Л. В. Петрова:
(V
544/Б
Д2Ыи'„
О/
(2720.
(111.45)
где А и Б — параметрические комплексы;
А = Ь'к + гтй, Б = ЬЦ/Ж — /„) гтО(/ж — <р),
где X - - коэффициент теплопроводности воздуха; г — скрытая теплота парообразования; т— коэффициент пропорциональности, кг/(м3-град); й — коэффициент

диффузии. м2/ч; /к — температура воды в толще, град; 1„ — температура поверхности воды, град; /г — температура воды по сухому термометру, 1е\ 1Г — температура точки росы, град; / — определяющий размер; Ь — коэффициент гидродинамических условий.
Величина Ь зависит от гидродинамических условий протекания процесса и имеет

следующие значения: при Ке<2-104; АгРг = 2-106 6=0,858; при Ке>2-104;

1д>< Рг|/3 6 = 0,89.
Находим коэффициент пропорциональности т по соотношению
т =(с„ — с„)/(/„ — /,)= (0,0355 — 0,00767)/(33 — 7,5) = 0,00109 кг/(м'!• град).
Скрытая теплота парообразования при /„ =33
г = 690,4 — 0,68/,, = 690,4 — 0,68-33 = 668,6 Вт/кг.
Определим величины А и Б:
А = Ь1 + гтй = 0.89-2,63-10~2 + 668,6-0,00109-0,091 = 7,86-10~2;
Б = ЬЦ1Ж — /в) + гтЯ(/„ — /р) = 0,89-2,63- Ю“2(35 — 18) + 668,6Х

Х0.00109-0,091(35 — 7,5)= 1,933.
Подставим найденные величины в форг^улу (111.45):
/,, = 35- 7,86-10-2.304(д/ 1 + (7^бП0^1и ~ 0 /(272-1) = 33,02?С.
Полученная величина /„ подтверждает правильность расчетов на 1К = 33°С,

принятой предварительно.
Определим значение коэффициента массообмена:
Р = -у Мц'дЗр,
где новой является величина 5Р — параметр Стефана, который можно определить

по формуле
Рй
1п
ре, — р<>
Рп Р О Рб Рп
Находим значение 5Р:
5Р =
745
1п
745 - 7,74
тогда
" 37,73 - 7,74 745 - 37,73

р = 0,091 -304-1,008/1 = 27,9 м/ч
1,008,
70
В завершение определяем массобмен — количество испарившейся воды с

поверхности ванны:
ш = — св) = 27,9-1,2(0.0355 — 0,00767) = 0,928 кг/ч.
Найдем количество скрытой теплоты <2С, поступающей в воздух помещения

вместе с водяными парами:
<Зс = гит,
где г — скрытая теплоты парообразования при температуре поверхности /„ = 33°С;

г = 2500 — 2,38-33 = 2422 кДж/кг,
откуда
О,- = 0,928 ■ 2422 = 2260 кДж/ч.
Пример 111.8. Определить количество воды, испаряющейся с поверхности пола

мокрого цеха, при следующих условиях: температура воздуха помещения /в = 18°С,

относительная влажность ф = 70%. Барометрическое давление р6 = 745 мм рт. ст.

Площадь пола Р= 15-24 = 360 м . Вода покрывает пол тонкой пленкой.
Решение. Известно, что вода, длительное время находящаяся на полу,

принимает температуру 1„ мокрого термометра.
По /-^-диаграмме находим I воды на полу: при /в = 18°, <р = 70%, /„ = 14,6°С.

Определяем значения критериев Архимеда Аг, Прандтля Рг' (диффузионного),

Нуссельта Ыи' (диффузионного).
Критерий Архимеда
Аг =
где д — ускорение земного тяготения (^ = 9.81 м/с2); /. — определяющий размер

(I = /Г = (/360 19 м); V—коэффициент кинематической вязкости воздуха,

м/с. рп — плотность воды у пола; рс — плотность воздуха помещения. Находим

значения д„ и (>с. При /„ = 14,6°С, ф= 100%.
6« = 1,293-273/Г(рб/760 — 0,378р„/760) = 1,293-273/(273 + 14,6) (745/760 —
— 0,378-12,47/760) = 1,196 кг/м3.
При /в = 18°С; ф = 70% парциальное давление паров (при ф= 100%)
е< = 1,293-273/Т(рб/760 - 0,378 Рг'(р/760) = 1,293-273/(273 + 18)(745/760 - 0,378-15,48-0,7/760)= 1,182 кг/м3.
По графику находим значение кинематической вязкости воздуха: при < =

= (18 + 14,6)/2 = 16,3°С V = 14,75- 10~6 м2/с.
После подстановки найденных величин определим Аг:
Аг = 9,81 • 197(17,75-10“6)2(1,196 - 1,182)/1,196 = 5,33- 10й.
г Определим критерий Рг' (диффузионный):

г — V/О, где О—коэффициент диффузии;
0 = 0,0754■ 760/р„(Т/273)'89 = 0,0754 • 760/745[(273 + 16,3)/273]1 89 = 0,0826 м2/с.

Рг' = 14,75-10-6/0,0826 — 3600 = 0,64 (относим к часу).
--------------- page: 37 -----------
Определяем критерий N1/ (диффузионный):
Ыи' = 0.66 (Аг Рг')0-26 = 0,66 (5,33-1011 -0,64)Р-26 = 983.
Определяем значение р:
Р= N^0/1 = 983-0,0826/19 = 4,28 м/ч.
Находим влаговыделение (испарение):
с 1 м2 поверхности пола
ш' = Р(р, —Р2) 760/рв = 4,28 (21,47— 10,82)760/745 = 7.23 г/(м2-ч);
со всей площади
Зля) = тР = 7,23-360 = 2620 г/ч.
111.3. ОПРЕ.ДЕЛГ НИЕ РАСЧЕТНОГО КОЛИЧЕСТВА ВЫДЕЛЕНИЯ

САЗОВ И ПАРОВ
Определение количества газопарообразных вредностей нередко

производится на основании достаточно проверенных экспериментальных данных.
Источниками изменения газового состава воздуха могут быть

люди; имеется в виду выделение ими углекислоты и других органических веществ, количество которых в выдыхаемом воздухе

пропорционально количеству углекислоты. Углекислота поэтому служит критерием для оценки испорченности воздуха, обусловленной

физиологической жизнедеятельностью человеческого организма.
В помещениях промышленных зданий выделение вредных газов

и паров вызывается химическими реакциями, испарением из сосудов при открыто проводимых процессах. Вредные вещества могут

поступать в воздух производственных помещений через неплотности в аппаратуре и трубопроводах, при повышенном давлении

в последних или вследствие разности концентраций веществ в

аппарате и в воздухе помещений, при усушке материалов и т. д.
Методы расчета количества выделяющихся газов и паров. Количество газов С (кг/ч), выделяющихся из оборудования, находящегося под давлением, подчиняется закону адиабатического истечения струи через отверстие по формуле Н. Н. Репина
С = т)с1/ ]/М/Т ,
где г) — коэффициент запаса, вводимый в расчет в связи с ухудшением герметичности оборудования в период его эксплуатации между

испытаниями на герметичность (1] = 1,5 -Ь 2); с — коэффициент,

зависящий от давления газов или паров в аппаратуре и степени

герметичности оборудования (табл. Ш.9); V—внутренний объем
72
аппаратуры и коммуникаций, находящихся под давлением; М —

молекулярный вес газа или пара; Т — абсолютная температура

газа или пара, К.
Следует отметить, что формулой Н. Н. Репина с коэффициентом

с можно пользоваться, если оборудование подвергается испытанию на герметичность и в результате испытания степень герметичности т, определяемая по формуле (111.47), будет меньше или

равна величине, указанной в табл. 111.9:
ш = (р, — р2)/(тр,),
где р\ и рг — рабочее давление в оборудовании соответственно

в начале и в конце испытания его на герметичность; т — продолжительность испытания, ч.
Таблица 111.9. Значения ш и с
Абсолютное давление в

аппаратуре (105 Па)
1,96
1,96
6,9
15.7
40
156
393
Герметичность т
0,04
0,03
0,01
0,005
0.002
0.0005
0.0002
Коэффициент с
0,121
0,166
0,182
0,189
0.250
0,298
0,310
•Из табл. Ш.9 видно, что до 40- 10а Па среднее значение коэффициента с х 0,16, тогда формулу (111.46) можно написать в виде
С = 0,16г)1/ /ЩТ.
(
В условиях нормальной герметизации при ш ^0,03 и г] = 1,5

под давлением до 10-105 Па количество газов, проникающих через

неплотности аппаратуры и трубопроводов,
С = 0,241/ /Ж/Т. ’
Газо- и паровыделения при усушке материалов, находящихся

в помещении, смоченных или пропитанных летучими веществами,

можно определять весовым методом, пользуясь формулой (кг/ч)
0 = (С, - С2)/(22 - 2,),
где С, — масса материала в начальный момент времени, кг;
2
чальный момент времени, ч; 22 — конечный момент времени, ч.
73
--------------- page: 38 -----------
Определение количества газов, выделяющихся в результате химических реакций, может быть проведено по соответствующим формулам этих реакций, однако следует иметь в виду, что в качестве

химических реакций могут применяться нехимически чистые вещества и вследствие этого в помещение могут выделяться и побочные

продукты. Приведем пример определения количества выделяющихся

газов и паров.
Количество оксида углерода, выделяющегося при заливке

чугуна в конвейерных литейных (г/ч),
0=130^г°-6,
где ц — количество заливаемого чугуна, т; г — время от начала

заливки до момента попадания залитой опоки в кожух, мин.
В среднем можно считать, что из 1 т залитого чугуна в час

выделяется от 800 до 1800 г окиси углерода. Меньшая величина

соответствует отливкам большого размера, большая — мелким

отливкам. В расчетах нередко принимается средняя величина —

1300 г на 1 т заливаемого чугуна в час.
- ? \ * При определении воздухообменов в цехах химических заводов

возникает необходимость определения количества испаряющихся

веществ, начиная с маленьких капель и кончая площадями, залитыми химическими веществами (в ваннах, на полу цехов, и др.).

Общая теория и расчетные формулы для решения задач по переносу

веществ описываются дифференциальными уравнениями аналогично,

процессам переноса теплоты. Конкретные задачи решаются с помощью безразмерных формул, полученных в результате экспериментальных исследований.
Процесс переноса вещества описывается эмпирическим уравне-
нием
1Ми' = с (Ог Рг')(111.52) (
где N11' = §о<1/й — критерий Нуссельта для процессов испарения; 5

Рг' = V/О—критерий Прандтля для процессов испареиия; Ог = 4

= [^3(0о — Рж)Му Рж) — критерий Грасгофа; с — коэффициент, зависящий от краевых условий, формы и режима свободной конвек- -1

ции; п —- показатель степени, зависящий от режима свободной

конвекции (применяется от 0 до 1/3); —массовая скорость

испарения — количество вещества по массе, испаряющегося с единицы поверхности в единицу времени и отнесенного к единице,

разности концентраций на поверхности испаряющейся жидкости-

и в окружающем воздухе, м/с; с? — определяющий размер, м;
V — коэффициент кинематической вязкости, м2/с; §—ускорение

силы тяжести, м/с2; — плотность воздуха в окружающем пространстве, . кг/м3; дж — плотность воздуха над поверхностью жидкости при ее температуре, кг/м3; О — коэффициент молекулярной

диффузии, м2/с.
Решение задачи для трех режимов:
1.
Ог Рг' <1; п = 0. Около поверхности жидкости — пленка неподвижного воздуха большой толщины. Перенос вещества от поверхности через эту пленку происходит путем диффузии.
Объем паров V, испаряющихся в единицу времени с 1 м2

поверхности, по формуле Стефана для рассматриваемого режима
V = 20 а 1п(В - Ро) /(В- рж),
где В — барометрическое давление, мм рт. ст.; рт — парциальное

давление в насыщенном воздухе непосредственно над поверхностью

жидкости при температуре испарения; ра — парциальное давление

паров в окружающем воздухе, мм рт. ст.
Так как величины р0 и рж малы по сравнению с величиной В,

то величину V (м3/с) можно найти по упрощенной формуле
К = 2Ш(рж -ро)/В.
2.
= I /4. Ламинарный режим движения воздуха около поверхности

испарения наблюдается при 2-102 < Ог Рг'< (Ог Рг')кр (критическое). Критериальное уравнение для ламинарного режима движения
имеет вид
N11' = с (ОгРг')1/4.
Решив уравнение (III.55), получим формулу, по которой определяется количество паров (г/ч), испаряющихся с поверхности:
С = Юбс/^ж - )<Г 1/4Д1/2 (Ае/0ж)1/4 Рг'~1/4, (111.56)
где с = 1 при испарении с горизонтальных поверхностей жидкостей,

пары которых легче воздуха; с = 0,55 при испарении с горизонтальных поверхностей жидкостей, пары которых тяжелее воздуха;

Чо, — концентрация паров в среде, окружающей источник, и над

его поверхностью, г/м3.
3- Турбулентный режим. Характеристика режима: п =
п 1/3‘ При турбулентном режиме течения критериальное уравнение <111.52)

принимает вид
N11' = с (Ог Рг') 1 /3.
75
--------------- page: 39 -----------
Решая уравнение (111.57), получаем (г/ч)
с = 504с/г(^ж - до) />|/3(Рг')1/3 (Ле/еж)|/3; (Ш.58)
с = 0,18 (при дж < е„); с = 0.08 (при дж > о0).
111.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВ ВЫДЕЛЯЮЩИХСЯ ВРЕДНЫХ ВЕШЕСТВ *

НА ДЕЙСТВУЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
Проведение экспериментальных исследований по определению

количества вредных выделений является базой для выявления удель- '

ных величин выделяющихся теплоты, газов и паров, отнесенных [

к 1 ч и на единицу вырабатываемой продукции, или на единицу *

основного технологического оборудования, или на 1 м! внутреннего
объема здания.
Эти исследования могут дать представление о характере *
распределения температур и концентрации выделений в виде ;
коэффициентов распределения температур т и распределения I
концентраций газов или паров тг:
т = (/р.з - /п) / ((ух - /п);
*Пг == 0?р.з *?п)/(<7ух *?п),
•1,
где /р., и <?р.з — температура и концентрация выделений в рабочей,!

зоне; <ух и <7ух — то же, в уходящем воздухе; 1„ и <?„ — то же, “
в приточном воздухе.
При выполнении' испытаний и обработке их результатов, све-;.

денных в теплогазовоздушные балансы, значения т и тТ, а также’

данные об удельных величинах выделяющихся вредностей могут,

быть в дальнейшем использованы для проектирования только в том-

случае, когда фактический воздухообмен был достаточен для созда~

ния в рабочей зоне условий, требуемых санитарными нормами-
111.7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗДУХООБМЕНОВ ВО ВЗРЫВООПАСНЫХ

ПОМЕЩЕНИЯХ ПРИ НАЛИЧИИ ГАЗОВ И ПАРОВ. ОБРАЗУЮЩИХ

С ВОЗДУХОМ ВЗРЫВЧАТЫЕ СМЕСИ
При смешивании некоторых газов и паров с воздухом могут)

возникнуть взрываемые смеси, которые при подводе теплоту

(электрическая искра, пламя спички или свечи) могут взорваться

Особенностью взрывоопасных смесей является наличие для них дву"

пределов взрывоопасных концентраций—нижнего и верхнег

(табл. 111.10). Низшим является предел концентрации газов и паро~

ниже которого взрыв не последует, верхним — предел концентрату

вещества, выше которого взрыва также не последует из-за недостатК

кислорода, необходимого для реакции взрыва.
Таблица НЕЮ. Данные о взрывоопасных пределах концентраций
Пределы взрывоопасных концентраций
Наименование газов
нижний
верхний
нижний
верхний
по объему, %
по массе, мг/л
Аммиак
Бензол
Бензин
Водород
Метан
Окись углерода

Этиловый спирт

» эфир
16
1.4
2.4

4,1

5,3
12,5
4,0
1,7
27
7
4,9
74
14
74
19
26
111,2
49,66
137
3,362
34,45
142,5
75,2
21,51
187,65
223,3
281
60,68
91
843,6
351,2
787,8
При расчете воздухообмена для щелочных аккумуляторов в

качестве расчетной вредности принимается водород, выделяющийся

при зарядке и работе аккумуляторов. При кислотных аккумуляторах вредностью являются выделяющиеся пузырьки серной кислоты,

заполненные водородом. Вентиляция аккумуляторных устраивается

с преобладанием вытяжки над притоком. Воздух удаляется из

верхней и нижней зон в связи с неравномерным распределением

вредных выделений. Вытяжные вентиляторы и электродвигатели

к ним применяют во взрывоопасном исполнении, исключающем

образование искр упри работе вентиляционных агрегатов, и размещаются, как правило, за пределами аккумуляторного помещения.
Подача приточного воздуха производится клапаном перетекания

воздуха из коридора или помещений, примыкающих к аккумуляторным, или путем устройства специальной приточной вентиляции.

Воздухообмен в операторных помещениях аккумуляторных принимается не менее 8 крат/ч.
Для определения взрываемости газовоздушных смесей применяют формулу Ле Шателье
100/(«1 /аг| 4- п2/х2 + Пъ/Хъ + ... + Пп/Хп), (III.61;
Где п 1, п-2, пз
в Смеси, % по объему; Х\, хг, *з, ..., хп—пределы взрываемости

составных частей смеси, % по объему.
Концентрация газов с точки зрения взрывобезопасности не

Должна превышать 30% (по объему) нижнего предела взрываемости.
77
--------------- page: 40 -----------
III
П ]|.;|ОТЫ И В-! м г.
При расчете воздухообмена в помещениях, в которых не предусматривается устройство кондиционирования воздуха, в качестве

расчетных параметров наружного воздуха для летнего и зимнего

периодов принимают параметры А (т. е. среднюю температуру

самого жаркого месяца и соответственно среднюю температуру

самого.холодного месяца, например для Москвы = 22,3°С и

/н = — 14°С. Наибольший воздухообмен, как правило, получается

при летнем режиме. Объясняется это тем, что в теплый период

года тепло- и влагосодержание наружного (приточного) воздуха

являются наибольшими, вследствие чего ассимилирующая способность по теплоте и влаге становится минимальной. Поэтому производительность приточных и вытяжных вентиляционных установок

следует рассчитывать для летнего режима.
В зимнее время можно уменьшить количество вентиляционного

воздуха путем соответствующего количественно-качественного

регулирования. Если вентиляцию частично осуществляют через-

открытые окна, то за расчетный режим принимают расчетную наружную температуру переходного периода 1„= 10°С.
Так как расчетная наружная температура общеобменной'

(без местных отсосов) вентиляции в зимний период выше расчетной,

температуры для отопления (которое рассчитывается на наружную

температуру по параметрам Б для Москвы /„ = — 25°С), то при:

понижении наружной температуры ниже параметров А допускаете-

соответственно уменьшать количество наружного • приточного^

воздуха.
Относительная влажность в системе вентиляции (без кондицио-1,

нирования) не нормируется, так как поддерживать заданное зна»;

чение относительной влажности затруднительно.
При расчете зимнего режима, как правило, количество венти-*

ляционного воздуха принимают равным полученному для летнег'

режима. В зимнее время, при отсутствии в помещениях выде’’

лений вредных газов и пыли, можно применять частичную рецир

куляиию внутреннего воздуха, что влечет за собой снижение расход

теплоты на подогрев приточного воздуха и, следовательно, экон"

мию топлива.
Определение воздухообмена в помещениях с избытками теплоты и вл
Пример. 111.9 Определить воздухообмен зрительного зала кинотеатра на 300 м

(для летнего и зимнего режимов). Расчет производим сначала для летн
(теплого) периода года.
Расчетные параметры для летнего режима: наружная температура <„ = 18

относительная влажность = 60%. абсолютная влажность =8,0 г/кг сух. во

Внутренняя температура принимается летом на 3°С выше наружной при относ

тельной влажности фв не выше 70°С.
78
Расчетные параметры для зимнего режима: наружная температура <н =

= — 23СС, относительная влажность ф„ = 86%, абсолютная влажность с!„ —

= 0,5 г/кг сух. возд.
Решение. Расчет для летнего режима. Определяем количество

явной теплоты, выделяемой людьми в помещении зрительного зала:
<3, = 58-300-3,6 = 62 800 кДж/ч,
где 58 Вт/чел — количество явной теплоты, теряемой человеком в 1 ч; 3,6 — коэффициент перевода Вт в кДж/ч.
Находим количество влаговыделений:
0 = 50-300= 15 000 г/ч,
где 50 — количество влаги, выделяемое человеком, г/чел.
Вычисляем скрытую и явную теплоту от влаговыделений:
= (2500 + 1,80^/1000 = (2500 + 1,8-36)15 000/1000 = 38 500 кДж/ч.
Тепловыделение от солнечной радиации 12 500 кДж/ч.
Определим значение углового коэффициента е:
е = (62 800 + 38 500 + 12 500)/15 = 120 800/15 = 8053 кДж/кг.
Строим процесс в /-^-диаграмме (рис.
Ш.9). Для нанесения процесса на 1-Л-

диаграмму воспользуемся значением е =
= 120800/15, числитель и знаменатель которого разделим на 10 000 (в соответствии

с масштабом /-^-диаграммы), получим е =
= 12,08/0,0015.
На /й-диаграмме найдем точку /
(по = 18,0 °С и <1„ = 8,0 г/кг сух. возд.);

от точки I по = сопб1 отложим величину
12,08
проведем линию адиабаты /г = 50,0 кДж/кг

сух. возд.
От абсциссы точки 1 в направлении оси

с1 откладываем в масштабе влагосодержания

величину 0,0015 кг/кг сух. возд. (или 1,5 г/кг

сух. возд.) и проводим линию й = сопз1,

которая, пересекаясь с адиабатой /г, дает

точку фиксируемую на адиабате /г.
Через точки / и 3 проводим прямую,

которая является лучом процесса изменения

состояния воздуха в помещении.
Определяем воздухообмен для ассимиляции теплоты и влаги:
О, = <Э/(/2 - /,) = 120 800/(50,0 - 38,0) = 10 100 кг/ч;
С., = С/(* — а,) = 15 000/(9,5 — 8,0) = 10 000 кг/ч.
Выводы: приведенный метод определения воздухообмена дает возможность определить температуру уходящего воздуха. В данном случае удалять воздух следует

Непосредственно под потолком, а подачу приточного воздуха осуществить на высоте

~3 м от пола.
Рис. 111.9. Графический (с помощью

/-^-диаграммы) расчет воздухообмена при летнем режиме
79
--------------- page: 41 -----------
Расчет тепловлаговыделений был приведен исходя из условия 100%-ного занятия имеющихся мест. Между тем, как показали проведенные исследования,

в дневное время количество зрителей не превышает 50%, т. е. вместо 300 можно

вести расчет на 150 человек. По действующим нормам количество воздуха на одно

зрительное место должно быть не менее 20 м3/ч (в нашем примере-на одно место

28 м3/ч). Сказанное позволяет считать допустимой температуру уходящего’

воздуха 26°С.
Расчет для зимнего режима. Определим количество явной теплоты,

выделяемой людьми:
<?, = Г10-300-3,6 = 119 000 кДж/ч,
где 110 — тепловыделение человеком, Вт/чел.
Определяем влаговыделения людьми:
О = 40-300 = 12 000 г/ч = 12кг/ч,
где 40— влаговыделение одним человеком, г/(чел.-ч.).
Находим скрытую и явную теплоту от влаговыделений:
<?2 = (2500 + 1,8-16) 12 = 30 400 кДж/ч.
Потери теплоты помещением составляют 27 800 Вт (100 000 кДж/ч).
Производим расчет воздуховодов и подбор вентилятора на количество •

воздуха, полученного при расчете воздухообмена для летнего режима. Ввиду того

что в помещении имеются теплоизбытки [119000— 100000=19000 кДж/ч],

при отсутствии выделений пыли и газа применим частичную рециркуляцию внутг

реннего воздуха, которая влечет за собой экономию теплоты и топлива, расходуемого (

на нагревание приточного воздуха.
Находим количество рециркуляционного воздуха:
Ср — С0бщ Си,
л
где С общ — количество воздуха, определяемое при расчете для летнего режима; !

Он— количество наружного воздуха, определяемое из расчета по борьбе с СОг

(для удовлетворения санитарно-гигиенических норм).
Определяем воздухообмен по СОг:
= 23 • 300/(2 - 0,6) == 4920 м3/ч,
где 23 — СОг, выделяемое человеком, л/(чел-ч); 2 — допустимое содержание 'а

СО2 в воздухе помещения для кратковременного пребывания в нем, л/м3; 0,6— 1

концентрация СОг в наружном воздухе, л/м3; переводим ЬСОг в кг/ч:
Он = 6 со, = /-СОг е-23;
0-2з = Рб-0,465/7" = 745-0,465/[273 + (—23)] = 1,37 кг/м3.
6СОг = 4920-1,37 = 6750 кг/ч — это и есть 0Н.
Количество рециркуляционного воздуха-
Ор = Оо6ш - 0С№ = 10 000 - 6750 = 3250 кг/ч.
Переходим к изображению процесса обработки воздуха на /-^диаграмме!!

(рис. ШЛО).
Наносим точку Н — — 23°С, <рн = 86%, й„ = 0,5 г/кг сух. возд.).
80
Определяем ассимилирующую способность наружного воздуха:

Дйц = 0/Ссо, = 12 000/6750 = 1,78 г/кг сух. возд.
Влагосодержание внутреннего воздуха в этом случае будет
= (1„
На оси абсцисс наносим значение с1в = 2,28 г/кг сух. возд.
Проводим из точки = 2,28 прямую

до пересечения с изотермой 16°, получаем

точку В (состояние внутреннего воздуха).
Соединяем точки В и Н прямой линией

смеси внутреннего и наружного воздуха.
Определяем положение точки С смеси,

для чего рассмотрим пропорции 0Общ/(#В) =
= 0„ар/(ВС),получаем 0о6щ/12,6 = 0„ар/(ВС),

откуда ВС = 8,5 см, #В=12,6 см (длины

участков в сантиметрах).
Отложив отрезок ВС, определим параметры точки С (состояние смеси наружного и внутреннего воздуха).
Параметры точки С : I,- =—10,5°, /с =
= —8,3 кДж/кг сух. возд.; <^с=1,1 г/кг

сух. возд.
Определяем луч процесса в помещении:
Е = (119 000 + 30 400 — 100 000)/12 = 4110.
Проводим луч (4110) через точку>В.
Проводим луч подогрева от точки С

до пересечения с лучом е = 4110, получаем

точку П; <„=14°С, /„=16,7 кДж/кг сух.

возд. С параметрами точки П воздух

поступает в помещение.
Определяем количество теплоты, необходимой для подогрева воздуха от точки

С до точки П:
(3=10 000 (/„ - /г) = —
/1Н=0,5У / (1е-2,28г/кг сух. возд.
«
Рис. 111.10. Графический расчет

воздухообмена при применении рециркуляции при зимнем режиме
81
--------------- page: 42 -----------
Г Л А В А ! V
ОРГАНИЗАЦИЯ ВОЗДУХООБМЕНА В ПОМЕЩЕНИИ
IV.!. ОСНОВЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ВОЗДУХООБМЕНА
Вентиляция помещений представляет собой процесс переноса

объемов воздуха, вытекающего из приточных отверстий, а также

движение воздуха, обусловленное всасывающими отверстиями.

Характер воздушных потоков зависит от формы и количества

приточных отверстий, их расположения, а также температуры и

скорости, с которыми воздух поступает в помещения.
На характер распространения воздушных потоков оказывают

влияние работа технологического оборудования и, кроме того,

конструктивные элементы здания. Задача специалиста, проектирующего вентиляционные устройства, учесть характер движения воздушных масс в помещении, с тем чтобы в пределах рабочей зоны были

обеспечены удовлетворительные параметры микроклимата, в данном

случае температура и скорость движения воздуха.
Организация воздухообмена в значительной степени зависит от

характера струй вентиляционного воздуха.
Классификация струй. Воздушной струей называют направленный поток с конечными поперечными размерами. В основном струи

делятся на свободные и несвободные, изотермические и неизотермические, ламинарные и турбулентные.
Свободные струи не имеют препятствий для своего свободного

развития. Несвободные (стесненные) те, на развитие и аэродинамическую структуру которых оказывают влияние ограждения;

эти струи распространяются в пространстве, имеющем конечные

размеры. В изотермических струях начальная температура равна

температуре окружающего воздуха, т. е. в этом случае струя не

участвует в теплообмене с окружающей средой. В неизотермических

струях начальная температура приточного воздуха выше или ниже

температуры окружающего воздуха. Ламинарная или турбулентная.1

струя характеризуется соответственно ламинарным или турбулент

ным режимом.
В вентиляционных устройствах, как правило, применяют турбу-'

лентные воздушные струи.
На перемещение воздуха затрачивается энергия: тепловая, источ*

ником которой являются нагретые поверхности, или механическая,,

источником которой можно считать, например, вентилятор или

сочетание тепловой и механической энергий вместе.
Формирование полей температур, концентраций вредности ^

(газов) и скоростей зависит от закономерностей распространенв

струй и их взаимодействия.
«2
Следовательно, по виду энергии, расходуемой на образование- струи, различают: механические приточные струи изотермические, неизотермические: конвективные струи.
По форме приточного отверстия различают осесимметричные (компактные) приточные струи, вытекающие из

круглых или квадратных отверстий (рис. IV. 1): плоскопараллельные настилающиеся; осесимметричные; конические веерные (раздельные) ; настилающиеся; кольцевые; струи, вытекающие через

решетки.
На динамику воздушной среды помещения большое влияние

оказывают конвективные токи, возникающие вследствие наличия

в помещении различного рода поверхностей, температура которых

отлична от температуры окружающего воздуха. Конвективные токи

могут быть восходящие и нисходящие.
При создании специально организованных искусственных (механических) струй нужно учитывать конвективные токи воздуха,

т- е. использовать конвективные потоки в качестве фактора,

могущего в определенных условиях в значительной степени способствовать оздоровлению труда в рабочей зоне.
Плоские приточные струи, образуются при истечении воздуха

13 длинного щелевидного воздухораспределителя.
Необходимо отметить, что при соотношении сторон отвер-

тцй менее чем 1 : 3 струя, принимающая в месте ее возникновения

Форму отверстия, быстро трансформируется в осесимметричную.
Рч соотношении сторон более чем 1 : 10 струя рассматривается
83
--------------- page: 43 -----------
как плоская. Но и в этом случае струи могут превратиться в осесимметричные, но только на большом расстоянии от места их

образования.
Кроме осесимметричных и плоских могут быть следующие виды

струй, отличающиеся также по форме отверстия для выхода

воздуха:
веерные струи под углом а = 90°, которые образуются при ■

принудительном рассеивании потока под некоторым углом. У полных

веерных струй угол распределения воздуха в пространстве составляет 360°, при меньшем угле струя будет неполной веерной;
пучковые, когда воздух поступает в помещение через большое

количество равновеликих отверстий в виде потока, состоящего

из параллельных струек. Однако на некотором расстоянии от приточного устройства из отдельных струек образуется общая струя;
кольцевые, если струя истекает из кольцевой щели под углом !

к оси подводящего воздух канала р <С 180°, при Р около 135° — полой

конической, при р = 90° — полной веерной.
Кроме того, в зависимости от расположения воздухораспреде- *

лителя струи могут не настилаться или настилаться на плоскости

ограждений.
Стесненные струи могут быть разделены еще на тупиковые, ■

транзитные, транзитно-тупиковые.
В тупиковых приточный воздух поступает и уходит из помещения через приточные и вытяжные отверстия, расположенные на

одной и той же стороне помещения. В транзитных струя поступает.

в ограничивающее ее пространство с одной стороны, а уходит — с :

другой; в транзитно-тупиковых воздух выходит из помещения как

со стороны его входа, так и с противоположной.
IV.‘2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИСТЕЧЕНИЯ СВОБОДНЫХ СТРУЙ
Свободной является струя, не ограниченная стенками. Свободные струи образуются при истечении в пространство, заполненное

той же средой, находящейся в относительно спокойном состоянии.;

Так как струи воздуха движутся в воздушной же среде, с точки-

зрения . гидравлики они являются затопленными. Если плотность-

струи и окружающего воздуха одинакова, то ось струи прямолинейна.

При различной плотности ось струи искривляется.
Свободная изотермическая струя. Струя по выходе из отверстий

расширяется, ширина ее растет пропорционально увеличению рас--

стояния от места истечения. Скорость по мере удаления постепенна?'

уменьшается и затухает. Измерениями давлений установлено, что.

статическое давление в струе остается постоянным и равны",

статическому давлению в окружающей среде.
84
Следовательно, так как статическое давление вдоль струи остается постоянным, то потери энергии компенсируются в ней за

счет кинетической энергии, поэтому скорост-ь затухает. Но это

уменьшение скорости не аналогично снижению скорости в диффузоре

(когда по всему сечению идет одно количество воздуха). Так

как струя эжектирует частицы окружающего воздуха, расход в ней

увеличивается по мере удаления от приточного отверстия и поперечное сечение ее возрастет. При этом скорость частиц вследствие

торможения, оказываемого окружающим воздухом, постоянно

падает.
Структура и свойства

струи (рис. IV.2). В начальном сечении а — 6

скорость потока во всех

точках сечения одинакова.
Осевая скорость на протяжении /о длины начального участка одинакова

и равна скорости выходного сечения у„ач.
В области треугольника абс (на расстоянии

/.]) во всех точках струи

сохраняется одинаковая

скорость с'
Благодаря турбулентному перемешиванию с окружающим воздухом масса приточной струи по

мере удаления от приточного отверстия возрастает,

а скорость в ней уменьшается. Боковые границы

струи соответствуют приблизительно лучам, исхо- Рис- 1У 2 Структура свободной изотермической

Дящим из точки, называв-
мой полюсом (точка О).'
Свободная струя практически не зависит от числа Рейнольдса

(Ке) (струи автомодельны).
На структуру струи оказывает влияние начальная турбулентность: чем турбулентнее поток перед выходом из насадка, тем

интенсивнее протекает перемешивание его с воздухом атмосферы,

Те-М больше угол расширения струи а, тем короче длина начального участка и тем быстрее уменьшение осевой скорости в основном
Участке.
85
--------------- page: 44 -----------
Экспериментально показано, что эпюры скоростей в различных

поперечных сечениях струи подобны и при построении их в безразмерных координатах совпадают друг с другом. Это совпадение

наблюдается и у различных струй, если в безразмерные координаты

вводить коэффициент а, характеризующий начальную турбулентность. Значения коэффициента а, получаемые опытным путем, приведены ниже:
Конструкция насадков

Цилиндрический насадок с поджатием

То же, без поджатия
Щелевидный насадок с поджатием (плоская

струя)
То же. без поджатия

Квадратный насадок
Прямоугольный насадок с направляющими

лопатками на выходе
0,09-

0,12

0,09—0,1
0,17—0,2
Обнаружено, что свободная струя, выходящая из прямоугольного отверстия, деформируется, принимая в сечении форму, приближающуюся к кругу.
В безразмерных координатах у /(ах) и о/уОС1, профили скоростей

подобны для всех струй с геометрически подобными отверстиями

истечения.
Формулы Г. Н. Абрамовича, полученные на основании экспериментальных данных и определяющие основные параметры свободных струй, приведены в табл. IV. 1.
Таблица IV.!. Формулы для свободных струй
III
Наименование
Расстояние от

начального сечения до полюса струи
Длина начального участ-

|ка
Осевая скорость
IV Расход
V
Средние скорости по площади
Обозначение
Но/с1{)
Начальный участок

струн
Осесимметричные струи
Основной участок

струи
0,145/а
0,335(/(|/а
1
ах/ио
I + 1.52 ах/с!„ + 5,28 (ах/с1»У
1 + 1,52ах/с1и + 5,28(ал:/Ло)-
1 + 13.6ал'М,+ 46,24(а*М>)
0.48/(ах/с!„ + 0.145)
4,36 (ах/а» + 0,145)
0,0945/(алг/йо + 0,145)
86
Продолжение табл. IV.!
Мв
п/н
Наименование
Обозначение
Начальный участок

струи
Основной участок

струи
VI
Средние скорости по рас1
ходу
Vx/Vо
1 + \,Ь2ах/с1о -|- 5,28(ах/с! )“
0,226/(ах/а0 + 0,145)
VII
Диаметр
струи
&х/йъ
6.8ах/д. -}~ 1
6,8 (ах/с1о + 0,145)
VII
Перепад температур на оси
(х ^окр
струи
^0 ^ежр
0,35/(ал:/^о + 0,145)
IX
Средняя температура (или
^окр
1
концентрация)
^0 ^окр
[1 + 1,52ал:М, + Ь,Щах/с1Щ
0,226/(а*/* + 0,145)
Плоские струи
I' Расстояние от

начального се

чения до полюса струи
Л<|/Лп
0,41 /а
II'
Длина начального участ

0,5156о/а
III
Осевая скорость
IV'
V'
Расход
Vx/Vо
Ь/1-0
I + 0,86ах/Ь0
0,848/ у'ах/Ь„ + 0,205
1,7/ |/ах/Ь0 + 0,205
Средние скорости по площади
Ъх/иа
(1 +0,86 ах/Ь)/( 1 +4,8ал(Л0)
0,347/ у'ах/Ьо + 0,205“
VI'
VII
Средние скорости по расходу
Vx/Vо
1/(1 + 0,86ал:/6о)
0,58/ )/ах/Ьп -( 0,205
Толщина
струи
Ьх/Ьо
4.8(ах/Ь„ + 0,205)
р Примечание, а безразмерный коэффициент турбулентной структуры струи; х—расстояние
СТ0^ТНОГО сечения струи до начального сечення, м; йц - диаметр выходного отверстия, м; с1Х — диаметр
ИнТ.На Расстояниях х\ Ьо— ширина щелевидного отверстия, м; Ьх — ширина струи на расстояниях.
СТГ1Л Ксы «о» и «нач.» относятся к начальному сечению при выходе из трубы. Ьо — размер меньшей

роны щели.
87
--------------- page: 45 -----------
Формулы, приведенные в табл. IV. 1, широко применяются при

проектировании и расчете систем вентиляции. Они позволяют

определять обеспеченность параметров микроклимата в проектируемом помещении.
В табл. ^'.2 приводятся расчетные формулы, полученные

проф. В. Н. Талиевым для круглой струи. Схема изотермической

струи (по В. Н. Талиеву) показана на рис. \\.2,6.
Таблица IV.2. Расчетные формулы для струи круглого сечения
Наименование
Обозначения
Начальный участок струи
Основной участок струи
Относительное расстоя

ние от отверстия
х — х/ Ко
<12,4
>12,4
Относительный радиус

струи
&=«,/««
1 + 0,14х
О
кэ
N0
1
Относительная средняя

по площади скорость
О Г = !■’'./№>
1 + 0.0396х + 0,00278*-'

(1 + 0,14*7"
3,2 /р,, /(х - *о)
Относительная средняя

по расходу скорость
Рм = И»/ Щ

6,45 /р,> /(х — Хп)
Относительная осевая

скорость
V, к = Vоx/Vо
1
12,4 */р„ /(х — х0)
Относительный объемный расход
и^и/и
х + 0,0396х + 0,00278л-2
0,155 (х — хо)
Относительная средняя

по расходу избыточная

концентрация
А о„ =

(0„—0, Жр)

(Оо—0(,кр)
6,45/[ у/Ро (х—хо)]
Относительная кинети!

ческая энергия
Е = Ех/Е0
6,42р0
((Зр,, 2) (л - хо)]
Тангенс бокового угла

расширения
1В 0П
0,14
6 = 0,22
П р и V с ч а н и е. х = х//?»кВ:
IV.3. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ УСТРОЙСТВ ВОЗДУХОРАСГ1РЕДЕЛЕНИЯ

НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ СВОБОДНОЙ СТРУИ
Пример IV.!. Выходное отверстие имеет диаметр 300 мм, скорость выхода,

воздуха г^ач = 10 м/с. Определить скорости воздуха и диаметр струи на расстоянии
2
Решение. При решении задачи применим формулы для свободной осесимметричной струи. Выясним, не находится ли заданное сечение струи на начальном

участке.
88
Определим длину начального участка струи:
/о = 0,335</0/а= 0,335-0,3/0,07 = 1,44 м.
Так как 2 > 1,44, то заданное сечение находится на основном участке, формулами

для которого и воспользуемся.
Осевая скорость
V,
Средняя по расходу скорость

х = ад - 0,226/(ах/ё + 0,145) = 10 • 0,226/(0,07-2/0.3 + 0,145)= 3,7 м/с.
Определим среднюю скорость по площади заданного сечения струи (на расстоянии х — 2 м):
V
Р, X
Теоретический диаметр струи (на расстоянии л-= 2 м)
ах = а0-б,Цах/а + 0,145) = о.з-6,8(0,07-2/0,3 + 0,145) = 1.24 м.
Следовательно, практически возможно пользоваться обоими

методами. При этом применение раннего метода в настоящее

время вполне правомерно, особенно если иметь в виду, что метод

проф. В. Н. Талиева излагает в несколько упрощенном виде теорию

свободных изотермических струй 'проф. Г. Н. Абрамовича.
Перфорированные (дырчатые) панели. Их применяют преимущественно в невысоких помещениях для равномерного распределения приточного воздуха. При таком способе подачи воздуха

обеспечивается резкое снижение скорости и выравнивание температур, несмотря на высокие параметры распределяемого по помещению воздуха. Так, допустимый перепад температур подаваемого

воздуха и помещения ДI ^ 15°, скорость подачи'о ^ 4 м/с (с проверкой скорости в рабочей зоне).
Отверстия в потолке, через которые происходит подача воздуха,

должны иметь небольшие размеры, чтобы обеспечить выдавливание

воздуха из распределительного воздуховода (камеры) преимущественно под воздействием статического давления. При этом с целью

наилучшего перемешивания воздушных струй режим движения

воздуха в отверстия должен быть турбулентным. При истечении

воздуха через отверстия перфорированного потолка, согласно

исследованиям, турбулентный режим обеспечивается уже при значении критерия Рейнольдса Ре =1500.
Покажем на примере методику расчета перфорированных потолков.
Пример 1У.2. Рассчитать приточный перфорированный воздуховод, выполненный в виде дырчатого потолка. Количество приточного воздуха I- = 3000 м3/ч,

Размеры вентилируемого помещения: длина /=12 м, ширина 6 = 6 м, расстояние
89
--------------- page: 46 -----------
от пола до перфорированного потолка Н — 4 м Температура приточного воздуха

/ = 20°С. Перфорированный потолок изготовлен из гипсовых плит толщиной

Л = 24 мм (рис. 1У.З).
Решение. Диаметр отверстий принимаем с!о — 6 мм (0,006 м).
Определяем скорость истечения воздуха:
Ке = го(1о/\ =- 1500; со =
где V— коэффициент кинематической вязкости воздуха (V = 15-10-6);
3.75 м/с.
Определяет скорость одиночной воздушной струи на расстоянии х = 2 м от перфорированного потолка (т. е. в

рабочей зоне) по формуле
оо = 1500-15/(0,006-106) =
а)
тЖтттгнтнт
ч,
I.
1)
■ Вытяжка
л
0,48
ах/й и + 0,145
-(
0,48
в)

I РП
“ш
0,07-2/0,006 +0,145

= 0,08 м/с,
что вполне удовлетворяет требованиям микроклимата (при

I = 20°С допустимо значение

воздуха 0,25 м/с); а — коэффициент турбулентной структуры

отверстия (а = 0,07).
Находим число отверстий

в потолке:
Рис. 1У.З. Распределение приточного воздуха
через перфорированный (дырчатый) потолок.
а—расчетная схема потолка; б — размещение отверстии

в потолке; в, г — способы устройства распределения воздуха
через перфорированные потолки
где ц — коэффициент расхода (р = 0,78); / = 0,785*$.
Определяем расстояние т между отверстиями, исходя из условия их равномерного распределения (рис. 1У.З,б):
1= у/Р^/п = у/б-12-0,6/3500 = 0.011
м.
где Рп — площадь потолка, занятая отверстиями; обычно составляет 60% от общей

площади.
Находим гидравлическое сопротивление перфорированного потолка;

г = |ео72 = 2-1,2-3,7572 = 16,9 Па,
где 5—коэффициент местного сопротивления отверстия в потолке (| = 1,5 -г 2)-

Пример 1У.З. В помещении с избыточными выделениями явной теплоты проектируется подача приточного воздуха на фиксированное рабочее место. Воздух пода-,

ется сверху вниз цилиндрическим насадком с коротким диффузором на конце. ,
Определить диаметр насадка, количество и температуру воздуха для летнего

периода (рис. 1У.4).
Дано расстояние от уровня пола до насадка 4,1 м. Расстояние от насадка до

отметки рабочей зоны (до головы рабочего) 1,8 м, т. е. х = 4,1 — 1.8 = 2,3. Площадь

фиксированного рабочего места характеризуется диаметром Ор., = 1,5 м. Температура воздуха: окружающего 24°С, внутреннего 35°С.
Решение. Выявляем параметры воздуха на рабочем месте. Температура
= 20°С, скорость воздуха = 1 м/с.
Ниспадающий поток может применяться для создания соответствующей

метеорологической обстановки на фиксированных рабочих местах (или местах

отдыха). В зону нахождения человека

подается сверху вниз воздушная струя

большого’ диаметра с малой скоростью.
Данная задача может рассматриваться

как душирование по способу ниспадающего потока
Равномерность распределения температуры и скорости определяется предельным значением критерия Архимеда

(Аг).
Принимая отношение скорости на

рабочем месте (гуч) к максимальной

(V ) равным 0,5, определим диаметр

приточного патрубка по' формуле VI

табл. IV.!:
Ур.у/^о = 0,226/{ах/й + 0,145);
0,5 = 0,266/(0,08-2,ЗД/ + 0,145),

откуда с1 = 0,6 м.
Находим температуру подаваемого воздуха:
(„ = ((Р - М /окР)/ (1 - А/) = (22 - 0,15-35)/(1 - 0,15) =
= 19,7° ^ 20°С,
где Л/ — относительное изменение температуры потока, принимаемое равным 0,15.
Находим необходимую номинальную скорость воздуха для данных условий на отметке рабочей зоны;
V = 3,1 у'К/окр — /п)с?о]/[Аг(273 + /окр)] =
= 3,1 /[(35 - 19,7)0,6] / [0,8(273 + 35)] = 0,7 м/с.
Рис. 1\Л4. Приточная

вентиляция фиксированного рабочего места способом ниспадающего потока
91
--------------- page: 47 -----------
Определим длину начального участка в струе по формуле II

табл. IV. 1:
/о = 0,335й/а = 0,335-0,6/0,08 = 2,18.
Так как 2,3 >2,18, то заданное сечение на расстоянии 2,3 м от

насадка находится на основном участке струи, параметры которой

определяются по соответствующим формулам для основных

участков струи.
Найдем количество воздуха, проходящего через насадок:
Ь0 = 3600 • 0,785-0,62-2 = 2025 ма/ч.
Диаметр струи И в зоне рабочего места (на расстоянии 2,3 м от

насадка или на высоте 1,8 м от пола) определяется по формуле VII

табл. IV. 1:
0Л = 6,8 (ах/й + 0,145)6? = 6,8(0,08-2,3/0,6 + 0,145)0,6= 1,85 м.
Так как 1,85 > 1,5, то диаметр струи перекрывает размер фиксированного рабочего места, что и требуется.
Определим общее количество воздуха (включая подсос), которое проходит через сечение на отметке 1,8 м от пола, по формуле
IV
1х=4,36(ах/й 0,145)1» = 4,36(0,08-2,3/0,6 + 0,145)2025 =
= 4000 м3/ч.
Количество воздуха, которое подмешалось из помещения к струе, }
и = 4000 — 2025 = 1975 м3/ч.
Подмешиваемый воздух, естественно, повысит среднюю температуру

воздушной струи на отметке рабочей зоны.
1У.4. ДВИЖЕНИЕ НЕИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ СВОБОДНОЙ СТРУИ
Рассмотрим неизотермическую струю воздуха, вытекающую в

неограниченное пространство, начальная температура которого

отличается от температуры пространства, в которое она вытекает.

