Розрахунок системи вентиляції в приміщенні за надлишками теплоти

Послідовність виконання розрахунку:

1) провести розрахунок суми тепловиділень у приміщенні за формулами (12) – (16);

2) провести розрахунок суми тепловтрат у приміщенні за формулах (17) – (19);

3) визначити за формулою (11) кількість надмірного тепла в приміщенні;

4) визначити за формулою (10) кількість повітря, необхідного для боротьби з надмірним теплом;

5) визначити за формулою (9) кратність повітрообміну в приміщенні;

6) визначити тип вентиляції, який необхідно застосовувати в приміщенні для боротьби з надмірним теплом;

7) визначити тип вентиляції, що використовується в даному приміщенні;

8) порівняти отримані дані і зробити висновки.

У загальному випадку розрахунок вентиляції полягає у визначенні типу вентиляції й виборі відповідного вентиляційного обладнання (типу вентилятора, повітроводів, фільтрів та ін.). Для вибору типу вентиляції необхідно визначити кратність повітрообміну в приміщенні за такою формулою:

,

(9)

де L – кількість повітря, яку слід видаляти з приміщення для забезпечення нормованих значень параметрів мікроклімату, м³/год;

V – обсяг приміщення, м³.

Залежно від кратності повітрообміну в приміщенні можуть бути застосовані такі типи вентиляції:

неорганізована природна вентиляція, якщо кратність повітрообміну n = 1…1,5;

аерація або канальна гравітаційна система, якщо кратність повітрообміну n = 1,5…30;

механічна вентиляція, якщо кратність повітрообміну n > 30.

Слід зазначити, що шкідливих речовин (газ, пил, надлишкове тепло і тощо) у повітрі робочої зони може бути одночасно кілька видів. У цьому випадку об’єми повітря, необхідні для видалення кожної з цих речовин, розраховують окремо, а за L обирається максимальне з обчислених значень. У рамках даної роботи будемо визначати тип вентиляції за наявності одного шкідливого фактора в повітрі робочої зони – надлишкового тепла.

Кількість припливного повітря, необхідного для видалення надлишкового тепла з приміщення, можна визначити за такою формулою:

,

(10)

де с – теплоємність повітря, с = 1200 Дж/(кг·⁰С);

ρ – густина повітря при відповідній температурі в приміщенні (t = 10…22 °С, ρ ≈ 1,2 кг/м³; t = 23...30 °С, ρ ≈ 1,17 кг/м³);

t₁ – температура повітря, яке видаляється з приміщення, ⁰С;

t₂ – температура повітря, яке надходить у приміщення, ⁰С;

Q_над – кількість надлишкового тепла, яка визначається сумою тепловиділень у приміщенні за винятком тепловтрат, Вт.

Кількість надлишкового тепла в приміщенні можна визначити за формулою:

Qнад = ∑Qтепловиділень – ∑Qтепловтрат.

(11)

Сума тепловиділень ∑Q_{тепловиділень} визначається як сума надходжень тепла в приміщення від різних джерел:

∑Qтепловиділень = Qоб + Qлюдей + Qламп + Qсон,

(12)

де Q_об – надходження тепла в приміщення від обладнання, Вт;

Q_людей – надходження тепла в приміщення від людей, Вт;

Q_ламп – надходження тепла в приміщення від ламп, Вт;

Q_сон – надходження тепла в приміщення від сонячної радіації, Вт.

Надходження тепла в приміщення від обладнання можна визначити за формулою:

Qоб = N·nоб,

(13)

де N – потужність одиниці обладнання, Вт (N = 150 Вт для комп’ютера, N = 50 Вт для принтера, ксерокса, сканера та ін.);

n_об – кількість одиниць обладнання, шт.

Надходження тепла в приміщення від людей можна визначити за такою формулою:

Qлюдей = W·nл,

(14)

де n_л – кількість людей, які постійно працюють у приміщенні;

W – енерговитрати людини залежно від категорії виконуваних робіт, які наведені в табл. В.1 додатка В, Вт.

Надходження тепла в приміщення від ламп визначаються за такою формулою:

Qламп = h·Nламп∙m,

(15)

де h – коефіцієнт переходу електричної енергії в теплову (для ламп розжарювання h = 0,92 … 0,97, для люмінесцентних ламп h = 0,5 … 0,6);

N_ламп – потужність лампи, Вт;

m – кількість ламп у приміщенні, шт.

