Балансовый расчет общеобменной вентиляции

При произвольном расположении приточных и вытяжных проемов целесообразно ограничиться однозонной балансовой моделью.

Рассмотрим помещение, в котором все технологическое оборудование аспирируется с эффективностью h_а <1.

Это означает, что интенсивность поступления пыли в помещение равна

(3.1)

где G₀ – интенсивность технологического пылевыделения, мг/с. Предположим, что в помещении также установлена система вакуумной пылеуборки поверхностей, эффективность которой равна h_пу . Тогда интенсивность поверхностного пыления можно выразить так:

, (3.2)

где S – площадь поверхности осаждения пыли, g_s­ – плотность интенсивности поверхностного пыления, мг/м²с. Взвешенная в воздухе пыль осаждается с интенсивностью

(3.3)

где C – средняя концентрация пыли в помещении, мг/м³; V_s – средняя скорость осаждения взвешенной пыли, м/с.

Предположим, что воздух в помещение может поступать естественным и механическим способом, а удаляться – естественным образом и с помощью аспирации. Соответствующие объемные расходы обозначим L_П, L_М, L_В и L_а, м³/с.

Влиянием вакуумной пылеуборки на воздухообмен помещения будем пренебрегать. Тогда уравнения баланса массы пыли и вентиляционного воздуха можно записать в виде:

(3.4)

(3.5)

где , , , - массовые расходы воздуха, r_Н, r_М, r - плотности наружного, подаваемого механическим способом и находящегося в помещении воздуха.

Из уравнения (3.4) следует выражение для средней концентрации пыли в помещении:

(3.6)

Входящие в формулу (3.6) параметры G и S определяются экспериментально, величина V_s находится расчетным путем. Рассмотрим сначала определение величины естественного воздухообмена помещения, т.е. параметров L_п и L_в и связанных с ними величин G_п и G_в.

Естественное движение воздуха в помещении (аэрационный воздухообмен) происходит под действием разности давлений снаружи и внутри помещения, обусловленной разностью температур, а значит и плотностей наружного и внутреннего воздуха:

(3.7)

g = 9.81 м/с² – ускорение силы тяжести; H_a – разность уровней верхних (вытяжных) и нижних (приточных) проемов; r_н , r - плотности наружного и внутреннего воздуха; P_p – располагаемое давление. Если специальных аэрационных проемов в помещении нет, то в качестве H_a в первом приближении можно взять высоту помещения H.

При нормальном атмосферном давлении (P = 101325 Па) зависимость плотности воздуха от его температуры t выражается формулой

(3.8)

Массовые расходы воздуха через приточные G_п и вытяжные G_в проемы выражается с помощью формул:

(3.9)

(3.10)

где F_п, F_в – площади приточных и вытяжных проемов; m_п = 0.65 и m_в = 0.45 – коэффициенты расходов приточных и вытяжных проемов соответственно; P₀ – избыточное статическое давление в помещении.

Помещение представляет собой открытую (проточную) термодинамическую систему, поэтому передаваемое воздуху количество теплоты DQ расходуется не только на изменение его внутренней энергии DU , но и на его расширение:

где G – массовый расход воздуха, DT – изменение его абсолютной температуры, R = 8314 Дж/кмольК – универсальная газовая постоянная, M = 29 кг/кмоль, молярная масса воздуха, C_p = 1005 Дж/кгК – удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении.

Система уравнений, описывающая воздухообмен производственного помещения, включает в себя уравнения (3.9 и 3.10) для естественного притока и вытяжки, уравнение баланса массы вентиляционного воздуха (3.5), а также уравнение теплового баланса:

(3.11)

где T_н, T_м, T – абсолютные температуры: наружная, в помещении и воздуха, подаваемого в помещение механическим путем, DQ – теплоизбытки производственного помещения, т.е. разность между количеством теплоты, выделяемым в помещении и теряемым через ограждающие конструкции и пол.

Подставив уравнение сохранения массы воздуха (3.5) в уравнение теплового баланса (3.11), после преобразований найдем выражение для производительности механического притока:

(3.12)

Вычитая соотношение (3.9) из (3.10) с помощью уравнения (3.5) получим:

(3.13)

Возводя обе части уравнения (3.9) в квадрат, найдем выражение для избыточного статического давления P₀:

(3.14)

Подставив в уравнение (3.13) выражения (3.12) и (3.14), получим уравнение для определения G_п:

(3.15)

Заметим, что T_м­ - T_н = t_м­ - t_н , T_м­ - T = t_м­ – t.

Уравнение (3.15) после преобразований приводится к виду

(3.16)

где (3.17)

(3.18)

(3.19)

Решение уравнения (3.16) имеет вид:

(3.20)

Зная производительность естественного притока G_п, по формуле (3.14) определяем избыточное давление P₀, а затем по формуле (3.12) находим производительность механического притока G_м. Расчет воздухообмена производственного помещения должен вестись отдельно для холодного и теплого периодов года.