Если плотность воздуха струи меньше плотности окружающего

воздуха, то возникающая подъемная сила отклоняет аэродинами-^

ческую ось струи вверх от ее прямолинейного напраления вдоль,

оси 08 на величину у' (рис. ^.5).
92
С целью упрощения анализа

рассматривается осевая трубка стока струи, а не вся струя в целом.

Но это допущение при условии

корректировки выводов данными

экспериментов вполне допустимо.
Уравнение аэродинамической оси

можно представить в безразмерной

форме:
У = х а + у'.
(IV.!)
диаметр
Рис. 1У.5. Искривление неизотермической струи:
/ — геометрическая ось трубы; 2 —искривленная ось трубы
где у = у/Б’, х = х/Б\ О -

насадки.
Вертикальное ускорение, приобретаемое произвольным объемом

воздуха на оси струи, в результате действия гравитационной’силы

может быть представлено в виде
* == ^(б«Кр 6*)/б5 ~ ё(ТX
Скорость вертикального подъема
хш
окр
(1У.2)
Так как
й1:=й5/’Ы)$ И (Т0с — ТОКр) / (Ттч — ^окр) --=: 0,73^1Уос/нац (I• 3)

скорость подъема
ни = 0,73^/ш„ач [(Гнац — Т0кр)8/Т0кр\
(постоянная интегрирования равна нулю, так как да = 0 при 5 = 0).

Зная скорость подъема, вертикальное перемещение будет равно
у=\ шй1=[ —й$ = 0,73—^—
-)0 ^ОС
У
1 окр
йз. (^.5)
Интегрирование выражения (^.5) с учетом уравнения из

‘Зол. IV.!
ш
г/г^нач = 0Л8/(а$/ й0 + 0,145)
(1^6)’
приводит к уравнению (IV.?), которое позволяет получить вертикальное перемещение у в безразмерном виде:
ВР/тв\ю [(Т'нач - 7’окР)/7’окР]-(5/(0,51 о «/О + 0,11). (IV.?)
" В формуле (^.6) нместо х берется 5, так как в данном случае направление

стРуи не совпадает с горизонтальной осью координат.
--------------- page: 48 -----------
Заменяя 5 на х/сова и §0/и)2„ач[(Тиач — ГокрУ^окр] на Аг и подставляя у в уравнение (IV. 1), получим
у = х а 4- Аг(а"/со5 а)2 [0,51а(л:/со5 а) + 0,11]. (IЛ/.8)
После проверки с результатами экспериментов (опыты С. Н. Сыр-

кина и Д. Н. Ляховского) уравнение (1У.8) приняло вид
у = + Аг(х/соза)2 [0,51а(х/соза) -(- 0,35]. (1У-9)
Опыты С. Н. Сыркина и Д. Н. Ляховского показали, что отклонение оси факела, вытекающего из горизонтального круглого

насадка, должно определяться критерием Архимеда как параметром
у = 1(х, Аг).
При горизонтальном истечении (а = 0) уравнение (1У.9) примет
вид
у = Агх2(0,51ш- + 0,35).
И. А. Шепелев рекомендует формулы:
а)
аУос= /ш2* + ш'у,
где
щх = 0,48^„ач/(ах/со5 а +- 0,145);
ы>у = 0,73г1У„ачАгл-/сО5а;
б)
воздуха
/г — <окР = [0,35 (/„ач — /окР)] / (ах/соза +- 0,145); (IV. 14)
в)
хв = 0,583 соза 3|/з1п_5а/(а Аг^);
ув = 0,350 зт а3|/5>п" а/(а Аг).
Пример 1У.4. Построить изогнутую ось потока холодного воздуха, поступающего через фрамугу, расположенную на высоте 5 м от пола. Площадь фрамуги

1X1 м, начальная скорость истечения в плоскости фрамуги г»„ач = 2 м/с, темпе-
94
ратура наружного воздуха /кар = —13°, температура помещения /„(окр) = 27°С.

Определить скорость и температуру по оси потока у пола.
Решение. Критерий Архимеда
Аг = йО/ш2(7-„а., - Тжр)/Т0«р = -9,81 • 1/22 (273 + [-13] - [273+ 27])/(273+27) =
= —0,327.
Коэффициент начальной турбулентности струи а = 0,1. По расчетному уравнению

(1У.9) вычислим координаты х и у (при а = 0,1):
у = Аг^2(0,51 ах + 0,35) = —0,327.? (0,51 -0,1х + 0,35);

у = — 0,327 х2 (0,051 * + 0,35).
Задаваясь различными значениями х, получим соответствующие значения у,

по полученным точкам построим ось потока (рис. IV.6):
X
у
Значения х и у определяются формулами
дс = х/С„„ = х; у = у/о,кв = у/\ = у.
Так как фрамуга имеет размеры
1ХК то О,„= 1-
Определим составляющие скорости

в конце сфуи. Горизонтальная составляющая скорости в конце струи по

формуле (IV.2)
и), = 0,48а)Н11Ч/(шг/со5 а + 0,145) =

= 0,48-2/(0,1-5/1 + 0.145)= 1,49 м/с.
Вертикальная составляющая скорости

по формуле (IV.13)
шу = 0,73ш„ач Аг х/соз а =
= 0,73-2-0,327 5/1 =2,39 м/с.
Фактическая скорость по оси струи по формуле (IV. II)
иоос = /ш? + ш1 = /Г492 + 2,392 = 2,82 м/с.
Температурный перепад и температура по оси струи у пола по формуле (IV. 14)
1х - <окР = 0,35(/„аЧ - /0кр)/(ах/со8 а + 0,145) = 0,35(—13—27)/(0,1 -5/1+0,145) =
:== —22°С.
Соответственно температура струи у пола
I,
95
Рис. 1У.6. Поступление холодной струи

в помещение
--------------- page: 49 -----------
Пример 1У.5. На какой высоте от пола следует расположить агрегат воздушного отопления, чтобы ось воздушного потока не дошла до пола на 1 м. Производительность агрегата ^ш,ч = 1000 м3/ч. Насадок для подачи воздуха размером

200X300 мм снабжен направляющими лопатками В. В. Батурина с углом наклона

вниз к горизонту'на 45°. Начальная температура воздуха, выходящего из насадка,—

40°, /окР= 15°С.
Решен и е. Начальная скорость истечения
= 1000/(3 600-0,2-0,3) = 4,63 м/с.
Эквивалентный (по площади прямоугольника) диаметр круглого отверстия
= ^4Ртч/п=* 1,13^0,2-0,3 = 0,276 м.
Критерий Архимеда
Аг = яймчУв&ч М/Токр = 9,81 -0,276/4,632(40 - 15)/(273 + 15) = 0,011.
По формуле (IV.16) определяется безразмерная ордината вершины:
ув = 0,35 5Ш аУвГгг а/а АР = 0,35-0,7073у/0,707/0,2-0,011* = 6,8,
где а — опытный коэффициент, а = 0,2.
Ордината
у= уё„а., — 6,8-0,276 = 1.9 м.
Следовательно, центр отверстия агрегата должен быть расположен на высоте

1,9 + 1 =2,9 м от пола (рис. IV.7).
1У.5. СТЕСНЕННЫЕ СТРУИ
Стесненные струи — струи, которые распространяются в пространстве конечных размеров, когда ограждения влияют на развитие

струи. Развитие стесненных струй отличается от свободных. Вблизи приточного

отверстия струя развивается по закону

свободной до тех пор, пока ее сечение

не займет 25% площади поперечного сечения

помещения (I критическое сечение). Расширение струи продолжается до II критического сечения, при котором струя

может занять 42—45% площади поперечного сечения помещения. За II критическим сечением расход воздуха в струе

фактически равен нулю.
Струя распадается или сужается. При этом части массы воздуха:;

движутся в обратном направлении .(обратные токи) и удаляются
Рис. 1У.7. К примеру об

определении высоты подачи воздуха отопительным

агрегатом
96
вытяжными устройствами, а частично эжектируются струей на

участках расширения.
Параметры (относительные) стесненной струи зависят кроме

комплекса, характерного для свободной струи (аз/йо), еще от степени

ее стеснения «о-
Степень стеснения
ио = {о/Рисы = 0,785^/(0,785 О2) = {йо/П)\
где Го — площадь приточных отверстий; Г„ом — площадь поперечного сечения помещения.
Расчет стесненных струй производится по формулам, выведенным Г. А. Максимовым на основании экспериментальных работ

В. А. Бахарева, В: Н. Трояновского и Г. Г. Максимова. В табл. IV.3

приведены упрощенные формулы для расчета тупиковой осесимметричной изотермической струи. Как видно из таблицы, определение параметров стесненной струи дается для каждого из

четырех участков, составляющих всю струю; благодаря такому

приему формулы относительно просты. Участки, на которые разделены струи, следующие (рис.' ^.8): 5„ — начальный участок
/ Ё

1!

5н

, ^
$2

1
Рис. IV.8. Схема изотермической круглой осесимметричной струи,-

вытекающей в тупик
(аналогичный соответствующему участку свободной струи); 51 —

участок свободного расширения, включающий в себя и начальный

участок; 5г — участок стесненного расширения; 5з — участок сужения или распада‘ч
Расчет стесненной транзитной струи. Транзитной называется

СтРуя, входящая в помещение с одного и выходящая с другого,

противоположного торца помещения (рис. ^.9) как бы транзитом.

Исследования гтоказаоТи: до сечения, удаленного на расстояние

от приточного отверстия, характер движения транзитной струи

аналогичен тупиковой.
7 ■«,
--------------- page: 50 -----------
Таблица 1У.З. Формулы для расчета круглой (осесимметричной) струи,

■ аолица .».о н в^текающей в тупик (рис. 1У.8)
Относительная

длина участка
Формула
действительна
Относительный
диаметр
Относительная

площадь Р„/Ро
от 5| до 5г
+ 2,
-т)
от 5г до 5з
0,666 2 а' (
"Т^г+ а V. А* } *
Г0,666 21еа^|"
[ /1Г„
Относительный

расход 1;/Ц)
Относительная

осевая скорост
Относительная

средняя скорость

по площади
Примечания: I. 5„ 5,, 5,. 5, показаны на рис. (1У.Х); ((„-диаметр цилиндрического патрубка, а - опытная константа, равная 0,07;

... у.ол свободного расширения: аг и а' - углы стесненного расширения и сужения; 1В а = 0,105 (по опытам В. Н. Трояновского 1Й а' = 0,028).

2. Формулы применимы лишь в том случае, если длина помещения не меньше длин, струи 5, 3. При / > 53 тупик заполняется рядом постепенно

(атухаю.цих вихрей чередующегося направления, вызванных действием обратных потоков.
Участки струи
--------------- page: 51 -----------
За расстоянием 5з масса струи заполняет все пространство

вентилируемого помещения, организуются обратные токи. Г. Г. Максимовым получены ориентировочные формулы для расчета транзитной струи:
52 = 1,785ЯПом - 1,9й0;
5з = 4Л„о„ - 5,ЗЗЙо. '
Кроме того, в первом приближении можно использовать формулы тупиковой струи, для чего фактический диаметр помещения

/)„оу следует заменить на условный — расчетный Ср (при
I 5 у/7 пом):
Ор = ^ Спом + йо.
Рис. IV.9 Схема транзитной ' струи в ограниченном пространстве
Общие замечания по свойствам и расчету стесненных изотер

мических струй. 1. Углы аг и а' существенно зависят от соотношение

длины ограничивающего пространства, его поперечных размеров

и диаметра приточного отверстия и могут изменяться от 6 до

60° (см. рис. ^:8). 2. При расчетах настилающихся стесненны^

транзитных и тупиковых струй можно пользоваться формулам#

табл. IV.4, рассматривая их как половину струй, вытекающие

из отверстия 2Ро в помещение поперечного сечения 2Рп- При этоК

йо в расчетных формулах заменяется с1оу, равным
а0у = 1ЛЗ/2РТ.
Пример IV.6. Воздух подается и извлекается из помещения со стороны одно

и того же торца. Диаметр приточного патрубка — 300 мм. Высота помете"
3
приточного патрубка.
100
Решение. Примем условный диаметр помещения равным диаметру вписанного круга (диаметр, эквивалентный по скорости).
Определим длину участка по формуле для 5г (см. табл. ^.3):
^ = -!/_21И__0,13з); а = 0,07;

ао а\ уи0
\?То7К= = у'5Шз?=0,1;
||-о^( %х-°-133)-16-7-
откуда
52= 16^7-0,3 = 5м.
Так как 4 м < 5, то для вычисления диаметра струи служат формулы определения параметров струи на участке 5г (см. табл. 1У.З), т. е.
а,/а0 = 0,384 + 0,29/ + 2,89а5/й0.
После подстановки неизвестных получим
45/0,3 = 0,384 + 0,29/0,1 + 2,89 • 0,07 • 4/0,3 = 6,61,
откуда
4,= 6,61 -0,3= 1,98 м.
V
IV 8. коннг.ктиинля ПКИ И)ГК«*МИЧКС;КАЯ СТРУЯ в

Н'->|ГРДКИЧ!:.НИ0.М ПРОСТРАНСТВ!
Движение воздуха около горизонтальных нагретых поверхностей

отличается сложностью и зависит от ряда факторов, в частности

размеров поверхности, конфигурации, положения поверхности и др.

Однако, как показали исследования, теплота от нагретой поверхности передается слоям воздуха, которые нагреваясь, становятся

менее плотными, вследствие чего поднимаются вверх, теснимые

более холодным‘окружающим воздухом. Происходит образование

конвективного восходящего потока, которым от источника тепловыделений отводится часть теплоты. Конвективную струю можно

Разделить на три участка, отличающихся друг от друга структурой,

скоростью и температурой.
На участке / (рис. ^.10) происходит формирование конвек-

тивного потока, наблюдается подтекание окружающего воздуха

к источнику тепла. На участке II происходит ускоренное движение

°бщей массы воздуха, что приводит к сужению потока и образованию так называемой шейки.
101
--------------- page: 52 -----------
Рис. IV. 10. Конвективная тепловая

струя в неограниченном пространстве
Участок /// является основным. Здесь

за счет подмешивания окружающего воздуха

струя постепенно расширяется.
Расчет параметров неизотермической конвективной струи можно производить, пользуясь

следующими формулами В. В. Дерюгина [10].
Параметры в шейке тепловой струи можно

определять по формулам табл. IV.4.
Параметры струи выше уровня шейки

(или параметры основного участка струи)

можно найти, применяя следующие формулы:
а,/аш = 0,5гМ,;
йг/с1ш = 0,5г/^„;

Ц/и = 0,323 У(г/</н)5;

^ср г/^ср.ш — 1,25/ *
мс
= 3 У(г/с/„)5
(1У.20)

(IV .21)

(^.22)
Д^срг/А^ср.ш
где А/ср.ш — средняя по площади температура

в шейке; I — расход воздуха.
Формулы (1\'.19) —(IV.22) справедливы

при условии, что г/й» > 2. Значения йт, г

см. на рис. ^.10. Диаметр шейки можно принимать равным

(приближенно) 0,766 йк.
Пример IV.7 Плоский нагреватель диаметром 0,5 м выделяет 3500 Вт. Определить диаметр струи и расход в струе нагретого воздуха на расстоянии 2 м по

вертикали от нагревателя.
Таблица 1У.4
Расход в шейке, м'/с
о,35Уо75Г
Средняя по площади скорость в шейке,

м/с
Уср
Избыточная температура в шейке
(ш - <окР = 7.зуЩЩ
Диаметр шейки струи
0,766й„
Расстояние к от поверхности нагрева

теля до шейки
1.4с!,,
Примечание. Л. -диаметр плоекого нагревателя; <3„ - количество конвективной теплоты,?

выделяемой нагревателем. /,„р - температура окружающего воздуха
102
Решение. Определяем расход воздуха в шейке струи по формуле табл. 1У.4:

= 0,35Уа ^ = 0.35:У350(Ь0,5Г'/36()0 = 0,261 м3/с.
Диаметр шейки струи
аш = 0,766-0,5 = 0,383 м.
Определяем расход воздуха в основном участке струи (участок III) на расстоянии 2 м по вертикали от нагревателя, для чего находим сначала диаметр струи

на расстоянии 2 м:
= 0,5г/^„,
где Лш = 0,383 м; г = 2 м; = 0.5 м, откуда
= 0,5-0,383-2/0,5 = 0,766 м.
Расход в искомом сечении струи составит
и/и„ = 0,323^2/^, откуда Ц = 0,323^(270,б)5 • 0,261 = 1,25 м3/с.
Определим справедливость применения формул в приведенном примере расчета.

Найдем значение г/йн = 2/0,5 = 4.
Так как г/йл =4, т. е. > 2, то примененные в расчете формулы действительны.
IV.7. КОНВЕКТИВНАЯ Ш-ИЧО IКРМИЧ 1.СКАЯ (. I Р> Я В

ОГ РА К И ЧI Н НОМ П РОСТРА Н СТВГ.
Неизотермическая струя, действующая в ограниченном пространстве, существенно отличается от струи, действующей в неограниченном пространстве (рис. IV.! 1).
Для определения параметров

шейки осесимметричной неизотермической (конвективной) струи,

действующей в ограниченном пространстве, пользуются формулами

В. В. Дерюгина.
Расход воздуха в шейке струи

(м,!/с)
*•» = 1,55 УЗкЯстрГДТ'ь + <2/я).
Средняя скорость по площади

(м/с)
Рис. IV.! 1. Конвективная неизотермическая струя в ограниченном
ПППРТпоигтпо
103
--------------- page: 53 -----------
Средняя избыточная температура по площади (°С-)
Избыточная температура на оси струи (°С)
Д/ш.ос = 1,875- 102Уо?,
д;ш.ср = 0,55У[Ок (7"„ + 0/?1)]/(Ястр Г}Л
где С— .суммарное тепловыделение; (2К — конвективная теплота;
/н — площадь нагревателя, м2; Т„ — абсолютная температура наружного воздуха; <71 — потери теплоты в 1 с через ограждения при

*в — /Н=1°С; Ястр—высота тепловой струи, т. е. расстояние от,;

верхней поверхности нагревателя до уровня, на котором заканчи- %

вается сужение струи.
Стеснение тепловой конвективной струи отражается на зако- '}

номерностях ее развития (рис. IV. 11). Параметры в начале участка

свободного расширения принимаются равными параметрам кон век-

тивного потока в сечении шейки. Для случая, когда ограждения \

в помещении практически непроницаемы для воздуха, конвектив.- *

ная струя характеризуется как тупиковая, имеющая следующие

характерные участки: I — формировочный, II — разгона, III — свободного расширения, IV — стесненного расширения, V — сужения.
Происходит своеобразная циркуляция

массы воздуха. Нагретый поток (транзит- '

ный) поднимается вверх и затем возвращается к источнику теплоты, представляя в дан-;

ном случае рециркуляционную массу воздуха; ■:

Представляют практический интерес яв-Л

ления, происходящие в помещениях с боль- ^

шими тепловыделениями. Рассмотрим движение конвективных струй при наличии одного^

нагревателя в помещении с различными рас->

положениями отверстий, через которые^

происходит поступление (холодного) и отвоД^

(нагретого) воздуха (рис. IV. 12).
На рис. IV. 12,а показана замкнутая.,

струя, на которую давление извне влияния

не оказывает. Здесь рециркуляционный по- ’

ток, перемещая нагретый воздух из верхней

зоны помещения в нижнюю, повышает тем-,

пературу в рабочей зоне, что не всегда полезно.
При отверстиях в нижней части (рис. IV.126) конвективная

струя представляется тупиковой. При отверстиях в верхней зоне

(рис. IV. 12,в) струя напоминает тупиковую. При отверстиях в ниж*.,
а)
I)
Гр
» II
о
в)
ГАН
I , 1
го
*I1
г) А
Г7.Ц1
и VI
Рис. IV. 12. Тепловая конвективная струя в ограниченном пространстве
104
ней и верхних частях помещения (рис. IV. 12,г) конвективную струю

можно назвать транзитной. Необходимо отметить, что на величину

расхода воздуха, циркулирующего в пространстве, оказывает соответствующее влияние теплоотдача — теплопотери ограждениями.
Г .V РАСЧЕТ ПРИТОЧНЫХ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
В результате экспериментально-теоретических исследований выявлена методика решения конкретных задач по определению параметров струй.
Пример 1У.8. Подача воздуха в помещение осуществляется пристенными

воздухораспределителями, установленными в рабочей зоне. Подобрать воздухораспределители и проверить их соответствующую эффективность.
Скорость в помещении V, = 0,5 м/с. Допустимый перепад температур Аг = 3°С

в расчетном сечении на расстоянии от воздухораспределителя х = 3,5 м. Количество

приточного воздуха ^обш= 15000 м3/ч при разности температур между температурой приточного воздуха и воздуха в расчетной зоне

Ак = 5°С.
Решение. 1. Принимаем к установке воздухораспределитель типа ВП-4 площадью Ро = 0,29 м2 (рис. 1У.13).»
2. Для выбора расчетной формулы определяем величину х:
х — т у^Ро,
где т — коэффициент, характеризующий интенсивность затухания скорости потока по длине приточной струи (для воздухораспределителя ВП-4 т — 2,4);
х = 2,4 »/ад9= 1,3;
следовательно, заданное х = 3,5 больше т//го=1,3. В этом

случае расчет проводим по формулам
Не = ьхх/(т / Ро К в)', Ах = пМа / РаК„/х,
где К„ — поправочный множитель, учитывающий взаимодействие

струи, Кв — /(/, х) (/ — расстояние между воздухораспределителями). В данном случае множитель Кв не учитываем, так

как воздухораспределители устанавливают на значительном

расстоянии друг от друга, т. е. /С, = 1; « — коэффициент

характеризующий интенсивность затухания температуры воздуха
по длине приточной струи (принимаем п = 3,6, как для ненастилающейся

стРуи).
3.
<
Ио = 0,5-3,5/(2,4 у/029-0= 1.35 м/с
4.
и = 3600-УоРй = 3600-1,35-0,29 = 1400 м3/ч.
5.
Л’ = 1обш/^о = 15 000/1400 = 11 шт.
105
--------------- page: 54 -----------
Если по местным условиям затруднитапьно установить полученное количество

воздухораспределителей, для уменьшения их числа следует выбрать воздухораспределители большей площади /7ор и пересчитать скорость по формуле
Мх = 3,6-5 /0.79 - 1/3,5 = 2,8°С,
т. е. меньше допустимого значения Д 1лоп = 3°С.
Пример 1У.9. В помещении предполагается установка решетки РР (регулируемая решетка) для подачи охлажденного воздуха. Воздух подается горизонтально

на фиксированные места пребывания людей. Расстояние от решетки до стены

в направлении движения струи составляет 12 м. Высота помещения Н„ = 5 м. Высота

установки решетки у <2 м. Площадь помещения, приходящаяся на одну решетку,

в плане 12X12 м. Нормируемая скорость = 0,5 м/с. Допустимый перепад

температур Д/до„ = 0,5°С, разность температур между температурой приточного

воздуха и воздуха в рабочей зоне Д<о = 5°С,
Проверить и показать правомерность установки решетки для целей вентиляции.

Решение. 1 Определяем расстояние х от воздухораспределителя до расчетного сечения при ненастилающейся горизонтальной подаче. В первом приближении это расстояние должно составлять 60— 70% длины помещения в направлении

распространения струи:
х = 0,65-12 = 8м.
2.
/К = /12-5 = 7,7 м,
где Р„ — площадь поперечного сечения помещения в плоскости, перпендикулярной.;,

потоку воздуха, приходящегося на один воздухораспределитель (струю).
В этом случае дг <С 1,5 = 1,5-7,7 = 11,5.
Расчет ведем по формулам
1>о = ихх/т /Ро А'в; А^ь = пА1о /хКв-
3.
4.
V0 = 0,5-8/4,5-0,04-1 = 4,5 м/с,
где т = 4,5 для ненастилающейся струи.
5.
струй:
ук
Н = 5,45т Vо —, ■ ,

у пА1о
где т = 4,5: Ро = 0.04 м2; п — 3,2; Д/о = 5°С; уо = 4,5 м/с.
После подстановки величин в данную формулу получим
Н= 5,45-4,5-4,5 У0Д4 / /3,2-5= 12,5 м.
6.
у= 0.7^/Н2 = 0,7-83/12,52 = 2,3 м.
Полученное значение у больше заданного (у > 2), поэтому произведем нересч
106
7.
Н= уг0?7хл/у = /0,7-8^/2 - 13,4 м.
8.
Н = 5,45тг'(|'|/7г(| / у'пМ ,
где, подставив значения т — 45; п = 3,2; А1 = 5°С; Го = 0,02; Я =13,4, найдем

значение уо (зд= 5 м/с).
Ввиду того что но = 5 > 4,5 (ранее полученной), величина V, > с;„орм Следовательно, нужно принять другой (меньший размер решетки).
9.
В этом случае получим
го = ъхх/(т ]/Ро) = 0,5-8/(4,5/0,02) = 6,3 м/с.
Величина Н будет равна
Н = ЪЛЪптУТо / /Шо = 5,45-4.5-6,зУсЦ02 / /3,2-5 = 14,5.
Тогда высота установки решетки
у = 0,7л3///2 = 0,7-83/14,52= 1,7 м, т. е. менее 2 м.
10.
Мж = пА1в /Ро /х = 3,2-5 /бде -1./8 = 0,28°С, т. е.

менее Л/л„„ = 0,5°С.
Вывод: решетка размером 100X 200 мм, установленная на высоте 1,7 м,

чдовлетворяет предъявленным требованиям.
• *- Ч ВОЗДУШНЫЙ ПОТОК В ЗОНЕ ДЕЙСТВИЯ ВСАСЫВАЮЩЕГО
ОТВЕРСТИЯ
К всасывающему отверстию воздух подтекает со всех сторон.

Вследствие этого падение скоростей воздуха около всасывающего

отверстия происходит весьма быстро. Потоки всасывания аналогичны

известным из аэродинамики стокам (рис. IV. 14). Стоком называется

точка, в которой жидкость непрерывно и равномерно исчезает.

Линии тока для точечного стока являются прямыми лучами,

сходящимися в точке стока, а поверхности равных скоростей —

концентрическими сферами. Скорости потока, притекающего к точечному стоку‘ жидкости, изменяются обратно пропорционально

квадрату радиусов отверстия:
(1У.23)
г^е ^ — количество жидкости, поглощаемой в единицу времени

И с); Я — расстояние от стока.
107
--------------- page: 55 -----------
Реальные потоки почти точно соответствуют точечным стокам

и лишь вблизи отверстия (при /? < 2й) отклоняются от этих зако- '

номерностей. Спектры всасывания через цилиндрические насадки

подобны и при построении их в безразмерных координатах 1/й

и ь/о0 совпадают друг с другом (рис. IV.15). Условием, необходимым

для возникновения потока, является разность статических давлений

между атмосферой (окружающей всасывающее отверстие) и плоскостью отверстия, в последнем статическое давление должно быть'

меньше давления окружающей среды.
Ось
к-НК*- [/V
НппмЛ
1 1ПП | ГЙМЯНЮ 5р/с
ш
53
VI
1,8
1
0,6
§
0,4
0,2
I
Рис. IV. 14. Точечный сток —

аналогия реального потока

у всасывающего отверстия
Осебые расстояния 1/й
Рис. IV. 15. Спектр всасывания у круглого отверстия
Затухание скоростей по Ъси потока происходит быстро, особен?

если сравнить его со скоростями по оси приточного факела. На^

расстоянии одного диаметра скорость по оси спектра всасываний

круглого насадка составляет 5% от скорости в центре всасывающего отверстия, тогда как в приточном факеле по оси скорость

равна 100%, т. е. еще нет ощутимого падения. Аналогичные спектры

всасывания для отверстий прямоугольной формы имеют вид, приблиг)

жающийся к спектрам для круглых отверстий. Однако можнй{

сказать, что чем более вытянута форма всасывающего отверст*

тем медленнее затухает осевая скорость.
Определение параметров движения воздуха у всасывающ»

отверстий. Экспериментальные исследования структуры воздушны*

потоков в зоне действия всасывающих отверстий показали следую!

щее. Отношение скорости в какой-либо точке спектра у* к скорое!

в центре всасывающего отверстия ац является величиной практ*

чески постоянной, не зависящей от значения скорости во всасывай

шем отверстии. Эта же закономерность сохраняется для средне!

скорости уср во всасывающем отверстии.
Уравнение кривой изменения осевых скоростей в общем в*
выражается формулой
»,/(ои- »*) = КЦ/Ау,
108
где К, п — коэффициенты; / — расстояние до данной точки (координаты точки); А — гидравлический радиус;- (А = /Г/П, где Р —

площадь сечения; П —длина периметра).
При различных значениях отношений 1/А, а также конфигурации всасывающих отверстий уравнения кривой получают вид;

для круглых и квадратных отверстий при 1/А ^ 2
^/(0,95^ср - V,) = 0,8 (//ЛГ1'4;
для круглых и квадратных отверстий при 1/А > 2 (соответственно)

Уж/Чр = (1/А)~7-, ух/оср = (4/л) (1/А)~2\
для прямоугольных отверстий при 1/А > 2
^/(УсР — ьх) = (1/А)-'-7.
Получили практическое применение формулы для определения

осевых скоростей у всасывающих патрубков, выявленные в результате приведенных выше исследований (Г А. Максимов):
»ж/оо « 1/[1 + К(х/ |/Т)и],
где К — опытный коэффициент; Р— площадь всасывающего отверстия; х — расстояние от плоскости отверстия до рассматриваемого

сечения.
Коэффициент К определяем по формуле
К = 7,7(а/б)0'34,
где а, б — наибольшее и наименьшее измерения отверстия, м.
Минимальный'расход воздуха для обеспечения заданной скорости
на расстоянии х от всасывающего отверстия щелевидной насадки
(по Г. А. Максимову) можно вычислить путем определения размера

б по формуле
б « 0,308л;'•4/а0-36.
Опыты показали, что скорости при всасывании медленнее зату-

хают в насадках с направляющими (ограничивающими) плоскостями, которые ограничивают доступ воздуха к отверстию с соответствующих сторон.
Для приближенных расчетов скоростей на расстоянии х от

отверстия применяется формула
о,/оо= 1/[1 + Ю(*/ ]/Т)2\ ’ (^.28)
109
--------------- page: 56 -----------
IV. 10. ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

ЗАКРУЧЕННЫМИ ПРИТОЧНЫМИ СТРУЯМИ (ФАКЕЛАМИ»
Сравнительно недавно в производственных помещениях получило

применение воздухораспределение закрученными струями. Закру- ,

ченный приточный факел по своим свойствам отличается от прямо- ^
точной осесимметричной струи.
Рассмотрим некоторые конструкции воздухораспределителей с

закрученными приточными струями.
Воздухораспределитель эжекционный для сосредоточенной по- з

дачи приточного воздуха ВЭС (рис. IV.16) представляет собой
патрубок 1 с вмонтированным

закручивателем 2, имеющим лопатки, закрепленные под углом
§ I
Рис. IV. 16. Воздухораспределитель эжек- рис. IV. 17. Воздухораспределитель

ционный для сосредоточенной подачи эжекционный панельный, пристенный

воздуха (ВЭС):
/—патрубок; 2 — закручиватель-, 3 — присоедин и-

гельный фланец
ВЭС монтируют на магистральном воздуховоде в распредели-.;

тельной коробке в межформенном пространстве. Применяется в цехах.,:

большого объема, обеспечивает сокращение расхода металлу

и стоимости на 70%. Коэффициент местного сопротивления ВЭ-*

| = 5,2, отнесенный к скорости Vо■
Воздухораспределитель пристенный эжекционный панельн

ВПЭП (рис. IV.17) представляет собой короб / с воздухораздаюш.

панелью 2 перфорированных листов, в которые вмонтирован

пластмассовые закручиватели 3 из шести лопаток; диаметр закрУ

чивателя <7о — 75 мм; угол наклона лопаток 75°. Панел
Рис. IV. 18. Воздухораспределитель эжекционный пристенный

(ВЭП)
Рис. IV. 19. Воздухораспределитель эжекционный

центробежный (ВЭЦ):
/ — корпус; 2 — патрубок; 3 — воздухоотклоняющие полки; 4 — присоединительный фланец
площадью 1 м2 имеет 100 закручивателей из фенопласта или

полиэтилена.
Панели могут устанавливаться в горизонтальных и вертикальных каналах. Удельная нагрузка на 1 м2 воздухораздающей панели 3000—12 000 м3/(ч-м2).
При установке ВПЭП наименьшее расстояние от пола до низа

1 м. Коэффициент местного сопротивления |=17, отнесенный

к скорости Уо-
Быстрое гашение скорости подаваемого воздуха позволяет

приблизить фиксированные рабочие места к воздухораспределителю, что обеспечивает более полезное использование производственных Площадей.
Воздухораспределитель эжекционный пристенный ВЭП (рис. IV.18).

В патрубок 1 стандартного диаметра

вмонтирован закручиватель 2 из шести

лопаток с углом наклона 45°. На

выходе воздуха из патрубка установлены пять воздухоотклоняющих полок 3, имеющих центральное отверстие диаметром с1о и расположенных на одинаковом расстоянии

Друг от друга. Присоединение к оиускам-воздуховодам — фланцем 4.

Коэффициент местного сопротивления ^=4, отнесенный к скорости г,'о.

Воздухораспределитель эжекционный центробежный ВЭЦ (рис.

■19)- К цилиндрическому патрубку / тангенциально присоединя-
111
--------------- page: 57 -----------
ется патрубок 2, через который входит воздух. Воздухораспре-• '

делитель присоединяется к воздуховоду фланцем 4. В зависимости

от расстояния между ВЭЦ и потолком помещения создаются условия распространения приточного факела (струи) с настиланием

на потолок, если Н ^ 0,58*, и без настилания, если //|>0,58*,

где х — расстояние от оси воздухораспределителя до расчетного

сечения приточного факела. На выходе из патрубка установлены

четыре воздухоотклоняющие полки 3, расположенные на равном

расстоянии друг от друга. В полках имеются соответствующие

отверстия. ВЭЦ образует слабозакрученный приточный факел, ,

чувствительный к стеснениям, что следует учитывать при размеще- нии их в помещениях.
В помещениях с подвижностью воздуха в рабочей зоне более
0,5 м/с ВЭЦ не рекомендуется применять. Коэффициент местного

сопротивления воздухораспределителя \ = 2,3, отнесенный к скоро-^

сти воздуха а0 в расчетном сечении.
В рассмотренных воздухораспределителях рабочим органом

является специальное закручивающее устройство, представляющее

собой набор плоских лопаток, выполненных в виде секторов круга ,

в количестве п = 6 12; площадь лопаток допускается в пределах

от5 = лйо/(4п) до 5= 1.1л^о/(ясо5а), где <1с — диаметр рабочего

сечения закручивателя.
Основные характеристики закрученного приточного факела ^

(интенсивность затухания'начальных параметров воздуха, дально- .

бойность, аэродинамическое сопротивление и др.) зависят в ос- ><|

новном от угла установки лопаток закручивателя а (в пределах^*

45° < а < 60°) и в меньшей степени от числа лопаток п.
Закрученный приточный факел отличается от прямото^ной:

осесимметричной струи. Начальный участок, где Уо — Ух — Ь, в за.у

крученном потоке отсутствует. Весь факел (при углах установи#

лопаток закручивателя в диапазоне 45° ^ а ^ 60°) делится на

два участка — основной и рабочий. В основном участке происходит

интенсивное затухание относительных скоростей и избыточны

температур, в рабочем — медленное затухание..
На оси основного участка образуется зона эжекций, внут

которой движение воздуха происходит в направлении, против ,

положном движению воздушного потока. Максимальные скоро'

и избыточные температуры в пределах основного участка распол

гаются не на оси факела (как в осесимметричной струе), а "

некоторой конической поверхности, при этом угол раскрытия притсГ

ного факела равен примерно 160°.
Аналитическое решение закономерностей развития и затухая'

приточных закрученных струй представляет значительные тр'

ности, поэтому экспериментальным путем установили следуют

эмпирические зависимости:
112
1.
ных скоростей движения воздуха на основном участке закрученного приточного факела
ть — их/ьа = ( (х/ \/Го),
где Vх — скорость на расстоянии х; ьо — начальная скорость;

Ро — площадь живого сечения воздухораспределителя.
Величину г]в можно определить йо формуле
П,-о,М«ое-‘'/^1
где а, Ь — эмпирические константы для каждого воздухораспределителя.
Для определения числовых значений локальных скоростей на

рабочем участке факела, т. е. в рабочей зоне помещений, рекомендуется приближенная формула
% — V*/ = (с — пу о)е~кх/ уГ'7"
или для ВЭС — более простая формула
Т1„ = к(х/ }/ТоГР, ,
где с, п, к, р — коэффициенты.
2. Интенсивность_затухания избыточной температуры на основном участке закрученного приточного факела определяется зависимостью
т]/ = Ых/М0 = Ме-»х'^,
где М, N — коэффициенты.
Воздухораспределители с закрученным приточным факелом

обеспечивают в рабочей зоне температурные параметры с большой

степенью равномерности Кг-
К1 = а,/1ср < 0,03,
где о, — среднеквадратичное отклонение температуры;
а, = 1/2(1Х - 1ХсР)2/(п- 1),
где п — число лопаток.
3.
вы°Т НЗД ИНеРЦИОННЬ1МИ- и всплывания нагретых приточных струй,

п>Щенных даже на высоте 3Д высоты помещения, не наблюдалось.
8 Ч«.
--------------- page: 58 -----------
4. Коэффициент аэродинамического сопротивления воздухораспределителя | зависит только от угла установки лопаток закручи-

вателя и не зависит от их числа и площади.
Аэродинамический расчет вентиляционных систем состоит в выявлении гидравлических характеристик элементов устройств вентиляции при перемещении через эти устройства воздуха. В данной

гдаве рассматривается расчет воздуховодов, который в основном

сводится к определению их поперечного сечения и потерь давления

при протекании по воздуховодам заданных объемов воздуха.
Расчет воздуховодов связан с понятием о давлениях: статическом, динамическом и полном.
Статическое давление в закрытом резервуаре представляет

собой давление на стенки резервуара, причем одинаковое во всех

точках внутренней поверхности. Понятие о статическом давлении

движущегося воздуха более сложно. Представим себе барометр,

перемещающийся по воздуховоду вместе с воздухом. Тогда легко

представить, что такое же давление (как и барометр) будет испытывать поверхность любого тела, которое двигалось бы вместе

с воздухом, а следовательно, и стенка воздуховодов в соответствующем сечении. При движении воздуха статическое давление

по длине воздуховода (в отличие от закрытого резервуара) будет

изменяться. По существу, статическое давление р,т можно рассматривать как потенциальную энергию сжатия 1 м3воздуха, равную

работе, которую может совершить 1 м3 воздуха при расширении.
Динамическое давление — кинетическая энергия, отнесенная к

1 м3 движущегося воздуха, эквивалентна давлению
рл = ^V2/2ё■
Динамическое давление является всегда положительной величиной*

оно не меняется при постоянном сечении трубы и зависит только

от скорости и плотности перемещаемого воздуха.
Отсюда видно, что в данном случае (при постоянном сечении

трубы) на преодоление гидравлических сопротивлений расходуется^

только статическое давление.
Полное давление представляет собой сумму статического?^

динамического давлений:
Рп = рст + Рл,
114
т. е. выражает полный запас энергии движущегося воздуха в рассматриваемом сечении воздуховода.
При определенных условиях статическое и динамическое давления могут взаимно преобразовываться одно в другое. При этом для

несжимаемой жидкости полное давление и потери давления (вдоль

потока) на одном участке не меняются.
Динамическое давление рл определяется как разность полного

р., и статического рсг давлений, которые находят путем непосредственного измерения:
Рл = Р« — Рсг-
Уравнение неразрывности. Рассмотрим участок трубы между * сечениями
I
движении масса (или расход) не может

ни накапливаться, ни убывать в рас-

сматриваемом участке трубы, так как

при ЭТОМ менялись бы Давление, Рис. У.1. Струйка в трубке

ПЛОТНОСТЬ и скорость ЖИДКОСТИ (воз-
духа).
Уравнение неразрывности говорит
о
равен объему жидкости, вытекающей за то же время. Если это

условие не соблюдено, то внутри несжимаемой жидкости возникает

пустота или разрыв, называемый кавитацией.
В уравнении неразрывности критериями для количественного

определения материи-жидкости капельной или газообразной, протекающей через каждое из сечений струйки Р\ и Г2 в единицу

времени, могут служить масса, а в случае несжимаемой жидкости —
и объем. Благодаря этому уравнение неразрывности имеет два

вида:
1.
ниях у струйки, можно написать уравнение неразрывности для

струи
= дз/г2^2 = т = сопй!,
Где Уь у-2— массовые плотности; Р\, Р2 — площадь первого и второго сечений струи; 1'\, V2 — скорость.
2.
случай уравнения неразрывности, выражающего постоянство
съемного расхода и (м3/с):
= /2^2 = и = сопй{.
115
--------------- page: 59 -----------
Отнесем уравнение неразрывности не для одной струи, а для

большого объема жидкости, ограниченного замкнутой поверхностью. Полный расход и получается в результате суммирования

по всей поверхности 5 элементарных расходов, т. е.
и ~ '/
где й5— элементарная площадка; ' — скбрость, нормальная к
элементарной площадке.
' При полном балансе втекающей и вытекающей жидкости уравнение неразрывности (интеграл Гаусса) запишется в форме
= 0.
Расчет воздуховодов. Определяют размеры сечения воздуховодов и потери давления при движении заданного количества воздуха.

Движение воздуха по воздуховодам сопряжено с преодолением |

сопротивлений трения воздуха о стенки воздуховодов и- местных *

сопротивлений.
Потери на трение. При движении воздуха по трубам,

возникает тангенциальная сила, которую можно рассматривать как

результат трения воздуха о тело. Силы вязкости, стремящиеся \

затормозить движущиеся частицы жидкости, в основном являются ]

тангенциальными силами. Потери на трение определяются .общей *

формулой аэродинамики
Р = с,5л = с,5<>о2/2,
где с/ — коэффициент сопротивления (величина безразмерная);;

5 — площадь, омываемая воздухом; д — плотность воздуха; V —
средняя скорость.
Площадь, омываемая воздухом,
5 = Я/,
где Я — периметр сечения трубы; / — длина рассматриваемого^
участка.
При установившемся движении сила сопротивления движении?

воздуха должна быть равна движущей силе, возникающей сп

разности давлений, т. е.
(р. — Р2)Р,
где Р — площадь сечения трубы.
Приравнивая значения (У.6) и (У.7), получим
(Р\ — Ръ)Р = с/5до2/2 = с,Я/до2/2,
(У.7
116
откуда необходимый перепад давления составит
Др = р\ — рч = С;П1/Р • ду2/2.
Величина Р/П называется гидравлическим радиусом г. Гидравлический радиус характеризует форму сечения воздуховода:
г = Р/П.
Тогда формула (У.8) получит вид
<
/±р = С11/г ■ до2/2.
Формула (У.10) показывает, что давление при перемещении

воздуха по воздуховоду падает:
Др// = с,уу2/(2г).
Для пользования формулой (V. 11) ^найдем значения гидравлических радиусов типичных сечений:

для круглого воздуховода
г—Р/П — лй2/4/(яй) = с//4;
для прямоугольного воздуховода со сторонами о и б
Г = Р/П = аб/[2(а + б)];
для квадрата со стороной а
г = Р/П = а2/(4а) = а/4.
Формулу (У.10) для расчета воздуховодов круглого сечения

принято писать в таком виде:
Др = с\1/г • дг.’2/2 = 4с\1/й ■ до2/2 = М/й-до2/2, (V. 15)
ГДе величина У. = 4С/ — коэффициент гидравлического сопротивления трения воздуховода.
Коэффициент трения определяется по формулам, выявленным

в Результате экспериментальных исследований.
Если при расчете круглых воздуховодов задаваться не скоростью

V
--------------- page: 60 -----------
уравнение (У.15) перепишется в следующем виде:
Ар = и/й • с/2[4«/(л^2)]2 = 16/л2А, • 1/а5 ■ сш2/2. (V. 16)
Формула (\’.16) представляет большой технико-экономический

интерес. Она показывает, какое большое значение имеет правильный выбор диаметра воздуховода, так как диаметр входит в формулу

в пятой степени. Уменьшение диаметра в два раза требует для

пропускания той же массы воздуха в 32 раза большего перепада

давления. Расход материала на изготовление воздуховодов при
этом уменьшается в два раза.
Гидравлические потери на трение
Рг = Ш2ц/{<1- 2е).
где X — коэффициент сопротивления трения (величина безразмерная) .
Так как №2д/(с1-2@) — Я— гидравлические потери на трение ,

в трубе длиной / = Г м, то формулу (V. 17) можно записать как
р, = Я1.
В расчетных таблицах и номограммах указаны потери давления I
на трение Я в воздуховоде длиной / = 1 м.
Коэффициент сопротивления трения (величина безразмерная) 1
X = /’(Ке,К/й), где Ре — критерий Рейнольдса; К — абсолютная ;

высота выступов шероховатости внутренних сторон воздуховода;.)

