Осушение воздуха твердыми и жидкими сорбентами

 

Адсорбция – это процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора твердым веществом – адсорбентом. К числу наиболее широко применяемых твердых сорбентов относятся: силикагель (SiO₂), окись алюминия (Al₂O₃), активированный уголь, цеолиты и другие вещества.

Абсорбцией называют процесс газов и паров жидкими поглотителями (абсорбентами). В качестве жидких поглотителей влаги могут быть использованы растворы хлористого калия (СаCl₂), хлористого лития (LiCl₂), бромистого лития и др.

Осушка воздуха твердыми сорбентами. В качестве адсорбентов применяют пористые вещества с большой удельной поверхностью, обычно относимой к единице массы вещества. Адсорбенты характеризуются своей поглотительной или адсорбционной способностью. Для осушки воздуха наиболее часто применяют силикагель, который представляет собой продукты обезвоживания геля кремниевой кислоты, получаемые путем обработки раствора силиката натрия (растворимого стекла) минеральными кислотами. Удельная поверхность силикагелей от 400 до 770 м²/г. Размер гранул от 0,2 до 7 мм, насыпная плотность 400…800 г/л. Обводненность силикагеля в конце периода его эффективной работы достигает 9…11 % от общей его массы. При помощи силикагеля достигается глубокое осушение воздуха, характеризуемое конечным влагосодержанием 0,02 г/кг, чему соответствует температура точки росы осушенного воздуха минус 50 °С. Однако по мере увлажнения силикагеля эффективность осушки уменьшается, и при достижении предельной влажности слой сорбента прекращает поглощение влаги из воздуха. Для восстановления адсорбционных свойств сорбент подвергают активации путем удаления из капилляров накопившейся в них влаги. Активацию производят нагревом сорбента до температуры выше 100 °С или продувкой через слой сорбента горячего воздуха, имеющего температуру 150…180 °С.

Сущность адсорбции влаги из воздуха состоит в следующем. Водяной пар, адсорбированный поверхностью капилляра и сконденсировавшийся на ней, образуют в капилляре вогнутый мениск воды. Парциальное давление насыщенного водяного пара над вогнутой поверхностью воды ниже, чем над плоской поверхностью при той же температуре. Вследствие этого пар из воздуха будет диффундировать в полость капилляров и там конденсироваться. Интенсивность осушки воздуха твердыми сорбентами определяется разностью парциальных давлений насыщенного водяного пара над поверхностью мениска в капилляре и водяного пара в осушаемом воздухе. Этот перепад давлений зависит от диаметра капилляров, определяющих кривизну мениска, температуры и влагосодержания осушаемого воздуха. При повышении температуры воздуха или снижении парциального давления водяного пара в осушаемом воздухе интенсивность осушки снижается, так как в результате действия каждого из этих факторов уменьшается разность между парциальными давлениями водяного пара в осушаемом воздухе и на поверхности мениска в капилляре. При некоторой температуре эти давления могут стать одинаковыми, и тогда перенос влаги прекратится. При дальнейшем повышении температуры сорбента парциальное давление насыщенного водяного пара над мениском воды в капиллярах станет выше давления водяного пара в воздухе, и тогда начинается обратный процесс переноса влаги из капилляров сорбента в воздух. Это свойство используется при восстановлении влагопоглотительной способности (активации) сорбентов.

В процессе тепло-и массообмена при осушении воздуха адсорбентами выделяется теплота сорбции, которая состоит из скрытой теплоты конденсации и теплоты смачивания, освобождавшейся при контакте жидкой и твердой поверхностей. В результате преобразования скрытой теплоты в явную температура осушаемого воздуха повышается и может достигнуть 40…50 °С, что является недостатком твердых сорбентов. Обычно процесс осушения воздуха адсорбентами изображается в I-d диаграмме по линии I = const (рис. 5).

Осушка воздуха производится с помощью аппаратов двух видов: с непрерывно вращающимся поглощающим слоем и с неподвижным слоем. В аппаратах первого типа около 75 % адсорбента постоянно находится в потоке осушаемого воздуха, а 25 %, проходя через поток горячего воздуха, отдает влагу и восстанавливает свою поглощающую способность. В аппаратах второго типа адсорбирующий материал неподвижен, одна его часть поглощает влагу, а другая в это время находится в процессе десорбции. Переключение с режима поглощения на режим десобции производится через определенный промежуток времени системой автоматики.