Надходження тепла в приміщення від сонячної радіації можна визначити за формулою:

Qсон = q∙Sв·кв.п.,

(16)

де q – тепловий потік, що надходить у приміщення через 1 м² одинарного скла (значення наведені в табл. В.2 додатка В), Вт/м²;

S_в – площа вікон, м²;

к_в.п. – коефіцієнт відносного проникнення сонячної радіації, значення якого наведені в табл. В.3 додатка В.

Суму тепловтрат ∑Q_{тепловтрат} можна визначити за формулою:

∑Qтепловтрат = Qстін + Qв,

(17)

де Q_стін – тепловтрати через стіни приміщення, Вт;

Q_в – тепловтрати через вікна приміщення, Вт.

Тепловтрати через стіни приміщення визначаються за формулою:

∑Qстін = k∙Fстін∙(t1 – t2)∙n,

(18)

де k – коефіцієнт теплопередачі зовнішніх огороджень, значення якого наведені в табл. В.4 додатка В, Вт/(м²·К);

F_стін – площа стін, м²;

n – коефіцієнт, який враховує положення зовнішньої огороджувальної конструкції відносно до зовнішнього повітря (в даному випадку приймаємо, що n = 1);

t₁ – температура повітря, яке видаляється з приміщення, ⁰С;

t₂ – температура повітря, яке надходить у приміщення, ⁰С.

Тепловтрати через вікна приміщення визначаються за формулою:

∑Qв = k∙Fв∙(t1 – t2)∙n,

(19)

де F_в – площа вікон, м².

3.2. Розрахунок системи кондиціонування повітря

Найбільш важливою характеристикою місцевих кондиціонерів, яку необхідно оцінювати при їх виборі та установці в приміщенні (особливо офісному, жилому), є потужність охолодження. Від цієї величини залежить площа, на яку він розрахований, а також його вартість.

Для орієнтовних розрахунків системи кондиціонування повітря береться 1 кВт охолоджувальної потужності кондиціонера на кожні 10 м² площі приміщення при висоті стелі 2,8 – 3,0 м. Таким чином, для орієнтовної оцінки охолоджувальної потужності кондиціонера досить площу кімнати розділити на десять. Наприклад, для приміщення площею 20 м² потрібно обрати кондиціонер, який має охолоджувальну потужність 2,0 кВт. Слід зауважити, що за цією спрощеною методикою можна визначити необхідну потужність лише для компенсації тепловиділень від стін, підлоги, стелі та вікон. У випадку, якщо в приміщенні велика площа засклення або вікна виходять на південну сторону, надходження тепла будуть більшими й визначену таким чином охолоджувальну потужність кондиціонера необхідно збільшувати на 15 – 20 %.

З метою одержання більш точної оцінки охолоджувальної потужності місцевого кондиціонера необхідно розраховувати всі тепловиділення, які надходять в приміщення, за такою методикою:

Qзаг = Q1 + Q2 + Q3,

(20)

де Q_заг – загальні тепловиділення в приміщення, Вт;

Q₁ – надходження тепла в приміщення від стін, підлоги, стелі й вікон, Вт;

Q₂ – надходження тепла в приміщення від людей, Вт;

Q₃ – надходження тепла в приміщення від обладнання, Вт.

Надходження тепла в приміщення від стін, підлоги, стелі й вікон можна визначити за такою формулою:

Q1 = V∙q,

(21)

де V – об’єм приміщення, м³;

q – коефіцієнт, який має такі значення: у випадку південної орієнтації вікон – 40 Вт/м³, у випадку північної орієнтації вікон – 30 Вт/м³, для всіх інших випадків орієнтації вікон – 35 Вт/м³.

Надходження тепла в приміщення від людей і обладнання обчислюють за формулами 13,14 (див. розрахунок 3.1).

На підставі одержаного значення Q_заг необхідно вибрати близьку за потужністю модель кондиціонера зі стандартного ряду. Причому, якщо значення Q_заг не точно відповідає величинам, зазначеним у стандартному ряді, то в цьому випадку необхідно значення Q_заг округлити в більшу сторону до найближчої величини, наведеної в стандартному ряді.

Стандартний ряд місцевих кондиціонерів за охолоджувальною потужністю: 2,0 кВт; 2,5кВт; 3,5 кВт; 5,0 кВт; 7,0 кВт.

Слід зазначити, що в результаті такого розрахунку одержують саме потужність охолодження кондиціонера, яку часто плутають із потужністю, споживаною кондиціонером від електромережі. Насправді, споживана кондиціонером потужність приблизно в 3 рази менше потужності охолодження, тобто кондиціонер потужністю 2,5 кВт споживає всього близько 800 Вт електроенергії – менше праски або електричного чайника. Тому місцеві кондиціонери, як правило, можна включати в звичайну розетку.