а —диаметр воздуховода. Следовательно, потери давления на тре- |

ние зависят от шероховатости стенок воздуховодов. Абсолютную^

шероховатость стенок воздуховодов К (мм) принимают равной:а
Для каналов из листовой стали .
Для каналов из шлакогипсовых плит .
Для кирпичных каналов (каналы в стенах)
Для каналов из шлакобетонных плит
Для каналов,оштукатуренных (изнутри) с притиркой поверхности 3—6
Для каналов, оштукатуренных по металлической сетке
Справочные таблицы для расчета воздуховодов выполнены ДЛЯ1

определения потерь давления при движении воздуха в металлических круглых воздуховодах (К = 0,1 мм). Поэтому при расчет*

воздуховодов с шероховатостью, отличающейся от предусмотренной

в справочных таблицах или номограммах, следует делать поправ*

к табличному значению удельных потерь давления на трение А
(на 1 м длины):
Яш = /?Р,
где р — коэффициент учета шероховатости стенок; Р = (Л’у)’;

здесь V — скорость воздуха в воздуховоде. Значение Э можно пр*|

нимать по табл. V. 1.
Таблица V I. -Значения р
Значение р при К (мм)
0.2
0,3
1,005
0,5
1,008
1
1,015
2,5
1,034
3
1,039
5
1,057
10
1,088
1,019
1,082
1,183
1,309
1,031
1,127
1,267
1,413
1,057
1,216
1,42
1,637
1,12
1,682
1,973
1,973
1,136
1,429
1,74
2,045
1,189
1,549
1,908
2,253
1,27
1.712
2,13
2,524
Потери на местные сопротивления. Местные

сопротивления возникают при изменении направления и скорости

движения воздуха (повороты каналов, изменения скоростей или

резкие изменения сечений каналов, тройники, крестовины, задвижки

и т. д.). Коэффициенты местного сопротивления с точки зрения

закона подобия (критерий Эйлера)* зависят, как и коэффициент

трения, от числа Ке (особенно при малых числах критерия Рейнольдса, где Не ^ 10 000). Однако в современных гидравлических

расчетах исходят из того, что коэффициент местного сопротивления

зависит в основном от геометрических параметров рассчитываемого

элемента (участка), а также от некоторых факторов движения:

вихреобразования, интенсивности перемешивания потока в местах

изменения конфигурации воздуховода или при встрече и обтекании препятствий. Эти явления усиливают обмен количеством

движения между частицами движущейся среды.
К местным потерям относят и потерю динамического (скоростного) давления при выходе воздуха в атмосферу. Значение давления, теряемого воздухом при прохождении такого препятствия,

пропорционально «живой» силе потока и выражается в долях динамического давления:
Хрм.с = 1у2а/2 = г.
На преодоление местных сопротивлений тратится значительная часть общей мощности, подводимой к вентиляторам, присоединенным к воздуховодам. Поэтому при проектировании сети возду-

х°водов необходимо обращать внимание на всемерное уменьшение

Местных сопротивлений, для этого следует переходы от одного
Критерий Эйлера Е =■ Ар/(егг) (по Б. Н. Юрьеву).
119
--------------- page: 61 -----------
диаметра к другому делать плавными, колена выполнять с радиусом

не менее 2й, не применять прямых колен, ответвления выполнять

под острыми углами (порядка 15—20°), на поворотах устанавливать

Значения коэффициентов местных

сопротивлений, указанных в расчетных

таблицах, определялись и,з .опытов,

проводимых по схеме (рис. У.2). Для

этого необходимо вычислить давления

р\ и рг, измерить среднюю скорость

в сечении обычно за препятствием. *1

Коэффициент местного сопротивле- <

ния
6 = (Р. - Р*)/(»2е/2).
Общие потери давления на участке воздуховодов длиной / = 1 м ■

при наличии местных сопротивлений определяются так:
Аруч = + 2,
где /?Р — потери давления на трение; (3 — поправка на шерохо- ‘

ватость.
Полные потери давления р в ветви, состоящей из нискольких ,5

последовательно расположенных участков, составят
Р=дар + 2).
Выбор скорости движения воздуха при рас чете воздуховодов. Известно, что значение скорости является,

фактором, влияющим на технико-экономическую характеристику

вентиляционной установки; следовательно, скорость должна иметь %

наивыгоднейшее значение. Рассмотрим это.
Гидравлические потери от трения и местных сопротивлений прог

порциональны скорости во второй степени:
р = Аи2.
Расход воздуха
О = /последовательно, мощность, затрачиваемая на преодоление сопр

тивлений, пропорциональна скорости в третьей степени:
М = АР (V3)/102.
Как видно, с возрастанием скорости повышаются расходы

электроэнергию и на амортизацию электродвигателя, но умен
лопатки ПраНдтля и т. д.
X
ц
С
Рис. У.2. Схема для определения

местных потерь
120
шается сечение воздуховода, а следовательно, его первоначальная

стоимость и величина отчисления на амортизацию. Таким образом,

одни слагаемые возрастают, другие — убывают. Значит, скорость

воздуха должна быть такой, при которой сумма всех расходов

была бы минимальной.
В результате соответствующего анализа значение наивыгоднейшей скорости
V = 2,526^1Ькцвг]„г],~/[пИ„рд(а + ге/(100я)], (У.22)
I<У~ —
где I — длина воздуховода; Ь — стоимость канала; к — срок службы

канала (процент амортизации воздуховода); т]в, т)п, т]„ — соответственно КПД вентилятора, передачи от мотора к двигателю,

мотора; п — степень использования всего оборудования (число

часов работы установки в год); к— коэффициент сопротивления

трению; /.пр — приведенная (сЕ%) длина воздуховода; д — плотность

воздуха; а — стоимость 1 кВт-ч, руб.; г — стоимость электродвигателя на 1 кВт мощности, руб.; е — срок службы электродвигателя

(процент амортизации электродвигателя).
Ввиду сложности выполнения расчета для всей системы выражение (У.22) следует применять к наиболее характерным участкам

системы.
Из формулы (У.22) следует, что расчетная скорость возрастает

при высокой стоимости вентиляционных каналов Ь, коротком

сроке службы их к, высоких т)в и г|м, повышенной температуре

перемещаемого воздуха (влияние на д) и более низких стоимости

электроэнергии а и электродвигателя г, при .более длительном сроке

службы электродвигателя е, коротком воздуховоде /.
Следует отметить, что важнейшим критерием определения наивыгоднейшей скорости следует считать расход электроэнергии,

даже не принимая во внимание ее стоимость. Всемерное снижение

удельного расхода энергии на перемещение единицы воздуха является наиважнейшим критерием состоятельности рекомендуемой к

применению системы вентиляции. В этой ситуации возможно даже

увеличение стоимости системы по первоначальным затратам на

ее устройство, но и этот фактор, как правило, не будет являться

препятствием для сооружения такой системы вентиляции, главное —

эксплуатационный расход энергии.
4 И,'Д ЛЭРОДИНАМИ'ЧГСКОГО РАСЧЕТА СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ
Аэродинамический расчет систем вентиляции является заключительным этапом проектирования вентиляции: его выполняют, когда
выявлены и определены количественно расчетные вредности,

в°3духообмены, запроектированы системы, нанесена на планы трасса

в°здуховодов.
121
--------------- page: 62 -----------
Для выполнения расчета строго в масштабе вычерчивают

аксонометрические схемы систем вентиляции. Расчет заключается

в определении размеров сечений участков системы и гидравлических потерь в этих участках при перемещении заданного количества воздуха.
В процессе эксплуатации вентиляционных установок может

возникнуть необходимость решения обратной задачи—определить

распределение воздуха по ответвлениям (или группе ответвлений)

в связи с реконструкцией (например, по причине изменения

технологии производства) системы вентиляции, когда при сохранении в основном старой системы добавляются новые участки, включение которых, в работу неизменно вызывает перераспределение

воздушных потоков.
Расчет по методу удельных потерь давления. Как правило, ,

из экономических соображений задаются скоростями движения

воздуха по ветви, затем по таблицам или номограммам в соответствии с заданными расходами определяют удельные (на 1 м длины) ,

потери давления на трение и местные сопротивления каждого из

участков.
Участком (как и в системах отопления) называется воздуховод,,

скорость движения и расход воздуха в котором не меняются.
Потери давления на участке
Руч = М/с? • о2д/2 + 2|у2р/2 или ру, -= 2(/?/ + г), (У.23) |
где К—коэффициент сопротивления трения; / — длина участка;*

й — диаметр воздуховода; V — скорость воздуха; 21; — сумма коэф-,1

фициентов местных сопротивлений на участке; /? — удельная потеря '

давления на трение; 2— сумма потерь давления на местные сопротивления на участке.
Общая потеря давления на всех последовательно включенных*

в ветви магистральных участках определяется так;
Р=Л(Ш + г).
Расчет ответвлений магистральной ветви производится в обратном порядке: исходя из располагаемых давлений в тройниках

(крестовинах), выявляют скорости и по ним (с помощью таблиц!

и номограмм) —диаметры (или размеры сечения) воздуховодов.-

Потери давления в соединяющихся в тройники (или крестовины):

участках должны быть соответственно одинаковы (отклонения до

пускаются в пределах 10%).
Часто задача расчета ответвлений решается путем ряда поел

довательных приближений, что является недостатком данного мет»^

да. Расчет воздуховодов по методу удельных потерь давления прои'

водится путем заполнения таблицы (см. далее пример расчета,,,
Пример V. 1. Выполнить

гидравлический расчет воздуховодов вытяжной системы вентиляции (рис. V. 3)

методом удельных потерь
I
X... \т0 с \Ш0 7
,000 ,
12
' / ъГН
/....
уШ-д
[■7
лые, диапазон скоростей воздуха 8—12 м/с. Данные

Рис. У.З. Схема воздуховодов (к примеру расчета для расчета круглых возду-
их методом удельных потерь давления)
фициентов местных сопротивлений принимались по таблицам «Справочника проектировщика».
2.
сдельная потеря давления и скоростное давление.
3.
4.
5.
6.
7.
давления.
48,4
2,45
1 18,5
145.4
50.7
0.2
11.4
22.9
70.0
0,1
7.0
12,8
75.4
0.2
15,1
21.2
07.4
0
0
2.4
44,2
0,0
26,8
31.0
11)1)0
2000
3000
5000
<>000
«ИНН»
Расчетная ветвь
200
4.81
26,9
280
3.3
1 1.5
315
3,86
5.8
400
3.07
6.1
450
2.38
2.4
500
1.41
4.2
--------------- page: 63 -----------
Потеря давлении в расчетной ветви, т. е. требуемое .давление вентилятора
Л/ + 2) = 235.7 Па

Располагаемое давление для участка 7—рР = У(К1 + 2)\ = 145,5
7
14^4
Невязка ’ ,
145.4
Располагаемое давление для участка 8 — рР = %(Ш + 2) 1.2 = 168,3
8
Невязка-^У^5 100% = 6,42%
Располагаемое давление для
участков 9 и Ю - рР = + г)' ^ - 181>1
9
10
1000
2000
3.0
2.0
200
280
4,81
3,3
14,4
6,6
8,9
9,1
48,4
50,7
2,45
0,5
118,5
25,4
132,9
32,0
+ 2) = 164,9
181,1 164,9 . ппо/
Невязка
Располагаемое давление для участка II — рр = 2(/?/ + 2.)ч = 132,9
И | 1000 | 1,5 | 200 | 4,81 | 7,2 | 8,9 | 48,4 | 2,^8 | 134,2 1141,4
141,4 — 132,9
Невязка
100% = 6,04%
Располагаемое давление для участка 12 — рр = 2(/?/ + 2)|.2.з.4 = 202,3
12 | 1000 | 1,5 | 180 | 8.05 | 12,1 | 10,9 | 72,7 | 2,5 | 181,2 | 193,3
202,3 — 193,3
Невязка
202,3
—100% =4,44%
124
Определение коэффициентов местных сопротивлений.
Участок I. 1.1 Вход боковой через первое отверстие
/готв//го=1;
1.2.
1.3.
ратов диаметров:
р„/р0 = 0,270,282 « 0,5; Р0/Рс = 0,2!/0,282 « 0,5;
и/и = 100/2000 = 0,5;
= 2,45
Участок 2. Тройник-проход, у = 30 с;
Рп/Рс = 0,28г/0,3152 « 0,8; Р0РС = 0.182/0,3152 « 0,33;

и/1,. = 1000/3000 » 0,3
Участок 3. Тройник-проход, а = 30°;
Р„/Ре = 0,3152/0,42 = 0,62; Ро/Р. = 0,28г/0.42 = 0,5;
и/и = 2000/5000 = 0,4;
2|з = 0,1
Участок 4. Тройник-проход, а = 30°;
Р„/Р< = 0,42/0,45 = 0,8; Р0/Рс = 0,182/0,452 = 0.16;
и! и = 1ооо/бооо = о,1б7;
Участок 5. Местных сопротивлений нет
Участок 6. Зонт Н/йо = 0,5
= 0,6
Участок 7. 7.1. Вход (см. 1.1)
7.2.
= 2,78
Участок 8. 8.1. Вход (см. 1.1) РСтв/Ро= 1,4;
8.2.
2|8 = 2
Участок 9 (см. участок 1)
Участок 10. Тройник-ответвление (см. 2)
!й = 0,5
Участок II (см. участок 7)
Участок 12. 12.1. Тройник-ответвление (см. 1.3)
12.2 Вход Рт/Р0 = 0,95
2?,2 = 2,5
РЛЗД\«Ч:И И ВГ.ЛСЫВЛНИЬМ ВО.ЩУХЛ
С целью обеспечения оптимальных подачи и удаления воздуха

в системах вентиляции широкое применение нашли воздуховоды

с Равномерной раздачей и равномерным всасыванием воздуха.

Воздуховоды с равномерной раздачей воздуха. Воздуховоды

одинаковыми расходами воздуха по всей длине устраиваются:
П0-1ЯЦИяРИ °ПреДеЛеНИИ & в зависимости от местных условий производится интер-
125
--------------- page: 64 -----------
а) переменного сечения, имеющего щели с изменяющейся и постоянной шириной по длине; б) постоянного сечения со щелью постоянной и переменной ширины по длине; в) постоянного и переменного (конусного) сечений с отверстиями различной площади по

длине воздуховода. Однако не всегда в этих воздуховодах происходит равномерная раздача воздуха. Объясняется это тем, что статическое давление, как правило, не бывает одинаковым по длине;

кроме того, благодаря влиянию сравнительно больших скоростей

потока внутри начального участка трубы воздух из первых отверстий вытекает под небольшим углом к оси воздуховода (рис. У.4,а),

настилаясь на последний, и только по мере приближения к концу

воздуховода принимает нормальное к оси положение (рис. У.4,б).

Относительно легче достигается равномерное распределение расходов воздуха в конических воздуховодах вследствие большего

постоянства статических давлений, но и здесь не устраняется настильность потоков, отрицательно отражающаяся на равномерности

раздачи воздуха по помещению.
о)
N
1
—#
А-
Ь)
Рис. У.4. Схема истечения воздуха из отверстий:
а—в первых (от вентилятора) приточных отверстиях; б — то же, " г,''''попиыч
I последних
а)

сСГ
$
•<г
о о □ □
Рис. У.5. Воздуховод с равномерной раздачей ]

воздуха через приточные отверстия:
а—векторы скоростей потока, вытекающего из отвер*

стий воздуховода; б — цилиндрический воздуховод,
= 290 мм (к примеру расчета)
Удовлетворительным решением задачи о равномерности раздач^

воздуха является ступенчатый воздуховод системы В. В. Батурина;
Затруднение с обеспечением раздачи одинакового количества

воздуха через все отверстия объясняется следующим. Угол в

(рис. У.4,а), составляемый вытекающим потоком с продольнс

осью воздуховода, обусловливается соотношением скоростного

статического давлений в рассматриваемом сечении и в общем случав

является переменным по длине воздуховода. Значение и направл^

ние скорости V определяется как равнодействующая, построенная

на двух векторах скоростей, соответствующих динамической!

и статическому давлениям. Скорость ьх равна скорости поток

внутри воздуховода, скорость Vу вызывается статическим давление
126
внутри воздуховода, значение этого давления определяется по

манометру/г* (рис. У.4,а).
По скорости Vу определяется количество воздуха, вытекающего

из отверстия воздуховода Д
Значение АЬ находится по формуле
Д/. = = ц/ /2ёРст/я ,
где ц — коэффициент расхода (ц = 0,5 0,7); / — площадь отверстия; рС1 — статическое давление (Нх).
Расчет воздуховода с равномерной подачей воздуха. Рассмотрим

метод расчета цилиндрического воздуховода постоянного сечения

с отверстиями различной площади (по К. К. Баулину). Для упрощения расчета введем следующие допущения: а) полные давления

(статическое плюс динамическое), постоянные по сечению воздуховода; б) потери от расширения потока в воздуховоде вследствие

раздачи воздуха через отверстия ввиду незначительной величины

во внимание не принимаются (возможность этого допущения

доказана экспериментально); в) коэффициент расхода принимается

одинаковым для всех отверстий воздуховода.
Примем обозначения (рис. У.5): р\ и V\ — соответственно статическое давление и скорость потока в сечении в начале воздуховода (сечение I — /); рх и V*. — то же, в рассматриваемом сечении

на расстоянии х (сечение х — х),Ьх — количество воздуха, проходящего через сечение воздуховода (в сечении х—х); /—полная

длина воздуховода; К — коэффициент сопротивления трению; Ю —

диаметр воздуховода.
Определим
Ц = /.(/ _ х)/1.
Тогда скорость в сечении на расстоянии х получит значение
ьх = ь\(1 — х)/1.
Потери на трение на участках йх будут равны
Л
йр> =Мх/0-ух2о/2.
Потери на трение на длине х будут составлять
р>.=-^Н 1,*ах-
127
--------------- page: 65 -----------
Подставляя в формулу (У.29) значение из формулы (У.27)

и произведя интегрирование, получим выражение для определения

потерь давления на трение:
р, = кд/(6П)- у?//2[/3 - (/ - х)*].
Примем уравнение Бернулли для сечений / — / и х — х:
р\ + У|0/2 = рх + 2 + р-,..
Обозначим через рСт* разность между давлением в трубе и

атмосферным давлением:
тогда
Рст* = рст! + ^10/2 — У?е/2 р
(У.32)
где р<т* представляет статическое давление в отверстии сече*

ния х — х. Заменяя а* на Ж|, получим выражение для определения
рСТХ'
= +
По уравнению можно рассчитывать воздуховод со щелью и воздуховод с часто расположенными отверстиями.
Зная рстх для любого отверстия, можно определить плошадь.

отверстия или степень открытия каждого отверстия (т. е. положе-'
ние задвижек для всех отверстий).
Недостатком, присущим воздуховоду с простыми отверстиями, •
является настильность потока в начальных участках.
Угол <р определится приближенно по формуле
*ё<Р= /рст*/(с>Уг/2)
Для устранения настильности применяю^

направляюшие решетки (рис. V. 6).
Пример V. 2. Рассчитать цилиндрический стальнов

воздуховод д — 290 мм с прямоугольными отверстияЛ

различной площади при следующих данных: длина воздух0"

вода 1 = 7,2 мм; отверстия расположены с одной стороНЦ*

количество выпускных отверстий п = 18 шт.; с цеЛ1^

направления потока отверстия снабжены направляющи!#

решетками; количество воздуха, подлежащее равномерно*;

раздаче, I = 2285 м3/ч, или 0,635 м3/с.
Рис. У.6. На
правляюшие решетки для устранения настильности потока
128
Решение. Определяем расход воздуха через одно (каждое) отверстие:

М = 1/п = 2285/(18-3600) = 0,0352 м!/с.
Скорость воздуха в корне воздуховода
V, = 0,635-4/(3,14-0,292) = 9,6 м/с.
Статическое давление в
откуда
сечении первого отверстия р„\

М = ц/
р„х = Д12о/(2р2/2).
.. I
(У.35)
Принимаем коэффициент расхода (сопротивления) для отверстий, снабженных

направляющей гребенкой, р = 0,56.
Задаемся размерами первого отверстия / = аб = 0,05-0,15 = 0,0075 м2. Подвив все значения величин в формулу (У.35), найдем
р„, == 0.03522-1,2/2-0,562-0,00752 = 42 Па.
Динамическое давление в сечении I — I воздуховода определится по формуле
1/?0/2 = 9,62 • 1,2/2 = 56,5 Па.
Коэффициент трения о стенки воздуховода принимаем К = 0,014.
Статическое давление по длине воздуховода
Ширину отверстий 6* при постоянной высоте а определяем по формуле

М= \х1 /2рст,/е;
откуда
Ргт — рс
первого
Вер
стия
б, = М./а\1 /2р(.Т1/С = 0,0352/0.05-0,56

Для удобства расчета
1ГЧП/-Ч
,
отверстия до центра каждого из последующих:
X
1 - л
1 и-х)2/1
0
7,2
1
0,4
6,8
0,895
0,8
6,4
0,79
1,2
6,0
0,695
1.6
5,6
0,605
2,0
5,2
0,522
2,4
4,8
0,445
373.3
314.4

262,1

216,0
175.6
140.6
110.6
0
0,0183
0,0345
0,0488
0,0613
0,0721
0,0814
Р.,. Па
42
157
46,9
143
51,9
136
58,7
128
61
125
65
122
68,8
118
129
--------------- page: 66 -----------
№ отверстия
X
1 — х
(/-х)2//2
(1 - *) '
Рс. Па
ах
8
2,8
4,4
0,374
85,2
0,0893
72,4
115
9
3,2
4,0
0,309
64,0
0.0959
75,7
112,5
10
3,6
3,6
0,250
46,7
0,1013
78
110,5
П
4,0
3,2
0,198
32,8
0,1056
81,5
108,5
12
4,4
2,8
0,151
22,0
0,1059
84
107
13
4,8
2,4
0.111
13,8
0,1115
86
106
14
5,2
2,0
0,077
8,0
0.1132
88
104
15
5,6
1,6
0,0495
4,1
0,1145
89,4
103,5
16
6,0
1,2
0,0278
1,7
0,1152
90,5
103
17
6,4
0,8
0,0123
0,51
0,1156
91,5
102
18
6,8
0,4
0,00309
0,06
0,1157
93,6
100
Таким образом, чтобы скорости истечения из отверстий были одинаковыми,

а следовательно, и площади отверстий, статическое давление воздуха внутри

воздуховода должно быть одинаковым в поперечных сечениях, проходящих через

каждое отверстие. Очевидно, в этом слч'чле потери■давления должны компенсироваться изменением не статического, а динамического давления.
Такой воздуховод (постоянного статического давления) должен иметь по

длине переменное сечение.
Расчет воздуховодов переменного сечения для равномерной раздачи воздуха. К. К. Баулин предложил воздуховод переменного

сечения с постоянным статическим давлением по длине.
В случае истечения воздуха под влиянием постоянного статического давления равномерная раздача воздуха должна быть обеспечена. При этом для сохранения статического давления постоянным по длине воздуховода нужно, чтобы гидравлические потери

воздуховода на трение компенсировались соответствующим падением

динамического давления, что обеспечивается соответствующим,

снижением скорости движения воздуха и соответствующим изме-;’

нением сечения воздуховода.
Определяем динамическое давление рл, соответствующее скорости выхода воздуха из отверстия:
Рх — у2е/2.
Значение статического давления рсг (одинакового) по вс:

длине воздуховода
р„ — |о2е/2,
где | — коэффициент местного сопротивления при входе и выхС

воздуха из отверстия (можно принять 5=1,5; 0,5 — на сжат

потока при входе в отверстие, 1 — на выход).
130
Принимая скорости в начале воздуховода у„ач и в конце кКГ||,
найдем разницу динамических давлений в начале и в конце воздуховода Дрд:
Ар.* — (V нам ~ Оы>нХ>/2.
Площадь начального сечения воздуховода

и = /У(3600а„ач),
где /. — общее количество воздуха, подаваемого по воздуховоду.

Зная /1, находим начальный диаметр воздуховода.
Определяем падение скорости в тройнике (в месте каждого

приточного отверстия):
А^
где п — число отверстий (или щелей в воздуховоде), которым

задаются.
Находим потери на преодоление местных сопротивлений

в тройниках — на проход г:
г =
Вычисляем площадь сечения конечного участка воздуховода:
= /.уч/(3600г.'кон)>
откуда определяем с?Кок.
Определяется удельная потеря на трение в воздуховоде /?„а„ при
^нач И ^нач» то же, Якон при йк ОН И ^КОН*
Тогда средняя удельная потеря давления на трение на 1

длины всего воздуховода
м
Яср = (Янач + Якон)/2.
Потеря давления на трение всего воздуховода составит
2д/ = #ср /.
Расчет может быть закончен при условии, что потери давления

НЕ> трение 2/?/ не должны быть больше разницы динамических

Давлений Ард. Если 2/?/ будет существенно отличаться от Ард, то

нУЖно изменить соответственно скорости в начальном и конечном

Участках для того, чтобы в итоге повторных расчетов было
« Ард.
131
--------------- page: 67 -----------
Определяем сопротивление вытяжного воздуховода со щелью:
Лр = /Сб^о/2 = 2,34-3,4-4,92-1,2/2= 113 Па,

где К поправочный коэффициент (при расчете вытяжного воздуховода К = 2,34).
Методика расчета воздуховодов в системах с естественным

побуждением. В системах вентиляции с естественным побуждением

расчет начинают с определения располагаемого давления. Далее

по номограмме или расчетным таблицам для определения потерь

давления на трение в круглых воздуховодах назначают сечение

(диаметр) воздуховодов (конструктивно или по скорости движения

воздуха), соответственно принятому сечению и заданному количеству

воздуха по той же номограмме или таблицам определяют гидравлические потери на преодоление сил трения. По участкам вентиляционной сети определяют гидравлические потери на местные

сопротивления. Затем выявляют суммарные фактические гидравлические потери на всех участках, входящих в расчетную ветвь.

При этом фактические гидравлические потери рф не должны превышать располагаемого давления р. Если величина рф > р, то

необходимо соответственно увеличить сечение отдельных участков

вентиляционной сети. Если величина рф< р, то необходимо умень*

шить сечения отдельных участков вентиляционной сети, с тем чтобы

после перерасчета сети рф было меньше р не более чем на 10%
(запас).
После расчета первой расчетной ветви приступают к расчету-

ответвлений сети. Расчет ответвлений вентиляционной сети произ-’

водится аналогично расчету первой ветви. Предварительно находят

располагаемое давление в ответвлении, назначают сечение воздуховода с помощью номограммы или таблиц и определяют факти-

ческие гидравлические потери при движении воздуха по ответвлен

нию. Расчет считается законченным, если потери давления в ответвлении не больше располагаемого давления в ответвлении; прй.

этом желательно, чтобы запас располагаемого давления был примерно одинаковым с запасом в первой расчетной ветви.
Воздуховоды прямоугольного сечения рассчитываются по

лицам и номограммам для круглых воздуховодов с помощи

приводимого ниже перерасчета на эквивалентный диаметр. Так

потерю давления на трение в воздуховодах любого сечения мож'

определять из выражения
ка
р = л,/4/? • и2о//2,
(У.41
134
где — гидравлический радиус (К ~ 1/и. / — площадь внутреннего

сечения воздуховода, м~, и —- периметр, м), то потеря давления на

грение воздуховода прямоугольного сечения со сторонами а и б

может быть выражена формулой
Ра6 = [А(2а + 2б)/(4аб)] (СЛ/2).
Примем, что потери давления на трение в двух воздуховодах

одинаковой длины /, круглой и прямоугольной формы при равной

скорости V составят
К/йа ■ (№2//2 = л-2 (а + б)/(4аб) • ра2//2.
отсюда для прямоугольного сечения получим значение равновеликого по потерям на трение эквивалентного диаметра
А,, = 4аб/[2(а + б)] = 2 аб/(а + б).
Пример У.4. Рассчитать естественную вытяжную

систему вентиляции (рис. У.9) ванных комнат

и санузлов двухэтажного жилого дома.
Воздуховодами служат каналы, располагаемые

в толще кирпичной стены (сечение каналов

130X130 мм). Каналы на чердаке объединяются

шлакоалебастровыми коробами. По нормам воздухообмен (вытяжка) составляет: из ванной комна

ты 25 м3/ч, из санузла — 25 м3/ч. Приток

воздуха неорганизованный. Вытяжка воздуха производится из верхней зоны помещений на высоте

0,5 м от потолка. Высота этажей, включая толщину перекрытия, составляет 2,9 м, а чердака под

коньком кровли — 2,5 м. Расчетная внутренняя температура /„ = 18°С.
Решение. При определении располагаемого

естественного давления вытяжной вентиляции жилых

и общественных зданий в качестве расчетной наружной температуры принимается температура наружного воздуха =+5°С. Плотность воздуха
щ+18)= 1,213 кг/м3, е.<+5) = 1,27 кг/м3. Сечения каналов в стенах заданы, размеры

каналов на чердаке определяются гидравлическим расчетом.
Аналогично расчету трубопроводов систем отопления расчет вентиляционных

каналов начинаем с ветви, удельное располагаемое давление в которой будет

наименьшее.
Находим располагаемые и удельные давления в ветви через канал первого
11
/)1 = А,(е+5-е+|») = 6,8(1,27 - 1,213)9,8 = 3.82 Па.
Сдельное располагаемое давление в ветви через канал первого этажа
р4а, = р,/2/, = 3,82/7.65 = 0,5 Па/м,

гДе л/1 — суммарная длина участков 6, 2, 3, 4, 5, равная 7,65 м (см. табл. V.!):

ра = Й2(е+я — е+1в) = 3.0(1,27— 1,213)9,8 = 2,17 Па;

р.XI = ра/2/. = 2,17/4.8 = 0,45 Па/м,
где V.
—1 __ суммарная длина участков /, 2, 3. 4. 5, равная 4,8 м.
Рис. У.9. Схема вытяжной

вентиляции с естественным

побуждением (к примерх

расчета)
--------------- page: 68 -----------
Так как р)Д, > руа2, первой расчетной будет ветвь, идущая через канал второго этажа (при наименьшем удельном располагаемом давлении).
Определяем потери давления на участках.
Участок I. Скорость воздуха в канале
V = 25/(3600 • 0,13 • 0,13) = 0,41 м/с.
Канал — прямоугольного сечения, и поэтому для определения потери давления

находим эквивалентный диаметр круглого' воздуховода, равновеликого по трению,

пользуясь формулой
</„ = 2аб/(а+ б) ==2-0,13-0,13/(0,13 + 0,13)= 130 мм.
По номограмме (для круглых воздуховодов) или расчетным таблицам при

V = 0,41 м/с и Аъ— 130 мм находим Н\ =0,035 Па/м;
У?1 /IР = 0,035 • 0,в ■ 2,25 = 0,063 Па,

2.25). |
где р — коэффициент, учитывающий шероховатость кирпичного канала (Р
Определяем коэффициенты местных сопротивлений на участке /.
Вход воздуха в жалюзийную решетку с поворотом воздушного потока при

отношении площади жалюзийной решетки к площади канала Рж.р//гк = 0,6 | == 1,3; '

два колена под углом 90° — | = 1,1 -2 = 2,2; тройник на проход — | = 0,7.

Таким образом, 2|| =4,2.
Определяем потери давления в местных сопротивлениях по формуле
В дальнейшем потери на местные сопротивления определяем по формуле-;

г = 0,62|у2, что удобнее, чем пользоваться специальной таблицей, по которой1--

определение г, как правило, требует выполнения интерполяции при скоростЯх|

«I, отсутствующих в таблице.
Определяем величину г. Так как У] = 0,41 м/с и 5^1 =4,2, то 2 = 0,43 Па;
Значения гидравлических потерь по результатам вычислений на других?

участках приводятся ниже в табл. У.2.
Участок 2. Скорость в магистральных участках воздуховодов естественно!^

вентиляции следует принимать не более 1 м/с. Площадь сечения канала принй-/

маем 150X150 мм. Тогда фактическая скорость
у = 50/(3600-0,15-0,15) = 0,63 м/с.
Определяем коэффициенты местных сопротивлений: тройник-проход прй-

Го/Рп = 0,13-0,13/(0,15-0,15) = 0,75 и
-и/и = 25/75 = 0,334
= 0,3
= 0,3
Участок 3. По скорости не более 1 м/с принимаем сечение 200X150 мМ

Определяем коэффициенты местных сопротивлений: тройник-проход пр*

Р0/Г„ = 0,13-0.13/(0,2• 0,15) = 0,56 и
/.о/^ = 25/100 = 0,25
2|з = 0
Участок 4. При у ^ I м/с принимаем сечение канала 200X200 мм. Определи

коэффициенты местных сопротивлений: тройник-поворот в шахту
’ = I
136
Участок 5. При нимаем сечение шахты 280X280 мм.
Определяем коэффициенты местных сопротивлений на участке 5: выход из шахты

; = 2.5
ХЬ = 2,5
Участок 6 (канал из первого этажа). Принимаем сечение каиалр 130X130 мм.

Определяем коэффициенты местных сопротивлений:
Вход воздуха в жалюзийиую решетку с поворотом .
Прямоугольное колено под углом 90е .
Тройиик на ответвление .
= 3,4
Составляем табл. У.2 для расчета воздуховодов и вносим в нее вычисленные

данные.
Таблица У.2. Данные к расчету воздуховодов
Ветеь через канал второго этажа

0,0169 130%о 130
0,0225

0,03

0,04

0.09
150%с150
200%о150
200%о200
280%о280
0,035
0,06
0,07
0,06
0,035
0,063
0,0135
0,016
0,045
0,17
25 | 3,8 10,41
Ветвь через канал первого этажа

|0,01691130%о1301 130 10,035 |.2,25 |0,3
4.2
0,43
0,493
0,3
0,07
0,084
0
0
0,016
1,3
0,4
0,445
2,5
0,78
0,95
Итог
о . . .
1,988
3,4 |
0,39 1
0,69
И т о
го...
0,69
* Для шлакоалебастровых плит.
Суммарная потеря давления на участках I, 2, 3. 4, 5 составляет:
2(/?/р + 2)1, 2. з. 4. 6 = 1,988 Па.
Располагаемое естественное давление для расчета ветви, начинающейся с ка

мТоР°го этажа, рг = 217 Па. Запас составляет (2,17 — 1,988) 100/2,17 = 8,5%,

■ °Жно считать удовлетворительным.
нала
что
--------------- page: 69 -----------
Располагаемое давление для участка 6
рв = р, - 2(Я/р + 2>2.3.4.5 = 3,82 — 1.5 = 2,32 Па.
Запас составляет (2,32— 0,69) 100/2,32 = 70%.
Это значение запаса велико. Снижение запаса возможно путем изменения
сечения канала или установки шибера.
Ввиду того что изменить (уменьшить) сечения канала нельзя (в кирпичных
стенах каналы сечением меньше 130X130 мм не устраиваются), следует рекомендовать установку шибера в канале или регулирующего приспособления в жалюзи йной решетке.
. •. Г'/й. И И ! г- г: ’ IV <1 }Ц)1!НЫ Ч :1И)Щ.ССОВ
Только теоретические исследования часто не позволяют установить закономерность происходящих явлений ввиду их сложности,

особенно в случае, когда одновременно действует несколько факторов, каждый из которых достоин самостоятельного исследования.

С другой стороны, только экспериментальные исследования на

опытной установке не позволяют учесть все (или многие) одновременно действующие факторы. Поэтому обобщения, выполненные

только на основании экспериментов, не имеют универсального

значения и использование их на практике носит ограниченный
(частный) характер.
Не прибегая к эксперименту, в сложных условиях натуры можно
отыскать решения задачи путем исследования процесса на моделях

и определить способы пересчета результатов, полученных при испытании моделей, на основной процесс.
Указанная возможность обосновывается теорией подобия (разработанной академиком М. В. Кирпичевым), позволяющей выявить'

правила моделирования, т. е. для построения модели изучаемого

явления необходимо отыскать критерии подобия.
Вентиляционные процессы в основном описываются уравнениями

движения, непрерывности, переноса теплоты и влаги, теплообмена-

на твердой поверхности, уравнениями зависимости физических параметров от температуры.
Выполнение условий подобия необходимо при проведении экспс

римента и при доказательстве допустимости применения результа

тов исследований на модели к явлению в натуре.
Из теории моделирования известно, что для построения моде

явления достаточно найти условия однозначности и преобразова

их подобным образом.
Критерии подобия различаются по их ведущей роли в явлен
на определяющие и неопределяющие.
Определяющие критерии составляются из независ

мых переменных величин и из известных величин, входят'

в условие однозначности. Определяющие критерии отражают вл'

ние конкретных факторов на процесс, вследствие чего все физ
138
ческие величины, входящие в состав этих критериев, являются

известными.
Неопределяющие критерии содержат одну или несколько искомых величин.
Отсюда следует вывод, что подобными явлениями являются

те, которые имеют подобные условия однозначности и одинаковые

определяющие критерии.
Основы теории подобия. Полностью подобными будут

явления, у которых все характеризующие их однородные физические величины находятся для любой точки пространства в одинаковом отношении. Бывает подобие соблюдено не для всех величин,

а лишь для некоторых — тогда подобие будет частичным.
Масштабы модели. Отношение сходственных размеров

модели к натуре называется масштабом модели.
Линейный масштаб К1 — отношение линейного размера модели

/, к соответствующему размеру натуры I:
К1 = 1\/1-
Масштаб давления КР — отношение давления на какую-нибудь
часть модели р\ к давлению, действующему на соответствующую

часть натуры р:
КР = Р\/Р-
Масштаб времени К1 — отношение времени, в течение которого

событие совершается у модели в 1\ секунд, а у натуры — в / секунд;
К1 — 1\ 11-
Масштаб плотности Ко — отношение плотностей в двух сходственных точках сравниваемых явлений:
К = 61 /е-
Масштаб скоростей — отношение скоростей в двух сходственных

точках сравниваемых явлений:
Ки = У\/Ь и т. д.
Основное свойство всех этих масштабов при соблюдении подобия - ц\ постоянство там, где происходят сравниваемые явления.

аК|'м образом, можно считать, что два явления называются подоб-

Ь1\1и, если у них всюду в сходственных точках получаются оливковые масштабы для однородных величин (или безразмерные

м по/кители перехода).
139
--------------- page: 70 -----------
Комбинации критериев. В теории подобия из уравнений, описывающих процесс из условий однозначности, извлекаются безразмерные критерии. При обработке экспериментальных

данных можно использовать любые комбинации критериев. Приведем некоторые из критериев, применяющихся при анализе явле-.

ний и встречающихся'при исследовании или расчетах вентиляционных процессов.
Критерий Рейнольдса (Ре), характеризующий гидродинамический режим течения жидкости, является частичным подобием

внутреннего трения (вязкости) в потоке жидкости:
где V — скорость потока; / — определяющий размер

диаметр); V — коэффициент кинематической вязкости.
Критерий Архимеда (Аг), характеризующий условия естествен*-
ной конвекции,
Аг = §1я/\2 • (-01 — дг)/еь
где §1л/у2 — критерий. Галилея; § — ускорение силы тяжести;”

/, V — см. выше; р1, дг — плотность газа на границах процесса,^

например при испарении воды у поверхности жидкости и в ядре]

потока.
Критерий Прандтля термический (Рг) и диффузионный (Рг')»^

характеризующие физические свойства влажного газа,
■а.
1
. .у;

т
(длина, $
Рг
у/а: Рг' = г/0,
где а — коффициент температуропроводности; О — коэффициенту
диффузии.
Критерий. Эйлера представляет условие динамического подобия
движения жидкости:
Ей = Др/(да2),
где Ар — разность давлений в двух точках жидкости; д — плотно'*
жидкости.
Критерии Ре, Аг, Рг, Рг', Ей являются, как правило, опреД
ляющими критериями.
Большое применение при исследовании тепло- и массообм*

нашли критерии Нуссельта термический (N11) и диффузионн-
(N11').
Коэффициенты ГЧи и N11' — неопределяющие критерии, так к.,

в своем составе содержат искомые величины; в термичее:
критерии N0 искомой является величина а, в диффузионном критерии — коэффициент влагообмена (3.
Обработка (обобщение) экспериментальных данных с помощью

аппарата теории подобия, как правило, применяется тогда, когда

аналитическое решение дифференциальных уравнений,описывающих

процесс, затруднительно. Так,' результаты опытного изучения процессов испарения воды с поверхности ванн и резервуаров, протекающие при неизотермических условиях с учетом естественной

подвижности воздуха, можно представить в виде функциональной

зависимости между критериями:

теплообмен
N11 = [ (Аг, Рг, Ьо);
массообмен
Ми' = НАг, Рг', Ьо),

где Ьо - критерий Ломоносова (Ео=Аг/Ке2).
Известно, что периметр квадрата (или прямоугольника) всегда

больше длины окружности круга, равновеликого по площади

квадрату (или прямоугольнику). Этим правилом пользуются при

выборе типа воздуховодов с учетом того, что воздуховоды круглого

сечения наиболее экойомичные по расходу материалов на их изготовление.
Как известно, расчет прямоугольных воздуховодов производят

по таблицам потерь давления в воздуховодах круглого сечения,

используя для этой’ цат формулу равновеликого по потерям

Давления на трение эквивалентного диаметра
(1и = 2аб/(а + б),
где а, б — стороны прямоугольного воздуховода.
Соотношение периметров воздуховодов квадратного и круглого

сечений будет (при стороне квадрата а и диаметре круга й а = й)

^а/{р.й) — 4/л = 1,27. Скорости движения воздуха в круглом и

прямоугольном (квадратном) воздуховодах будут различны, поэтому

и гидравлические потери будут не одинаковы.
Между тем сравнение расходов материала на изготовление

в°здуховодов следует произвести при адекватных условиях, т. е.
® Данном случае при одинаковых расходах энергии на перемещение

0зДуха в воздуховодах круглой и прямоугольной формы. Для
--------------- page: 71 -----------
удобства расчетов сравним воздуховоды: круглого сечения при

й = 1 м и прямоугольного (квадратного) сечения со стороной

а — й — 1 м. При прочих равных условиях расход электроэнергии

(мощность) равен произведению расхода воздуха I на давление р,

т. е. р — где Я — удельные потери давления на трение (потери

давления на местные сопротивления в данном случае в целях
упрощения исключаем).
Отношение площадей при стороне квадрата а, равной диаметру

й, составит Рк?/Р*я = 0,79, так как яс12/4 = 0,79. Следовательно,

отношение скоростей можно принять тоже равным 0,79 или
у2 = 0,79^1; сч = 1,27^2,
где сч — скорость в круглом воздуховоде; V? — скорость в квадратном воздуховоде.
Эквивалентный диаметр
А, = 2аб/{а + б)'= 2» I -1/(1 + 1) = 1 м.
Потери давления на трение (на 1 м) рпределяются по формуле *.
.■ - •
К = 0,1.1 [Д + V■68/(осО]0'2^
где Д— отношение высоты бугорков (шероховатость) к диаметру'-

трубы; V — коэффициент кинематической вязкости.
Подставляя значение К в формулу (У.45), получим
Я = 0,11 [Д + V ■ 68/(Vс^)]0■2ь^V2/(2с^).
Для воздуховодов значением относительной шероховатости

Д можно пренебречь, так как по гидравлическому радиусу они

будут примерно равны.
Следовательно, можно записать
/? = 0,11 4*Л>.68/(^)с.^7(2сО = Ь7/4.
Прологарифмировав выражение 1,27 7/4, получим важное соотнош*

ние 1,27 /4 = 1,5, т. е. увеличение потерь давления в 1,5 раза вед,

к повышению расхода (скорости) воздуха только в 1,27 раз"

Таким образом, если для круглого воздуховода принять прои

ведение 1*р = 1 (т. е. мощность), то для квадратного (а = д.) пр,

том же расходе воздуха потребная мощность составит 1~р\ = 1/1,5

= 0,67. Отсюда видно, что в случае применения квадратных возД>

ховодов' перерасход материала по сравнению с круглыми возД
142
ховодами составит 27% при экономии электроэнергии на 33%.
Исходя из того, что расходы энергии при круглом и квадратном сечениях будут одинаковы,определим эквивалентное сечение

квадратного воздуховода по расходу электроэнергии. Запишем
уравнение 0,67/г1+7/4 = 1; рп/4 = 1,5. Логарифмированием находим,

что Р — 1,16.
Соотношение площадей квадратов 2 и 3 равно 1,16: 1, откуда,

если известно сечение 2. сечение 3 будет равно й2-1/1,16. Следовательно, сторона искомого квадрата
аз = 02 }Л/1,16 = 0,93 м.
Периметр квадратного воздуховода Рз = 4-0,93 = 3,72, перерасход материала составит
(1 - 3,72/3,14)100 = 18%.
Таким образом, при одинаковом расходе электроэнергии в случае

применения квадратного сечения воздуховодов перерасход материала составляет 18, а не 27%, как обычно считают.
Н \П>ЬТ\НИ1-: !>,<,
VI
9
Нагревание воздуха осуществляется путем сообщения ему явной,

теплоты. Для этой цели в системах вентиляции применяются воздухонагреватели-калориферы. Существует несколько типов калориферов.
По конструкции калориферы делятся на: огневые кирпичные;

из радиаторов; гладкотрубные; ребристые— пластинчатые; спирально-навивные; по видам теплоносителя — на огневое, водяные,

паровые, электрические; по размерам — малой, средней и большой-
моделям; по движению теплоносителя — одноходовые, многоходовые.
Огневые калориферы (рис. VI. 1) устраиваются из кирпича,

воздух в них нагревается внешней поверхностью кирпичных

колодцев, обогреваемых, в свою очередь, изнутри отходящими дымовыми газами. Их достоинства — почти полное отсутствие металла,

Незначительное гидравлическое сопротивление проходу воздуха

'Преимущество для применения воздухонагревателя в приемных системах вентиляции и воздушном отоплении с естественным

Суждением). Недостатки — сложны в эксплуатации (необходи-
--------------- page: 72 -----------
Рис. VI.2. Калорифер из чугунных

радиаторов:
/ — чугунные радиаторы; 2 — канал, подводящий

к калориферу наружный воздух, 3 — каналы

приточной вентиляции
мость очистки от сажи колодцев-газоходов), пожароопасны. В настоящее время огневые калориферы практически не применяются.
Калориферы из радиаторов. Воздух нагревается во время

контакта с внешней поверхностью радиаторов, обогреваемых водой

или паром (рис. VI.2). Достоинство калорифера из радиаторов —
Рис. VI. 1- Огневой калорифер ( принципиальное

устройство):
I — топка; 2 — воздухонагревательные колодцы, по которым

идут огневые газы (продукты

сгорания);, 3 — канал, подводящий приточный наружный воздух;
4
5
если вентиляционная установка

работает еще и как воздушное
отопление
небольшое гидравлическое сопротивление проходу нагреваемого

воздуха позволяет применять его в приточных системах с естест-


венным побуждением. Недостаток

габариты.
Калориферы гладкотрубные устраиваются из гладких стальных

труб, ввариваемых в коллектор в виде коробок. Применяются при необходимости нагрева относительно небольшого количества воздуха.
металлоемкость, большие
Рис. VI.3. Калорифер

пластинчатый
144
Калориферы пластинчатые устраиваются из стальных труб

диаметром 15 мм, укрепляемых в две металлические коробки.

Пластины калориферов выполнены из листовой стали толщиной
0,5 мм, крепятся к .трубам на расстоянии 5 мм друг от друга

(рис. VI.3).
Кроме пластинчатых нашли применение оребренные калориферы,

в которых вместо пластин на трубы навивается стальная гофрированная лента.
Преимущество пластинчатых и им подобных калориферов

состоит в их компактности сравнительно с калориферами из

радиаторов, высокой тепловой напряженности металла (количество

отдаваемой теплоты, отнесенное к 1 кг металла при разности температур теплоносителя и нагреваемого воздуха в 1 °С). Недостаток —

большое гидравлическое сопротивление движению воздуха через

калорифер, вследствие чего они, как правило, применяются

в системах механической приточной вентиляции.
Получили применение пластинчатые калориферы большой и

средней моделей, имеющих соответственно по направлению движения воздуха четыре и три ряда трубок (рис. VI.4): одноходовые

типа КФС, КФБ и многоходовые КВС, КВБ и др. (рис. VI.5).

Многоходовые калориферы при теплоносителе паре не применяются.
Электрические калориферы применяют относительно редко,

как правило, для нагревания небольшого количества воздуха.

Электрокалорифер состоит из кожуха и нагревательных элементов.

Нагревательные элементы — трубки с накатным алюминиевым

оребрением для увеличения поверхности нагрева. Трубки установлены внутри кожуха в несколько рядов и разделены на самостоятельные секции, с помощью которых можно регулировать теплоотдачу калорифера.
\

I
Рис. VI. 5. Схемы калориферОЕ

по движению теплоносителя:
а — одноходовые; б — многоходовые
41
\ 1.4. Модели калориферов;
а — большая; б — средняя
10
--------------- page: 73 -----------
У1.2. РАСЧЕТ КАЛОРИФЕРОВ
Под расчетом калориферов подразумевается подбор их. Исходные данные для подбора калориферов: количество нагреваемого

воздуха, расход теплоты, параметры нагреваемого воздуха и теплоносителя.
Количество нагреваемого воздуха выявляется при определении

воздухообмена, необходимого для борьбы с расчетной вредностью,

выделяемой в вентилируемом помещении.
Расход теплоты обычно определяется по формуле
<2 = С, си-, — и).
где С — количество нагреваемого воздуха; С - массовая теплоемкость воздуха; 1ч—температура воздуха после нагревания (после

калорифера); (\—температура воздуха до нагревания (до калорифера).'
Параметры нагреваемого воздуха выявляются во время расчета

необходимого воздухообмена по нормативным данным или в процессе '

расчета воздухообмена по /-^-диаграмме влажного воздуха.<|

Нередко температура приточного воздуха, поступающего в вентили,-^

руемое помещение, зависит от принципиальной схемы вентиляции,-;

в частности места подачи воздуха: подается ли воздух, например,?;

непосредственно в рабочую зону или в зону на некотором вертикаль->

ном расстоянии от отметки рабочей зоны, например под потолкоМ>|

В первом случае параметры воздуха, поступающего непосредственно*

в рабочую зону, должны удовлетворять требованиям хорошего;

самочувствия человека, а именно н первую очередь I и с» (/ — тем

пература, у—скорость воздуха). Во втором случае температур

и скорость выхода воздуха из приточных отверстий могут и

отвечать требованиям комфорта, например температура может бь

существенно ниже, а скорость выше значения комфортных пар'

метров. Но, будучи введен на большой высоте, воздух, опуская*

в рабочую зону, нагреется за счет теплоизбытков в иомещени

а скорость снизится до комфортных значений. Подавать же возд..

в верхнюю зону, т. е. дальнейшее нагревание его избыточной те

лотой помещения, имеет экономическое значение: экономию топли"

а в системах кондиционирования, например, устранение необ

димости установки калорифера второго подогрева воздуха, пг,

шедшего оросительное пространство форсуночной камеры.
Параметры теплоносителя выявляются в зависимости от рас--

ного режима воздухообмена. При постоянном независимо от рас

ных периодов вентиляции количестве вытяжною воздуха (напри .

при вытяжной вентиляции через местные отсосы) температура т~ ,

носителя принимается такой же, как и для расчета систем ото
146
ния; при вентиляции, работающей по режиму, допускающему

изменение количества вентиляционного воздуха в зависимости от

температуры наружного воздуха (например, вентиляция гражданских зданий), температура теплоносителя принимается по температурному графику системы теплоснабжения в зависимости от средней

наружной температуры самого холодного месяца (расчетная зимняя

вентиляционная температура).
Поверхность нагрева калорифера определяется по формуле
? = ()/(№),
где (} — расход теплоты на нагревание воздуха; К — коэффициент

теплопередачи в калорифера; Д< — среднеарифметическая разность

температур между средней температурой теплоносителя и средней

температурой нагреваемого воздуха;
М = (Тх + Т2)/2 - (*, + *,)/2,
здесь Т\, Т-2 — температуры воды до и после калорифера; 1\, 1ч —

температуры воздуха до и после калориферов.
В практике расчета поверхности нагрева калориферов, как

правило, пользуются среднеарифметической разностью температур

(У1.3). Однако среднеарифметическое значение температурного

напора всегда больше среднелогарифмического:
М = [(7", - И) - (У2 - /,)]/ 1п
Если отношение (Тч — 1>)/(Т\ — 1\ > 0,6, то среднеарифметическая и среднелогарифмическая разности обеспечивают почти

тождественные результаты (отличие друг от друга меньше чем

на 3%). Если отношение (Тч — 1ч)/(Т\ — Л) < 0,6, то расчет калориферов следует произвести по среднелогарифмической разности

температур.
Коэффициент теплопередачи, несмотря на-теоретическую возможность нахождения его с помощью безразмерных критериальных

Уравнений, определяется опытным путем (с целью большей достоверности) и выражается следующими формулами, записанными в общем

8 иде:
при обогревании калорифера паром
К - [(иеУ,
"Ри обогревании водой
К = К^дш),
^Ле цу массовая скорость воздуха; ш — скорость движения воды
тРубкам теплоносителя.
147
--------------- page: 74 -----------
При увеличении массовой скорости воздуха коэффициент теплопередачи возрастает, калориферная установка делается более компактной, но при этом увеличиваются гидравлическое сопротивление проходу воздуха через калориферы, мощность электродвигателя

на вентиляторе, а следовательно, и стоимость эксплуатации ‘

калориферной установки. Поэтому возникает необходимость выявления экономически наивыгоднейшей массовой скорости водуха.
На основании технико-экономических расчетов наивыгоднейшая

массовая скорость воздуха в калориферах принимается в пределах

4 —12 кг/(м2-с). В связи с этим базовой величиной при расчете

калориферов является массовая скорость воздуха. Удобство применения именно массовой (а не объемной) скорости.состоит в том, ^

что значение ее не зависит от температуры. воздуха, т. е. масса

воздуха, проходящего через 1 м2 площади живого сечения калори- *

фера в единицу времени, является величиной постоянной.
Одна из методик подбора (расчета) калориферов. 1. Определяются площадь живого сечения / (м2) калорифера для прохода

воздуха:
I = С/(3600ое),

где С — количество нагреваемого воздуха, кг/ч; у—плотность-*

воздуха, кг/м3; V^ — массовая скорость воздуха, принимаемая^
в пределах 4—12 кг/(м2*с).
2.
феры с живым сечением, максимально приближающимся к определенному по формуле (VI.5).
3.
массовую скорость воздуха:
(Уе)ф = С/(3600[ф).
4.
ках калорифера:
к. = Ск./(3600 • 1000/Тр),
где Сш—расход теплоносителя, кг/ч; /тр — живое сечение труб

калориферов, м2;
О.. =
(3 — расход теплоты на нагревание воздуха; 1Т — температура гор,

чей воды в подающей магистрали (до калорифера); 10—темпер

тура обратной воды в магистрали (после калорифера); С — те!

емкость воды.
148
При определении скорости воды в трубках калорифера следует учесть способ

питания теплоносителем (водой) калориферов: при параллельном присоединении

расход теплоты (и теплоносителя) делится на число калориферов, при последовательном присоединении весь расход теплоносителя проходит

через каждый из калориферов (рис. VI.6).
5. Определяют коэффициент теплопередачи калориферов К; исходя из фактической массовой скорости

воздуха. Определение производят по данным испытаний калориферов. При обогреве калорифера паром коэффициент теплопередачи калорифера
К = с^)а.
При обогреве калорифера водой
К=фдУх1>6,
где с. а, б — опытные коэффициенты; уу — массовая скорость

воздуха; ш — скорость воды.
Зная значения уу и ю, можно определить коэффициенты теплопередачи калорифера по соответствующим таблицам (или графикам), составленным для определенного типа калориферов и помещенным в соответствующих справочниках.
6. По результатам испытания калориферов определяют гидравлическое сопротивление движению воздуха р через калорифер:
Др = а(уу/,
гДе а, б — опытные коэффициенты.
Дан ные о сопротивлении калориферов приводятся в таблицах

или графиках справочников.
Определяют гидравлические потери в установке при движе-

Нии теплоносителя, обогревающего калориферы. Расчет производят

^алогично определению потерь давления в трубопроводах систем
0т°пления.
14!)
а)
о-г-
-4
| I
I)
гфя--.
ч
в)
о-*-
/г ГГ
I 3
Рис. VI.6. Схемы присоединения трубопроводов к калориферам:
а — параллельное при обогреве водой; б — последовательное при обогреве водой; в — при. обогреве калориферов

паром; 1 — калорифер; 2 — подающий трубопровод; 3 -

обратный трубопровод; 4-- запорные устройства; 5

кран для спуска воды; 6—парозапиратель (при давлении пара 0,03 МПа — гидравлический затвор —‘^-образная труба; при давлении больше 0,03 МПа — конденсационный горшок)
--------------- page: 75 -----------
8.
к наибольшей (Га — 1-г)/{Т\ — (1) для решения вопроса, по какой

формуле (среднеарифметической А1' или среднелогарифмической

А Г) следует определять поверхность нагрева калориферов.
9.
ной установки):
<2Ф=^Ф7Ш';
<?ф=/> КА1",
где /ф — фактическая поверхность калорифера; К — коэффициент

теплопередачи калорифера; АV — среднеарифметическая разность

температур; А(" — среднелогарифмическая разность температур.
При теплоносителе паре давлением 0,03 МПа принимают

(Т\ + 7У)/2 = 100°; при давлении пара более 0,3 МПа температура

пара принимается в зависимости от его давления.
Фактическая теплоотдача калориферной установки должна быть

на 15—20% больше расчетной ф, т. е.
<?Ф = (1,15 -т- 1.2)<?.
При определении гидравлических .<

потерь сопротивление калорифер- .1

ной установки принимают с запасом: *

по воздуху— 10%, по теплоносителю-воде — 20%.
В системах вентиляции общественных зданий, когда температура .

наружного воздуха принимается по

параметрам А (средняя температур?

самого холодного месяца), темпера-:

тура теплоносителя (воды) принимается для расчета калориферов-;

в соответствии с наружной температурой. Практически температуру

теплоносителя при наружной температуре по параметрам А легко»

найти путем построения график

(рис. У1.7).
Пример VI.). Подобрать калориферную установку для следующих условй

количество нагреваемого воздуха С = 14 000 кг/ч; расчетная наружная вентил

ционная температура 1\ = —15°С; температура приточного воздуха / 2 = 10

теплоноситель — вода с параметрами при наружной отопитечьной температу

Г, = 150°, Г2 = 70°.
Рис. VI.7. Определение температур

теплоносителя /г, 1и при различных

наружных температурах водуха

магистрали;
отопительная: /н/* вентиляционная

для общественных зданий
150
Ре 111 е н и е. 1. Определяем расход теплоты на нагревание воздуха по формуле

(VII)-
14 000-0,278 [15 — (— 15)]= 117 000 Вт.
2.
I,зрительно живое сечение калориферной установки но воздуху:
I = 14 000/(3600-8) = 0,485 \г.
3.
КФС-6. Параллельная установка двух калориферов по воздуху создает живое

сечение
2-0,295 --=0,59 м2.
4.
феров:
(уС>)ф= 14 000/(3600-2-0,295) = 6,6 кг/(м2-с).
.'> Но графику темпераир и-п.юноепимя в зависимости ог /„ находим темне-
рпг\(>\ в подающей н обратной магистралях при расчетной наружной вентиляцнон-

иии императоре /, — — 15 •
Г у
(>. Определяем скорость движения воды в трубках калориферов, пропуская

виду последовательно через каждый калорифер:
V) = 117 000Д3600 • 1000 - 0,007<>( 118 - 58) 1,10) = 0,066 м /с,
г ю / = 0,0076 иг- живое сечение прохода воды для калорифера КФС-6 при

ее расходе через калорифер
С = 117 000/[ 1.16(118 — 58) 1000] = 1.8 м’/ч.
7 Вычисляем коэффициент теплопередачи калориферов путем интерполирования
табличных значений:
К = 18,5 Вт/град.
8.
(Тг- /«)/(Т, - /,) = (58 - 15)/[118-(-15)] = 43/133 <0,6.
Следовательно, расчет должен быть отнесен к среднелогарифмической разности
^'Шератчр.
9
Г =
[К(Т, - I,) - (7, - /,)]/ 1п - 1?
•2 — * I
= _
■ | О
{18,5(118 - 15) - [58 - (-15)]}/ 1п ~ -■Л
151
--------------- page: 76 -----------
ДОК'ь-'у.
10.
= 82/25,3 = 3,24; принимаем 4 калорифера КФС-6.
11.
/\ =4-25,3= 101,2 м6.
Запас поверхности нагрева калориферной установки

101,2 - 82
: Ю0= 18,7%, что допустимо.
Для спуска

йоды
Рис. VI.8, Последовательное присоединение

трубопроводов к калориферам при теплоносителе — воде (к при

меру расчета калориферов)
12.
установку четырех калориферов по схеме (рис. У1.8).
13.
= 6,6 кг / (м2-с). Сопротивление одного вида калориферов по воздуху для модели КФС
р, = 0,122(уе)' 7,1 = 0,122 • 6.61-75 • 9,8 = 32,4 Па.
Для двухрядной установки калориферов

р2 = 2- 32,4 = 64.8 Па.
14.
тивление одного калорифера при т = 0,066 м/с, опре--"

деляемое путем интерполирования, составляет
р = 110 Па.
ГЮ
15.
ненных по ходу воды калориферов
Р^ = 4,ъ + 2(Я/ + г) = 440 + У:(Я1 + г).
где Ш + г — потеря давления в трубопроводе, соединяК

тем калориферы, которое определяется при расчете трубопроводов, подающи»

теплоноситель к калориферам (аналогично расчету трубопроводов систем отопления^
У1.3. УСТАНОВКА КАЛОРИФЕРОВ
Количество калориферов выбирают в зависимости от объел

нагреваемого воздуха, степени его нагревания, теплопроизводител^

ности одного калорифера. В случае применения нескольких кал<

риферов их устанавливают параллельно, при этом воздух поступав

одновременно во все калориферы (рис. \'1.9,а), и последователь*#

когда воздух проходит через все калориферы- последователь»

(рис. VI.9,6). Калориферная группа может быть образована и *

нескольких параллельных рядов, установленных последовател!

(рис. VI.9,в).
Как правило, все калориферы, установленные параллельно',

последовательно по направлению воздуха, должны быть одинак

по типу и размеру.
Рис. VI.9.
Различные способы включения

калориферов:
а — параллельно по ходу воздуха и по ходу теплоносителя; б — то же, последовательно; в две параллельные группы калориферов установлены последовательно по ходу воздуха; по ходу теплоносителя все

калориферы присоединены параллельно (запорная арматура не показана)
Выбор оптимального типа калориферной установки

производится на основании

технико-экономических расчетов. Например, при установке последовательно ряда колориферов увеличивается сопротивление движущемуся воздуху, а следовательно, расход энергии,

число рядов подогревателя

и скорость движения воздуха

в его живом сечении. При последовательной установке

калориферов по ходу теплоносителя скорость движения

воды в трубках калориферов

увеличивается. Соответственно повышается и коэффициент теплопередачи. Так, при присоединении двух калориферов последовательно по ходу теплоносителя коэффициент теплопередачи повысится в 1,5 раза, а поверхность нагрева уменьшается

на 10—13%. При последовательной установке трех калориферов коэффициент теплопередачи увеличится в 1,24 раза, поверхность

нагрева уменьшится приблизительно на 20%. Однако при этом

с увеличением скорости теплоносителя (воды) возрастает гидравлическое сопротивление трубопроводов. Поэтому не следует

увеличивать скорость выше предельно допустимых.
При теплоносителе паре применяется только параллельная обвязка калориферов трубопроводами.
4*1.4. РЕГУЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ КАЛОРИФЕРНЫХ УСТАНОВОК
Калориферные установки вентиляционных (и отопительных)

агрегатов рассчитывают, как правило, на наибольшую требуемую

от них нагрузку (теплоотдачу). Между тем по ряду причин (изменение наружной температуры и изменение количеств выделяющихся

в помещении вредностей, являющихся расчетными при определении

воздухообмена и расходов теплоты для нагревания воздуха)
теплоотдача калориферных установок должна изменяться или регулироваться.
Регулирование количества отдаваемой теплоты и температуры
приточного воздуха осуществляется аналогично регулированию систем отопления.
Способы регулирования систем отопления: изменением темпе-

РатУры теплоносителя, изменением количества теплоносителя.

Уступающего в калориферы, или совместным изменением темпе-
153
--------------- page: 77 -----------
ратур и количества теплоносителя. Кроме этого, для

регулирования теплоотдачи и изменения степени

нагрева воздуха в калориферной установке предусматривается обводной клапан (рис. VI. 10).
С помощью обводного клапана часть наружного (несогретого) воздуха пропускается в обход

калорифера с последующим смешением его с нагретым. При регулировании обводным клапаном снижение температуры воздуха происходит также вследствие уменьшения коэффициента теплоотдачи калорифера, происходящего вследствие снижения объема, а следовательно, скорости воздуха, проходящего через живое сечение калорифера. Сечение обводного клапана должно составлять не менее 70%

от живого сечения калориферов.
При теплоносителе паре установка обводного клапана обязательна ввиду того, что регулирование теплоотдачи калориферов

на паре практически возможно только путем пропуска части
наружного воздуха, минуя калориферы.
Замерзание калориферов при теплоносителе воде наблюдается

в случае малой скорости теплоносителя, особенно при движении

воды снизу вверх; при последовательном соединении калориферов

по движению теплоносителя и одноходовых калориферах; при засорении трубок калорифера; при неплотно закрывающихся клапанах

в местах поступления в приточную камеру наружного воздуха.
Замерзание калориферов при теплоносителе паре происходит

от задержки в нормальном отводе конденсата, что бывает при

недостаточной производительности или неправильной установке

конденсатоотводчиков, неисправности запорной арматуры; при

неправильных (мешающих стоку конденсата) уклонах конденсационных трубопроводов, при задержке конденсата в калориферах.
Средства против замерзания калориферных установок — соот-,

ветствующее устранение или недопущение выше указанных причин

замерзания.

Г Л Л В Л VII

ОЧИСТКА ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ВОЗДУХА
VII I. ОСНОВЫ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА
Пыль хотя и не является составной частью атмосферног

воздуха, тем не менее почти неизбежная примесь его. В промышлен

ности технологические процессы нередко сопровождаются выделе

нием пыли (при размалывании, прессовании, пересыпке, транспор
Рис. VI 10. Об-

водной клапан

в калориферной

установке:
А -- одностуиенчл

тый обводной клапан

(может быть «ною
створчатым)
154
тировке, обдирке, шлифовке, полировке, при пульверизационном

способе окраски — пыль краски и т. д.).
Пыль — мельчайшие частицы твердого или жидкого вещества,

рассеянные в воздухе. Такие системы называются дисперсными.

При этом воздух (газ) называют дисперсной средой, а взвешенные

частицы — дисперсной фазой или аэрозолью. Скопление пыли —

частицы, выпавшие из воздуха, называют аэрогелями. Размеры

частиц дисперсной фазы выражаются в микрометрах (микронах)

мкм. Пыль встречается размерами от долей микрона до 100 мкм.

Дисперсный состав характеризуется содержанием частиц

различных фракций. Фракция — доля частиц, размеры которых находятся в определенном интервале значений, принятых в качестве

нижнего и верхнего пределов. Частицу произвольной формы

условно считают шарообразной, а размер ее определяют по эквивалентному диаметру. Например, пыль размером до 50 мкм делится

на несколько фракций:
Номер фракции

Р;мм1'р частиц,

мкм
1
г
3
4
5
6
7
>0—5
>5—10
>10-15
>15-20
>20-30
>30—40
>40—50
..г.. —иплии ЧЧШ.1ЛИ воздуха неооходимо знать размеры

частиц аэрозолей, их электрические и химические свойства, склонность к воспламенению и взрыву, гигроскопичность и смачиваемость. Знак заряда частиц зависит от способа их образования,

химического состава. Величина и знак электрического заряда

взвешенных частиц влияют на их поведение в среде.
Накопление электрических зарядов в слое пыли, уловленной на

фильтрующей перегородке и являющейся плохим проводником

электричества, может вызвать электрический пробой и воспламенение фильтров или горючих пылей.
Частицы большинства аэрозолей имеют большую удельную

поверхность (порядка 1-104 см2/г) и потому достаточно реакционноспособны. При повышении температуры воспламенение может

происходить самопроизвольно. Плотные массы пыли горят более

Медленно, рыхлая и мелкая пыль возгораются во всем объеме.

Воспламеняемость пылей зависит от размеров частиц и содержания кислорода в дисперсионной среде. К воспламенению и взрыву

способны некоторые пыли органических веществ, образующиеся

пРи переработке зерна, красителей, пластмасс, волокон, а также

пыли металлов, например М§, А1, 2п. Гигроскопичность, смачиваемость и растворимость частиц определяются их химическим соста-

в°м. размером, формой и степенью шероховатости поверхности

Частцц Мелкие частицы смачиваются хуже, чем крупные. Чем

Мельче пыль, тем труднее ее улавливать. Известно, что в атмосферой пыли частицы размером до 5 мкм составляют 7% всей витаю155
--------------- page: 78 -----------
щей в воздухе пыли, остальные 93% (по массе) приходятся на

частицы размером более 5 мкм, которые задерживаются в верхних

дыхательных путях. Но число частиц размером до 5 мкм составляет

94% всего числа пылинок. Поэтому для устранения пылеобразова-

ния во время технологических процессов следует применять специальные меры для снижения до минимума образования тонкодисперсных,

как правило, трудноулавливаемых частиц. Выявление дисперсного

состава пыли является нелегкой задачей. В настоящее время применяют следующие способы дисперсного анализа пыли: 1) индивидуальное изучение пыли — микроскопической и ультрамикро-

скопической; анализ методом прямого и косвенного измерения

частиц крупнее 0,2—0,3 мкм; 2) механическое разделение частиц;

способ основан на принципе механической сортировки частиц данной

пробы по их крупности с помощью сит и фильтров, имеющих

отверстия определенной величины, и применяется для определения

содержания пыли крупнее 50—60 мкм; 3) седиментация; способ1

основан на принципе различной скорости падения частиц круп-;

ностью от 1 до 100 мкм в спокойной, обычно жидкой среде;';

4) динамический способ, основанный на принципе различных скоростей падения (витания) частиц размерами от 2 до 10 мкм и др..
Устройства для очистки воздуха от пыли делятся на средства'

тонкой, средней и грубой очистки воздуха. Степень очистки характеризуется конечным содержанием пыли в 1 м3 воздуха (после-

фильтра):
Степень очистки
Конечное содержание пыли в

воздухе, мг/м3
Тонкая Средняя
1—2
40—50
Грубая
Более 50
Тонкая очистка применяется в системах приточной вентиляци/

для фильтрации наружного воздуха. Средняя и грубая очистк,

воздуха применяется в вытяжных системах с целью предупрежд~

ния загрязнения пылью наружного воздуха в зоне нахождени

предприятия.
Фильтры характеризуются: эффективностью очистки (степей

очистки, коэффициент полезного действия); пористостью; скорост'

фильтрации; пылеемкостью; гидравлическим сопротивлением, р“

ходом энергии и материалов; стоимостью установки; стоимость

очистки. Коэффициент полезного действия
Г] = (С, _ С2)/С, = (I/)2\ - У222)/(У,21) =
= 1 - У222/(У121),
где С1, С2—содержание пыли в воздухе до и после фильтраЦ

кг/с; Уи У2 — объемный расход воздуха до и после фильтраЦ

м3/с; 21, 22 — концентрация частиц в воздухе до и после фильт_
кг/м'*.
156
Коэффициент очистки по фракционной эффективности — степени

очистки воздуха (газов) от частиц определенного размера
Лф = (Ф„ - Фк)/Ф„,
где Ф,,„Фк — содержание данной фракции в воздухе, соответственно

начальное на входе в фильтр и конечное на выходе из фильтра, %.
Гидравлическое сопротивление фильтра Ар определяется разностью давлений на входе в фильтр и на выходе из него.
Стоимость установки фильтров и очистки воздуха можно относить

к 1000 м3/ч очищаемого воздуха.
Суммарная степень очистки воздуха (в долях единицы) в фильтрах, установленных последовательно,
Т]2 = 1 — (1 — Т,,)(1 - т,2)...(1 - Т)Д
где г] 1, т]2, ..., г)„ — степень очистки воздуха соответственно в 1-м,
2-м, ..., п-м фильтрах.
Пористость фильтра — отношение объема пор к общему объему,

занятому пористой средой:
е = (бэ — еф)/Сэ = 1 — бф/Сэ,
где (>э — плотность материала элементов фильтрующей среды,

кг/м3; уф — кажущаяся плотность фильтрующей среды, кг/м3;

Оф/бэ — относительная плотность фильтрующей среды.
Скорость фильтрации — нагрузка по воздуху — отношение

объемного расхода воздуха, проходящего через фильтр, к площади

фильтрующей поверхности, м3/(м2-ч).
Пылеемкость фильтра — количество пыли, которое фильтр задерживает за период непрерывной работы между двумя сроками

регенерации фильтрующего слоя или по достижении определенного

значения сопротивления фильтра. Пылеемкость следует относить

к пыли определенной дисперсности, так как она зависит от размера
частиц пыли. При улавливании мелких частиц пылеемкость меньше,

чем при улавливании более крупных.
пылгосадочные: камеры
Пылеосадочные камеры и так называемые полочные фильтры являются

простыми (предварительными) устройствами для грубой очистки воздуха от

пыли. Схема камеры показана на рис.

'41.1. Пыльный воздух движется с небольшой скоростью, при которой происходит отделение взвешенных в воздухе
-—«—
Рис. VII. 1. Схема движения

твердой частицы в пылеоса-

дочиой камере
157
--------------- page: 79 -----------
частиц вследствие свободного их осаждения под влиянием силы

тяжести. Взвешенная частица в камере совершает сложное движение: она движется вдоль камеры со скоростью с\, и под влиянием

силы тяжести вниз со скоростью с»о. Значение абсолютной скорости

движения частицы определяется как диагональ параллелограмма со

сторонами и го. Длина камеры должна быть такой, чтобы частица,

двигаясь с абсолютной скоростью, успела осесть на ее дно.
Производительность камеры (м/с)
/. = /Ув,
где /' — поперечное сечение камеры (( = ЬУ^Н)\ Ь, И — ширина и

высота камеры.
Если осаждение частицы пыли 6 камере происходит за время т, то

Vй — //т;
где I — длина камеры.
Тогда
1ч — ЬН 1/т — ЬН^о/Н — Ь/^о или Ь — (УП.6)
где Ро — площадь камеры в плане, м2.
Скорость падения (осаждения) тела в безвоздушном пространстве
% = §т,
где д — ускорение силы тяжести, м/с2; т — время падения, с.
При падении больших тел сопротивление воздушной среды не--

значитёльно и столь же незначительно уменьшает силу тяжести

(до 0,1%). Однако при падении тел очень малой величины, напри-.;

мер частиц размером 100 мкм и менее, сопротивление среды увеличивается настолько, что через незначительное время (после начала

падения) частицы начинают двигаться (падать) с постоянной

скоростью оо. Переход из равномерно ускоренного в равномерное'

движение частицы объясняется тем, что силы сопротивления 5

уравновешивают силу тяжести С, т. е. 5 = С.
По закону Стокса значение сопротивления среды при осаждений

мелких взвешенных частиц (при Ке ^ 2)
5 = Злс/ц^о,
где й — диаметр частицы, м; ц — абсолютная вязкость, кг-с/м*'

Сила тяжести частицы в воздушной среде
где о — плотность частицы, кг/ма; д0 — плотность воздуха, кг/м3.

При 8=0 получим
Зж/цао = (о — ео),
откуда
у0 = [^(е-ео)]/(18ц).
Расчет пылеосадочных камер. 1. Задаются ламинарным движением воздуха в поперечном сечении камеры, при котором
Не = (1 с,,/V == 2000 -ь 2300,

Значение с! в данном случае определяем по формуле
</ — </„; */„ = 2аЬ/(а /)) или с1в— 2ЬН/(ЬИ). (VII. 11)
При этом, принимая но внимание, что камера прямоугольной

формы, значение Ке следует принимать 1400—1700.
Тогда
Ке = 2ЬНок/1(Ь + //) у] = 1400 Ч- 1700.
2.
». = ЩЬН),
1.-1 I. -- количество воздуха, проходящее через камеру, мл/с.
•5. Поперечное сечение камеры
Ке = [2ЬН/и(Ы1)] / [(Л + Н)х] = Ц/[(Ь + ВД = 1400.
Зная Ь и Н, найдем «и — 1*/(ЬН).
4. Выявив по формуле (VI 1.9) значение Уо, найдем площадь

камеры в плане:
Ы = Ь/1'о,
откуда длина камеры
/ = /./(ио&).
При
этом время т осаждения пылинки с высоты Н и горизонтального ее перемещения вместе с воздухом на длину / должно быть
т= Н/ю0= 1/оо.
159
--------------- page: 80 -----------
Расчеты показывают, что для обеспечения ламинарного движения воздуха пылеосадочная камера должна иметь большие габариты,

на очистку 1 м'!/с запыленного воздуха потребуется камера с поперечным сечением / = Л 00 м2. Большой объем пылеосадочных

камер дает им преимущества: малое гидравлическое сопротивление движению воздуха, простота обслуживания.
Применение полочных фильтров

(рис. VII. 2) приводит к сокращению габаритных размеров установки, что видно из нижеследующего.
Время падения частиц
т = Н/и о. (VII. 14)
Путь /, пройденный частицей за

время т,
/ = VЪX.
Рис. УП.2. Пластинчатый,

полочный, фильтр
где т = //ив-
Исключив из равенства время, напишем
(VII. 15)
Н/ь о = //»„.
Из этого уравнения видно, что с уменьшением высоты Н можно'

уменьшить длину.
VII.:». ткдшвьц: фильтры
Тканевые фильтры применяются для улавливания сухих пылей

любой концентрации, если имеется возможность регенерации

фильтровальных материалов обратной продувкой или встряхиванием.^

Механизм действия этого фильтра объясняют следующие факторы:.^

эффект касания (зацепления), когда частицы проходят совсемй

близко к поверхности фильтра; ситовой эффект, когда размер^1

частицы больше размера пор и происходит отсеивание; инерцион;г;

ное столкновение, при котором масса частицы и скорость ее движе^

ния таковы, что частица не может следовать вместе с воздухом^

по линии тока, которая резко искривляется и встречается с пре*?

пятствием (волокна фильтра); гравитационное осаждение частиц*

происходящее в результате вертикального смещения частиц с лини-

тока под действием их силы тяжести; электрическое осаждени"

совершающееся в результате взаимодействия зарядов на волокн"

или частицах или одновременно на тех и на других; броуновск

или тепловое движение высокодисперсных систем, подобное масс

обмену за счет молекулярной диффузии. При этом чем мень'

частицы, тем интенсивнее они смещаются с линий тока и т
больше вероятность их осаждения на поверхности волокон фильтра.

Общую эффективность фильтра по улавливанию пыли можно

представить общей безразмерной формулой
г)
где О, 81, /?, С, К, Ке — соответственно безразмерные параметры

осаждения частиц за счет эффектов диффузии, инерции, касания,

седиментации, электрических сил; вязкости (критерий Рейнольдса —

Ке).
Устройство тканевых фильтров. Микроструктура тканей по срав

нению с волокнистыми материалами неоднородна, и усредненная

плотность ткани косвенно характеризует ее строение. В процессе

осаждения частиц пыли на фильтре образуется сплошной слой

пыли, который сам становится «вторичной» фильтрующей средой,

т. е. в ряде случаев чистая ткань выполняет роль несущей

поверхности, которая служит основой для формирования и удержания фильтрующего пылевого слоя. При очистке ткани удаляется

пылевой осадок, но внутри нее между нитями и волокнами остается

пыль, что является причиной сохранения эффективности очистки

фильтра, поэтому следует избегать слишком глубокой регенерации.
Исследования показали, что способность большинства частиц

размером более 5 мкм коагулировать дает возможность исполь

зовать даже редкие ткани в качестве эффективной фильтрующей

среды.
Материалы, применяемые в тканевых фильтрах,— это хлопчатобумажные, шерстяные, лавсановые ткани, синтетические волокна

и нетканые материалы.
Хлопчатобумажные ткани обладают хорошими

фильтрующими свойствами, дешевы. Недостаток их низкая термостойкость, горючесть, высокая влагоемкость. Кроме хлопчатобумажных используются шерстяные ткани. Они обеспечивают

надежную очистку и легкость регенерации. Стоимость выше хлопчатобумажных и синтетических. Синтетические волокна

заменяют материалы из хлопка и шерсти; обладают хорошими

фильтрующими свойствами. Характеризуются химической и термической стойкостью, низким влагопоглощением. Л авсановые

тка ни используются для очистки горячих сухих газов (в цементной и металлургической промышленности). Прочность их в 3—5 раз

выше, чем шерстяных. Нетканые материалы — это фильтро-

Вальные шерстяные фетры, получаемые свойлачиванием овечьей

Шерсти, иногда в смеси с синтетическими волокнами; толщина

фетра 1.6—3,2 мм. Фетры используются в фильтрах, регенерация

® которых устраивается путем обратной струйной продувки.
к‘1ьтры с применением фетра обеспечивают после себя низкую

Концентрацию пыли ( ^ 100 мг/м3).
I I
--------------- page: 81 -----------
Гидравлическое сопротивление тканевых фильтров. Сопротивление незапыленных тканей при нагрувках по воздуху 0,3—2 м3/ (м2Х

X мин) составляет 5—40 Па. Сопротивление тканевых фильтров

меняется по времени: от сопротивления чистой ткани до сопротивления перед регенерацией, а затем от остаточного сопротивления

равновесно запыленной ткани до заданного сопротивления перед

регенерацией.
Электрические свойства фильтровальных тканей и пыли. Они
существенно влияют на эффективность улавливания частиц и на

способность запыленной ткани к регенерации, т. е. на весь процесс

фильтрации. Электрическое притяжение пыли к тканям затрудняет

сбрасывание накопленного осадка, способствует зарастанию пор

тканей пылью, увеличивает сопротивление фильтра. С другой стороны, хорошо проводящие электрический ток пыли плохо задерживаются тканями.
Фильтровальные ткани заряжаются в результате взаимного
трения волокон и в результате осаждения на них заряженных

частиц. Известно, что графитизирование стеклянных тканей

позволяет изменить их электрические свойства и улучшить работу

фильтров.
Рис. У11.3. Схема матерчатого рукавного

фильтра с механическим встряхиванием:
1 — канал для подачи запыленного воздуха; 2 —

рукавный фильтр; 3 — канал для отвода обеспыленного воздуха; 4 — устройство для переключения на.

продувку фильтра; 5 — механизм для встряхивания

фильтров и переключения на продувку фильтра
Рис. УП.4. Схема плоского каркасного

фильтра
ии/ти I |"мм*| ПИНАМИ
Очищенный
Г ттцЩ' 11' 11 ‘ 1111111 чцгсгс
]
ГТпГТГшт^
Шуи
ШИШИ ЩИ 1111Г МЦ11 И 1^Ш пиит тШН11| 1111Щ/
■ГГП Гт ПйТТн ГШ ГГТТ 1птптт^'
1\
Конструктивные решения тканевых фильтров. Тканевые фильтр*

устраиваются с цилиндрическими рукавами, с плоской развертк«;
ткани.
На рис. VII.3 показана конструкция многосекционного рукавной
фильтра со встряхиванием и обратной продувкой. Диаметр рукав<*
127—300 мм, длина 2400—3500 мм. Для предотвращения сжатия

рукавов и обеспечения выпадания пыли в бункер при регенерации

в рукавах устанавливаются кольца жесткости.
Техническая характеристика многосекционных фильтров: производительность до 280 м3/(м2-ч); сопротивление чистых фильтров

100—250 Па, запыленных — 500—1500 Па.
Фильтры с плоской разверткой ткани показаны на рис. VI 1.4.

В них фильтрующие элементы имеют обычно прямоугольную

форму с одним открытым торцом, закрепленным в распределительной перегородке. Каждый мешок, как наволочка, надет на опорный

сетчатый каркас. Поток запыленного воздуха поступает с внешней

стороны внутрь каркаса.
Испытания плоских и рукавных фильтров показали, что эффективность их практически одинакова. Недостатками являются

сложность смены мешков, кроме того, трение ткани о сетки сокращает срок их службы.
Регенерация тканевых фильтров. Применяются два способа
регенерации запыленных тканей: 1) встряхивание или продувка
фильтров пульсирующей воздушной струей; 2) обратная продувка

чистым воздухом.
Встряхивание должно быть кратковременным (чтобы износ

ткани был минимальным) и резким (но в пределах прочности

ткани). Установлено, что при встряхивании 85% пыли выпадает

в течение первых 5 с, в последующие 30 с удаляется еще 3%. Максимальная эффективность регенерации достигается при очистке

всей поверхности фильтра, а не отдельных его участков.

Механизмы встряхивания должны быть доступными для обслуживания.
Применяется также аэродинамическое встряхивание путем

подачи импульса сжатого воздуха внутрь каждого фильтрующего

элемента. Расход сжатого воздуха пульсирующей продувкой составляет 0,1—0,2% от количества очищенного запыленного воздуха.

Избыточное давление сжатого воздуха составляет 4-105—8-105 Па.
Отношение расхода продувочного воздуха к расходу по фильтрации

составляет 1,5—2.
Расчет тканевых фильтров. Площадь фильтрации (ткани)
Р=Р р+ Рс = [(1Л + Уг)1 V ф] + Гс,
где Рр — площадь фильтрации в одновременно работающих секциях, м"; рс — площадь ткани в регенерируемой части фильтра, м2;

расход запыленного воздуха (с учетом подсоса), м /мин;
2 — расход продувочного воздуха, м3/мин; — скорость фильтрами. или воздушная нагрузка на ткань, м3/(м2-мин), следующие'
--------------- page: 82 -----------
Наименование ткани
Шерстяная или
Синтетическая
Стеклянная
хл опч ат об ум а ж н ая
Нагрузка по воздуху,

м3/ (м2-мин)

0,6—1,2*
0,5— 1

0,3—0,9
При малых
концентрациях пыли (менее 1 г/м3) до 3 «’/(»' мии)
По данным испытаний, при указанных нагрузках и начальной

концентрации пыли 5—50 г/м1, конечная концентрация пыли составляет 20—50 мг/м3, сопротивление фильтра должно быть в пределах

1000—1500 Па. С ростом сопротивления увеличивается проскок
пыли.
Число фильтров или секций п в многосекционных установках

определяют из выражения п — Р/Р\, в котором Р\ — площадь

ткани в одном фильтре (секции), м2.
Волокнистые фильтры (как правило, фильтры тонкой очистки)

представляют собой слои различной толщины, в которых более или

менее однородно распределены волокна. Эти фильтры объемного,

действия, так как они рассчитаны на улавливание и накапливание

частиц по всей глубине слоя. Волокнистые фильтры применяют прй

входной концентрации сухой пыли в пределах 0,5—1 мг/м *. При таких

концентрациях основная доля частиц имеет размеры менее 5—10 мкм.

Рассмотрим некоторые образцы волокнистых фильтров.
Фильтры из тонких и ультратонких (4 < 0,5 мкм) стеклянных

волокон. Они представляют собой маты, получаемые прессованием,]

мокрых слоев стеклянных волокон. Эти волокна получают распы-я

лением расплавленного боросиликатного стекла струями горячего^

воздуха или вытягиванием нитей. Фильтры применяют для улавли^*

вания высокодисперсных аэрозолей с эффективностью не менев|

99% по наиболее проникающим частям размером 0.1—0,5 мкмм
скорость фильтрации 0,1 м3/(м2-с).
Сопротивление чистых фильтров не превышает 200—300 П%|
а забитых пылью — 700—1500 Па.
При использовании этих фильтров входная концентрация сух'

пыли не должна превышать 0,5 мг/м3, в противном случае фильтр

следует чаще менять: при увеличении концентрации от 0,5 до 1 мг/*

срок службы фильтров сокращается до 3 месяцев, поэтому пер*

фильтрами тонкой очистки следует устанавливать более простЬ

пылеотделители для снижения концентрации пыли до 0,2—0,5 мг/**

Регенерация этих фильтров возможна, они предназначены Д-

длительной непрерывной работы в течение 0,5—3 лет. В С

разработаны стекловолокнистые фильтры тонкой и грубой очис
1(54
производительностью 200. 500, 1000 и 1500 м3/ч, с сопротивлением

200—1000 Па.
Волокнистый мат сверху и снизу обкладывают гофрированным

сегочным- материалом и укладывают в виде глубоких складок

(10—30 см), в которые вставляют гофрированные разделители,

исключающие смыкание полотен фильтра.
Фильтры из материала типа ФП (фильтры И. Петрянова). Они

представляют собой слой синтетических волокон диаметром 1—2 мкм,

нанесенных на марлевую подложку. Для ФП используют полимеры

перхлорвинил, диацетат целлюлоза, полистирол и др. Материалы

ФП характеризуются фильтрующим действием, в несколько раз

превышающим фильтрующее действие всех известных материалов.

Малая толщина слоев ФП (0,2—1 мм) дает возможность увеличить

поверхность фильтра до 100—150 м2 (в 1 м3 фильтра).
Перхлорвиниловые волокна влагостойки, обладают высокой

химической стойкостью в кислотах, щелочах, растворах солей. Однако термостойкость их невелика (60—70°С). Пылеемкость материалов

ФП выше, чем у других (50—100 г/м2). Материалы ФП в процессе

их изготовления приобретают значительный электростатический

заряд, что играет определяющую роль в улавливании наиболее

проникающих частиц. Сопротивление материалов ФП не превышает

30 Па. Скорость фильтрации до 2,5 м3/(м2-мин).
При кратковременной эксплуатации, когда срок службы

и повышенное сопротивление не имеют значения, фильтры ФП

могут использоваться при скорости фильтрации до 6 м3/(м -мин).
Конструктивно фильтры с материалами ФП оформляются в виде

рамочной конструкции: фильтрующий материал в виде ленты

укладывают между П-образными рамками, чередующимися при

сборке пакета открытыми и закрытыми сторонами в противоположных направлениях.
Между слоями материала устанавливаются гофрированные

Разделители.
Фильтры грубой очистки.
•Рубая очистка рассматривается как предварительная. Приором фильтра грубой очистки

может служить фильтр с лавсановыми волокнами; площадь

фильтрации в них до 1,0—1,8 м2

(ФГ-1, ФГ-1,8), плотность на-

нвки 15—25 кг/м3, толщина

^0я 0,1 м. На рис. VI 1.5 по-

эзана конструкция фильтра

Рубой очистки марки ДСВ.
Запыленный Воздух
I / / /
12 3 4
Рис. УП.5. Фильтр предварительной (грубой) очистки с лавсановой насадкой:
/ разделительная перегородка; 2 — фильтр\ющнй

материал ; 3 — еегка, 4 - кожух
165
--------------- page: 83 -----------
Фильтры грубой очистки могут изготовляться из шлаковой

ваты, получаемой на основе доменных щелочных шлаков.

Шлаковая вата укладывается на стальную сетку в маты толщиной 10—50 мм. Степень очистки г) =0,9, сопротивление до 1500 Па

при скорости 0,5 м/с.
Установка фильтров тонкой очистки. При установке фильтров

необходимо: 1) обеспечить безопасную смену фильтров при очистке

опасных аэрозолей, дезактивацию корпуса, биологическую защиту

от у-излучений и т. д.; 2) обратить особое внимание на герметичность уплотнений и недопущение перекосов корпуса фильтра;’

даже небольшие неплотности в фильтре вызывают резкое увеличение проскока пыли; 3) устранить возможность вибрации фильтров,

установка их не должна иметь жесткой связи с источником колебаний; 4) соблюдать осторожность при замене фильтра. Регенерация отработанных фильтров тонкой очистки практически невозможна, забитый пылью фильтр сжигают (поэтому для улавливания

радиоактивных пылей предпочтительны горючие фильтры).
Физическая картина пылеотделения в циклонах состоит в следующем. Запыленный воздух подводится к циклону воздуховодом,'

направленным по касательной к цилиндрической части циклона,:

вследствие чего воздух внутри циклона совершает вращательное движение. При этом развивается центробежная сила, под

воздействием которой пыль, обладающая большей, чем запыленный

воздух, массой, отбрасывается от центра к периферии, осаждаясь на.^

стенках аппарата. Затем она удаляется периодически через кони-;®

ческую часть. Воздух, освобожденный (в какой-то мере) от пыли, ^

удаляется из циклона по выхлопной трубе (рис. VII.6).
Расчет циклона. На твердую частицу, движу- !

щуюся с циклоне, действуют одновременно це’нтро-'|

бежная сила Р, сила тяжести С и сила сопро-*»

тивления среды 5:
Р = пг&2 / Р\ О =

5 = 1Гю2в/(2ё).
(VII. 17)
где т — масса пылинки; т — окружная скорое

по окружности радиуса Р (или скорость вращения).
5
Рис. УП.б. Циклон НИОГАЗ:
I --коническая часть; 2 - цилиндрическая часть; 3 — выхлопная труба
166
духа; Р— площадь миделева сечения, или. площадь сечения тела

перпендикулярно направлению его движения.
Вследствие больших скоростей движения воздуха в циклоне

силой тяжести можно пренебречь, однако при осаждении частиц

в условиях, соответствующих закону Стокса (при Ке ^ 2), влиянием

силы тяжести пренебрегать нельзя. Базовой величиной при проектировании циклона является скорость осаждения пыли. Один из

методов ее определения следующий.
1.
ется отношение значения центробежной силы к массе данного

тела К, называемое фактором разделения (величина безразмерная):
КР = Р/С = ти>2/(Ртё)= и>2/(Рё),
где Р — радиус вращения.
2.
порционально квадрату скорости осаждения (Ке > 2), скорость

осаждения (м/с)
и>о =
ш0= )/45 (С1 — Я2)м2/(Зд2ЪР),
где й — диаметр частицы; д* — плотность частицы; — плотность запыленного воздуха; Р—радиус вращения.
Сложность определения скорости осаждения заключается в том,
что необходимо знать режим осаждения — критерий Рейнольдса,
а следовательно, и значение входящей в него скорости осаждения.
Поэтому приходится задаваться радиусом Р и затем производить

проверку.
Экспериментально установлено, что коэффициент сопротивления

имеет следующие значения: при Ке ^ 2 2; = 24/Ке; при 2 < Ке < 500

1= 18,5/(Ке-0,6); при 500 < Ке < 150 000 I = 0,44.
То гда для определения скорости осаждения у» под воздействием

Центробежной силы можно воспользоваться формулой
ёКе2 = 4й3е2(о, - С2)я/Ср/(3|х2о2)
или
1Яе2 = 4/ЗАгЛр, Кр = 0-7(22).
гДе д, _ плотность частицы; у2 — плотность запыленного воздуха;

^—абсолютная вязкость.
Пользуясь критерием Архимеда, получим: при Ке ^ 2 АгКР = 36;

г'Рн д2 < Ке < 500 АгКр = 84 000; при Ке > 500 Аг/Ср>84 000,

е Аг — критерий Архимеда;
Аг = да3 (у, — у2)/(\’2у2).
16?
--------------- page: 84 -----------
Для определения размеров циклона принимаем значения скоростей:

окружной IV = 12 ч- 14 м/с, в выхлопной трубе шт = 4 -Ь 8 м/с;

во входной трубе циклона ьив — 18 Ч- 20 м/с.
Время пребывания пылинки в циклоне
т = 2я/?2'Ф/а'-
(VII.22)
За время т частица пыли должна пройти путь, равный Я-г — /?1.

При скорости осаждения г^о время, необходимое для осаждения,
(VI 1.23)
Приравнивая
найдем
Т =(/?2 — Я0/ШО-

(/?2 — /?|)/“'6 — 2л/?2ф/'ЧУ,

/?2 = /?|/(1 — 2фш0/ау).
(VI 1.24) |
■ф определяется из выражения 2лф ~ 10.
Принимая число оборотов воздуха в циклоне п =1,5, найдем Ж
/?2 = /?1/(1 — Юшр/ьу),
где 10 « 2лгс.
Из заданной производительности ^ найдем радиус
трубы /?т:
/. = л/?? ьут,
откуда
(VII.25И
/?т= уТ7(тшч).
При толщине стенок трубы й
/?1 = /?т + б.
Высота цилиндрической части циклона И определяется из. урав'Д

нения
откуда
1с==(#2- К\)Нш,
н= и/[(/?2- к 0 <4
(VI1-26
(VII
.27
168
Зная конкретные размеры циклона, можно определить минимальный диаметр улавливающихся пылинок по формуле, предложенной Бутаковым С. Е.:
(У"-28)
где п — число оборотов воздуха, находящегося между внешним

и внутренним цилиндрами.
Пример VII.!. Определить минимальный диаметр улавливающихся пылинок

в циклоне (с цилиндрической и конической частями).
Дано: /?1 = 0,5 м; == 0,88 м; И = 2,72 м; р. = 1,86-10~ь кг-с/м2 для

I = 20°С; количество воздуха Л = 4,16 м3/с; скорость входа в циклон — 18 м/с:

Спи»* = 2500 кг/м3.
Решение. 1. Определим п по формуле С. Е. Бутакова:
п = ш„,/{2я[(Яг + /?0/2]1,7}= 18,2 / {2-3.14 Г(0,88 + 0.5)/2] 1,7} = 2,44 об/с,
где 1,7 — коэффициент по данным испытаний.
2. Определяем (1 пыли:
,, / ' 4,50-1,86-9,81-4,16
V 10й • 2,76 - 3,143 - 2,444 • 2500(0,882 - 0,52) 0,5 — ’ МКМ'
Экспериментальная проверка эффективности циклонов показала, что рекомендации расчета пока являются приблизительными, схематическими, поэтому при

подборе пользуются данными натурных исследований готовых циклонов.
Важнейшими показателями технико-экономической характеристики циклонов являются коэффициент полезного действия (или степень очистки) и гидравлическая характеристика (аэродинамическое сопротивление циклона).
Коэффициент полезного действия циклонов. Под коэффициентом

полезного действия понимается отношение количества уловленной

пыли и всей пыли С, поданной в циклон, за данный отрезок

времени:
Па = (^/0)100%.
Имеются рекомендации считать за коэффициент полезного действия

отношение числа задержанных к и всех поступивших в циклон

пылинок /V:
т]п = {п//V) 100%.
Как правило, 1]а > т)„, так как проскок в циклоне приходится

преимущественно на мелкие фракции, доля веса которых обычно

^значительна, а абсолютное число очень велико; таким образом,

циклона зависит от дисперсности пыли. Очищаемый воздух
169
--------------- page: 85 -----------
содержш в основном полидисперсную пыль, и соотношение г)а = <7/(3

выражает значение КГ1Д, которое не позволяет судить об эффективности данного типа циклона по отношению к отдельным фракциям.

Поэтому целесообразно ввести понятие фракционного КПД
Щ = Як/Сн,
где <7к, Ск — соответственно массы поданной и уловленной пыли

фракции К-
Фракционный состав пыли в воздухе определяется экспериментальным путем.
КПД циклона по концентрации пыли (г/м3) в исходном С„ и

очищенном воздухе Ск
П = (0„ - Ск)- 100/е„.
Однако экспериментальная проверка циклонов, рассчитанных по ->

приведенным формулам, показала, что последними можно поль- %

зоваться для весьма приближенных расчетов.
Можно считать, что степень очистки циклонов т) (отношение ^

всей.задержанной в циклоне пыли к первоначальной запыленности'Ц

воздуха) зависит от ряда величин:
>1 = ((1^, сИ, и,
где Ь — расход воздуха; с„ — начальная концентрация пыли (перед |

циклоном); к — высота выпускной трубы; и — угол раскрытия кону- '

са; йи — размеры циклона (диаметры цилиндров внешнего и внутреннего—выхлопной трубы).
Экспериментальные исследования показали следующее.
1.
рости в межцилиндрическом пространстве циклона. При проведе-:

нии испытаний наилучшие результаты были отмечены при входной;

скорости в циклон порядка 18 м.
2.
очистки не обязательно высоту выпускной трубы доводить Д

начала конической части циклона.
3.
части практически не имеет значения, степень очистки при угла

раскрытия 20, 30, 40° практически остается неизменной.
4.
могут успешно конкурировать с цилиндрическими циклонам.
В конических циклонах угол раскрытия конуса играет суш.'

венное значение — с уменьшением его степень очистки повышаете

Наиболее высокая степень очистки была получена в цикло
170
с и = 20° (испытывались циклоны с а = 20, 30, 40°). При этом

в коническом циклоне выпускная труба должна доходить не

менее чем до начала конической части.
5.
внутреннего цилиндров) степень очистки повышается.
Как видно, вышеприведенные теоретические формулы недостаточно полно учитывают факторы, влияющие на эффективность

циклонов. Поэтому подбор циклонов производится по каталогам,

составленным на основании опытных данных для очистки воздуха

от определенной пыли в циклонах определенного типа и размеров.
Аэродинамическое сопротивление циклона. Как правило, сопротивление циклона определяется опытным путем: определяют коэффициент сопротивления отнесенный к динамическому давлению

во входящем участке (воздуховоде) циклона.
Конструкции циклонов. Имеется большое число разнообразных конструкций циклонов, применяемых преимущественно для

задержания сухой неслипающейся пыли. Однако все они представляют устройства, выполненные по одной из трех принципиальных схем. На рис. VII.7 показаны циклоны: а — цилиндрический;
Рис. VII.7. Циклоны:
а -- цилиндрический; б — конический — с укороченной цилиндрической частью.

в - циклон с диффузорной нижней частью
--------------- page: 86 -----------
б
в — цилиндрический с диффузорной нижней частью.
В циклоне / рабочей зоной является так называемая цилиндрическая часть; размеры ее, в особенности высота (или длина),

рассчитываются с учетом принудительного движения потока запыленного воздуха (п раз) вокруг внутреннего цилиндра. В циклоне
II
риментальные исследования позволяют рассматривать этот тип

циклона, как конкурентоспособный с другими типами; в III — только
цилиндрическая часть.
Практика эксплуатации показала, что циклоны рассмотренных

типов конструкций могут обеспечить снижение содержания пыли

в выбрасываемом воздухе до 150 мг/м'* при начальной запыленности
не выше 1000 мг/м3.
Циклон I рассчитан на несколько большую производительность,
чем циклоны других типов. Целесообразно применять при высоких

концентрациях пыли. Циклон II более других подвержен абразивному износу в нижней части конуса, поэтому его нельзя рекомендовать при наличии в воздухе абразивной пыли, в частности песка,

горелой формовочной земли и т. п. Циклон III положительно

зарекомендовал себя на практике: гарантирует от «зависания*
материала и износа нижней части.
Перечисленные циклоны являются эффективными аппаратами*!

механической очистки воздуха при условии, что размер взвешен-л

ных в воздухе твердых частиц не менее 1 мкм (при отсутствии^
агломерации частиц).
Пылеуловители Вентури получают все большее применение^

Труба Вентури состоит из трех элементов: конфузора, горловин*

и диффузора (рис. VII.8). В конфузоре размещено орошающе

устройство — форсунка с рассекающим конусом, разбрызгиваюша

воду. Запыленный воздух проходит через трубу с большой ск

ростью (в горловине—до 100 м/с). В результате орошен’
происходит коагуляц’

пылевых частиц с к

плями и в дальнейшв

выпадание из пылеула

ливающего устройст"

Эмпирические исслеЛ

вания показали, что пГ

цесс коагуляции про ,

Рис. VI 1.8. Пылеуловитель Вентури:
/ конфузор; 2 — горловина (скорость потока 80 -100 м/с)
3 — диффузор (скорость потока 10- 20 м/с)
172
скорости капель и пылевых частиц различны. Так как вдоль конфузора и диффузора скорость воздуха меняется непрерывно, то для

мелкодисперсной пыли, скорость которой мало отличается от скорости воздуха, всегда существует разность скоростей пылевых частиц

и капель, отстающих от воздуха в конфузоре или опережающих

его в диффузоре. Поэтому улавливание пылевых частиц может протекать по всей длине конфузора (при подаче жидкости перед ним)

и диффузора. В горловине, в которой сечение постоянно по длине,

скорости воздуха, пылевых частиц и капель постепенно выравниваются, поэтому коагуляция частиц в горловине возможна только

в пределах ограниченной длины.
Эффективность пылеулавливания в трубе Вентури г) выражается

зависимостью
т] = /(</, Vв, О, /г),
где г) —эффективность пылеуловителя (т] = 1 — Л^/УУ?, где УУТ и

Л? — концентрация пылевых частиц соответственно на входе и выходе из трубы); й — размер частиц, мкм; С — расход воды; Vв — скорость воздуха, отнесенная к горловине; /г — длина горловины.
Исследования (Ф. И. Мурашкевич, Э. М. Курина) показали,

что за счет инерционной коагуляции эффективно улавливаются

частицы размером ^ 0,5 мкм; частицы такого размера улавливаются в основном в горловине; длина горловины не должна

превышать 0,3 м, эффективность пылеуловителя повышается

с изменением длины горловины от 0 до' 0,3 м. Принимать длину-

горловины более 30 см нецелесообразно; расход воды — 0,5—2 л

на 1 м'* воздуха.
Пылеуловители Вентури применяют для очистки аспирационных

выбросов, кроме того, для очистки отходящих газов вагранок

в литейном производстве, обеспыливания технологических газов

в черной и цветной металлургии, в химической промышленности.
С целью повышения эффективности устройства, напоминающие циклоны, подводят под давлением воду.
Устройство циклона показано на рис. VII.9. Он представляет

собой цилиндр, в основание которого по патрубку, присоединенному

Касательно (улитка), подводится запыленный воздух. В верхнюю

Часть через сопла подходит вода, орошающая стенки цилиндра.

'-Мачиваемая пыль в виде шлама стекает вниз и отводится через

СПеииальную трубу. Воздух отводится по вытяжному патрубку,

Рисоединенному к цилиндру, аналогично входному, по касательной.
173
--------------- page: 87 -----------
Рис. VI 1.9. Циклон с водяной пленкой:
/ — направляющая участка подачи запыленного воздуха; 2 корпус циклона; 3— направляющая

участка отвода очищенного воздуха- 4 — трубопровод с форсунками для подачи воды навстречу

закрученному потоку запыленного воздуха
Рис. VII-10- Схема

фильтра с противо-

точным орошением:

/ — вход загрязненного

воздуха; 2 — подача орошающей жидкости; 3 —

выход очищенного воздуха; 4 — насадка; 5 —

отвод загрязненной орошающей жидкости
Степень очистки воздуха от пыли в циклоне с водяной пленкой -Ц

выражается в общем виде следующим уравнением:
Г] = [(VI, у2, С, к),
где — скорость воздуха во входном патрубке; 1/2 — скорость^

воздуха в поперечном сечении циклона; С — расход воды; к

рабочая высота циклона — расстояние по осям патрубков (входит
ному и выходному).
Однако до настоящего времени подбор циклона производите»!
по опытным данным.
Скорость воздуха во входном патрубке принимается в пределам

18—21 м/с; скорость воздуха в цилиндре во избежание уноса|

капель воды принимается не более 5—6 м/с. Расход воды н$М
1
Рабочая высота циклона
к =(4 5 К
где (1 -=- диаметр циклона.
Исходной величиной для выбора циклона является расхс

воздуха. Циклоны с водяной пленкой применяются в вытяжнь

вентиляционных системах для средней и тонкой очистки воздух

от пыли. Циклоны рекомендуется устанавливать в качестве перве

ступени очистки для вытяжных систем от дробильно-сортиров*^

ного и землеприготовительного оборудования и от выбивнь

решеток в литейных цехах; в качестве второй ступени очисП

для вытяжных систем с большой начальной скоростью.
Орошаемый фильтр представляет собой насадку в виде фарфоровых колец или гравия, смачиваемых жидкостью. Запыленный

воздух проходит обычно снизу вверх навстречу движущемуся

потоку орошаемой жидкости (обычно вода). Подобные фильтры

часто называют фильтрами с противоточным орошением (рис.

VII.10). Степень очистки воздуха от пыли в орошаемых фильтрах

зависит от плотности орошения (количества жидкости, приходящейся на 1 м2 поверхности насадки в плане в течение 1 ч), толщины насадочного слоя, скорости движения запыленного воздуха

или воздушной нагрузки.
Исследования показали следующее.
1.
ния. Однако по достижении известного предела плотности орошения степень очистки при дальнейшем увеличении плотности орошения практически не возрастает. Предполагается, что для эффективной работы фильтра необходим такой расход жидкости, который

обеспечивал бы смачивание насадки. Тем не менее снижение

плотности орошения нецелесообразно из эксплуатационных соображений: высокая плотность орошения рассматривается как средство

для самоочищения насадки. 2. Степень очистки получает оптимальное значение при определенной скорости движения запыленного воздуха через насадку. 3. Путем увеличения толщины наса

дочного слоя нельзя добиться повышения степени очистки; для

данного вида материала насадки существует своя оптимальная

толщина, превышение которой практически не сопровождается

увеличением степени очистки. 4. Степень очистки зависит от вида
материала насадочного слоя. 5. Гидравлическое сопротивление

проходу воздуха
А Р=! (б, V, ц),
где 6 - толщина слоя насадки; V — скорость движения очищаемого

воздуха, м/с; (д, — плотность орошения.
Орошаемые фильтры рассчитываются по экспериментальным

Данным. При орошении водой насадка из гравия (средним диаметром 30 мм) или из фарфоровых колец (диаметром 10 мм) для

очистки воздуха, удаленного от очистных барабанов, рекомендуются

следующие данные для проектирования орошаемых фильтров:

в°здушная нагрузка — 4000 м3/ч на 1 м2; плотность орошения —
3—4 м3/ч на 1 м2; гидравлическое сопротивление проходу

ЧеРез насадку воздуха — 250—400 Па; степень очистки (в зависимости от дисперсности пыли) — 80—95%.
175
--------------- page: 88 -----------
Масляные фильтры применяются для тонкой очистки воздуха

от пыли при малых ее концентрациях (10—20 мг/м3). Наибольшее

применение они нашли для очистки от пыли наружного воздуха

в системах приточной вентиляции. Фильтр устраивается в виде

ячеек, каждая из ч которых представляет металлическую коробку

размером 500X500X80 мм, затянутую с обеих сторон металлической

сеткой. Пространство между сетками заполняется металлическими

и фарфоровыми кольцами.
Перед установкой ячейки фильтр промасливают путем погружения в ванну с веретенным маслом (достаточно вязкое, без

запаха, медленно сохнущее, малоиспаряющееся, незамерзающее).

Запыленный воздух очищается, проходя через лабиринтовый путь

заполнителя, к стенкам которого прилипает пыль. С течением времени по мере загрязнения пылью фильтра возрастает его гидравлическое сопротивление и снижается фильтрующая способность.
С целью восстановления ячейки фильтров промывают горячим

содовым раствором, промасливают и снова устанавливают на место. •

Расчетную поверхность масляного фильтра определяют по допусти-'

мой воздушной нагрузке, принимаемой 4000—8000 м3/ч на 1 м2

фильтра (или 1000^2000 м!/ч на одну ячейку). Гидравлическое?;

сопротивление фильтра принимают соответственно нагрузке 60—

160 Па.
При расходах воздуха в приточной системе более 10 000 м3/ч.;

устанавливают самоочищающиеся масляные фильтры с пропускной 5

способностью 10 000 и 20 000 тл/ч. В них воздух очищается от*

пыли в процессе его прохождения через две бесконечные непре- I

рывно движущиеся сетки, смоченные маслом (рис. VII.11).
Эффективность улавливания частиц размером более 10 мкм^

составляет 95%.
Центробежные пылеотделители ротационного действия в вентиляционной технике не получили большого развития. Они работают1

благодаря большому утяжелению взвешенных частиц в центре

бежном поле. Вследствие утяжеления частицы сепарируются

от центра к периферии. В центробежном поле скорость оседаний

может быть увеличена в любое число раз. Следовательно, центрч

бежные пылеотделители могут работать с коэффициентом очистк^

приближающимся в пределе к 1.
Однако известным препятствием на пути создания совершенн'**!

пылеотделителя с вращающимся ротором лежат конструктивна

трудности: рациональное оформление роторного колеса, соверше

ство отвода сепарируемой к периферии пыли.
176
Рис. VII.! 1. Самоочищающийся масляный фильтр
Следует отметить, что большинство конструкций ротационных

пылеотделителей служит для очистки воздуха от пыли и одновременно для перемещения его.
Рассмотрим работу центробежного пылеотделителя (рис. VII. 12),

конструкция которого отличается тем, что очищенный воздух в нем

получает принципиально отличное от упомянутых выше схем направление, а это теоретически позволяет создать фильтр с высокой

степенью очистки.
Пылеотделитель представляет собой стальной барабан — роторное колесо—диаметром 182—206 мм с толщиной стенок 12 мм

имеет 758 радиально расположенных отверстий диаметром 4 мм.

арабан — роторное колесо — помещается в кожухе. Входной патру-

°к расположен в торцовой стенке кожуха, выходной — на осе-

в°и линии отверстия роторного колеса. С противоположной стороны

пылеотделителя размещается приводной шкив. Испытания проводились при расходе воздуха 100 м3/ч и частоте вращения ротора
1491
177
--------------- page: 89 -----------
770—1540 об/мин. Запыли-

вание производилось пылью,

извлеченной из генераторного газа, вырабатываемого из

торф-брикетов и древесных

чурок. В результате исследо- •

ваний выявлено следующее.
1.
ной концентрации пыли в

семь раз степень очистки 1

практически не изменялась 1

и была достаточно высокой "

(г] 94%); естественно, что 1

конечное пылесодержание в-I

массовых единицах су- 1

щественно изменялось. 2. С]

увеличением частоты вращения ротора степень очистки повыша-!

лась. 3. С увеличением расхода воздуха конечное пыле соде ржание,

увеличилось при тенденции снижения степени очистки. 4. Гидравлическое сопротивление пылеотделителя выражается формулой
Ар = }(п, 4),
где п — частота вращения ротора; I* — расход воздуха.
При п — 770 об/мин сопротивление при изменении расхода;

в четыре раза составляло Ар = 450 Ч- 1450 Па. Предполагается,’

что подобного типа пылеотделители найдут применение в качеств'

вентиляционного агрегата, встроенного в пылящее оборудование
VII
При выборе метода и аппарата очистки газов или воздух

следует установить происхождение газовых взвесей, так как во»

можность разделения газовой неоднородной системы определяет'

в основном размерами взвешенных частиц, а они зависят

условий образования. Взвеси, образовавшиеся в результате мех,

нических процессов, состоят из частиц диаметром 5—50 мкм \

более; взвеси, образовавшиеся при термических и химическ.

процессах, состоят из частиц диаметром до 3 мкм; взвеси,получ"

щиеся в результате горения, состоят в основном из частиц Д

метром 50—70 мкм. Очень мелкие частицы (до 100 мкм) во м

гих случаях могут соединяться в крупные (явление коагуляции

Взвешенные в газах частицы в зависимости от способа получй

и химического состава обладают положительным или отрицат'

ным электрическим зарядом.
Рис. VII.12. Центробежный ротационный

п ылеотдел ител ь:
/ — привод; 2 — вход запыленного воздуха; 3 — кожух;

4 — отвод очищенного воздуха; 5 — роторное колесо

(с отверстиями)
178
Процесс электрической очистки газов от взвешенных частиц

(пыли, тумана, дыма) можно разделить на три стадии: 1) зарядка

взвешенных частиц; 2) движение заряженных частиц к электродам

под действием сил электрического поля; 3) осаждение на электродах заряженных движущихся частиц.
Зарядка взвешенных частиц. В электрическом поле короны

зарядка взвешенных частиц происходит вследствие адсорбции

ионов поверхностью частиц во внешней зоне коронного разряда.

Величина потока ионов к поверхности частицы определяет процесс

зарядки.
Подвижность, или скорость, иона пропорциональна напряженности электрического поля (В/м) и абсолютной температуре газа.

В обычных условиях отрицательные ионы более подвижны, чем

положительные. В процессе ионизации газовых молекул электрическим разрядом происходит зарядка частиц. Электрический заряд

образует вокруг себя электрическое поле. Существование поля

определяют, внося в него другой электрический заряд, который

притягивается к первому (если заряды разноименны) или отталкивается (если они одноименны).
Движение взвешенных частиц в электрофильтре. Взвешенная

в газах частица при поступлении в электрофильтр приобретает

электрический заряд, который за долю секунды достигает значения,

близкого к максимальному.
На взвешенную заряженную частицу в электрофильтре действуют силы: а) увлечения движущимся газовым потоком; б) тяжести; в) ме: "| ^ Я"

ханического воздействия потока ионов на молекулы газа в электрическом поле, вызывающего

Движение газа в направлении к осадительному ?

электроду,— электрический ветер; г) взаимодействия поля и заряда частицы — кулоновская сила

(рис. VI 1.13).
Скорость V увлечения частицы газовым

потоком в электрофильтре равна 0,5—3 м/с.

т- е. настолько мала, что ею можно пренебречь. Скорость частицы под действием силы

тяжести также незначительна, что видно из следующих данных о скорости падения частиц в споенном воздухе при плотности частиц о =
** Ю00 кг/м3:
Диаметр частиц, мкм 100
Скорость падения м/с 0 3
Р
1 азы находятся в электрофильтре 10—15 С* / —осадительный элек-
1ед°вательно, частица может упасть за это время грод-2 мек?родРующ"и
+
И
Р-дЕ
У
Газ'
--------------- page: 90 -----------
лишь на несколько сантиметров, так что влияние силы тяжести

на частицу практически можно не учитывать. Электрический ветер

(механическая сила) выравнивает концентрацию ионов и взвешенных частиц в поле электрофильтра и тем самым интенсифицирует процесс электроосаждения частиц.
Скорость электрического ветра иэ приблизительно обратно

пропорциональна корню квадратному из величины расстояния до

коронирующего провода:
V, =* 5,34-Ю-7Е/ /Я~,
где Е — напряженность электрического поля, В/м; Н — расстояние

между коронирующими и осадительными электродами, м.
Однако механическая сила не является существенно значимой

в электрофильтре, так как действие электрического ветра проявляется лишь в непосредственной близости частиц от коронирующего-
электрода.
Основной силой, действующей на частицу в электрофильтре,

является кулоновская сила действия электрического поля на заряд
частицы:
Р = ЯнЕос,
где </м — максимальный заряд частиц; Еж — напряженность электрического поля осаждения, В/м.
Осаждение заряженных частиц. Частицы осаждаются на электро-3

дах электрофильтра. Осаждение заряженйых частиц зависит от ряда Я

факторов: проводимости и размера частиц, скорости газов, темп ел

ратуры их и влажности, состояния поверхности осадительных^

электродов и др. Степень очистки газов в электрофильтрах бпре-?»

деляется формулой
11 = 1
-шмад = 1 _ 22/21>
где ни — скорость движения заряженных частиц от коронирующегб

к осадительному электроду (поверхности трубы) — скорость дрейф®

в зависимости от радиуса частиц и напряженности электрическогЯ

поля = 0,012 -г- 0,6 м/с); Е— длина трубы (если фильтЯ

трубчатый); V — скорость перемещения газов в трубе; Н —. расстоя1

ние между коронирующими и осадительными электродами; 2\

содержание взвешенных частиц в 1 м3 на входе в электрофильт|

22 — то же, на выходе.
Степень очистки электрофильтров т] = 60 -Ь 99%.
Разновидности электрофильтров: трубчатые и пластинчат!-
сухие и мокрые.
Типы электродов: коронирующие — круглые (с! = 2 -г- 4 ммЦ
свернутые в спирали; квадратные; зрездчатые; ленточные.
Осадительные устройства применяются в трубчатых электр^
180
фильтрах. Их изготовляют из труб круглого,'‘квадратного или шестиугольного сечения, диаметром описанной окружности 2000—3000 мм,

длиной 3000—5000 мм. Осадительные электроды пластинчатых

электрофильтров представляют собой гладкие пластины.
Удаление с электродов осевшей пыли производится специальными механизмами для встряхивания осадительных и коронирую-

щих электродов.
Электрофильтры применяют для очистки печных газов в химической, нефтеперерабатывающей промышленности, в производстве

минеральных удобрений, на сажевых заводах, в черной металлургии

для очистки доменного газа, для очистки от золы дымовых газов

котельных, для очистки газов на цементных заводах. Кроме того,
электрофильтры применяют для очистки сильно запыленного вытяжного воздуха.
Для подбора электрофильтров необходимо знать место работы

фильтра, расход газа, температуру, разрежение, степень очистки.
ГЛАВ А V ! II
СИСТЕМЫ МЕСТНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ
VIII
Местная вентиляция бывает вытяжная и приточная. Местная
вентиляция обеспечивает удаление воздуха, как правило, в месте
выделения вредности. Приточная местная вентиляция обеспечивает
вентилирование в основном фиксированных рабочих мест, т. е.
обеспечивает требуемые параметры микроклимата в определенных

зонах (местах).
В промышленных зданиях целесообразно по возможности в

качестве вытяжной применять местную вентиляцию, так как она

является наиболее эффективным видом вентилирования.
Улавливание вредностей в месте их образования производится

с помощью так называемых местных отсосов. Они предупреждают

Распространение вредностей по помещению, и тем самым эффект

Действия вентиляции достигается при минимальных воздухообменах

и минимальных капитальных затратах. Применение местных отсосов позволяет решать основную задачу вентиляции — санитарно-

гигиеническую.
Местные отсосы применяются для улавливания вредных выделений, которые могут распространяться в виде направленных

СтРуй. вытекающих из емкостей под влиянием избыточного давления

или за счет действия механизмов, например при обработке изделий

На станках, или за счет тепловых струй (конвективных потоков)
У нагретых поверхностей и др. Вредные выделения, поступающие1
|81
--------------- page: 91 -----------
в воздух за счет разности парциальных давлений или диффузии,

не образуют направленных потоков и распространяются во все
стороны одинаково.
Условия эффективного действия местных отсосов и требования,
предъявляемые к ним. При проектировании местной вытяжной

вентиляции необходимо учитывать следующее.
1.
отсос должен располагаться в основном на линии распространения

потока, при этом следует использовать энергию потока, а для этого

нужно знать закономерности распространения струй, их взаимодействие с воздушными потоками, возникающими у вытяжных

отверстий. 2. Так как эффект всасывания наблюдается только на

небольшом расстоянии от отверстия, отсос должен быть макси- |

мально приближен к источнику вредного выделения, наиболее полно

изолируя его от окружающего воздуха. 3 Основным требованием ;

является то, чтобы через местный отсос происходило максималь- ;

ное улавлнвание вредностей, выделяемых источником, с минимальным расходом воздуха. 4. Удаляемый воздух не должен проходить

через зону дыхания рабочего. 5. Конструкция отсоса не должна "

мешать работе. 6. Предпочтительнее применение местного отсоса,,

так как он проще по конструкции и с меньшим гидравлическим

сопротивлением (экономия энергии). 7. При подаче приточного

воздуха вблизи от местного отсоса должна быть исключена возт

можность раздувания вредных выделений по помещению (что про--'.
вернется соответствующим расчетом).
Виды местных отсосов — полуоткрытые (с открытым"

проемом или отверстием), внутри которых находится источник вред-\

ных выделений. К ним относятся вытяжные шкафы, фасонные;

укрытия при обработке вращающихся изделий, для улавливания

пыли и т. д.; открытые, находящиеся за пределами источу,

ников вредных выделений (вытяжные зонты, бортовые отсосы'

и т. п.); полностью закрытые отсосы, являющиес

составной частью кожуха машины или аппарата, имеющие отвер

стие или неплотности для поступления через них воздуха помт.

щения, к ним относятся барабаны для очистки литья, дробилк:.
и т. п.
Рассмотрим некоторые из местных отсосов.
Vи! '> выш,;;и!>ц .«ним
Зонты применяются, как правило, в случаях, когда выделяют^

ся вредность легче окружающего воздуха, т. е. имеется подъемн

сила. Зонты — несовершенный местный отсос. Вследствие неза:’

щенного пространства между источником вредности и зонт
182
окружающий воздух свободно подтекает к зоне всасывания, увеличивая объем воздуха, подлежащего удалению. Применять зонты

можно при незначительной подвижности воздуха в помещении, так

как поток воздуха, направляемый под зонт, может отклоняться.

В целях обеспечения устойчивой работы зонтов их снабжают

свесами, откидными или подъемными козырьками (рис. VIII.!).
Рис. VIII. 1. Типы зонтов:
с — простой зонт; б — зонт с вертикальным бортом; в—активный зонт со щелями по периметру;

г—зонт с поддувом (для уменьшения влияния подвижности воздуха в помещении на работу зонта

в = 45 -г- 50°, чтобы не было налипания струи на поверхность); д—модулированный зонт над
кухонной плитой
Аэродинамическая характеристика зонта: 1) падение скорости

по оси потока происходит весьма .интенсивно вследствие подтекания воздуха со всех сторон; 2) изменение скоростей по оси зонта

зависит от угла а раскрытия зонта. Чем больше угол, тем осевая

скорость больше сравнительно со средней скоростью (иср = Ь/Р)\

3) у зонтов с малым углом раскрытия (60° и меньше) скорость

по всему сечению зонта практически одинакова; 4) скорости по

осям, перпендикулярным плоскости всасывания, быстро затухают.

Типы зонтов: 1) для улавливания ненаправленного потока;
2)
3)
Расчет зонта для улавливания ненаправленного потока. Целью
расчета зонта является определение скоростей в зоне образования вредностей и объема отсасываемого воздуха, обеспечивающих

Удовлетворительную работу зонта. Расчет производится на основании экспериментальных исследований, проведенных Институтом

°хРаны труда.
Собственно расчету зонта предшествует выявление следующих
^анных: габаритные размеры источника выделения вредностей; ско-
|^СТь Распространения их в помещении; высота установки зонта
’ форма, размеры а, б и угол раскрытия зонта а принимаются
0
183
--------------- page: 92 -----------
Определение скоростей в центре зонта V,, и средней скорости

всасывания V» зонта, при которых • будет обеспечена скорость

ьху в плоскости источника выделения вредности, как правило,

превышающая скорость распространения вредности в точке А,

производитсй по эмпирическим формулам-
0,1
Ж
а,+0,27)77?)' <упи->
где Ьу/у„ — относительная скорость, в ко- '

торой — скорость воздуха на расстоянии у 1 от зонта до отметки выделения вредностей (см. расчетную схему зонта, рис. VIII.

2); х и |/| — координаты точки, для которой ■

определяется относительная скорость ьху/уу %

(рис. VIII.3); хо— относительное расстоя-Г^

ние от оси зонта до его кромки; Н

относительная' высота зонта.
Величины хо, х, у\, Н определяются по|

формулам
Рис. VIII.2. Расчетная

схема зонта
= Хо/йъ
у\ —
X — х/с/эк
Н = Н/й,
где — эквивалентный диаметр зонта прямоугольной формы; *

х— расстояние от оси зонта до края источника вредных выделений,/

(т. е. половина б); у\ — расстояние по вертикали от кромки зонта’,

до отметки выделения вредности; И — высота зонта;
с1эк = 2аб/(а -+- б),
где а — ширина; б — длина зонта.
Средняя скорость всасывания
где т| — поправочный коэффициент, определяемый

(рис. VI11.4), зависящий от угла раскрытия зонта а.

Объем отсасываемого воздуха
Ь = абу о-3600.
184
Рис. VIII.4. Кривая зависимости

Рис. VII 1.3. Кривая относитесь-
ной скорости по оси зонта
Пример VIII.1. Расчет зонта для улавливания ненаправленного потока при

следующих данных: ванна для окраски деталей имеет размеры в\г == 1X0,8 м;

скорость распространения паров краски 0,15 м/с; скорость всасывания их у поверхности ванны оХу принимаем 0,25 м/с (у борта, в точке Л); габариты зонта принимаем на 0,2 м больше габаритов ванны с каждой стороны: аХб=1,4X1,2 м;

высота от борта ванны до зонта 0,7 м; угол раскрытия зонта а = 60°; высота

И — 1,21 м. Найти объем отсасываемого воздуха.
Решение.
с1ж = 2аб/(а + б) = 2-1,40-1,2/(1,4 + 1,2)= 1,29 м.
Определяем относительные величины в долях эквивалентного' диаметра:
хо = хо/(1ж = 0,7/1,29 = 0,54;

х = х/<1,к = 0,5/1,29 = 0,38;
У1 = У,/а, к =0,7/1,29 = 0,54;
Н = Н/а„= 1,21/1,29 = 0,95.
По графику (рис. УШ.З) находим для у = 0,54 значение ^/«„=0,26. По формуле

(VII 1.1) находим значение у„:
= 0,25 /(0,26 - 0,1
/V
Средняя скорость всасывания
«о = ■>] IV = 1 • 1,02 = 1,02 м/с.
По графику (рис. VIII.4) при а = 60° т] = 1- Объем отсасываемого воздуха

с°ставит
/. = аб%-3600= 1,4-1,2-1,02-3600 = 6150 м3/ч.
185
--------------- page: 93 -----------
Расчет всасывающего устройства для улавливания направленного изотермического потока. Всасывающее устройство для улавливания направленного потока должно соответствовать габаритам

последнего и, естественно, отводить весь объем подтекающего к нему

воздуха (например, при сдуве красочного тумана при пульвери-
зационной окраске изделий).
Для расчета воспользуемся эмпирическими формулами, полученными для расчета свободных изотермических струй.
При истечении из круглого или квадратного отверстия диаметр
всасывающего устройства
а > 40-6,8(ш/М) + 0,145).
Объем отсасываемого воздуха (м3/ч) в этом случае равен объему

свободной струи при у > 4с1о (перед всасывающим отверстием):
I — /.с-4,36 (ау/с1о + 0,145),
где и — начальный расход воздуха, м3/ч; а — коэффициент турбулентной структуры потока,'для обычных выпускных насадок и отверстия может быть принят равным 0,1; е?о—начальный диаметр

струи; у — расстояние между сечением выхода потока и всасывающим отверстием.
Если у < 4йо, то объем отсасываемого воздуха
= 10[1 + 1,52ш/Д*о + 5,28(ш//40)2]. (УН1.7)
При истечении из прямоугольного отверстия — щели (плоская <

струя) ширина устройства
*
Ь = Ьо(4,8су/Ьо + 1).
1
Объем отсасываемого воздуха I. при у > 4с1эк
Ь = и-1,7 ъ'ау/Ьо + 0,205.
Если у С Йэк, то
= /,0(1 + 0,68ау/Ьо),
где йэк — эквивалентный диаметр выходного отверстия плоско#

струи; Ь0 — начальная ширина потока (струи).
Расчет зонта-козырька у загрузочных отверстий печи. Такс-

зонт-козырек целесообразно по конструктивным соображений
186
устраивать несимметричным (рис. VIII.5).
В расчет входит определение размеров всасывающего отверстия зонта и объема отводимого

воздуха. Размер зонта должен соответствовать

размерам вырывающейся свободной струи

с учетом ее искривления.
1.
газов из открытого загрузочного отверстия из

печи:
уСр = ц 1^2 Д р/д,
где ц — коэффициент расхода, принимаемый

равным 0,65; Ар — среднее избыточное давление в печи, Па; д— плотность газа, кг/м3 (при температуре печи).
2.
Др = р0 + р,/2,
где ро — избыточное давление на поду печи, равное давлению в
помещении; р\ — давление на уровне верхней кромки отверстия

печи;
р\ = /1(е„ — (>„),
Л — высота отверстия, м; — плотность воздуха в помещении;

0п — плотность газов в печи.
3.
выходящей струи, искривляясь под влиянием гравитационных

сил, пересекается с плоскостью входного отверстия зонта, по

формуле
дг = ^зк'У(у/йэк)4/[0,18Аг4аь(7'о/7'ОКр)2], (VIII.13)
где у — расстояние (см. рис. УШ.5); <1ЭК — эквивалентный диаметр

печного отверстия; Аг — критерий Архимеда, характеризующий

струю, выходящую из печи; а — коэффициент турбулентной структуры, принимаемый равным 0,1; То — абсолютная температура в печи

(273 +■ /„); Токр — абсолютная температура в помещении (273 4- /в).

Эквивалентный диаметр
^эк = /4ЬЛ/л,
где Ь, Н—соответственно ширина и высота печного отверстия.

Критерий Архимеда
Аг = (^эк/а?р)(7„ — Тп/Т в),
** ускорение земногв притяжения; Т„ — абсолютная темпера- -

УРа в печи; Тв — температура помещения.
187
ш//<
к
-1
А
1*—.
ш
в
Рис. VII!.5. Зонт-

козырек у загрузочного отверстия печп
--------------- page: 94 -----------
4.
1
где с1х — ширина струи на расстоянии х от выходного отверстия.
Величина с1х определяется для струй, вытекающих из квадратных и близких к квадрату отверстий при 0,5 С к/Ь < 2:
ах/аъК = 6,8шгМк + 1,
для отверстий, имеющих форму щели,
йх/к = 4,8ах/к + 1.
Ширина зонта Ь принимается на 200 мм больше ширины печного

отверстия.
5.
и — ХУсркЬ — V ср Р •
6.
Сп === ^-П Сп-
7.
и = и + [1,52 + ах/аж + 5,28 (ах/с!ж)2] ^Ттр/Т„ /,„. (VIII.16)
8.
О в == | Рх ^[1 | Ув-
9.
/см = (Сп(п + СВ1 в)/(Сп Св).
10.
(2„ = СтСКг),
где Ст — количество сжигаемого топлива; РЕ — теплотворна"

способность топлива; т) — степень полноты сжигания топлив

(для газа г) = 0,98, для твердого топлива г) = 0,9).
11.
фем ;= Фп
где С}м — расход теплоты на нагрев металла; флот — потери теплот

в окружающую среду.
12.
Сем = <дсм/[С(1см — /.)],
ГДС (см температура смеси (120—180°С); /„ — температура воздуха в цехе; С — теплоемкость смеси.
УШ.З. СОРТОВЫЕ ОГС.ОСЫ
Бортовые отсосы устраиваются у производственных ванн. Производственные ванны представляют собой открытые резервуары,

чаще -всего четырехугольной формы, наполненные жидкостью с

различными растворами, нередко весьма ядовитыми.
Содержащиеся в ваннах растворы, испаряясь, разносятся по

помещению и тем самым загрязняют в нем воздух. Вредности

из производственных ванн могут выделяться в виде паров, газов

и «полых капель», представляющих собой частицы газа, заключенные в жидкую оболочку. Эти капли, поднимаясь вверх, выносятся

из ванны и, лопаясь, смешиваются с воздухом помещения.
Наиболее целесообразным решением вопроса с вентиляционной

точки зрения следует считать полное укрытие ванны либо заключение ее в кожух в виде вытяжного шкафа с отсосом от него

такого количества воздуха, которое воспрепятствовало бы проникновению вредностей в помещение. Однако по технологическим

соображениям это возможно крайне редко, поэтому в вентиляционной практике получило большое распространение устройство

отсоса по бортам ванны в {зиде сплошной щели, называемой

бортовым отсосом.
Виды отсосов от ванн. При ширине ванны до 0,7 м применяют однобортовые отсосы (рис. VIII.6), устраиваемые с одной
1-1
I-1
Н-
Рис. V’! 11.6. Однобортовой отсос от ванны
189
--------------- page: 95 -----------
из продольных ее сторон. При ширине ванны более 0,7 м (до 1 м)

применяют двухбортовые отсосы (рис. VIII.7). Кроме ширины

в данном случае важны размер и конфигурация изделия: если

изделие выступает над поверхностью жидкости в ванне, то в этом

случае независимо от ширины ванны устраивается двухбортовой

отсос. Бортовые отсосы называются простыми, если плоскость

щели вертикальна (рис. VIII.7), или опрокинутыми, когда плоскость щели горизонтальна, т. е.'обращена в сторону зеркала

ванны (рис. У111.8). Во избежание уменьшения ширины ванны
тп
—«-“Л
\
В* 0,1
шкзгг
УК
Рис. УШ.7. Двухбортовой

отсос от ванны
Рис. VIII.8. Опрокинутый бортовой отсос
при применении опрокинутых отсосов можно придать ей форму,

указанную на рис. VIII.8. Простые отсосы следует применять

при высоком уровне раствора в ванне, когда расстояние от щели'

отсоса составляет не более 80—150 мм. Чем токсичнее вредный

выделения из ванны, тем ниже к поверхности раствора нужн*

прижать их, чтобы не допустить попадания их в зону дыхания,

рабочего у ванн. Опрокинутые бортовые отсосы требуют значитель-»

но меньшего расхода воздуха, особенно при более низком стояни\
уровня жидкости (150—300 мм и более).
Расчет бортовых отсосов. Пр

действии бортового отсоса наблюдав

ется сложный процесс, происходят"
[
—'П ! ванны: нагретая частица воздух

——— __—К! с одной стороны, под действием под
емной силы поднимается вверх над, ва"

ной, а с другой стороны, отсос дол>

создать такую скорость, которая, пр

долевая движение частицы вверх,

ставила бы ее изменить направле

и увлечь в щель отсоса. При бездействии отсоса путь части

находящейся у борта ванны, противоположного щели отсо

обозначен стрелкой с буквой г (рис. VI11.9); при недостаточ"

отсосе, когда частица не улавливается,— буквой д\ буквами е и
Рис. У111.9. Схема движения

частицы над нагретой ванной
обозначен путь частиц, улавливаемых бортовым отсосом. При
дальнейшем увеличении объема отсоса возвышение траектории
над поверхностью ванн уменьшается (помечено буквой

ж) •
Расчет бортовых отсосов по методу инж. И. Л. Виварелли.
Расчет бортового отсоса состоит в определении количества воздуха, отсасываемого от него. При этом имеется в виду, что частицы

восходящего от зеркала ванны потока должны замыкаться на

щель отсоса, т. е. удаляться системой вентиляции и не попадать

в помещение, где расположены ванны. Для этого должны быть

построены траектории движения частицы воздуха. Решению задачи

предшествует следующий анализ.
Подъемная сила Р в тепловом потоке равна массе т, умноженной

на ускорение:
Р = тс1и/(11,
где и — средняя скорость восходящего потока; I — время с момента

отрыва потока от зеркала ванны:
<1и/(И = Р/т = (ев — 0пот)^/0пот = (7’пот — Тв)ё/Т„, (VIII. 18)
где ев — плотность воздуха помещения; епот — среднее значение
плотности потока; § — ускорение силы тяжести; Тлат — средняя
абсолютная температура потока; 7’„ — абсолютная температура

помещения.
После интегрирования уравнения (VIII. 18) определим среднюю

скорость восходящего потока:
и=.(Т,шт-Тя)ё1/Тв.
Произведенные замеры температуры воздуха непосредственно

над поверхностью ванны показывают, что температура в основном

существенно ниже температуры поверхности жидкости, при этом

отношения избыточных температур можно принять равными
{Тпо, - 7’в)/(7’ж - Тв) 0,33 или Тлот - Тк = (Тж - Т.)/3,
откуда и == (Тж — Тв)д(/(ЗТЕ), или, принимая (7’к — Тв)/(37’в) = б,

получим
и = 6^.
Скорость, создаваемая односторонним бортовым отсосом,
у = и/{Ыг) = Ц/(0г),
Где„ ь — полярная скорость; Ь' — секундный расход воздуха для

всей щели отсоса; I — длина щели;
191
--------------- page: 96 -----------
и = ///*.
(УШ.22)
Ц — секундный расход через 1 м щели; г — расстояние от щели

до рассматриваемой точки N (рис. VIII. 10,а): 0 — величина, зависящая от угла ф между границами, в которых идет подсасывание
к щели.
*)

Элементарные изменения положения частицы, участвующей в

сложном движении вверх (за счет подъемной силы) Др и к щел~

(за счет подсоса) Аф, представляются уравнениями
де= — ~^т +
где Ь
ширина ванны;
Аф = 8§/Ь' 1/о сой <р/ А/.
Интегрирование уравнений (VIII.23), (VIII.24) возможно ли

графоаналитическим способом. Пример построения пути движен
частицы показан на рис. VIII.10,а.
Дальнейший анализ эффективности бортового отсоса показ
24
Рис. УШЛО. Путь частицы

восходящего теплового потока (а) и угол между

границами всасывающего

факела (б):
I
ванна стоит у стены; /// — ванна

расположена рядом с ванной без

отсоса; IV — ванна стоит отдельно; I — отсос; 2 — ванна без

отсоса
192
зависимость ее от установки ванн или границ всасывающего

факела ф (рис. VIII. 10,6). С целью упрощения расчета И. Л. Вива-

релли на основе теоретических и экспериментальных исследований

рекомендована расчетная формула для определения объема воздуха,

отсасываемого от горячей ванны (если Тж > Тв) (м3/ч),
Ь = КЛгБ(у(Т« - Та)ёВл / (37’.) ){, Ч -3600, (VI 11.25)
где К3 — коэффициент запаса, принимаемый в зависимости от

токсичности паров и движения воздуха в помещении в пределах

1,5—2; Кт — коэффициент добавки на подсос воздуха с торцов

ванны; Б — безразмерная характеристика (для оДнобортового

отсоса Б = 0,35, для двухбортового Б — 0,5); ф — свободный угол

подсоса между зеркалом ванны и ограждающей плоскостью (щиток,

стена или пол), рад; Тж и Тв—абсолютные температуры жидкости ванны и воздуха помещения; д — ускорение силы тяжести;

В а I— ширина и длина ванны.
Коэффициент добавок на подсос воздуха с торцов ванны зависит

от ширины ванны Б и ее длины /: для однобортового отсоса

Кл = (1 + В/М)2, для двухбортового Кг — (1 + В/81)2.
Расчет бортовых отсосов по методу М. М. Баранова. Расчет

производится с помощью графиков, составленных на основании

экспериментальных исследований простого и опрокинутого, одно-
11
зависимость удельных расходов воздуха ^ от ширины ванны В,

высоты спектра паров над

ванной И. и расстояния от

уровня раствора до борта

ванны Н (глубина уровня) .
Удельные расходы воздуха ^ (м3/ч на 1 м длины) отнесены к 1 град

разности температур жид:

кости в ванне 1Ж и воздуха в помещении Iв в стегни 1 /з- Высота спектра

ПаР0в над ванной Н принимается по справочной таблице, как правило, в пределах 40—160 мм (в зависимости от степени вредности большая вредность

^еньше И). Пример графи-

Ка показан на рис. VIII.12.
Ч//ч \

1000
750
500
250
И--во
$
V

дм,

/ лу
Ь = 1

Л-

/к

ь-
А/
V

&
/у/


/ /

//
Ж
ьл-
Ул

УХ
1
1
1
1
н
120
№0
т
//А
V
Кн
и
0,9

о.?
У
250
1250 В, мм
Рис. VIII.II. График для расчета опрокинутого

двухбортового отсоса
193
--------------- page: 97 -----------
Объем воздуха, удаляемого бортовыми отсосами (м3/ч) указанных выше видов,
I.
где <7 — удельный расход воздуха, ма/ч на 1 м длины ванны,

отнесенный к градусу разности температур (1Ж — Iв); определяется

по графикам в зависимости от высоты спектра вредных паров

к и ширины ванны В; /(„ — поправочный коэффициент на глубину

уровня зеркала жидкости в ванне (указан на графике, рис. VIII.11);

Ки — поправочный коэффициент на подвижность воздуха в помещении, определяется графиком (рис. VIII.12); /—длина ванны, м.
70
/1=Щ
■ыо\
\еД \-а\ У&\
Уп * 1,6 м/с
2,0
3,0 3,5
Рис. VIII. 12. График для определения поправки на подвижность воздуха для опрокинутых двухбортовых отсосов
Расчетную ширину ванны для опрокинутых отсосов В' и В"

принимают меньше фактической на ширину щелей Ь: при одно-,

бортовых отсосах В' — В — Ь\ при двухбортовых отсосах В" = В -^
Ширину (а для простого отсоса — высоту) щели отсоса пр*

нимают равной, как правило, 0,1 В, но не менее 50 мм. При мал*1

разности температур (1Ж — 1В) или ^ (в эту разность следу!

принимать 10°. Глубину уровня И в целях экономии расхода возя

ха на отсос следует принимать: для одно- и двухбортовых опрои

нутых и однобортовых простых — не более 120—200 мм, для дву

бортовых простых отсосов — не более 80—100 мм. При констр)
194
ровании отсоса следует иметь в виду обеспечение равной скорости

по длине щелей борта ванны, для этого отвод воздуха от ванны

осуществляют через раструбы с углом а не более 60° (см. рис. VIII.6).
Как правило, расход воздуха в двухбортовых опрокинутых

отсосах меньше, чем в однобортовых, что сказывается соответственно и в экономическом плане.
Расчет кольцевых отсосов. В практике применяют кольцевые

отсосы. Ими оборудуют, например, круглые ванны, шахтные печи.

Кольцевые отсосы выполняют в виде сплошной щели, расположенной по .периметру ванны (или другого источника вредных

выделений).
Кольцевой отсос может быть выполнен по следующей схеме

(рис. VIII. 13). Параметры рабочей части кольцевого отсоса

принимают в соответствии со следующими рекомендациям^: высота

щели Ь является базовой величиной; Ни — расстояние от зеркала

жидкости до нижнего края щели — контролируем отношением

й„/Д которое не должно быть менее 0,054, вместе с тем Л„ ^ 2Ь\

величина Ь/И = 0,04 -г- 0,16.
Величины й„, Ь, Нв выбирают, исходя из конструктивных и

технологических соображений. Например, Нк делают больше 2Ь для

предотвращения охлаждения поверхности источника вредных выделений подтекающим к щели воздухом.
Рис. VIII.13. Кольцевой бортовой отсос:
I -- граница верхнего уровня

вредных выделений; 2 — уровень борта ванны
Рис. VIII. 14. График

для определения коэффи-

фиента К (расчет кольцевого бортового отсоса)
Высоту спектра вредных выделений (расстояние У или у — У/О)

'Рис. VIII.14) определяют, исходя из токсичности веществ, содержащихся в потоке, и подвижности воздуха в помещении. Расчет

с°ЛьЦевых отсосов при у>0 и Д/< 100° (Д/=/ж—1Ц) ведется

„Учетом скорости движения воздуха в помещении (см. коэффициент
К
ПР" Расчете бортовых отсосов).
--------------- page: 98 -----------
Количество воздуха, удаленного от кольцевой шели, определяется объемом воздуха в тепловой струе, поднимающейся над

ванной (или другим нагретым источником вредных выделений).

Этот объем воздуха в тепловой среде _зависит от высоты спектра

вредных выделений у и отношения И условного расстояния И

к внутреннему диаметру И; И — ки +0,56 (рис. VIII. 14):
/.= 155/С3 ]/ОМ,
(VIII. 27).
где С} — количество теплоты, теряемой источником путем конвекции;

Р — горизонтальная проекция источника вредности; К — коэффициент, являющийся функцией у = У/Б и Н-Н/й, определяемой

по графику (рис. VIII.14); /—максимальная высота подъема

вредных выделений над поверхностью источника выделения

(см. рис. VIII.13):
I = Ни + Ь + кБ + у,
(VI 11.28)
кн, Ь, /гв — конструктивные параметры отсоса (см. рис. VIII.13);

у — граница допустимого уровня вредности выделений (у = 40 -5-

160 мм); О—внутренний диаметр источника вредности. Величина Н определяется по следующим формулам:
при наличии бортика высотой кИ над верхним краем щел
отсоса
Н = 2кв + 0,5(Л„ + Ь)\
при отсутствии бортика высотой кв
Н = кИ + 0,5 Ь.
(УНШ)
Пример VI 11.2.- Определить объем удаляемого воздуха с вредными выд-'

ниями кольцевым отсосом от ванны диаметром, равным 1 м. Температура жи

кости 1Ж — 100°С, температура воздуха помещения 1В = 16°С.
Решение. Принимаем к устройству кольцевой отсос, высота щели — постог

ная по периметру Ь = 0,06 м; Н„ = 0,2 м; А„ = 0,1 м; </ = 0,08. Провер-

правильность принятых параметров. Определяем величину Я (при наличии борт"
А„):
Я = 2Л„ + 0,5 (й„ + Ь) = 2 -0,1 + 0,5 (0,2 + 0,06) =
= 0,33.
Определяем отношение Я/О = 0,33/1 = 0,33 > 0,054, что допустимо. Находим

ношение 6/0 = 0,06/1 = 0,06, что также допустимо, так как й/О должно о
в пределах 0,04—0.16.
Определяем количество теплоты в восходящем потоке:
ф = аРЫ,
где а — коэффициент теплоотдачи; Р — площадь зеркала ванны; А1 — рази

температур поверхности источника вредности и температуры воздуха помешсЧ
Находим неизвестные величины:
а = 3,254/100 — 16 = 39,8 Вт/(м2-град);
Р = 0,785а = 0,785-1 = 0.785 м2; Лг = 100 — 16 = 84е.
Тогда
<? = 9,8-0,785-84 = 640 Вт;
9 = 640 / 3600 = 0.178 Вт/с.
По формуле (VIII.27) найдем объем воздуха в тепловом потоке, для чего

предварительно определим высоту подъема I вредных выделений над поверхностью

источника О:
/ = А„ + Ь + А„ + у = 0,2 + 0,06 + 0,1 + 0,08 = 0,44 м.
Определяем коэффициент К, являющийся функцией
у=У/0; Я = Я/О;
при Я=Я/0 = 0,33/1=0,33 и у = К/О = 0,08/1 = 0,08 по графику на рис.
VIII.14 находим /( = 2,2.
Объем воздуха, отсасываемого от кольцевого бортового отсоса, будет равен

/. = 155К УяАЧ = 155-2,8V640-0,785-0,44 = 2360 м3/ч.
Аэродинамический расчет трактов отвода воздуха от кольцевых отсосов

должен подтвердить равномерность скорости по всему периметру их при соответствующем конструктивном оформлении отсоса:
Бортовые отсосы с передувкой. Бортовые отсосы активируются

компактными и плоскими приточными струями, которые захватывают воздух и направляют его к местному отсосу. Применение

передувок дает возможность снизить влияние посторонних токов

воздуха в помещении на устойчивость перетекания паро- и газообразной вредности к приемнику и снизить расход воздуха по '

сравнению с бортовыми отсосами. При проектировании передувок

могут найти применение два способа их устройства: первый —

сДув компактными струями далеко от обдуваемой поверхности,

пРи этом последняя не влияет на формирование и траекторию

СтРУи (рис. VIII.15); второй — струя распространяется вблизи

поверхности и налипает на поверхность (рис. VIII.16). При налипании струи увеличивается (сравнительно со свободной) ее дальнобойность и уменьшается присоединенная по пути масса воздуха.
Устройство и расчет сдува компактными струями. При действии

■компактной струи происходит подсасывание струей окружающего

оздуха. В соответствии с этим необходимо следующее: насадки для

^правления приточной струи должны быть с небольшим углом

СЩиРения, с медленным затуханием скоростей. Лучше в этом слу-

ае применять цилиндрические насадки с поджатием на конце.
197
--------------- page: 99 -----------
Плоские струи, перекрывающие всю ширину ванн, при таком

способе вентиляции не нужны; скорость струи перед всасывающим

отверстием должна быть порядка 1,5 м/с для устранения возможности прогиба оси струи за счет действия гравитационных сил;

для увлечения вредных выделений необходимо, чтобы конечные

расходы струи были большими, чем расход поднимающегося от

ванн конвекционного потока, с учетом подмешивания к струям воздуха из помещения; объем отсоса должен быть больше конечного

объема сдувающих струй.
Рис. VIII.15. Бортовой

отсос от ванны с пере-

дувом
Рис. VIII. 16. Передувка

у ванны
Для расчета задаются средней (по сечению) конечной скоростью'
струи юх — 1,5 м/с.
Начальную скорость сдувающей струи г;„ач определяют по
формуле
о*/унач = 0,226/{ах/О + 0,145),
где а— коэффициент структуры струи для цилиндрических насадд'

с поджатием (а = 0,07); й — диаметр струи в отверстии сдува;

х — расстояние между' сдувающими насадками и вытяжньг
отверстием.
Диаметр отверстия сдуваемого насадка вычисляют по формул"

Абрамовича — Бутакова
а = ах/{р.0945»н.,М - 0,045).
Конечный расход струи (перед всасывающим отверстием) опр

деляют по формуле (VIII.6).
Общий объем отсоса
2/-* = чип,
где а — коэффициент, учитывающий дополнительные поде

воздуха из помещения (а ж 1,2); п — количество струй.
198
Объем конвективного потока над ванной,
иит = ибУоЯ/Г,
(VIII.34)
где С} — количество конвективной теплоты в тепловом потоке, Вт;

Г — площадь поверхности вредных выделений, м2; Н — высота

расположения рассматриваемого сечения, м.
В итоге должно быть доказано следующее неравенство:
^-отс ^конв 4“ ^нач-
Если это условие не выполняется, то следует произвести перерасчет, приняв иную начальную скорость сдува или другую конструкцию насадки.
Устройство и расчет сдува струями, выходящими из насадков,

размещенных непосредственно у ванн. При размещении передувок непосредственно у бортов ванн струя распространяется вблизи

поверхности и в силу специфических условий налипает (настилается) на поверхность.
В качестве передувок применяют сопла и чаще насадки, размещаемые в виде плоской щели вдоль одной стороны ванны. На проти

воположной стороне ванны размещается всасывающее отверстие

фис. VIII.17). Настилающаяся струя движется по поверхности

жидкости в ванне. За счет нагревания и увлажнения воздуха

в струе у частиц появляется подъемная сила (а также в результате

подъема из ванны газов легче воздуха), а под влиянием последней —

вертикальная составляющая скорости, благодаря которой струя

движется под некоторым углом к ванне, зависящим от соотношения векторов скоростей. Для полного улавливания частиц отсосом

необходимо, чтобы скорость струи при подходе к вытяжному отверстию была больше скорости, появляющейся в результате подъемной силы.
<*)
: Шм3/ч
Ю0м3/ч
Рис. VIII. 17. Работа бортового отсоса и передувки:
и - однобортовой отсос, ^=1480 м^/ч; б — передувка плоской струей,

^сдува = 100 мл/ч, 1отсиоа=480 к6/ч
199
--------------- page: 100 -----------
Передувки устраивают и у зонтов (см. рис. VIII.1,г). Расчет

их аналогичен расчету воздушных завес.
Целесообразность применения передувок сравнительно с бортовыми отсосами видна из рис. VIII.17. Удовлетворительная эффективность действия однобортового отсоса достигается (при отсутствии сдува) при расходе воздуха 1460 м3/ч. На рис. VIII.17,б

показано, что при использовании передувки отсос в количестве

480 м3/ч оказывается вполне достаточным, при этом для сдува

требуется воздуха около 100 м3/ч.
При расчете средняя скорость струи (м/с) перед всасывающим отверстием принимается в зависимости от ширины ванны В (м)

и температуры жидкости в ванне 1Ж:
I °С
>Ж<
1'х
70—95
В
60

0,85 В
40

0,75 В
20

0,5 В
Объем воздуха, расходуемого для отсоса при температуре жид- Щ

кости в ваннах до 70°С (/Ж<70°С), должен приниматься равным §

объему подтекающей струи; при температуре жидкости выше 70°С ^

(/ж > 70°С) объем отсасываемого воздуха должен быть больше ?»

объема подтекающей струи на 10—25% (т. е. 1,1 —1,25 объема.

подтекающей струи).
Щель приточного отверстия должна быть не менее 5—7 мм -ф

во избежание ее засорения, а начальная скорость сдува не должца

быть больше 8—12 м/с. В противном случае стр>уя поднимет волну,

на поверхность жидкости. Минимальный• расход воздуха на пере- ;

дувку возможен при минимальной ширине щели.
Ширина цели бортового отсоса не имеет существенного значе-ф

ния. Если она принимается меньше ширины подтекающей струи, &

то средняя скорость засасывания в щель должна быть соответственно больше средней скорости подтекающего потока, с тем чтобы

весь поток удалить через щель. Скорость отсоса может быть в 2-г

3 раза больше средней конечной скорости подтекающей струи

Методика расчета передувок плоскими струями дана в примере;:

Пример У1И.З. Дана ванна длиной I — 2 м, шириной В — 1,25 м. Температур?,

жидкости в ванне 1Ж = 95°С. Определить начальный и конечный объемы с.г,ияа*

Найти объем отсоса.
Решение. 1 Определяем конечную среднюю (перед всасывающим отверсти

скорость струи сдува V, в зависимости от ширины ёанны В. При В = 1,25

и /ж = 95°С принимается V, — 1,25 м/с.
2. Задаемся шириной щели сдува е. Она принимается равной 0,01—0,015

ширины ванны, но не менее 5—7 мм. В нашем случае ширину щели определи;

по формуле
е — 0,012 В = 0,012-1,25 = 0,015 м.
200
3. Определяем начальную скорость сдува о0 в основном участке струи; средняя

скорость в основном участке струи может быть принята равной 0,5 осевой скорости данного участка:
V, = Ох/0,5 = 1,25/0,5 = 2,5 м/с.
По видоизмененной формуле Абрамовича найдем отношение осевых скоростей
"к~'Ч +
где о — коэффициент структуры турбулентной струи;
Vо = о,/0,292 = 2,5/0,292 = 8,56 м/с.
4.
/-н.и= эде/-3600 = 8.56-0,015-2-3600 « 925 м3/ч.
5.
и сд = [1,2 /оВ/е + 0,41] „ = [1,2 /0,2-1,25/0,015 + 0.41 ] 925 = 4590 м‘/с.
6.
/.от = 1,15 ^ сд= 1,15-4590 = 5270 м3/ч.
7.
большей конечной скорости сдува:
Ь = 1/(3600 V, • 30 = 5270/(3600 • 1,25 ■ 3 • 2) = 0,196.
Принимаем Ь = 200 мм.
4 *».• / А1: ’ !'* * »> ‘ N и*' 'I <•'& 'Л ?•' :• Л ?? >1 Г* «$ ^ } г) 5 *,} 1; ‘
Пыль представляет собой свободные твердые частицы, которые

благодаря своим малым размерам витают в неподвижном воздухе

или равномерно и медленно оседают. Воздух промышленных предприятий, где по условиям производства имеются процессы пыле-

образования, загрязняется пылью. Условия распространения пыли

в воздухе промышленных помещений существенно отличаются от

Условий распространения паров и газов, выделяющихся в процессе

производства.
Пыль крупностью частиц более 1 мкм не обладает свойством

Диффузии. Наличие в помещении токов воздуха, вызванных

к°нвекцией, движением частей машин и т. п., является причиной

Распространения пыли в помещении. Находящаяся во взвешенном

с°стоянии пыль под действием силы тяжести оседает. Таким обра-

3°м, воздух в спокойном состоянии самоочищается.
201
--------------- page: 101 -----------
Для обеспыливания воздуха помещений применение общеобменной вентиляции недостаточно эффективно. Возникающие при обще-

обменной вентиляции токи воздуха мешают оседанию пыли, в особенности при подаче воздуха снизу вверх. Увеличение воздухообмена повышает подвижность воздуха в помещении и не оказывает влияния на уменьшение запыленности воздуха. Эффективным

средством борьбы с запыленностью воздуха помещений является
местная вентиляция.
Локализация источника пылення достигается укрытием с удалением воздуха от него.
На промышленных предприятиях, где технологические процессы

сопровождаются пылеобразованием, местные отсосы получили широкое применение. Конструктивное оформление их очень разнообразно. Как правило, эффективность отсоса определяется экспериментально.
Критерием оценки эффективности местного отсоса с гигиенической точки зрения является отсос, при действии которого на

рабочем месте обеспечивается концентрация не выше предельно

допустимой концентрации (ПДК).
Экономическая целесообразность и конструктивное совершенство местного отсоса определяются аэродинамической характеристикой и коэффициентом эффективности. В аэродинамическую характеристику входят объем отсасываемого воздуха, скорости всасывания, их распространение по рабочему и другим проемам, сопротивление воздухоприемника.
Определение коэффициента эффективности местного отсоса по

ряду причин представляет сложность. Однако для большинства

случаев
I] '— (/Су.о /Ср.ч)-/ Ачп,
где /(„ о — концентрация вредности в удаляемом местным отсосом

воздухе (вредности, которой в приточном воздухе нет); /Ср м -г*'

концентрация вредности на рабочем месте (около местного отсоса)'/

которая всегда должна быть меньше ПДК.
Причины, по которым пыль из отсосов (кожухов и др.) выбив*

ется в помещении, следующие: диффузия пылевоздушной смес

кинетическая энергия пылинок, сообщенная им движущимися ча

тями механизмов; избыточное давление воздуха вйутри кожух

образующееся от движения заключенных в них материалов и част"

механизмов; избыточное давление внутри кожухов, образовавшее

от поступления в них воздуха вместе с материалом.
В процессе распространения пыли диффузия пылевоздушн

смеси роли не играет, так как выбивающаяся из укрытия п

Распространение же пыли благодаря диффузии составляет несколько

сантиметров в секунду.
Исследования перемещения пылинок за счет ударов движущимися частями механизмов показало, что пылинка почти мгновенно

теряет сообщенную ей скорость и путь передвижения пылинки

ничтожно мал (кроме пыли крупных фракций).
Выбивание пыли за счет избыточного давления, создаваемого

движением материалов и частей механизмов, практически имеет

значение при наличии в укрытии не менее двух отверстий, тогда

одно из них будет служить для притока в укрытие, другое—для

вытяжки из него (это нужно иметь в виду при конструировании

местного отсоса). Как показали исследования, основной причиной

выбивания пыли из укрытия является воздух, увлекаемый материалом, выходящим из укрытия.
Устройства местной вытяжки от пылящего оборудования должны

удовлетворять следующим требованиям: пылящее оборудование

(или место возникновения пыли) следует заключить в кожух

с минимальным количеством неплотностей; количество воздуха,

удаляемого от пылеотсосного устройства, должно создать внутри

последнего разрежение, достаточное для устранения выбивания пыли

в помещение, несмотря на положительное давление, создающееся

в результате воздушных токов внутри агрегата при движении

механизмов; герметизирующий кожух не должен создавать неудобства в обслуживании агрегата; отсос воздуха из герметизирующего кожуха следует производить с минимальной скоростью.
Принцип проектирования местного устройства

показан на отсосе от шлифовальных и полировальных кругов (рис. VIII. 18). В нижней части

кожуха для оседания крупных фракций пыли находится конический бункер с опорожнительным

люком 2. Для смены кругов устроена дверка 3.
Дверка запирается болтами с барашком 4. Петля
5,
чтобы после открытия дверка сама откидывалась

назад. Козырек 1 препятствует выбиванию пыли в

верхней части кожуха. Во избежание засасывания

крупных фракций пыли отсасывающий патрубок 6

направлен вверх.
VI 11.5. РАСЧЕТ ОТСОСОВ ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ПЫЛИ
Как правило, расчет объемов воздуха, отсасываемого от пыле-

'фиемного устройства, производится на основании данных, полученных в результате натурных исследований, позволивших выявить

Эмпирические формулы. Покажем это на примере расчета аспирации

0т станков обдирочного шлифования сталей и сплавов.
Рис. VIII.18. Отсос

от шлифовального

станка
203
--------------- page: 102 -----------
Расчет объемов аспирации от станка обдирочного шлифования*.
Исследования структуры воздушного потока в зоне действия

всасывающих отверстий показали, что спектр всасывания для значений Рейнольдса Ке = 3500 100 000 автомоделей, степень затухания характеризуется площадью и формой сечения.
Скорость воздуха по оси спектра всасывания равна для квадратного отверстия с острыми кромками:
при 1/А 2

при 1/А > 2
Vх/ (0,951’,„ - сг) = 0,8 (//ЛГМ;

с\/(0,95уср — юх) = (1/А)-'-7;
(УШ.36)

(VI 11.37)
для прямоугольного отверстия:

при 1/А 2
о, / (Оср - Ох) = 0.8(//Л)-1-4;
при 1/А > 2
0х/(0ср — Ох) = {1/А)'
-1,7.
(УШ.38) 1

(УШ.39) 1
где Vх — скорость на оси всасывающего отверстия в точке х, удален-

ной на расстояние I от отверстия, м/с; уср — средняя скорость щ;

воздуха во всасывающем отверстии, м/ч; /—расстояние от точгёи

х до всасывающего отверстия, м; А — гидравлический радиуС,
А = Р/р: Р— площадь всасывающего отверстия, М2; р — периметр
отверстия, м.
С учетом формул (УШ.Зб) — (У1П.39) количество отсасываё-Ж
мого от станка воздуха

Из формулы (УШ.36) находим
(VIII. 40*1
С/ср
Ох[1 + 0,8(//Л) ‘-4] _1_ г(//лг..4 + 0 8] (У1Н.4Г
0,8-0,05 {1/АГ[Л 0,76
откуда количество воздуха, отсасываемого от станка с квадратным»

всасывающим отверстием:
при 1/А 2
I = б4б МАГ + °’8] 0^-3600;
(УШ-42
*
вания сталей и сплавов. Местная вытяжная вентиляция. М., МДНТП им. Ф- Э. Дэ

жинского, 1969.
204
при 1/А > 2
1 = 0^95 К//Л)''7 + 0^-3600.
(VIII.43)
Количество воздуха, отсасываемого от станка с прямоугольным

всасывающим отверстием:
при 1/А ^ 2
1 = ~6Т К//Л)1'4 + О-8]^77-3600;
при 1/А > 2
/.= [(//л)'-7+ ^.Р-ЗбОО.
Из опытов выявлено, что для абразивных станков можно принимать: I = 0,2 0,6 м Н = 0,3 4- 0,8 м; В = 0, 2 0,6 м; о* =

Когда источник выделения вредностей находится внутри укрытия, местные

отсосы называются вытяжными шкафами,

иногда камерами (например, для пескоструйной очистки). Вытяжной шкаф ограничивает стенками зону распространения

вредных выделений и принудительным

засосом воздуха внутрь предотвращает

всасывание их через открытые проемы

и щели в помещение.
Причинами выбивания вредных выделений из шкафа могут быть: 1) гидростатическое давление, образующееся

вследствие разности температур и разности плотности воздуха внутри шкафа

и снаружи; 2) циркуляция воздуха

внутри шкафа, происходящая под влиянием технологических операций, совершающихся в нем; 3) подвижность

воздуха, окружающего шкаф; 4) диффузия.
Наиболее существенными являются

^Ве первые причины. Влияние подвиж-

н°сти окружающего шкаф воздуха может
Рис. VIII.19. Взаимное рас-

положение обрабатываемого

металла, абразивного круга,

пылевого 'факела и пылеприемного отверстия станка:
^ защитный кожух; 2 — абразивный круг; 3 — обрабатываемая заготовка; 4 — пылеприемное отверстие

станка; 5 — прямой пылевой факел;

Ь — ширина пылеприемного отверстия; Н — высота; / — максимальное

удаление точки контакта абразивного

круга с металлом от пыленриемного

отверстия
205
--------------- page: 103 -----------
быть локализовано рациональной организацией притока в лаборатории, правильным расположением проемов в шкафу и устройством

двери. Как правило, основной поток загрязненного воздуха должен

быть направлен (соответствующим отсосом) от плоскости всасывающего отверстия и задней стенки так, чтобы ось входящего потока

воздуха была перпендикулярна плоскости рабочего отверстия.
Значение диффузии в выбивании воздуха из шкафа при наличии других причин выбивания, как правило, незначительно, однако

скорость всасывания в шкаф должна быть всегда больше скорости

диффузии.
Скорость выбивания загрязненного воздуха в разных точках

рабочего отверстия не одинакова. Величина и распределение их

зависят от причин, вызывающих выбивание. Разность плотностей

воздуха внутри и вне шкафа может образоваться, например, при

выделении в укрытии паров, отличающихся по плотности от окру-

При бездействующей или недостаточной вытяжке наибольшие ско-.

рости выбивания будут у верхней кромки отверстия, при этом

ёозможно выбивание загрязненного воздуха. Уровень нулевых

давлений, или нейтральная зона, расположится выше середины

отверстия. Чтобы исключить возможность выбивания из шкафа,

необходимо иметь скорость у верхней кромки отверстия несколько

больше скорости, вызываемой гравитационным давлением. Для этого

требуется создать соответствующее разрежение в вытяжном канале

шкафа. Скорости всасывания по сечению отверстия шкафа могут-

быть неодинаковыми. Их распределение зависит от способа отсоса:

внизу, вверху, ближе к передней или задней стенке шкафа; сплоиК

ной щелью, через квадратное отверстие и т. д.
Чтобы обеспечить эффективную работу шкафа при минимальном расходе воздуха, нужно создать максимальные скорости вса.->‘

сывания там, где наибольшие скорости выбивания. Если скорости-

выбивания по всему сечению отверстия одинаковы, то скорость,

всасывания по всему сечению должна быть тоже одинаковой. *т

Типы шкафов. По месту расположения отсосов различают

шкафы с верхним, нижним и комбинированным (снизу и сверху)

отсосами (рис. VIII.20). Сами отсосы могут быть выполнены в видё

отверстий различной конфигурации в одной из стенок шкафа*'

в виде щели по всей ширине шкафа, улиток и т. д.
Шкаф с верхним отсосом (рис. VIII.20а) применяют для улав-1

ливания восходящего 4например, теплового) потока, обладающей'

подъемной силой. Максимальные скорости всасывания у верхи”.,

кромки рабочего отверстия будут соответствовать наибольши

в этом месте скоростям выбивания под влиянием гидростатическо*

давления. Линия нулевого давления здесь должна расположить^

выше верхней кромки открытого рабочего отверстия.
206
Шкаф с нижним отсосом (рис. VIII.206) следует применять в процессах, связанных с выделением пыли и тяжелых

газов без повышения температуры в шкафу. Для

такого шкафа целесообразно плоскость открытого рабочего отверстия

устраивать наклонной

(рис. VIII.20,г). В этом

случае голова рабочего

б\ дет находиться вне шка-

фа. Выполнять работы а^с верхним отсосом „ вертикально расположенной

В ТЗКОМ ШКйфу ТЙК Ж 6 плоскостью всасывающего отверстия; 6 — то же, с нижним
_
удооно, как в открытом
ной плоскостью рабочего отверстия; А —свободный конец

ПОМСЩ6НИИ
Шкаф с комбинированным отсосом (рис. VIII.20,в) может применяться во всех случаях, за исключением тех, когда проводятся

работы при большой тепловой нагрузке. Распределение скоростей

всасывания по расчетному отверстию будет зависеть от соотношения площадей всасывания нижнего и верхнего отсосов.
Расчет вытяжных шкафов: а) выявление скоростей отсоса,

средней скорости всасывания в открытое сечение рабочего проема

и скорости в сечениях отсасывающих рабочих отверстий и патрубков; б) определение расхода воздуха, удаляемого от шкафа; а) аэродинамический расчет.
Шкафы могут работать с естественной и механической вытяжками. Объем отсасываемого воздуха может определяться исходя

из площади открытого рабочего проема шкафа и средней скорости

всасывания, которая часто выявляется по опытным данным. Эта

скорость лежит в пределах 0,3—1,5 м/с.
Расход воздуха от шкафа с верхним отсосом для улавливания

восходящего потока (тепДота) может быть определен по формуле

истечения (м,!/ч)
1 = ЗбООц/^ /2я//(ев/()ух - 1),
(УШ.46)
гДе ц _ коэффициент расхода, равный 0,75; Р — площадь вса

сывания шкафа, м2; Н — высота рабочего отверстия, м; дв — плот

н°сть воздуха помещения, кг/м'!; у\Х — плотность воздуха, уходяше

Из шкафа, кг/м3.
то
207
--------------- page: 104 -----------
Плотность уходящего из шкафа воздуха
(?ух — Ч- (?в и)у /-»
(УП1.47)*.
где Iщ — объем выделяющихся газов с плотностью @ш; дв
плотность воздуха помещения, кг/м3; 1^ — искомый объем удаляемого воздуха.
Уравнение (VIII.46) можно заменить уравнениями
— <
: 3600ц/7 ]/Ъён С1 — Т’в/Тух)
I
или
1 = <г/[С(7,„- 7-.)],
где (5 — количество явной теплоты, выделяемой в шкафу, за выч

том потерь в окружающую среду, Вт; Ту.и Тв — абсолютная

пература воздуха, уходящего из шкафа, и температура помещен
С — теплоемкость воздуха, кДж/(кг-К).
Решая совместно уравнения (VIII.48) и (VIII.49), получ
. 1= 114
где <2 — теплота, выделяемая в шкаф, Вт.
Скорость воздуха в рабочем отверстии шкафа
у = /./(3600Р).
Полученная скорость должна исключать возможность выбива'
воздуха из шкафа.
Аэродинамичес к и й расчет состоит в определе
потерь давления при движении воздуха по тракту вытяж
шкаф — вытяжная труба (если вытяжка естественная). Он пр

водится аналогично расчету воздуховодов систем вентиляцию

естественным побуждением. Располагаемое давление
Р = Н ((Эн — 0у*)>
(VIII
где Н — высота трубы (рис. VIII.20,а), выявленная по мес»

условиям; е„, Оух — плотности наружного и уходящего из ш*
воздуха.
Потери давления от входа воздуха в рабочее отверстие до вь

в атмосферу
Ар = 2(/?/+ г),
где /?/ и 2 ■— потери давления на преодоление сил трения-и М®*;-

сопротивлений исходя из заданной скорости.
208
Расчет считается выполненным удовлетворительно, если р > Ар.

рсли ^Р > Р- то можно или увеличить высоту Н, или рассчитать

тракт шкаф — вытяжная труба, изменив соответственно скорость

движения воздуха по трубе, не меняя значения скоростей всасывания в рабочем отверстии и в приемных отверстиях шкафа.
Практические данные, полученные в результате исследований

оаботы шкафов, следующие: 1) у верхней кромки рабочего отверстия шкафа с верхним отсосом скорость больше, чем у нижней,

примерно вдвое; 2) чтобы получить одинаковые скорости всасывания по всему сечению рабочего отверстия шкафа с отсосом

сверху и снизу, необходимо отсасывать снизу 90%, а сверху 10%

расчетного объема воздуха: 3) если весь воздух отсасывать только

снизу, у нижней кромки шкафа наблюдается незначительное

повышение скоростей; 4) скорости у боковых стенок рабочего

отверстия составл-яют приблизительно 0,5у (у — расчетная скорость

всасывания); 5) в химических шкафах под дверкой следует оставлять щель 50—г 100 мм для засоса воздуха. При плотном закрытии

дверок циркуляция воздуха в шкафу, обеспечивающая проветривание, будет недостаточна; 6) расчетная скорость всасывания в рабочем отверстии не должна быть меньше 0,3 м/с (при ядовитых

газах — 0,7—1,0 м/с); 7) при двустороннем отсосе (сверху и снизу)

должна быть предусмотрена возможность регулирования распределения кшичеств воздуха, отсасываемого сверху и снизу.
Примером местной приточной вентиляции является воздушное

Душирование фиксированных рабочих мест. К рабочим местам,

на которых следует устраивать воздушные души, часто как необходимое дополнение общеобменной вентиляции относятся: 1) рабочие места у загрузочных и разгрузочных отверстий печей на металлургических заводах, в литейных, кузнечных, термических цехах

машиностроительных заводов, стекольной, керамической и других

Раслей промышленности; 2) рабочие места при обработке раскаленного металла, при ковке и горячей штамповке изделий

прессах, молотах, ковочных машинах в кузнечных цехах;

ДейГ6073’ Н3 котоРЬ1Х рабочий подвергается одновременным воз-

в во ВИЯМ теплоты и пыли или только пыли, или места, на которых

здух поступают вредные газы, и т. п.
няете1Ц№ ®ыло сказано, что воздушное душирование часто приме-

0ДнаКо Как не°бходимое дополнение общеобменной вентиляции.

цест неРедко воздушное душирование фиксированных рабочих

Необхо ЛЯет?я основной механической вентиляционной системой.

Ты можетМ"Ы” Же воздУхообмен для ассимиляции избыточной теплое/г ^ °ЫТЬ осуществлен (дополнительно к воздухообмену с по'483
209
--------------- page: 105 -----------
мощью воздушного душирования) аэрацией путем подачи и удален' ‘

воздуха через приточные и вытяжные фрамуги.
Таким образом, воздушные души обеспечивают необходимы

параметры микроклимата для удовлетворительного самочувствия

работающих в зонах наибольшей концентрации вредных выделений
Классификация воздушных душей: 1) подающие наружный воздух, который может подвергаться охлаждению или подогреванию''

2) подающие наружный воздух без обработки, если это возможно'

и если это доказывается соответствующими расчетами (напримеп

если наружная температура в теплый период года не превышает

значений, допустимых нормами для помещений, или облучение не-'

превышает 700 Вт/м2); 3) подающие внутренний воздух с его«

охлаждением; 4) подающие внутренний воздух без обработки ?
Расчет воздушных душей. До расчета следует установить пара-

метры микроклимата на фиксированном рабочем месте: температуру*-

скорость (за счет подвижности воздуха, омывающего человека, увеч:

личивается теплоотдача тела и достигается некоторое охлаждение

его), влажность воздуха. Если воздушное душирование устраиваете!;

в горячих цехах, то необходимо определить интенсивность тепло^.

вого облучения на рабочем месте. Эта величина является базовой

так как от нее зависят температура и скорость на рабочем мест-"

с учетом категории работы (легкая, средней тяжести, тяжелая)

Наиболее надежными величинами по интенсивности облучения яв*

ляются данные натурных измерений. Вычисление интенсивнс

излучения производится по известным формулам и графикам,.
Размеры обдуваемой воздушным душем зоны (площади об;

ния) назначаются исходя из условия, что наиболее чувствит^ль'

к воздействию теплового излучения верхняя часть туловища чел
века.
Расчет воздушных душей основан на закономерностях движен

свободной струи воздуха и состоит в определении: скорости вь!х

воздуха из насадки, (в зависимости также от расстояния нас*

до фиксированного рабочего места); размера насадки; разме

струи на рабочем месте (обычно диаметра); объема подаваем
воздуха.'
Особенности использования теории свободной струи для ра<

воздушных душей. Использование всей ширины (диаметра)

бодной струи на всем ее протяжении при проектировании и ус

стве воздушных душей не представляется возможным, таК

части струи, близкие к ее границе, имеют скорости, равные, а и

даже меньшие, чем средние скорости движения воздуха в пс

нии. Последние могут достигать 0,5 м/с. Поэтому при п

ровании и расчете воздушных струй рекомендуется исход

из полной, а лишь из средней ширины свободной струи, та

ваемой активной ее части. Поэтому рабочий диаметр е?Р (на Р
210
НИИ X. рис. VIII.21). как

правило, будет меньше

полного диаметра струи.

Соответственно отношение

скорости V в том же сечении (на расстоянии х)

к осевой скорости ь\- будет зависеть от отношения

с{р/с1х. Приняв отношение

/Ь'х — т и пользуясь

кривой распределения скоростей в поперечном сечении струи, можно найти

значение т для различных
Рис. VI 11.21. Схема осесимметричной струи применительно к расчету воздушных душей
отношений с1р/с1х, которые могут изменяться в пределах от 0 до 1.
Тогда в соответствии с табл. VIII.1 отношение осевой скорости

к начапьной скорости Ьо будет равно
у*/оо = 0,48т/(ах/ф, + 0,145),
(УШ.53)
где а — коэффициент турбулентности струи (табл. VIII.2); х — расстояние рассматриваемого сечения струи от выходного отверстия
душирующего патрубка; с1 о — диаметр выходного сечения душирую-

щего патрубка.
Таблица VIII.!. Расчетные формулы для круглой струи
Наименование
Обозначение
Вненачальный участок
Номер
формулы
Осевая скорость
1’х/1’0
0,48/(ах/е/о + 0,145)
1
Расход
и/и
4.36(ах/ёа + 0.145)
11
Площади^ СК<)Р0СТЬ по
V*/ и0
0,095/(ах/ай + 0,145)
III
Расход"™ «орость по
Ух/ун
0,226/(ах/А0 + 0,145)
IV
-^^ТР^СТруи
Ах/с!»
6,8(ах/с1о + 0,145;
V
Оси ад Т0^ператур по
0х кр)/(/(1
0,35/(ал-/йГ0 + 0,145)
VI
"«Ратур Д сР«н„х тем-
(1х,Р /оНр)/(А| — /жр)
0.226/(ах/йп + 0,145)
VI!
211
--------------- page: 106 -----------
Таблица У111.2. Коэффициент а турбулентности струи, применяемый в расчетах
воздушного душирования

Выходное сечение душирующего

патрубка
Сопло с плавным

поджатием
Цилиндрическая труба

Квадратное колено
Коэффициент
турбулентности
струи а
0,066—0,07
0,08
0,1
Коэффициент
Выходное сечение душирую-- турбулентности

шего патрубка
Патрубок В. В. Бату- .

рина
Осевой вентилятор с

решеткой для спрямления потока
Обозначив числитель в формуле (VIII.53) через коэффициент Ь

получим
V^)/Vо = Ь/(ах/с1о + 0,145),
откуда

; (ур/Ь) (ах/йо + 0,145).
(УШ.Е
Ь,с
0,5
0,4
0,5
1
1
1

2 —:
1 —4—
4
1
1
Значение коэффициента Ь = }(й /й

приведено на рис. УШ.22.
Аналогичные рассуждения мбж

привести и в отношении температ

и концентрации вредных выделен'
Примем
ыР/(ы*) — С/окр
(VIII .56)
/„)/(*окР-**)~:

темнература
0 0,2 0,4
где (,кр “ температура

воздуха; I — средняя температур,

той части поперечного сечения ст

диаметр которой равен

пература на оси .струи на

стоянии х от выходного отве
патрубка
Рис. VIII. 22. График для
определения коэффициентов
Ь и с
На основании опытных данных изменение температур ПО

трубы выражается соотношением
Л/д./ ( У„) = (/,№Р — и / (/окр — 1а) = 0,35п/(ах/с1п + 0,145), (VI
*
212
где 1о — начальная температура струи при выходе из душирующего
патрубка.

Принимая в выражении (VIII.57) 0,35п = с, получим

Мх/(^1 о) — (^охр — 1х)/(1окр — /о) = с/(ах/й0 + 0,145), (VIII.58)
откуда
(0=1шр Значение коэффициента с в зависимости от йр/йх приведено на

рис. VIII.22.
Пользуясь приведенными формулами, рекомендуем следующий

порядок расчета воздушного душа.
Пример V111.4. Требуется устроить воздушное душирование рабочего

места размером аХ^=1Х1 м. Интенсивность теплового облучения работающих

350 Вт/&г. Необходимая скорость на рабочем месте ср = 2 м/с. Расстояние от

душирующего патрубка до площадки 2,5 м. Температура на рабочем месте /р — 22°С,

/нар = 25°С. температура в цехе 1С= 25 + 3 = 28° С.
Решение. 1. Принимаем к установке цилиндрический патрубок еЛ. = 400 мм

(задаемся предварительно). Коэффициент турбулентности а = 0,08 (см. табл-. VIП.2).
2.
рующего патрубка х = 2,5 м:
Лх/Ло — 6,8 (ах/й о + 0,145); (1Х = 6,8 (ах + 0,145</о),
откуда
й, =6.8(0,08-2,5 + 0,145-0,4)= 1,75 м.
3.
ар/ах= 1/1,75 = 0,572.
н по!?0 гРаФикУ (рис. VIII.22) при <1Р/<1Х = 0,572 значения коэффициента

0 — 0,/5; с = 0,3.
5.
применяя формулу (VII 1.55):
^ = (<-’„//)) (ах/<1„ + 0,145) = (2,5/0,25) (0,08-2,5/0,4 + 0,145) = 6,45 м/с.
6.
и = рVа■ 3600 = 0,785-0,42• 6,45• 3600 = 2920 м3/ч.
патт^С!Прелелич начальную температуру воздуха при выходе из душирующего

по формуле (VI 11.591:
/0 = 28 - [(28 - 22)/0,3](0,08-2,5/0,4 + 0,145) = 15,1°С.
Из
тройство3"672 видно- что в душирующей. установке следует предусмотреть

Для охлаждения подаваемого воздуха.
213
--------------- page: 107 -----------
а
Конструкции душей. Установки воздушных душей бывают стационарными и передвижными. Воздушные души являются эффектней

ным приемом вентиляции помещений. Вентиляция большого

площади помещения осуществляется несколькими Душирующим*

патрубками или воздуховодами с непосредственным выпуске
воздуха из них.
Если рабочее место не строго фиксировано, целесообразк

применять горизонтальную подачу воздуха на высоте 1,2—1,5

от пола, при этом необходимо, чтобы аэродинамическая ось поте

была на уровне груди рабочего. Часто душирующий патруб

размещают на высоте 1,8—2,2 м от пола, давая наклонное I >

ление струе и неизбежно сужая этим обслуживаемую потоке
зону.
Широкое применение в установках воздушного душирования

лучил патрубок с подвижными лопатками конструкции щ

В. В. Батурина (рис. VIII.23). Поворотом лопаток осуществл»

перемещение струи. С целью повышения эффективности установ
/
/
/
/
\
\ 1

\\

\
40
о .
*Н.
Ось винтов
для крепления
штир то / /
Рис. VIII,23. Насадка для душирования рабочих мест конструкции
В. В. Батурина:
а общий вид насадки: б -лопатки: в - деталь лопатки
бок устраивают вращающимся около вертикальной оси. В ка-

ПЗТ ве передвижных («веерных») установок без обработки воздуха

чеСТменяют осевые вентиляторы ЦАГИ № 5—6 на одной оси с

и^ектродвигателем 0,5 кВт. В конструкции предусмотрена возмож-

Эость изменять уровень подачи и наклон струи.
Н Эффективн0сть воздушных душей повышается при возмож-

ости снижения температуры воздуха. С этой целью в условиях

теплового излучения применяют водовоздушный душ, в котором

для охлаждения воздуха испйльзуется испарение рециркулирующей

воды (за счет теплоты охлаждаемого воздуха). Теплота, передаваемая воздухом воде, расходуется на испарение воды и возвращается воздуху в виде скрытой теплоты пара, увлажняющего воздух.

Если извне нет подвода или отвода теплоты, процесс протекает

адиабатически и в /-^/-диаграмме влажного воздуха идет по линии

постоянного теплосодержания. Вода, циркулируя по замкнутому

циклу, принимает температуру мокрого термометра воздуха, входящего с ним в теплообмен.
Для охлаждения воздуха применяется форсуночная камера,

в которой устанавливаются форсунки для распыления воды,

расход которой равен 0,25—0,4 кг на 1 кг воздуха (коэффициент

орошения). Второй способ охлаждения воздуха — пропуск его через

орошаемый водой пористый слой, состоящий из кокса, гравия,

керамиковых колец или из обрезков трубок из нержавеющего металла. Вода подается на орошаемый слой через сетки или форсунки.

Третий способ заключается в применении агрегата водовоздушного

душа, в котором к воздушной струе подмешивается вода, раздробленная на мелкие капли центробежной силой осевого вентилятора

(струя воды подается во втулку осевого вентилятора).
Метод расчета воздушных душей (горизонтальными и наклонными струями), предложенный П. В. Участкиным. 1. Определяется

отношение разности температур:
Р< — (/р.:. —- /р)/(/|) а — 10),
(УШ.бО)
тем/Р 3 ~ тем»ература воздуха в рабочей зоне; 1Р —- нормируемая

<о__ература воздуха на рабочем месте, принимаемая по табл. VIII.3;

(--пература воздуха на выходе из душирующего патрубка

■ тура дЧае охлаждения воздуха 1а — + М„, где — темпера-

т°ре и 0з^Уха п°сле охлаждения; А/„—нагрев воздуха в вентиля*

- втп.-
— иилдуха после охлаждения;
Т0Ре и воздуховодах до душирующего ш
Камеры, принимаемый не менее 1.5 -)■
.Если Р, < 1, принимают адиабатическое охлаждени
вожно применять испарительное охлаждени
искусственное политропическое охлаждение, при

СЧет продолжают следующим образом.
215
--------------- page: 108 -----------
тепловом облучении. Вт/м5
Температура,

скорость, м/'
Категория
работ
Легкая
Средней
тяжести
|Тяжелая
Легкая
тяжести
Тяжелая
Таблица УШ.З. Рекомендуемые температура и скорость движения

воздуха при воздушном душировании
Периоды года
Теплый (температура

наружного воздуха

и выше)
Холодный и переходный (температура наружного воздуха ниже

Ю°С)
I
Примечания: !. Интенсивность теплового облучения определяется как средняя в течение-;
2
1.
Р0 = [ЛхДО.бя)]2,
где х — расстояние от душирующего патрубка до рабочего г

п — опытный коэффициент, характеризующий изменение темпе

ры (или концентрации газов) по оси струи в зависимости от

душирующего патрубка (табл. VIII.4).
2.
грг
оРх/(0,7т /К.)’
где ор — нормируемая скорость на рабочем месте (см. табл.

или 1.1); т — опытный коэффициент, характеризующий изм-

скорости в зависимости от типа душирующего патрубка 1
При значениях Рг = 0,6 ~ 1 рекомендуются следующие фо"
Ро = [(* + 5,ЗРТ - 3,2)/(0,75«)]2;
Уо== ^р/[0,7 + 0,1 (0,8т /р\, — *)].
Таблица VII 1.4. Значения коэффициентов пит

для расчета душируюгцих патрубков
Тип душируюшего патрубка
Поворотный патрубок душирующий (ППД)
Патрубок душирующий с верхним подводом воздуха (ПД„) при

угле наклона лопаток от горизонтального направления а, град:
Патрубок душирующий с нижним подводом воздуха (ПД„) при а.
град:
Цилиндрические трубы
0—20
20
п
т
4,5
6.3
4
5.5
3.4
5.1
3,1
4,5
3,1
4,5
2,8
4,0
4,8
6,8
При значениях Р1 > 1 целесообразнее устраивать, искусственное

охлаждение воздуха, так как по формуле (УИ1.63) душирующие

патрубки получаются очень больших размеров.
Проектируя искусственное охлаждение при Рт>1, находим:
Р0 = (х/0,8т)2;
1>в=ир/0,7;
1о = /Р’з - С^р-з - /Р)лг/(0,6лг ).
Если заданы расстояние до душирующего патрубка х и площадь

его сечения Ро, то температуру подаваемого воздуха при условии,
что х/у/ро > т, определяют по формуле (УШ.67), а скорость

движения воздуха— по формуле (УШ.62)
В некоторых случаях воздушные души применяются для уменьшения концентрации вредных выделений; при этом концентрация

выделений на рабочем месте не должна превышать допустимого,

^Редела. Параллельно с этим необходимо, чтобы на рабочем месте

еспечивались нормируемые температуры и скорость воздуха. При

ом назначении воздушного душа ось струи должна быть направив в зону дыхания человека,

вып 2Сче[ воздушных душей для уменьшения концентрации вредных
_ ^НИЙ ГШОИЗКОп итгя г.прпушшмм пГтяягчм
Выч
'Ае
производится следующим образом,

исляется отношение разности концентраций:
Рк = (Кокр — /Кр)/(Кокр Кп),
мг/Р з КонЦентРаЦ»я вредных выделений в окружающем возду-

/м * Чр — предельно допустимая их концентрация в рабочей
217
--------------- page: 109 -----------
зоне, мг/м3; А'„ — концентрация их в воздухе, подаваемом

душирующего патрубка, мг/м3.
Если Рк < 0,4, то
Го = [Рк,/(0,4п)]2;
V,, — урл/(0,5т у(То );
= <окр — [(/«кр — /р)л]/(0,45п ]/р0 )-
Если 0,4 <! Рк ^ 1, то
Р0 = [(* + 0,37Рк - 1,5)/(0,75«)]2;

о0 = Ор/[0,55 + 0,14(0,8т /Т — *)]т
(УШ.68]|
(УШ.69'
(УШ.7о|
(VIII.?
(УШл
/р)/[0,45 + 0,25(0,75п /То - *)] (VIII.'
В качестве эффективного рекомендуется душирующий патруС

типа ППД, имеющий п = 4,5 и т = 6,3.
Пример VI 11.5. Заданы /СР = 22 кг/м3, /Сикр = 40 мг/м3, /С0=0, <р = *

цр = 3 м/с, I,жР = 28°С, х — 1.5 м. Требуется определить Р0, /п, чо, /д для души
щего патрубка типа ППД.
Решение. Так как Р„ = (40 — 22) / (40 — 0) = 0,45 > 0,4, расчет

производить но формулам (VIII.71) — (У1П.73):
= [(1,5 + 3,7-0,45 — 1,5) / (0,75- 4,5)]2

принимаем в установке душирующий патрубок ППД-8:
= 0,26 м2:
«о = 3/[0,55 + 0,14(0,8-6,3 /0.26 — 1,5)] ==4,3 м/с;*
/„ = (28 - 22)/[0,45 + 0,25(0,75-4,5 /6726 — 1,5)] = 16°С.
Производительность душа = оо-3600Ро = 4,3-3600-0,26 = 4000 м3/ч.
ГЛАВА IX
I ст ественнля вентиляция
1X1 ПРИНЦИПЫ УСТРОЙСТВА ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ^
Представим себе, что стены одноэтажного здания (рис. ,

совершенно непроницаемы для воздуха, за исключением дв

верстий. При условии, что температура внутри здания I■»

наружной температуры как показали наблюдения, через

стия / и 2 начнется движение воздуха, причем через от

/ воздух входит в помещение, через отверстие 2 уходит. ^

тельно, в пределах высоты // имеется плоскость О — О, в
М
*
Ев
7 Рн
0
с
А
.А,
т
Рис. IX. I. Распределение

давления в здании
(1Х.2)
давление внутри будет таким же, как

и снаружи, т. е. разность давления равна 0. Эту плоскость называют плоскостью

равных давлений, или нейтральной плоскостью, или зоной. Обозначим давление

в плоскости 0 — 0 через р.
Тогда давление наружного воздуха

в плоскости отверстия 1 будет (Па.)
р\' = р + Н
где Н\ — расстояние от центра отверстия
I
ность наружного воздуха.
Давление внутреннего воздуха в той же

плоскости нижнего отверстия
Р? = Р+ /2|6н&,
где ув — плотность внутреннего воздуха.
Так как > ув, то рЧ > р* и, следовательно, наружный воздух

будет входить в отверстие 1.
Разность давлений в отверстии 1
Ар| = рЧ — р? или Др, = (р 4- /1,е„^) — (р + к^вд) =
= Ы (е« — ев)^-
Давление наружного воздуха в плоскости отверстия 2
Р2=Р —(1Х.4)
ГДС П2 Расстояние от нейтральной плоскости до центра отверстия 2.

Давление внутреннего воздуха в плоскости отверстия 2
Рг=р — к2дв§-, так как
Сл
НаРу0ВаТеЛЬН°’ внУтРенни^ воздух будет выходить из отверстия 2

Разность давлений в отверстии 2
ИЛн
ДР2 = Р2 — р2"
(1Х.5)
Ар2 — (р — Н2бвё) — (р — 1г2диё) = Н2(д„ - Св)^г. (1Х.6)
219
--------------- page: 110 -----------
Разность давлений Др1 расходуется на преодоление сопротивления

входу воздуха через отверстие /.
Разность давлений Др2 соответственно расходуется на преодоление сопротивлений выходу воздуха через отверстие 2. Эти разности давлений зависят от высоты размещения нейтральной зоны.
Общее давление, которое необходимо для того, чтобы через

отверстия / и 2 смогло осуществляться движение воздуха,
Др = Др, Др2 или Ар = Н\ (д„ — дв)|? + Л2 (ен — ев)&;

так как
Н = Л, + А2, то Ар = //(е« — 6в)&-
• у
Зная площади отверстий / и 2 и располагаемые давления,'. .

которые необходимы для преодоления сопротивлений при движений ,

воздуха через отверстия, можно определить количество воздуха!' ]

проходящего через отверстия.
Пользуясь формулой гидравлики, по разности давлении в отвещ

стии можно определить скорость движения воздуха через негой.
Ар = о2е/(2&).
(1Х$-
где V — скорость движения воздуха через отверстие; р — плотность,;,

воздуха; § — ускорение силы тяжести.
Откуда скорость движения воздуха
>= /2Д рд/д.
{1%
Пользуясь этой формулой, можно определить скорость движен

воздуха (м/с) через отверстия / и 2:
VI
/2Ар1§/ен =
VI = \/2Ар2д/яв = /2§н2 (е« — ев)/ев,
тогда расход воздуха через отверстие / следующий (М /с н

кг/с):
/.1 = Р\^\ —
или
С1 = РЦ1
220
Аналогично определяем расход воздуха через отверстие 2:
Ы = = Р2ц (е„ — дв)/дв
ил и
с2 = р2Ц ^2&Л2 — ев)/ев,
где /"г. Р* — площади отверстий / и 2; ц — коэффициент расхода,

учитывающий потери давления на сжатие струи при проходе ее

через отверстие, вследствие чего поток занимает сечение меньше,

чем габариты отверстия (р, = 0,65).
Зная разность давлений и скорость движения воздуха, можно

определить площади отверстий:
Р, = С\ / (3600цУ[) = 0| /(ц-3600 /2^А|(0н-о.)/е«). (1Х.16)

Р2 = С2/(3600^2) = С2/(м-3600 /2ёН2 (Сн — о-)/в-). (1Х.17)
где Сь С2 — расходы воздуха, кг/ч.
Если принять, что количество воздуха, поступающего через отверстие 1 — 1^1, равно количеству воздуха, выходящего через

отверстие 2 — Ь2, то можно определить положение нейтральной

зоны.
Покажем это. Ввиду того что 1^\ = 1^2,
/мц \^2ёЬ\ (дь — Св)/ен = Ргц \/2дк2 (д„ — дв)/дв

или после преобразования
А|/Ла = Лв-Д^еи).
Если принять (с допустимой для практики точностью) дв/д„ =
^ 1, тогда /г|//г2 = Р2/Р\. Из этой формулы следует, что при

Двух отверстиях нейтральная зона находится от них на расстояниях, обратно пропорциональных квадратам их площадей.

^Примем к\-\-к2 — Н (рис. IX. 1), откуда к\ = Н — к2 и /г2 ==

Н ~к|, тогда из уравнения (IX. 18) получим
к2 = НР\/{Р] + Р\) и Л, = НР\/{Р2\ + Р\).

^Довательно,
А2 = ///(Л/5?.ев/Сн + 1).
'(1X19)
221
--------------- page: 111 -----------
Пример 1Х.1. Воздухообмен, обеспечивающий удаление избыточного тепла в

составляет 185 000 кг/ч. Определить площади приточных и вытяжных й>пЦеХе’

если расстояние между центрами фрамуг И = 8 т, /„ = 23,3°С, <ух =
(в плоскости центра вытяжных фрамуг), /„ = 20,3°С. Задаемся соотноше

площадей фраМуг приточных (Р\) и вытяжных (/-'г), равным 1,25 (во избеж Иб1*

опрокидывания естественного воздухообмена при ветре площадь приточных (ЬояИИе

рекомендуется принимать больше вытяжных примерно на 25%).
Решение. 1. Определяем расстояние от нейтральной зоны до центра вьггяж

ных фрамуг по формуле (IX. 19). Для этого предварительно находим
Рв = Сух = 1,16 кг/м3 и Сн = 1,204 кг/м3;
тогда
Л2 = 8/(1/1,25)2-1.16/1.204 + 1 = 4,9 м.
2.
/ср = (23,3 + 31,3)/2 = 27,3°С и Ссг = 1,176 кг/м3.
3.
/
= 8 — 4,9 = 3,1 м.
4.
Г\ = 185 000/(3600-0,65 ^2-9,81-3.1(1,204 - 1,176)1,204) = 17,5 м2;
Ь= 185 000/(3600-0.65 /2-9,81 -4,9 (1,204 — 1,176) Мб) = 14,1 м2.
IX.2. ЕСТЕСТВЕННЫЕ КАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ
При небольших воздухообменах в помещениях (обычно в .жил*’

и гражданских зданиях), как правило, не более 1 крат/ч*,

редко ограничиваются устро

вом организованной только

тяжной вентиляции с возм

нием вытягиваемого воздуха-

счет поступления наружи
через неплотности в огражде'
и форточки в окнах (рис. Ь

Располагаемое давление в

нальной вытяжной естестве

вентиляции определяется >

дующим образом.
Известно, что при ра

по объему организованном

токе и вытяжке в каждом пом

нии этажа многоэтажного ЗД
*
к внутреннему объему помещения.
Рис. 1Х.2. Определение располагаемого давления в канальной системе

естественной вентиляции
222
юскость равных давлений располагается посередине высоты помещения Ори устройстве в помещении только притока (и неорганизованной вытяжке) плоскость равных давлений снижается до уровня

пота В данном случае, когда приточный воздух поступает через

неплотности ограждений, плоскость равных давлений поднимается

под потолок. В расчетах принимают, что она пересекает середину

приемных отверстий (жалюзийных решеток) вытяжных каналов.

Отсюда располагаемое давление
для вытяжных каналов 1-го этажа
Р\ — Ь\ (е„ — 6в)9,8;

для вытяжных каналов 2-го этажа
Р? = йа (е„ - 6в)9,8,

где Л|, Н2 — расстояние от середины жалюзийных решеток (плоскости равных давлений), установленных соответственно в 1-м

и 2-м этажах, до устья шахты; дн, — плотности наружного

и внутреннего воздуха.
Из формулы следует, что: 1) располагаемое давление растет

с увеличением расстояния Н (наименьшее располагаемое давление —

в системе, вытягивающей воздух из верхнего этажа); 2) располагаемое давление возрастает с увеличением разности плотностей

наружного и внутреннего воздуха (наименьшее располагаемое

давление будет в летнее время, когда наружная температура немного

меньше температуры помещения); 3) располагаемое давление не

зависит от протяженности системы.
В связи с этим возникает вопрос о рациональном радиусе

действия системы. Ясно, что сечение вентиляционных каналов

зависит от располагаемого давления р и протяженности системы /:
ъг = I (р, 0-
Так как для данной системы расчетное р = сопз1, то с возрастанием радиуса действия соответственно будет увеличиваться и сечение (размеры каналов) и, следовательно, повышаться стоимость

Устройства вентиляции. На основании многочисленных расчетов

наиболее экономичный радиус действия естественных систем вентиляции 8 м.
Необходимо отметить своеобразную аналогию в определении

полагаемого давления в системе естественной вентиляции с

с исле||ием этого же давления в водяной системе отопления

зДеесСТеСТВенн°й циркуляцией. Разница состоит лишь в том, что

Са ь Наименьшее располагаемое давление приходится на каналы

■»агаё° ВеРхнего этажа, а в системе отопления наименьшее распо-

пРиб М°е давление будет в циркуляционном кольце отопительного

°Ра нижнего (обычно 1-го) этажа.
223
--------------- page: 112 -----------
Г Л А В Л X
АЭРОДИНАМИКА ЗДАНИЙ
Х.1. ХАРАКТЕРИСТИКА АЭРОДИНАМИКИ ЗДАНИИ
Строительная аэродинамика изучает действие воздушного потока (ветра) на здания. Аэродинамической характеристикой определяется распределение по поверхности здания аэродинамических
сил, которые зависят от скорости и направления ветра, геометрических форм здания

и степени защищенности. Для изучения

действия ветра на здания рассмотрим обтекание пластинки, расположенной перпендикулярно направлению воздушного потока

(рис. X. 1). Выделим струйку в потоке и напишем для нее уравнение Бернулли
е^о/2 + ро = ду?/2 +/?,, (Х.1);
где Уо — скорость в удаленном от пластинки сечении О — О (ск-

роеть невозмущенного пластинкой потока, или скорость ветра)*;1

0| — скорость потока в сечении / — / (у пластинки); р— 1^ассова$

плотность воздуха; ро, Р\ — давления соответственно в сечениях
О
Уравнение (Х.1) можно переписать в виде
р\ — ро = ^Vо/2 — ег/|/2.
Из формулы видно, что р0 является, по существу, атмосферны

давлением, так как сечение 0 — 0 (рис. Х.1) взято на достаточ:

большом расстоянии от сечения I — /, т. е. у0 представляет ск

рость невозмущенного потока. Тогда левая часть формулы (X

будет представлять избыточное давление рст в точке / по сравнен

с атмосферным. Формулу (Х.2) можно представить в виде
/»<т = ООо/2(1 — о?/оЕ),
где 1 — ь\/ь1 — К представляет собой аэродинамический ко:

циентг
При У| = О К = 1, а это означает, что вся кинетическая эне.^

потока (ветра) переходит в точке с передней части пласт ^

в давление. В других точках передней части пластинки ск^
будет отличаться от у0, поэтому К ф 1.
Эксперименты показали, что на поверхности пластинки,с

ветренкой стороны, как правило, К > 0. С заветренной ст-
224
Ч
Рис. Х.1. Обтекание

пластинки воздушным

потоком
щастинки, как правило, К < 0, т. е. давление имеет отрицательное

значение. Таким образом, статическое давление рст, оказываемое

ветром на поверхность ограждения в определенных точках, определяется по формуле
Рст = К (е^2/2),
где К — аэродинамический коэффициент, или отношение избыточного статического давления в точке поверхности к динамическому

давлению ветра; V — скорость ветра.
Из формулы (Х.4) видно, что в зависимости от знака перед

аэродинамическим коэффициентом статическое давление может быть

положительным или. отрицательным. При отрицательном давлении

на рассматриваемую поверхность (обычно заветренную) происходит подсос или разрежение воздуха. Сила действия ветра на

пластинку не зависит, от атмосферного давления; она возникает

за счет действия набегающего воздушного потока с наветренной

стороны (положительного давления) и силы подсоса (разрежения),

действующего на заветренную сторону. Следовательно, максимальное положительное давление не может превышать динамического

давления ветра.
МОДКЛИРОВЛНИГ ПРОЦЕССОВ ОБТЕКАНИЯ ЗДАНИИ
Аэродинамические характеристики зданий определяются значениями аэродинамических коэффициентов. Из формулы (Х.4)
К = 2рст/(е^2).
Неизвестные величины V и р„ выявляются в результате экспериментального исследования моделей здания путем продувки их в

аэродинамической трубе. •
Создание моделей зданий, адекватных по воздействию на них

воздушного потока, производится на основании осуществления

Динамического подобия при неизменности числа Рейнольдса (Не),

ри этом натура и модель должны быть геометрически подобны,

е Должна иметь место пропорциональность линейных размеров

ТУРЫ и модели при равенстве их соответственных углов: Ке = у/Д,
0
Рактерная для данного исследования; V — коэффициент кинетической вязкости.

при неизменном числе Ке динамическое подобие сохраняется

Выпо°бТеКаНИН воздушного потока около двух подобных тел,

в | / Лненных в разных масштабах. Так, при выполнении модели

10 натуральной величины (/модели = 1/Ю) значение V в условиях
225
--------------- page: 113 -----------
эксперимента должно возрасти в 10 раз, чтобы число Ке осталось

неизменным. Однако, как показали опыты, в случае, если место

сбегания вихрей остается независимым от скорости потока, как

это бывает у плохо обтекаемых тел (к которым относятся здания),

сопротивление тела почти не зависит от изменения числа Ке.'
Для определения аэродинамического давления можно пользоваться сплошными моделями, не имеющими отверстий. Перед испытаниями

моделей в точках, в которых желательно определить давление, прос-

верливают отверстия диаметром-

2—3 мм и вставляют латунные трубки", внутренний' диаметр которых

равен 1 —1,5 мм. Наружный откры-

тый конец латунной трубки заделы^

вают заподлицо с поверхностью модели, другой конец посредством резиновой трубочки соединяют с микроманометром 2 (рис. Х.2). Тал

как избыточное давление в намеченной точке следует сравйить|

со статическим давлением в потоке, то второй конец микроманометра|

соединяют с той частью трубки Пито, которая измеряет статической

давление р„ (в потоке). Показания микроманометра 2 дают раИ

ность давлений Др:
р — Рст = Ар,
Рис. Х.2. Схема соединения трубки

Пито и отверстий в модели с микроманометрами
где р — давление в намеченной на модели точке; рст — статическ
давление в потоке.
Скорость воздушного потока (имитация скорости ветра) изи
ряется той же трубкой Пито, присоединенной к манометру /.

Полное динамическое давление, измеренное передним конц
трубки Пито.
С^В/2 = Ну м.
(X.
где е — плотность воздуха; оо — скорость потока; Н -

мениска в манометре; — объемная масса жидкости,
в микроманометр.
Из формулы (Х.6) получаем
о
и0=1 да;
где I — коэффициент трубки Пито (обычно & = 1; V» плот,

воздуха.
Построение изодинам. Изодинамой называют линию равных

динамических коэффициентов, построенных на рассматриваемой поверхности модели.
Изодинамы определяют одновременно линии равного давления
рв = Кц,
где рв — давление ветра или рст, как в формуле (Х1.4), нормальное к воспринимающей поверхности; давление считается положительным, когда оно направлено внутрь сооружения, и отрицательным, когда оно является отсасывающим и направлено наружу:
К
доминирующего направления ветра; д — динамическое давление

ветра при скорости ветра в доминирующем направлении:
Я = V2^/(2д).
Значения аэродинамических коэффициентов приводятся в специальных таблицах.
Влияние защищенности на аэродинамическую характеристику

промышленных зданий. Выше рассматривалась аэродинамическая

характеристика свободно стоящего и, следовательно, не защищенного другими сооружениями здания. Однако соседние сооружения,

лесные насаждения и т.. п. тормозят скорость воздушного потока,

снижают его кинетическую энергию. Исследования торможения

воздушного потока (И. В. Смирнов, Э. И. Рэттер) позволили

получить зависимость, оценивающую влияние защищенности на значения аэродинамических коэффициентов. В общем виде влияние

защищенности определяется формулой
ЫК-0011/2,
кг®, ~ коэффициент защищенности; К — аэродинамический

оэффициент незащищенного здания.
здя воздушном потоке, направленном перпендикулярно оси

3ашНИй’ аэродинамические коэффициенты для наветренной части

щенного Здания зависят следующим образом:
Кзаш/К = 1 — 0,019(15 — I)2,
где ^
и вЫс ®тношение, зависящее от расстояния между зданиями /

от°й переднего незащищенного здания Н (\=1/Н).
227
--------------- page: 114 -----------
Формула (Х.11) справедлива при
ционных проемов заветренной стороны защищенного здания К
_ 4
При к > 15 защищенность практически отсутствует, т. е. К

= К\ в этом случае аэродинамическая характеристика обо»»

(защищенного и изолированного) зданий одинакова.
Х.З. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЕТРОВОЙ ЧЭРАЦИИ
Выявляют значения аэродинамических коэффициентов К, (

испытаний известно, что открытые проемы на аэродинамическ-

характеристику зданий практически не оказывают влияния).

Находят динамическое давление ветра (в потоке):
Рд = ооо/(2#)-
Определяют давление в плоскости фрамуг:
р -- Крз..
Находят перепад давлений Др в плоскости фрамуг:
Ар = Крл ± р„ зб,
где рнзб — задаваемое давление на отметке пола зданий (м‘

расчета аэрации, рекомендованный проф. П. Н. Каменева

Определяют скорости во фрамугах:
/Кр-28/я.
Находят расходы воздуха во фрамугах.
Составляют воздушный баланс:
2СП= 20в,
где 20п и ЕСВ— расходы воздуха соответственно через притО*
(2СП) и вытяжные (20„) фрамуги.
Если неравенство 20„ ф ЕСВ более 10%, следует графоа:
тическим методом найти новое истинное значение ризб, ДлЯ_

предварительно надо выполнить расчет аэрации по произв
заданному второму значению риз6.
Построением графика (см. далее рис. Х.4) определяется

чение рраСч, которое принимается для окончательного Ра
аэрации.
расчет аэрации под действием ветра производят, как правило,

олько в тех случаях, когда в здании нет избытков теплоты. К таким

зданиям относятся помещения складов, гаражи, формовочные

отделения литейных цехов при ступенчатом режиме работы, сварочные иехи и т. п.
Пример Х.1. Определить вентиляционный обмен в цехе под действием одного вет-

при следующих условиях. Наружная температура („ = 15°С, внутренняя темпера-

*\ра = |5°С; площади вентиляционных фрамуг; /‘1=25 м2, /2 = 25 м2, /.< =

_1 40 м2 1* — м2. Соответственно номерам фрамуг аэродинамические коэффициенты: /С| = +0,5, К? = +0.4. Кз— — 0,5, /С4 = —0.6. Значение К берут из

табпиц продувок моделей здания в зависимости от направления ветра. Скорость

ветра (средняя) ад = 3,2 м/с. При <„ =/н аэрация совершается только за счет

ветра.
Решение. Определяем динамическое давления ветра:

ря = 4е/2 = 3,22-1,226/2 = 6,4 Па.
Определяем давление и разрежение в плоскости фрамуг:
К,рд= +0.5-6.4 = +3,2 Па;
К2рд = 4-0,4 -6,4 == +2.56 Па;
/(Зрд = —0,5-6.4 = —3,2 Па;
К,рд= -0.6-6.4 = —3,84 Па.
Так как согласно условиям температура в цехе равна наружной температуре и,

следовательно, = (Ч то под действием ветра избыточное давление внутри цеха

по всей его высоте будет одинаково. Значение избыточного давления внутри цеха

зависит от величины фрамуг и расходов воздуха через них.
Не решая задачу аналитически ввиду ее сложности, возможно применять

метод последовательных приближений, задаться избыточным давлением внутри цеха.

Примем внутри цеха р„.,е=—I Па, тогда расчетные перепады давлений, создаваемые ветром в плоскости фрамуг, будут соответственно во фрамугах 1. 2, 3 и 4
\р\ = К|рд — Рмзб — + 3.2 — [ — !] — -(- 4,2 Па;
4рг = К?Ра — Ря*3 = +2,56 — [— 1] = +3.56 Па;
Ьрз = —КзРп — Ризб — —3.2 — [— 1] = —2,2 Па;
Др4 = -/с4рд _ Ризб - -3,84 - [-1] = -2,84 Па.
3° Фрамугах 3 и 4 давление изнутри больше, чем снаружи, поэтому фрамуги

’будут работать на вытяжку.
пад| пРеде-1Яем скорости движения воздуха через фрамуги, учитывая, что пере-

Тогд Давлений суть динамическое давление, т. е. Ар = <ге /2, откуда V = у/2Др/ц .
ченио (В .ФРамугах / — 4 соответственно скорости будут иметь следующие зна-
Оппе 1 , 1'2 — 2,38; аз — 1,с

‘ием баланс расхода воздуха:
гДе
С„ (приток) = Св (вытяжка);
+ Р2/2) — ц(вз/з + ^4/4).

иочффициент расхода (ц = 0,65); ( — сечение фрамуг.
229
--------------- page: 115 -----------
а)
кг**а,ч
фКг+0,5 К3=-0,5 ®

9
X /4,-щ®
Лк-'Щ)
\йРГ*Ь,2
| • Риз!
Рис. Х.З. Разрез цеха:
а - значения аэродинамических

циентов на уровне отверстий; б

вые давления (или разрежения) в плоскости фрамуг в паскалях
коэффи-

— ветро
Рис Х.4. Графоаналитический
метод отыскания расчетного избыточного давления внутри цеха
и 4 — на

..з/
вытяжку, ТОГ)
Фрамуги 1 и 2 работают на приток, 3

0,65 (2.6-25 2,38-25) ф 0.65 (1,88-40 + 2,18-20)-81 «78 м3/с.
Неувязка по притоку и вытяжке составляет не более 4%, поэтому счити

что расчет выполнен удовлетворительно, а расход можно принять равным полусуы
расходов притока и вытяжки:
0„ = 0„ = (81 + 78)/2 = 79.5 м3/с.
При большей точности вычислений следует задаться другим значением /

и повторить расчеты по определению расходов воздуха через фрамуги, и в

снова будет неравенство 0„ ф <?„, то для отыскания истинного значения I

следует построить график расходов (рис. Х.4). Определив из графика рмг„ след

повторить расчет. Как правило, описанный способ отыскания р„3о обеспечив

надежность расчетов расходов воздуха через фрамуги.
Г Л Л В А XI
ЛЭРЛЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЯ;:
I
ХМ. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ АЭРАЦИИ
Аэрацией называется естественный организованный воз-ди

обмен в помещениях, происходящий через открытые проемы 1

ружных ограждениях промышленных зданий: в холодных д

(без избыточных тепловыделений) под действием ветра; в г ид

цехах (с избыточным тепловыделением) под суммарным деис*»д
230
т„а и разности давлений наружного и внутреннего воздуха

(гравитационное давление). Воздухообмен назван организованным

потому, что он позволяет осуществлять заранее заданное про

ветривание и регулировать его в соответствии с внутренними и

внешними условиями. При этом большие объемы наружного воздуха распределяются и удаляются из помещений при незначительных

давлениях (как правило, не более 9,8 Па), в то время как в случае

механической вентиляции сравнительно небольшие объемы воздуха

перемешаются при значительно больших давлениях (до 400--

600 Па).
Аэрация применяется одновременно с механической вентиляцией. Она выполняет функции, которые посредством только аэрации

Расчет аэрации состоит в определении необходимых площадей

фрамуг, служащих для вентиляции. Если известны площади вентиляционных фрамуг, то расчет аэрации состоит в определении

расходов воздуха, осуществляемого через фрамуги.
В основу расчета аэрации положена рассмотренная выше характеристика давлений воздуха в вентилируемом помещении (см. выше).

Исходными данными для расчета являются: размеры здания, расположение и конструкции створок проемов и фонарей, размещение

источников теплоты, температура рабочей зоны /р з и наружного

воздуха, температура уходящего воздуха, значение коэффициента

т (см. ниже).
Прежде чем вычислить площади вентиляционных фрамуг, делают

следующие расчеты.
Температура рабочей зоны принимается в теплый период года
/р.з — Iн 4" А1у, 1,
гДе 1Н расчетная температура наружного воздуха (как правило,

по параметрам А)\ А 1р з — допустимая разность температур воздуха

рабочей зоны и наружного воздуха по нормам (СНиП П-33-75)
I
«< 10°С) года температура в рабочей зоне принимается в зависи-

ти от категории работы (легкая, средней тяжести и тяжелая),

'акже в зависимости от удельных избытков явной теплоты,

Деляющейся в помещении отнесенной к 1 м3 помещения (Вт/м,,(

влаговыделений (см. СНиП П-ЗЗ—75).

г°ДаеМПеРатУРа приточного воздуха принимается в теплый период

Темп' еСЛИ В03ДУХ поступает в цех только снаружи, /пр = т. е.

((ЗезеРатУРУ приточного воздуха принимают равной наружной,

"ериоКОНЛИЦИОНИр°ванИЯ воздУха); для переходного и холодного
•>31
--------------- page: 116 -----------
^пр — ^р.з
V-
где А/ — разность температур воздуха рабочей зоны и приточного Щ,

воздуха на входе в рабочую зону (принимаемая для переходного ■-

периода М = 5 Ч- 8°С, для холодного М — 8°С).
Температура воздуха, уходящего из рабочей зоны, принимается •

равной температуре рабочей зоны, а температура воздуха, уходя-

щего из верхней зоны помещения,
/ух = (пр Ч- (^р.э /пр)/тл>
где /р з — температура воздуха в рабочей зоне, °С; /пр — температура воздуха, поступающего в рабочую зону; т — коэффициент, -

зависящий от многих факторов;
т — \ (Н, />, Р., %}т/Гпом,
где Н — высота помещения; РПр, Рв — площади приточных и вытяж-

ных проемов; 2/т — площадь цеха, занимаемая источниками

тепловыделений; РПш — общая площадь цеха (включая и площадь,^
занимаемую оборудованием).
Коэффициент т зависит также от расположения уровня при-Л

тока. Однако доминирующее значение при определении коэффициент

та т имеет отношение 2/т/^пом:
ги/ р по»
т '
0,05
0,33
0,1
0,41
0,2
0,53
0,3
0,63
0,4
0,69
0,5
0,75
0,6
0,8,
В справочнике проектировщика значение коэффициента т уКа-

зывается в зависимости от характера технологического процесса;-,

в промышленном здании. Например, для литейных*цехов т = 0,2§',‘у:
кузнечных т = 0,3, термических т — 0,45.
Значение коэффициента т можно определять также по формулам: ^
для холодного периода года
т
'■ (/р.з ^пр) / (^ух *пр),
(Х15КЛ
для теплого периода года
ГП — (/р.:
V
:?4

*н)/(<ух - *„)•
Среднюю температуру воздуха цеха при расположении теплоисто

ников в рабочей зоне следует принимать равной температуре у*

дящего воздуха, при расположении теплоисточников по всей выс
232
здания (электростанции, котельные и др.) — средней из температур

воздуха рабочей зоны и уходящего воздуха
/. = 0,5 (/р.3+ /ух).
X 1.2. МЕТОДЫ РАСЧЕТА \.4РАЦИИ
Из рассмотрения перетекания воздуха в помещении при естественной вентиляции можно сделать вывод, что картина перетекания

обусловливается внутренним давлением. В свою очередь, от изменения площадей открытых отверстий (вентиляционных фрамуг)

меняется внутреннее давление. Но всегда, изменяя соотношение

приточных и вытяжных отверстий, можно подобрать такое внутреннее давление, которое обеспечивало бы выбранные направления

перетекания.
В связи с этим существует несколько методов расчета аэрации:

метод фиктивных давлений В. В. Батурина, метод избыточных

давлений П. Н. Каменева.
При расчетах аэрации допускаются следующие упрощающие

расчет предпосылки: не учитывается влияние инфильтрации воздуха через поры строительных материалов и щели; рассматривается

установившийся процесс, т. е. остаются неизменными все факторы,

обусловливающие воздухообмен; температура воздуха внутри пролетов принимается одинаковой на всем протяжении и по всей высоте

рассматриваемого участка и в' каждой горизонтальной плоскости

этого участка принимается постоянной; не учитывается расстановка

оборудования и размещение источников теплоты, не принимаются

в расчет местные потоки, которые существуют около источников

теплоты; при учете влияния ветра предполагается, что аэродинамические коэффициенты (полученные для глухих, сплошных моделей

здания) остаются практически неизменными при .открывании отверстий и перетекании воздуха; предполагается, что приточные струи
полностью затухают, т. е. энергия приточных струй полностью

Рассеивается.
Метод избыточных давлений. Определение расходов воздуха,

происходящих под действием теплового давления через аэрационные

отверстия в случае, если известны их площади и расположение

по вертикали, производится следующим образом.
1 Определяется средняя температура по высоте цеха:
/ср = (/р.з + /ух)/2,
Где /
‘р.з—температура рабочей зоны; />х — температура уходящего

Духа на высоте верхней фрамуги (по центру фрамуги).
15 ив)
--------------- page: 117 -----------
г-
я
-г*
&
Рис. XI.1. Схема к рас-

мету аэрации методом

избыточных давлений
Р1
Ра
2.
^0 — Он @<‘р»
где е„ — плотность наружного воздуха; еср __

плотность воздуха при /ср.
3.
давлением на полу цеха (или в центре одной
из фрамуг) р„лп-
4.
рам) всех фрамуг (рис. XI.!):
= р« л -I-

ро = Ртб + ^2^0;

р.( = Ризб + Л4До,
где Л о = 0» “ С»-
5.
соответственно:
р 1 = О|0„/(2^); V, = /рт'-2#/о„.
Так же получаем значения к2, и3, о4.
6.
Для цеха масса приточного воздуха равна массе уходящего возду- ‘

ха, т. е. баланс раехс^да
Ку|/| + ОзЬ)Ць, — Ц|(1»2^2 + Е-'4/4)у ух,
где (х — коэффициент расхода; введение этого коэффициента

объясняется тем, что при движении потока через отверстие раз-;

ность давлений тратится не только на создание динамического

давления входа, но и на местное сопротивление при входе и выходе?

/1, •••, /4 — площади аэрационных проемов.
Если приток оказался равным вытяжке, то избыточное давлений
принято правильно. Если приток оказался не равен вытяжке, нуЖНч

задаться новым значением избыточного давления по полу, цех”
7.
строить график зависимости расходов от избыточных давленй|<

(см. рис. Х.4). Из этого графика определится истинное значений
р„зп и одновременно расход С,|р = Свыт.
Следует заметить, что изменение расходов воздуха в завис»

мости от изменения избыточного давления в действительное^

происходит по параболе, однако при небольших отклонен**

(примерно до 30%) такая замена парабол прямыми линиями

разницу в расходах не выше 3%, что допустимо для практически
расчетов.
Применение метода избыточных давлений показано в примере

расчета аэрации под действием ветра (см. гл. X).
Методика расчета аэрации при одновременном действии разности давлений наружного и внутреннего воздуха и действии

ветра. 1- Определяют в области (в центре) фрамуг давления,

создаваемые разностью плотностей наружного и внутреннего воздуха рг, а также рв, создаваемое ветром. 2. В зависимости от

абсолютных значений рт и рв и знака перед рв определяют суммарное, результирующее давление в области интересующих нас

фрамуг р = Рт + Рв- 3. Определив суммарное давление в области

фрамуг, находят скорость движения воздуха (приточного или вытяжного) через фрамугу. 4. Определив скорость движения воздуха

через фрамуги и зная также количество воздуха приточного или

вытяжного, можно найти площадь вентиляционных фрамуг.
XI.:
К аэрационным устройствам относятся открывающиеся приточные фрамуги (створки), фонари, дефлекторы, шахты.
Приточные створки устраиваются трех типов: одинарные

верхнеподвесные, вращающиеся на верхней оси; одинарные среднеподвесные, вращающиеся на средней оси; двойные (обе створки

верхнеподвесные), вращающиеся на верхней оси (табл. X1.1).
Створка одинарная верхнеподвесная применяется иногда и как

вытяжная.
При расчете аэрации необходимо знать аэродинамическую

характеристику вентиляционных фрамуг, т. е. коэффициент расхода ц или коэффициент местного сопротивления При этом следует

иметь в виду, что коэффициенты расхода определяются на основании коэффициентов местного сопротивления по следующей зависимости:
1/ц2-
При
расчете аэрации аэродинамическая характеристика створки
Может применяться в расчете соответственно в виде величины

^ или
Исследования показали, что в обшем виде коэффициент мест-

г° сопротивления створок выражается формулой
1
гДе /
Р ’ ‘ — высота и длина створки; а — угол открытия створки.

ОгкпТВ°^КИ веР*неподвесные применяют для притока н вытяжки,
'ваются на угол обычно не более 45°. Створки на средней
--------------- page: 118 -----------
оси могут поворачиваться на угол 90°, устанавливаясь в горизон-

тальном положении. Достоинством средненодвесных створок являет-'

ся то, что они хорошо уравновешены и их легко удержать в заданном у.

положении. Верхнеподвесные створки при двойных рамах в теплое "

время года направляют приток вниз, к полу цеха.
Створки на нижней оси применяются в проемах для подачи

притока в холодное время года, причем они открываются внутрь ч

цеха на угол не более 30°. Это способствует тому, что холодный

поток, настелившийся на створку после поступления в помещение,

движется вверх и лишь затем опрокидывается в нижнюю зону;

цеха, соответственно повысив свою температуру. Створки, распо- ;;

ложенные на высоте до 2 м от пола, часто открывают вручную,

Закрепляют створки в заданном положении рейкой. Створки, раз-^

мещаемыё на высоте более 2 м от пола, снабжают механизмом,^

для их открывания. Фрамуги в фонарях оборудуются механически»^;
приводом.
Вытяжные проемы. Для удаления воздуха из помещения можндС
использовать в зависимости от строительных особенностей зданий§:
верхнюю часть высоких окон (как правило, створки на верхне^?
оси), проемы окон второго света, но чаще всего проемы в фонарях^
Незадуваемый фонарь. Такой фонарь работает на вытяжку обе»!'
ми своими сторонами независимо от направления ветра, это сво?
образный дефлектор (см. ниже). Для исключения возможное:?.
задувания ветра в фонарь его снабжают ветроотбойными щитам«^
благодаря которым обе стороны фонаря работают на вытяжку-
ввиду того что в пространстве между щитами и стенками фонаре
образуется разрежение независимо от направления ветра (рис. Х1.2^’
Рис. XI.2. Незадуваемый аэрационный вытяж- д

ной фонарь:

а — ветрозащитные щиты
Вытяжные шахты применяют для вентиляции промышленн ,

зданий. Их устанавливают в перекрытиях зданий при отсутсг

верхних проемов или фонарей для аэрации. Нередко вытяжг

шахты используют при устройстве естественной вытяжки от ~-

рудования, характерного большими тепловыделениями в окруЖ^

щую среду. Вытяжные шахты работают за счет естествен

давления, возникающего вследствие разности температур возД,

в шахте и снаружи здания. Расчет вытяжных шахт проИЗВ1!-.

в следующем порядке: I. Определяют располагаемое давление-

необходимое для перемещения воздуха (или смеси воздуха й ^

чих газов) по шахте. Расчету собственно шахты предш<
определение количества воздуха, удаляемого через шахту (т. е. определение воздухообмена):
р = к (е„ — еш) 9,8,
где /* — высота от основания до верха кромки шахты; — плотность наружного воздуха; д,„ — плотность воздуха, протекающего по

шахте.
2.
женной шахтой, обычно методом удельных потерь давления.
3.
если + г) < р на 10—15%.
Расчет производят для теплого периода года, когда располагаемое давление р = к (дн — дш) будет существенно меньше, чем

в холодное время года.
Х1.4. ДГФЛЕКТОР
Дефлекторами называют специальные насадки, устанавливаемые
на устьях вытяжных труб или шахт с целью использования энергии
ветра для увеличения разрежения, полезно используемого в
вытяжных системах естественной вентиляции. В промышленных
зданиях дефлекторы могут устанавливаться непосредственно над
вытяжным отверстием в крыше. Простейшим дефлектором, по
существу, является любая труба, над открытым концом которой
движется воздушный поток (ветер). Ветер создает разрежение над
трубой, благодаря которому в последней возникает движение

воздуха (рис. XI.3).
Специально устроенный дефлектор наилучшим образом позволяет использовать энергию ветра для создания разрежения в вентиляционной трубе (или шахте), на устье, которой он устанавливается,

предохраняя при этом от возможности попадания осадков и'опрокидывания тяги (возможность обратного движения воздуха в вытяжной

вентиляционной шахте).
Наибольшее распространение в настоящее время получил дефлектор ЦАГИ (рис. XI.4). Дефлектор состоит из патрубка /,

Иффузора 2, зонта-колпака 3, предохраняющего вытяжную шахту

(на устье которой укреплен дефлектор) от попадания атмосферных

адков, конусного щитка 4, устроенного для предохранения

цФЛектора от действия ветра, если он направлен снизу вверх,
пятс°НТ"К°ЛПаК’ конУснь|й Щиток и цилиндр соответственно кре-

ратн*ы х Диффузору. Дефлекторы ЦАГИ бывают круглые и квад-
237
--------------- page: 119 -----------
Достоинства дефлектора ЦАГИ (системы В. И. Ханжонкова):

а) независимость действия от направления ветра, б) представляет

сравнительно с другими дефлекторами малое гидравлическое

сопротивление, объясняемое отчасти возможностью использования

диффузорного эффекта (переход динамического в статическое давление в диффузоре 2); в) хорошая защита от попадания внутрь

шахты осадков; г) предотвращает попадание света наружу.
Рис. XI.3. Разрежение, создаваемое ветром над трубой;
I
Рис. XI.4. Аэродинамическая схема дефлектора ЦАГИ

Рис. XI.5. Аэродинамическая характеристика цилиндрического дефлектора ЦАГИ:
/ характеристика дефлектора; 2 — характеристика сети (к примеру подбор дефлектора); 3—рабочая точ1Ц|
Подбор дефлектора ЦАГИ. Подбор дефлектора производ*^

(аналогично подбору вентилятора) следующим образом: на харак-5

теристику дефлектора накладывается характеристика сети (зависимость гидравлического сопротивления сети от расхода или СК"

рости воздуха). Точка пересечения двух характеристик определи.'

скорость движения воздуха в дефлекторе, служащей основание

для его подбора. Характеристика дефлектора получается опытны

путем при продувании моделей дефлекторов в аэродинамическ,

трубах. Для удобства анализа и расчета результатов испытан^

дефлекторов характеристики выражают в безразмерных величин

(рис. Х1.5). По оси абсцисс отложена относительная скор»*?

воздуха V, по оси ординат — относительное разрежение р, Ра3и..

ваемое дефлектором:
V
р = р/[>’вен/(2#)] или р = 2^Фев/(2^)/[Уве.Л2&)]. &
238
гте г-ЧеФ" скорость воздуха в патрубке дефлектора; ув — скорость

ветра; р- разрежение в патрубке дефлектора; у„—<плотность

наружного воздуха; ув — плотность вытяжного воздуха.
Нели пренебречь разницей плотностей воздуха, что допустимо

в практических расчетах, то формулу (XI.9) можно представить

так:
р = 2| (Удеф/УЕ)2,
где — потери давления в сети воздуховодов, включая дефлектор.
Эти потери определяют по способу динамических давлений.

Потери на трение по этому способу определяют, как для местных

сопротивлений, т. е. прямые участки труб представляют условными

местными сопротивлениями, значения которых вычисляют из равенства
1.1/А ■ V-^/(2ё) = |зам1»2е/(2&); |заМ = М/4.
Тогда величину можно представить
== —^м.с
где г — сумма коэффициентов местных сопротивлений.
Методика подбора дефлектора по характеристикам дефлектора

и сети приведена в примере.
Пример XI.1. Подобрать круглый дефлектор ЦАГИ для следующих условий:

потери давления на трение и в местных сопротивлениях сети 2|=2; расчетная

скорость ветра по климатическим таблицам = 5 м/с. Количество удаляемого

воздуха 2500 м3/ч, или 0,7 м3/с.
Решение. Задаемся пятью значениями V — VXф/V„: 0; 0,1; 0.2; 0,3; 0,4.

Определяем относительное разрежение в дефлекторе:
Р Р,Ч(!ф/Р» == (^Дсф/ V п) -

Заносим вычисления в таблицу:
V=V.и.ф/VI, 0 0,1
Р = рЖф/р* 0 0,02 0,08 0,18 0,32

Строим на чертеже характеристику дефлектора ЦАГИ
Характеристику сети до пересечения с характеристикой дефлектора ЦАГИ

обучаем на оси абсцисс значение V = 0,35.
Находим скорость в патрубке дефлектора:
Уи-Ф= VКV =5-0,35 = 1.75 м/с.
Определяем сечение патрубка дефлектора:
= {./ь’яеф = 0,7/1,75 = 0.4 м-,
°ТК^Да Диаметр дефлектора <1„.ф = 707 мм.
--------------- page: 120 -----------
При действии кроме ветра теплового давления подбор дефлектора принципиально не меняется. В этом случае на характеристику дефлектора р = ((о) наносится тепловое давление (рис. Х1.6),

т. е. определяется суммарная характеристика от действия ветра

и теплового давления. Аналогично указанному выше строится

характеристика сети. Точка на пересечении позволит определить по

графику значения р и V, по которым определяются р и пдеф.
Рис. Х1.6. Подбор дефлектора по характеристикам при учете действия ветра и теплового

давления:
1
2
давление; 4 — характеристика сети; О — рабочая точка
Рис. X 1.7. Схема аэрации однопролетного

здания:
1,2 — номера проемов
■КС-
При расчете и подборе дефлектора необходимо предварительно

выполнить расчет аэрации, выяснив при этом избыточное давление

в патрубке перёд дефлектором и включив в баланс расход воздуха,

количество которого должен удалять дефлектор. До установки

дефлектора на устье вытяжной шахты системы вентиляции следует
рассчитать вентиляционные каналы.
Аналитический подбор дефлекторов. В практике для «подбора

дефлекторов часто пользуются формулами В. И. Ханжонкова.

Диаметр патрубка дефлектора ЦАГИ:

при учете действия ветра
ОдеФ= ^0,402/(1.2 + 25 + 0,02//<*);
при учете действия ветра и теплового давления

од,ф = /(0,4ув + 16Я0/0.2 + 4 + 0,02/ДО,
(ХЫ2) 1
где ув — расчетная скорость ветра, м/с; 1,2 — коэффициент мест'|

кого сопротивления дефлектора; 0,02 — коэффициент сопротивлений!
240
трения; I — длина воздуховода; й — диаметр воздуховода; Р1 —

тяга, создаваемая разностью температур внутри и снаружи здания и действием ветра на здание.
Пример Х1.2. Рассчитать аэрацию цеха, размещенного в однопролетном

здании (рис. XI.7), для теплого периода года при следующих условиях: расстояние

по вертикали между центрами нижних проемов и створок фонаря Л= 10 м;

выделение явной теплоты <3 — 1 485 000 Вт. Наружная расчетная температурй

1„ = 4-21,6° (е„ = 1.199 кг/м3), температура на отметке рабочей зоны /Р.3 = Л,+

Д/р з = 21,65 = 26,6°С. Отношение площади, занимаемой теплоотдающим

оборудованием, к общей площади помещения 2///г=0,11. Конструкция створок

оконного проема — одинарная верхнеподвесная; к/1 = 0,5; угол открытия и| — 60°.

Фонарь П-образной формы с ветрозащитными панелями, находящимися на относительном расстоянии 1/к = 1,5 с углом открытия аг = 70°.
Решение. Определяем значение коэффициента т. При Ъс,/Р = 0,11 т = 0,42.
Определяем температуру уходящего воздуха:
1уя = {„ + (/р.3 — 1„)/т = 21 ,6 + (26,6 — 21,6)/0,42 = 33,5°С.
Количество воздуха, необходимое для ассимиляции избыточной теплоты,

составит
Дргг = Л(д„ — ду«),
где к = 10 м, д„ = 1,199 кг/м3; оУ* = 1,152 — плотность внутреннего или уходящего

воздуха при = 33.5°;
Др, 2 = 10(1,199 - 1,152)9,8 = 4,60 Па.
При расчете аэрации рекомендуется учитывать, что площадь приточных

створок должна быть намного больше площади вытяжных, так как с увеличением

площади приточных створок уменьшается скорость поступающего в цех наружного

(приточного) воздуха, вследствие чего восходящие от горячего оборудования теплые

потоки будут меньше размываться в рабочей зоне; следовательно, располагаемое

давление для поступления приточного воздуха Др\, будет соответственно меньше

располагаемого давления, необходимого для удаления вытяжного воздуха,

т. е. Др, < Др2.
Учитывая сказанное, определим Др
Др1 = яДр|,2 = 0,10-4,60 = 0,46 Па,
где п=0,1—доля располагаемого общего давления, расходуемого на проход

воздуха через приточные створки оконных проемов.
Определим Дрг — располагаемое давление для осуществления вытяжки через

створки вентиляционного фонаря:
Дрг = Др|.г — Др1 = 4,60 — 0,46 = 4,14 Па.
Находим плоЩади вентиляционных проемов, для чего напишем в развернутом

виде значения располагаемых давлений:
6 у,|6и .
Лр| = б' —2~ ■ Ар? = 62 —2— '
[Де —скорость в сечении приточных проемов; V2 — то же, в сечении вытяжных;

241
--------------- page: 121 -----------
ных проемов; || = 3,2 для среднеподвесной створки при а = 60° и к/1 — 1.|

(см табл. XI.!.); = 5,8 для вытяжного 11-образного фонаря с ветрозащитными

панелями при отношении А/И = 3,3 (табл. XI.I). Определим сч и V?:
V, = /2Др,/(|| е«); VI— у/2Ар2/(Ьо,*)-
Площадь приточных проемов
Р, = (0/е„)/(3600 /2Др,/Й, е„)) = 0/(3600 /2ДРЦ)„/|,).
Площадь вытяжных проемов
= (0/6УХ)/(3600 /2д^7(17сьЛ)== 0/(3600

После подстановки известных величин найдем (суммарные) площади:
приточных проемов
Л = 448 000/(3600 ^0.46- Г, 199/3,2) =212 м2;
вытяжных проемов
= 448 000/(3600 ^4.14-1,152/5,8) = 97 м2.
Определение воздухообмена в помещениях с избытками явной

теплоты при' проектировании аэрации. Определение воздухообмена

в помещениях с избытками явной теплоты:
= <3/[с (1ух — щ
•'I
где С? — тепловые избытки в помещении; С — теплоемкость воздуха;
/Ух — температура уходящего воздуха (в данном случае не темпера-*|,

тура воздуха в рабочей зоне); /„ — температура приточного воз-ак
духа. *
Отсюда видно, что воздухообмен, определяемый по известной1
формуле (XII.11), не гарантирует поддержание температуры в рабочей зоне в соответствии с требованиями комфорта.
Более целесообразной для расчета воздухообмена являете
формула
I- = (2р.з/[С(/ср.р.з — *„)],
242
Таблица XI.I. Характеристика аэрационных фонарей и значения коэффициентов

местного сопротивления отнесенные к скорости в боковых проемах фонаря
Фонарь
А/Н
1/И
а
ь
Приточный П-образный (без ветрозащитных панелей)
3,3
35
12,2
70
6
Вытяжной П-образный (с ветрозащитными панелями)
3,3
г
35
11,5
1,5
45
9,2
55
7,1
1
70
5,8
То же
35
9,4
3,3
2
45
6,8
55
5,1
Вытяжной П-образный (без ветрозащитных панелей)
г
35
8,9
3,3
45
5,9
1
55
3,8
где (5р.э—избыточные тепловыделения, оказывающие влияние на

температуру воздуха в рабочей зоне; /ср.р.з — средняя температура

воздуха в рабочей зоне;
где т — коэффициент, указывает, какая часть общих теплоизбытков

(2„зб оказывает влияние непосредственно на температуру в рабочей
зоне.
Значение т, как правило, находят опытным путем в натурных

условиях или на моделях из отношения
т
где /ух — температура воздуха, уходящего из помещения; /„ —

температура воздуха, поступающего в рабочую зону.
Параметры воздуха в рабочей зоне зависят от суммарных

тепловыделений, соотношения между лучистой и конвективной

теплоотдачей нагревателей, высоты помещения, относительной пло-

Щади теплоисточников в плане помещения и их расположения,

площадей приточных и вытяжных аэрационных проемов, их коэффициентов местных сопротивлений, расположения уровня притока

*пад полом), схемы вентилирования, теплотехнических свойств

0граждаюших конструкций и т. п. Учесть все вышеуказанные

Факторы весьма затруднительно.
243
--------------- page: 122 -----------
По поводу определения тепловыделений в рабочую зону нет

четких рекомендаций. Например, проф. А. Н. Селиверстов считает,

что вся конвективная теплота уходит из рабочей зоны. По поводу

учета лучистой теплоты проф. А. Н. Селиверстов считает: лучеиспускание нагревателей, размещенных выше 2 м, не распространяется на нижнюю зону; лучистую теплоту от вертикальных поверхностей, расположенных в пределах рабочей зоны, следует учитывать

полностью; при высоте нагревателя 4 м и выше можно принимать,

что 50% полного лучеиспускания распределяется в нижней зоне.
ГЛАВА XII
ВОЗДУШНЫЕ ЗАВЕСЫ

XII.1. ПРИНЦИПЫ УСТРОЙСТВА ВОЗДУШНЫХ ЗА в г. с
В холодное время года через открываемые двери, а в производственных зданиях через ворота в помещения врывается холодный

наружный воздух. Этот воздух охлаждает помещение, создает

отрицательного воздействия токи и вызывает простудные заболевания.
Мерами защиты помещения от проникания холодного наружного

воздуха являются тамбуры, шлюзы, вращающиеся двери (рис.
XII.I). В тех случаях, когда названные способы по разным причи- .

нам неприемлемы, следует устраивать воздушные завесы.
Воздушные или воздушно-тепловые завесы устраивают:
1.
или не менее чем на 40 мин в смену, расположенных в районах с расчетной температурой наружного воздуха для холодного периода года—15°С и ниже (параметры Б), если исключена возможность

устройства тамбуров или шлюзов. ..
2.
при любых наружных температурах и лю- V

бой продолжительности открывания при •

соответствующем обосновании. 3. В там-

бурах и шлюзах у входных дверей вести- 'Щ

бюлей общественных зданий и вспомога- ;§,

тельных зданий промышленных пред-

приятий. 4. В тамбурах и шлюзах у вход-

ных дверей общественных и производст-а

венных зданий и помещений, оборудован;

ных системами кондиционирования воз-,

духа.
а)
Рис. XII.1. Меры зашиты

от проникания холодного

воздуха:

а — тамбур; 6 — шлюз; в — вращающиеся двери
244
а)
Завесы должны обеспечить во время открывания ворот в помещениях температуру на рабочих местах не ниже 14°С при легкой

работе, 12°С —при средней и 8°С —при тяжелой работе. При

отсутствии вблизи ворот рабочих мест допускается понижение

температуры до 5°С, в вестибюлях общественных зданий — до

12°С.
Температуру воздуха завесы, как правило, принимают не выше

50°С. Скорость выхода воздуха из устройств завесы не более

25 м/с (в производственных зданиях).
Типы воздушных завес. Воздушные завесы устраиваются с подачей воздушной (шиберирующей) струи: а) снизу вверх; б) сверху

вниз; в) сбоку ворот. По режиму работы завесы делят на периодически и постоянно действующие.
Принцип работы завес. Воздушная завеса — это результат

взаимодействия двух потоков: воздушной струи и набегающего

на нее горизонтального потока воздуха. Воздушная струя, не

препятствуя движению людей и транспорта, как правило, существенно уменьшает количество проникающего в помещение наружного возду-

ха. При этом воздушная завеса может

быть устроена по месту воздухозабора

и температуры подаваемого воздуха

(рис. XII.2): а — с забором внутреннего

воздуха с температурой 1В и подогревом

его перед подачей в завесу до

б — с забором внутреннего воздуха

и подачей его в завесу без подогрева

(<з = М; в — с забором наружного

воздуха и подогревом его перед подачей в завесу (1з > I»); г — с забором

наружного воздуха и подачей его в завесу без подогрева (/з = М
По варианту а устраиваются завесы,

если необходимо сохранить неизменными параметры микроклимата производственных помещений, обычно если в последних'вблизи ворот расположены рабочие места. По варианту 6 устраиваются завесы, если допустимо понижение температуры в зоне ворот или при

Устройстве завес в проемах внутренних стен, разделяющих два помещения.
По варианту а воздушные завесы могут ^
°Ь1ть использованы в качестве агрегата воздухозабора и температурой

пРиточной вентиляции, в этом случае
*)
245
--------------- page: 123 -----------
воздушная завеса может работать постоянно; по варианту г воздушная завеса как бы преграждает полностью доступ наружного

воздуха в помещение.
Следует отметить, что воздушные завесы в зависимости от

местных условий устраиваются с подачей воздуха через горизонтальную щель, расположенную внизу проема; с подачей воздуха

через горизонтальную щель, расположенную вверху проема; как

правило, с боковой подачей воздуха через вертикальные щели

по обеим сторонам проема.
При устройстве завесы с боковой подачей воздуха следует

обеспечить усиленную подачу воздуха в нижнюю часть проема >
(в нижнюю треть по высоте ворот). С этой целью нижнюю часть

щели следует делать шире верхней. По эффекту действия лучшими

являются двусторонние боковые завесы. При их действии не наблюдается уменьшения температуры воздуха в районе ворот в момент

прохождения транспорта (В. Е. Решетников, Г. Т. Татарчук).
XII.2. РАСЧЕТ ВОЗДУШНЫХ ЗАВЕС
Воздушную завесу можно рассматривать как плоскую неизотермическую струю, действие которой развивается на границе двух

сред: наружного и внутреннего воздуха.
При открывании ворот 9 открытый проем направляется поток

воздуха снаружи. Причинами, вызывающими движение воздуха

через ворота, являются: ветер, разрежение в нижней части здания

вследствие различных плотностей внутреннего и наружного воздуха

и разрежение в здании вследствие преобладания объема воздуха

вытяжной вентиляции над приточной. Слишком большое разрежение ■

вследствие превышения вытяжки над притоком может свести на

нет действие воздушной завесы, т. е. в открытые ворота будет

поступать воздух наружный в количестве намного больше расчетного. Поэтому при эксплуатации завесы нужно обязательно Т

устранить излишние объемы вытяжного воздуха.
Расчет набегающего потока. Скорость набегающего потока
V — /2Ар@/д,
где Ар — разность между наружным и' внутренним давлениями

по обе стороны ворот (наружное давление учитывается как комби- ^

нированное действие трех причин, см. выше).
Однако в расчет удобнее вводить не разность давлений, а *

геометрическую высоту г, т. е. высоту расположения нейтральной 3

зоны (на которой внутреннее и внешнее давления равны).
Разность давлений на высоте х от пола вычисляется по формулец.
Ар — Ар (г — х),
Го
где Ад — разность плотностей внутреннего и наружного воздуха.

Местная скорость на высоте х будет
ьх — /2Ад&- (г — дг)/д„.
При х = 0 скорость будет максимальной:
^макс === /2Ад#2/е„
(пограничный слой вблизи пола не учитывается).
Разделив формулу (ХП.З) на формулу (ХП.4), получим
V = у„Экс /1 — х12.
Выражение для скорости ох может быть записано в виде
V= 1/2^ А 1(г — х)/Тв,
где А(—разность температур внутренней /в и наружной 1Н. Так

как числовое значение радикала у2д/Тв мало меняется с изменением Тв, то для 10°С < 1В < 30°С формулу (ХП.6) можно упростить:
V « 0,26 /а1(2- х).
Тогда максимальная скорость у пола (при х — 0)
омакс = 0,26 -/Ш.
По формулам (XII.7) и (ХП.7') можно для конкретных условий

построить график распределения скоростей (рис. ХП.З).
Средняя скорость свободной струи,

выходящей из щели завесы,
Vср= 0,Ь8ио/ /аз/Ь -(- 0,205,
где — начальная скорость истечения

из щели; Ь — ширина щели; 5 — длина

струи (вместо х введена длина,

так как ось завесы не совпадает с осью х

координат); а — коэффициент турбулентной структуры.
Длину 5 можно выразить через

проекцию на координатную ось х

рис. ХП.З Распределения ско- формулой
ростей [! проеме ворот
247
--------------- page: 124 -----------
где а—угол наклона струи; Н — длина завесы (на рис. XII.3).
Одновременное действие струи и набегающего потока определяется (фиксируется) количеством воздуха Л„, пересекающего ось

Ох (в пределах проема):
= ф„В,
где ф„ — линия тока; В — ширина ворот.
Количество воздуха выпущенного через щель размером

Ву.Ь (Ь — ширина щели), определяется по формуле
и = ВЬ,
где — начальная скорость струи.
Характеристика завесы определяется по формуле
(/.в — иу и — к,
где и — расход воздуха через ворота при бездействии вентиляции;

Лн — расход наружного воздуха, допускаемого к прорыву в помещение; и — расход воздуха на завесу.
Для завес с нижней подачей характеристика завесы следующая:
= Ф„ /И/Ь + 1;
для завес с боковой- подачей характеристика завесы
/?в = фв /в/ь +1-
Функции «рн и фв определяются графически: ф = ( (а, а) (рис. ХН.4,

XI1.5).
248
Рис. ХИ-4. Графическое

изображение функции ф„

(при подаче снизу)
Рис. ХИ.5. Графическое

изображение функции фв

(при подаче сбоку)
Физический смысл характеристики завесы /?: она показывает

количество задержанного завесой воздуха, приходящегося на 1 м:*

воздуха завесы. Характеристика зависит и от конструктивного

оформления завесы.
Величина г\ = (1в — /_„)//.в называется коэффициентом полезного

действия завесы.
Методика проектирования и расчета завес приводится в примере.
Пример Х11.1. Рассчитать воздушную завесу у ворот гаража, выполненную

по схеме с забором, внутреннего воздуха и подачей его в завесу без подогрева.

Размеры ворот: ширина 6=3,5 м, высота Н — 2,5 м. Расчетные температуры

наружного /„ и внутреннего I, воздуха: /„ = — 20°С; I„= 10°С.
Решение. Находим скорость врывания воздуха в ворота. Выявление скорости врывания представляет весьма сложную задачу. Лучшим решением можно

было бы считать данные экспериментальных наблюдений — замеренные скорости

движения воздуха в условиях, аналогичных решаемой задаче; при отсутствии

экспериментальных данных можно применить методы расчета аэрации; возможно

также применение формулы (XII.7').
Найдем максимальную скорость у пола, принимая высоту расположения

нейтральной зоны г = 4 м:
у „„„с = 0,26 /дТг = 0,26 /[Т0-“( — 20)]4 = 2,84. м/с.
Расход наружного воздуха через ворота при бездействии завесы
/.„ = 3600у„ак< ВН = 3600-2,84-3,5-2,5 = 79 000 м3/ч.
Задаемся геометрическими размерами завесы; принимаем ширину щели

Л = 0,1 м, угол наклона струи к плоскости ворот а =30°, при этом коэффициент

турбулентной структуры а = 0,2.
По графику рис. XII.5 при а = 0,2 и а = 30°, если подача воздуха через щель

завесы производится снизу, <р = 0,41 При назначении угла начального наклона струи к плоскости ворот следует

иметь в виду, что прн углах наклона 50° и больше струя налипает Да землю

и при этом теряется смысл завесы.
Определяем далее характеристику завесы:
Я = ф /77/Т + 1 = 0,41 |/2,5/0,1 + 1 = 3,05.
Задавшись КПД завесы т) = 0,6, находим расход воздуха на завесу:
Ц = (г|//?)/.„ = (0,6/3,05)79 000 = 15 500 м3/ч.
Определяем начальную скорость струи;
о0 = /.„/(3600В6) = 15 500/(3600-3,5-0,1)= 12.2 м/с.
Найдем количество входящего в помещение наружного воздуха:

и = (1 — х\)и = (I - 0.6)79 000 = 31 600 м’/ч.
Определим температуру смеси, если воздух завесы не подогревается:
= (ии + / (Ц + и) = [15 500-10 + 31 600( — 20)] / (15 500 + 31 600) =
= - 6,7°С.
--------------- page: 125 -----------
Повысить температуру смеси можно двумя способами: I) подогреть воздух
завесы; 2) увеличить расход воздуха на завесу.
Повысим температуру завесы, например, до 1С* — 0°. Определим начальную
температуру воздуха путем подогрева воздуха завесы:
(о = /с» + (/™ - Ц и/и = 0 + (0 - [—20])-31600/15500 = 40,6°С.
Расход теплоты на подогрев воздуха калориферами в этом случае составит

<? = С/, (/с — <„) = 0.31 • 15 500 (40,6 — 10) = 146 000 ккал/ч.
Определим расход воздуха, если = 0°С:
(*+гй:)-79 0“7 С3-05 + )-22200м1;».
Найдем начальную скорость струи завесы
= 22 200/(3600 • 3,5 - 0,1 )= 16,8 м/с.
Найдем КПД завесы при новых условиях:
/.о = г\и/Я\ 22 200= т] 79 000/3,05: т) = 0,81.
Расчет боковой двусторонней завесы шиберирующего типа.
1.
температура наиболее холодной пятидневки), не учитывая ветрового давления.
2.
С3 = 16 ()(%цпр/гпр /Аре™.
где ^ — отношение расхода воздуха завесы к расходу воздуха, ;

проходящего через проем при работе завесы; ц„р — коэффициент

расхода проема при работе завесы^ зависит от типа и конструкции^

завесы, вида проема, величины о; Рпр — площадь открываемого/

проема, оборудованного завесой, м ; Ар — разность давлений возду- ^

ха снаружи и внутри помещения нд уровне проема; дсм— плот-

ность смеси воздуха завесы и наружного (при температуре, норми-
руемой в районе ворот).
3.
вом приближении следует принимать Р — 20 -г- 30 и относительный.!

расход для боковых завес с/ = 0,6 Ч- 0,7, а для нижних завесу
<7 = 1.
4.
кали от центра проема до нейтральной зоны уровня равных давл~

ний; (э„ дв — плотность воздуха соответственно при наружной и внут

ренней температурах).
250
5. Значение к определится по формуле
г /г = /г, + й2/[0,25 (/п//в)2 + 1],
где — расстояние от центра проема, оборудованного завесой,
до центра приточных проемов; йг — расстояние между центрами
приточных и вытяжных проемов; /п — длина открываемых в теплый
период года притворов приточных проемов; /в — то же, вытяжных

проемов.
6.
основании уравнения теплового баланса.
/з — + (^см —/„)/[? (1 — 0)].
где /„ — температура наружного воздуха (для холодного периода —

по параметрам Б); 1СЫ — температура смеси воздуха, проходящего,

через открытый проем (обычно нормируемая в районе ворот):
С} — отношение количества теплоты, теряемой с воздухом, уходящим через проем наружу, к тепловой мощности калориферов.
7.
<?з = СС3(1з — /нач),
где С — теплоемкость воздуха; 1„ач — температура воздуха, забираемого для завеса; (3 — температура завесы.
Температура завесы
/з = /н + (/с«- /н)/[<7 0 -Ф]-
8.
проходящего через ворота, от температуры смеси 1СМ до температуры

Сдоп == 0,004 пСз (/в ^см)/<7.
где п — продолжительность открывания проема в течение часа.

Мин.
Расчет и устройство воздушно-тепловых завес у входных дверей

общественных зданий в три и более этажей. При расчете воздушнотепловых завес у входных дверей учитываются число проходящих

•людей, конструкция входа (одинарные, двойные, тройные или вращающиеся), месторасположение забора воздуха.
Входные двери рассматриваются как приточныи проем, а действие завесы — как отопительное устройство для нагрева наружного

в°здуха, поступающего через вход в здание.
--------------- page: 126 -----------
л
ч
Устройство завесы: воздух рекомендуется подавать при воздухо-

заборе внутри здания в тамбур (внутренний при тройных дверях),

а при воздухозаборе снаружи — в вестибюль. Раздачу воздуха

следует принимать двустороннюю через боковые отверстия воздуховода высотой 1,2 м, как можно ближе к открываемым дверям

через отверстия не ниже 0,1 м от пола; скорость воздуха, поступающего из воздушно-тепловой завесы, 4—5 м/с.
Количество наружного воздуха, поступающего через вход

в здание при сбалансированных расходах приточной и вытяжной

вентиляции, определяется по формуле
Свх= К■ 3600РВх Цвх /9,81(ЛЛ.К + 2/гэт — //дв)(0н — 6в)ен.
где К — поправочный коэффициент в зависимости от числа прохо- ;;

дящих людей, места забора воздуха для агрегата завесы и конст- $

рукции входа; Рах — площадь одной открываемой створки наружных'Щ

входных дверей, м2; цзх — коэффициент расхода (для одинарных

дверей рВх = 0,7, для двойных ц,вх = 0,65, для двойных с тамбуром^

Цвх = 0,6, для вращающихся дверей рвх = 0,1); /гл к — высота лест-,

ничной клетки от уровня земли, м; Нэт—полная высота одного^
этажа, м; Няв— высота входных дверей, м.
Производительность воздушной завесы при заборе внутри или,;
снаружи здания
<Эз = Свх(/в — /н) / (/з — /в).
Пример XII.2. Рассчитать воздушно-тепловую завесу для общественного зда-*‘
ния при заборе на завесу внутреннего воздуха.
Дано: <„= —26°С; е„ = 1,43 кг/м3; /г„.„ = 9 м, = 16°С, 6в=1.22 кг/м’
Н„ = 3 м, ЯдВ=2,5 м. Площадь открываемой створки двери = 0,8-2,5 = 2 м’

количество проходящих людей п = 1000 чел/ч, К = 0,38, |1В* = 0,1 (входные вра;

щающиеся двери).
Решение. 1. Количество наружного воздуха, поступающего через вхс."
С„„ = 0,38-3600-2-0,1 у/9,81 (9 2-3 — 2,5)(1,43 — 1,22)= 1590 кг/ч.
2.
а 1 (и — /в) = а (/в ^«)»
откуда
03= Овх(/в — /„)/(/, — /в)== 1590[16 — (—26)]/(50— 16)= 1960 кг/ч.
3.
<?,= С,-0,28 (/, — /.) = 1960-0.28(50 - 16)= 1-8600 Вт.
Следовательно, коэффициент расхода через вход для вращающейся Д**

ив, = 0,1, для других типов дверей он меньше в 4,5—7 раз, что является причи

естественного снижения расхода теплоты на завесу, т. е. вращающиеся Д

позволяют существенно экономить теплоту и соответственно электроэнерН
252
ОЬЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И

5 К С П Л У \ ТА Ц И И С И С1 Е VI В! И Т И Л Я Ц И И
ЧИП -НМ(>п»\НИЯ. !1 г'КДЪЙВЛЯ1г>МЫ1 К гп.Ш И ЛЯП ИОННЫМ
? стио»илв и*
Вентиляционные системы должны обеспечивать при расчетной

зимней и летней температурах наружного воздуха соответствие

состояния воздуха на рабочих местах требованиям санитарных

норм.
1.
местными отсосами и расходуемый на технологические нужды

(горение, пневмотранспорт и др.).
2.
ность наружных ограждений) для возмещения вытяжки в холодный

период года допускается в объеме не более однократного обмена

в час. Возмещение удаляемого из рабочего помещения воздуха

допускается производить за счет поступления воздуха из соседних

помещений, если в них нет выделения вредных веществ.
3.
помещений должна быть устроена так, чтобы исключалась возможность поступления воздуха из помещений с большими выделениями

вредностей или с наличием взрывоопасных газов, паров и пыли
в помещения с меньшими выделениями или не имеющие этих выделений.
4.
воздухе вентилируемого помещения имеются болезнетворные
микроорганизмы (помещения для сортировки шерсти и др.) и если
в них производятся работы со взрывоопасными и легковоспламеняющимися веществами.
5.
(в промышленных зданиях при отсутствии выделений вредных
веществ) в том случае, когда количество свежего (наружного)
воздуха обеспечивает санитарную норму для пребывания в помещении человека.
6.
40 м3 при наличии окон, при отсутствии вредных выделений допускается предусматривать периодически действующую естественную

вентиляцию, если при этом будут соблюдаться нормы температуры

и влажности в рабочей зоне.
Бесперебойная и эффективная работа вентиляционных установок

обеспечивается при проведении комплекса следующих работ:
а)
253'
--------------- page: 127 -----------
установок; б) периодических испытаний и наладок вентиляционных

установок, находящихся в эксплуатации; в) планово-предупредительного ремонта установок.
Испытаниям предшествует тщательный осмотр вентиляционных

устройств для определения их соответствия проекту и выявления

дефектов строительно-монтажных работ.
На все выявленные при осмотре дефекты должны быть составлены

дефектные ведомости. К началу испытаний вентиляции дефекты

должны быть устранены.
МП : АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ ИСПЫ1ЛНИЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ
Испытание производят с целью определения скоростей и объемов

воздуха, перемещаемого по магистралям, ветвям, воздуховыпускным

и воздухоприемным устройствам; величины утечек или подсосов

воздуха в сети; потерь давления в сети в целом и в отдельных

ее элементах: пылеочистных устройствах, оросительной камере, калориферной установке и других частях и главным образом их соответствия проектным данным и нормам.
Испытание вентилятора. Полное давление, развиваемое вентилятором, определяется как сумма абсолютных значений полных

давлений (статическое плюс динамическое), замеренное до и после

вентилятора. Производительность вентилятора принимают равной

полусумме объемов воздуха на всасывании и нагнетании. Расхождение между объемами воздуха, определенными в сечениях до и
после вентилятора, не должно превышать 5%.
Испытание сети. С помощью анемометров, пневмометрических

трубок или термоанемометров определяются расходы воздуха во

всех приточных или вытяжных отверстиях (соответственно приточной
или вытяжной систем).
Общий объем подсосов или утечек воздуха определяется раз-,

ностью между фактической производительностью вентилятора

и суммарным объемом воздуха, проходящего через все приточные

или вытяжные отверстия. Общий объем подсосов или утечек не

должен превышать 10% фактической производительности установки.
Работы вентилятора в сети. Зависимость полных потерь давления

в сети от расхода воздуха называется характеристикой сети. Графически характеристика сети представляется квадратичной пара-;

болой и выражается уравнением
р = кС1,
где р — полная потеря давления в сети; к — коэффициент, постоянный для данной сети; 1^ — расход воздуха, перемещаемого в сети»
м1/ч.
Определяем
к = р/Ь2.
Задаваясь значениями 11, вычисляют р, по точкам которой

строится график — квадратичная парабола сети.
Подбор вентилятора заключается в том, что на характеристику

давления вентилятора, построенную в координатах рЬ, накладывается построенная в тех же координатах и в том же масштабе

характеристика сети. Точка пересечения двух кривых (рабочая

точка) определит давление и производительность этого вентилятора

при работе в данной сети.
РИ'У-Й2>-ОЗи'Л 6^.ЫНЛЯиИОННОЙ »СТ\ЯСЗКН -* «БЕП1ЕЧГНИР

ЬРОКГНМЧ "А СХОД ОЙ «КИД/ЧЧ
Регулирование вентилятора. В целях экономии электроэнергии

и теплоты требуется регулирование производительности систем

вентиляции в соответствии с потребностью.
Регулирование с помощью задвижки (дросселя) — простой, но

не экономичный способ (так как в этом случае вводится дополнительное сопротивление в систему).
Регулировка сети. Регулировка объемов воздуха производится
с помощью регулирующих устройств (шиберов, дроссель-клапанов,

диафрагм).
При этом КПД вентилятора не должен быть существенно меньше

максимального каталожного значения КПД.
По окончании регулировки по отверстиям всех ветвей вновь

производят замеры и определяют фактическое количество воздуха,

проходящее по отдельным ветвям. Регулировку по ветвям следует

производить так же, как и по отверстиям, начиная с наиболее

отдаленной от вентилятора ветви.
Испытание и регулировка калориферных установок. Их испытывают и регулируют в отопительный период после регулировки

вентиляционной системы по расходу воздуха и обеспечения ее

проектной производительностью. Цель испытания — установить действительную теплопроизводительность воздухонагревателя и соответствие ее проектной.
Регулировка теплоотдачи калориферной установки. Существует

несколько способов регулирования теплоотдачи калориферной

установки:
1)
<Э - ДО;
2)
-/(С)
--------------- page: 128 -----------
3)
температуры и расхода теплоносителя <? = /(/, С);
4)
через обводной клапан.
Производится сопоставление коэффициентов теплопередачи

фактического и каталожного: (Кф/К) 100%. Отличие фактического

значения коэффициента от каталожного должно быть не более 10%.

Фактическое сопротивление калориферов по воздуху определяется

разностью полных давлений, замеренных до и после калориферов.
Испытание и наладка пылеулавливающих фильтров. При испы-'

тании инструментальными замерами определяют объем воздуха*

очищаемого в фильтре, эффективность фильтра или степень

очистки отношение количества пыли, уловленной фильтром,

к общему количеству пыли, содержащемуся в воздухе перед

поступлением в фильтр; сопротивление фильтра, изменение сопротивления фильтра по мере накопления в нем пыли; максимальное

количество пыли, которое может накопиться в фильтрующем

слое (пылеемкость фильтра).
Эффективность фильтра
Т] = [(2нач — 2кон)/2„ач] 100 = (1 — 2ко„/г„ач) 100%, (ХШ.З)
где 2нач — начальная концентрация пыли (до фильтра), мг/м^ЭДг

2кон — конечная концентрация пыли (после фильтра), мг/м*.^

Испытание и регулирование естественной вентиляции (аэрации). 4
В состав испытаний и наладки аэрации входят определение факти-*' —

ческого воздухообмена в помещении и определение санитарно-ги-

гиенических условий на их рабочих местах.
Регулирование поступления и вытяжки воздуха и с учетом ^

действия ветра производится створками фонарей, открытием, закры-*~'
тием пЪлным (или частичным).
Регулирование воздухообмена при механической вентиляции,
В практике проведения испытаний производственных установок

может возникнуть необходимость в регулировании общеобменного,

и местного притока, общеобменной и местной вытяжки.
Регулирование местного притока. К таковым относятся воздуш ^

ные души и, возможно, воздушные завесы.
Регулирование воздушного душа предусматривает выполнени

следующих работ: а) установление правильного направления воз

душного потока; б) определение действительных скоростей поток

на рабочем месте и определение размеров (ширины или высоты

струи воздушного душа; определение объема воздуха, выходяще,,
из душирующего патрубка.
Регулирование воздушной завесы. Испытание завес провод

как правило, при сбалансированных объемах механического п
тока и вытяжки. Скорость и направление ветра следует определять

во время испытаний на расстоянии 3—5 м от ворот.
При испытании "воздушной завесы и регулировании: а) определяют траекторию приточной струи (с помощью-длинных лент

папиросной бумаги, закрепляемых у краев или середине щели);
б)
и его скорость; для той же цели измеряют производительность

и полное давление, развиваемое вентилятором, определяют тепло-

производительность калориферов (если завеса с подогревом воздуха), температуру воздуха, подаваемого в завесу. Затем производится сопоставление с проектными данными.
Г Л ДВА XIV
АВАРИЙНАЯ ВР.НГИЛЯЦИЯ
XIV.!. РАСЧЕТ АВАРИЙНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ
Системы аварийной вентиляции устраивают в производственных

помещениях, в которых возможно внезапное поступление в воздух

больших количеств вредных или взрывоопасных веществ. Производительность аварийной вентиляции определяется расчетом в технологической части проекта или в соответствии с требованиями

ведомственных нормативных документов.
Аварийный воздухообмен обеспечивается совместной работой

основной (общеобменной и местной) и аварийной вентиляции.
В аварийный режим должен быть обеспечен воздухообмен не менее

8 крат/ч по полному внутреннему объему помещения, а в помещениях категорий А, Б и Е — 8-кратный воздухообмен дополнительно

к воздухообмену, создаваемому оснонной вентиляцией.
Совместными действиями вентиляционных устройств концентрация вредностей, попавших в помещение в кратчайшее время,

Должна быть уменьшена ниже предельно допустимой концентрации
Расчет аварийной вентиляции состоит в определении величины

аварийного воздухообмена и времени, за которое концентрация

вРедного вещества должна быть снижена до ПДК с помощью

аварийной вентиляции, после того как принятыми мерами устра-

Нены нарушения в работе технологического оборудования.
Из дифференциального уравнения воздухообмена или баланса

пРихода и расхода вредного вещества можно получить формулу
т = 1ё
257
--------------- page: 129 -----------
где т — время, за которое концентрация вредного вещества снижается до ПДК, после того как аварийное выделение вредности

устранено и снова стало нормальным;
т = Са/0„ = б,/С„.
Величина т представляет собой отношение количества вредных

газов (или паров), выделяющихся при аварии, к количеству их при'

нормальном процессе или отношение удельных газовых выделений

на 1 м3 объема помещения при аварийном положении (Са — 0а/У)

к нормальным удельным выделениям (Сн = С»/У, где V — объем

помещения); п = Кра/Крн — отношение кратности аварийной вентиляции к кратности при нормальной работе.
Пример XIV.!. В цехе выделяется хлор. При нормальной работе оборудования

нормальная кратность воздухообмена Кри = 14 1 /ч. В случае нарушения технологического режима выделение хлора в помещение увеличивается в 10 раз
(т = Оа/Ои = Оа/Ол = 10).
Определить, через какое время после устранения нарушений технологи-’

ческого режима концентрация хлора снизится до ПДК, если кратность воздухообмена
дополнительной аварийной вентиляции равна 6 1/ч.
Решение. 1. Определяем общую кратность воздухообмена во время аварии:(
Кра= И + 6 = 20 1/ч.
2.
3.
т = 1{?
Следовательно, за 9,1 мин после устранения технологических нарушений в ре-‘

зультате совместной работы основной и аварийной вентиляции концентрация хлора г

будет снижена до допустимой.
XIУ,2. УСТРОЙСТВО АВАРИЙНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ
Системы аварийной вентиляции в помещениях с производствами':

категорий А, Б и Е устраиваются с механическим побуждением.

Вентиляторы применяются во взрывобезопасном исполнении. В пом_ $

щениях с производствами категорий В, Г и Д допускается применение аварийной вентиляции с естественным побуждением (с про'
верной на теплый режим).
Для перемещения взрывоопасных газов следует предусматривать системы аварийной вентиляции с помощью эжекторов. Если /УГ,

аварийной вентиляции используется одна основная, производительность которой достаточна для аварийного воздухообмена, то Д_

нее следует применять резервный вентилятор с электродвигател .

Резервные вентиляторы должны включаться автоматически пр^

остановке основных.
258
Для компенсации воздуха, удаляемого аварийной вытяжной

вентиляцией, дополнительных приточных систем вентиляции предусматривать не следует.
Аварийная вентиляция, как правило, устраивается вытяжной.

Возмещение воздуха, удаляемого вытяжной аварийной вентиляцией,

должно предусматриваться преимущественно за счет поступления

наружного воздуха. Выбросные устройства аварийной вентиляции

не следует располагать в местах постоянного пребывания людей

и размещения воздухозаборных устройств приточной вентиляции.
Запуск устройств аварийной вентиляции следует проектировать

дистанционным у доступных мест как изнутри, так и снаружи

помещений.
Местные отсосы, удаляющие вещества 1-го и 2-го классов опасности от технологического оборудования, следует блокировать

таким Образом, чтобы оно не( могло работать при бездействии

вытяжной вентиляции.
--------------- page: 130 -----------
1.
2.
3.
и др. Ч. II. Вентиляция. М., 1976.
4.
5.
шенной этажности. М., 1969.
6.
М., 1973.
7.
и отопления. Л., 1972.
8.
диционирования воздуха. М., 1971.
9.
10.
11.
предприятиях легкой промышленности. Л., 1980.
|2. Ужов В. Н., Мягков Б. И. Очистка промышленных газов фильтрами.
М., 1970.
13. Эльтерман В. И. Вентиляция химических производств. М., 1972.
ОГЛ \ П. 11 Н1Н
Предисловие
Введение ...........
Глава /.Общие сведения о вентиляции
1.1
1.2
1.3
1.4.
1.5.
Глава II. Определение вентиляционных обменов и принципы устройства
вентиляции ... ...
11.1.
11.2.
11.3.
Глава III. Определение расчетного количества вредностей, поступающих

в помещение .
42
42
111.1. Определение теплопоступлений
II
кости
111.3.
111.4.
111.5.
111.6.
вующих предприятиях . .
111.7.
наличии газов и паров, образующих с воздухом взрывчатые смеси
III
и влаги .... . . . .
Глава /^.Организация воздухообмена в помещении
IV.!. Основы осуществления воздухообмена . .
1\'.2. Закономерности истечения свободных струй
IV.3. Примеры расчетов устройств воздухораспределения на основе
теории свободной струи
1\Л4. Движение .нензотермической свободной струи .
1\/.5. Стесненные струи
IV.6. Конвективная неизотермическая струя в неограниченном пространстве
IV.7. Конвективная неизотермическая струя в ограниченном пространстве
IV
IV
IV. 10 Воздухораспределение в производственных помещениях закрученными приточными струями (факелами)
р
лава I Аэродинамический расчет вентиляционных систем .
V
2. Метод аэродинамического расчета систем вентиляции .
261
--------------- page: 131 -----------
V.3 Устройство и расчет воздуховодов с равномерными
сыванием воздуха
У.4. Расчет воздуховодов канальной системы вентиляции
побуждением
У.5. Моделирование" вентиляционных процессов
V.6.
сравнению с прямоугольной формой .
Глава VI. Нагревание воздуха
VI.!.
VI.2. Расчет калориферов . ....
У1.3. Установка калориферов
VI.4.
Глава VII. Очистка вентиляционного воздуха .
VI 1.1. Основы очистки воздуха
УИ.2. Пылеосадочные камеры
VII.3
VI1.4 Волокнистые фильтры .
VII.5. Циклоны^ ...
VII.6. Пылеуловители Вентури,. .
VII.7 Циклоны с водяной пленкой .
VI 1.8. Орошаемые фильтры .
VI 1.9. Масляные фильтры
VI
VII.!
Глава VIII. Системы местной вентиляции .
VIII.!.
УШ.2. Вытяжные зонты .
УШ.З. Бортовые отсосы
УШ.4. Местные отсосы для улавливания пыли
VIII.5. Расчет отсосов для улавливания пыли .
VIII.6. Вытяжные души .
VIII.7
Глава IX. Естественная вентиляция
IX.
IX.2.
Глава X. Аэродинамика зданий ....
X.1.
Х.2. Моделирование процессов обтекания зданий
X.З.
Глава XI. Аэрация помещений промышленных зданий
XI.
XI.2. Методы расчета аэрации . ...
XI.3. Конструктивное оформление аэрационных устройств
XI.4.
Глава XII. Воздушные завесы
XII.1.
ХП.2. Расчет воздушных завес . .
262
Глава XIII. Общие требования при проектировании и эксплуатации систем
вентиляции
XIII.1. Требования, предъявляемые к вентиляционным устройствам .
XIII.2.
ХШ.З. Регулировка вентиляционной установки и обеспечение проектных
расходов воздуха .....
Глава XIV. Аварийная вентиляция-
XIV.1.
XIV.2. Устройство аварийной вентиляции .
Литература