Расчет адсорбционных установок. Расчет адсорбционной установки сводится к определению необходимого количества сорбента, площади лобового сечения слоя сорбента и его толщины.

Количество влаги, подлежащей удалению из воздуха равно:

 

W = G (d₁ − d₂)∙τ_c, (88)

 

где G − расход воздуха, кг/с; d₁, d₂ − соответственно начальное и конечное влагосодержание воздуха, кг/кг; τ_c − длительность цикла адсорбции влаги, с;

 

Требуемая масса G_с и объем V_c адсорбента определяется по формулам:

 

G_с = W/α_с; (89)

 

V_c = G_с/ρ_с, (90)

 

где α_c − сорбционная способность, для силикагеля α_c = 0,1; ρ_с − плотность насыпного слоя сорбента, кг/м³, для силикагеля ρ_с = 600 кг/м³.

 

Фильтрующая поверхность F_с, определяется из формулы:

 

, (91)

где w – скорость воздуха, м/с.

 

Толщина слоя адсорбента равна:

(92)

 

Приблизительно толщину слоя при w = 0,15…0,5 м/с можно определить по приблизительной формуле:

δ_с = 0,07(d₁ − d₂)∙τ_C∙w.

 

Аэродинамическое сопротивление слоя силикагеля определяется по формуле:

Δр = 9,81δ_с∙w^1,5 (93)

 

Осушка воздуха жидкими сорбентами. Для осушки воздуха часто применяют раствор хлористого лития, хлористого калия и др.

По физическому содержанию процессы тепловлагообмена между воздухом и раствором при их взаимодействии аналогичны процессам тепловлагообмена между воздухом и водой, однако при взаимодействии растворов происходят физико-химические процессы. Упругость водяных паров над раствором заметно выше, чем над водой при той же температуре, и зависит от концентрации и температуры раствора. Под концентрацией раствора понимают отношение массы растворенного вещества g_с к массе раствора G_р = W + g_с.

Теплообмен между воздухом и раствором характеризуется переносом явной теплоты за счет разности температур поверхности раствора и обрабатываемого воздуха, а также теплоты гидратации, конденсации водяного пара, растворения соли и разбавления раствора.

Осушка воздуха абсорбентами производится в контактных аппаратах. Вместо воды в аппарат подается жидкий сорбент. В воздухоосушительной установке в процессе взаимодействия воздуха и раствора изменяется состояние того и другого. Раствор отнимает теплоту и влагу, вследствие чего нагревается и разбавляется водой. Увеличение температуры раствора ограничивают – 2…3 ºС, а уменьшение концентрации раствора – 0,2…0,3 %. При расчетах процесса осушки воздуха растворами сорбентов принимают коэффициент орошения воздуха раствором:

, (94)

 

где I₁, I₂ – энтальпия воздуха соответственно до и после взаимодействия с раствором, кДж/кг; t_wн, t_wн – температура раствора соответственно до и после взаимодействия с воздухом, ºС; с_р – теплоемкость раствора, кДж/(кг∙К).

 

Конечная концентрация раствора на выходе из воздухоосушительной установки выражается уравнением:

(95)

 

где d₁, d₂ – влагосодержание воздуха соответственно до и после взаимодействия с раствором, кг/кг.

 

Количество раствора, которое должно циркулировать в системе, определяется допустимым уменьшением концентрации раствора в результате поглощения влаги из воздуха. Такое уменьшение концентрации ΔК_р принимается равным 0,002…0,003. С учетом этого количество раствора определяется по формуле:

(96)

 

где W – количество воды, кг; g_с – масса растворенной соли, кг; L – расход воздуха, кг/ч.

 

Степень охлаждения жидкого раствора можно регулировать в широких пределах, отводя частично или полностью теплоту сорбции. В этом случае могут быть осуществлены как изотермический процесс осушения воздуха, так и процессы с повышением и понижением температуры. На рис. 20 показаны процессы осушения воздуха жидкими сорбентами:

- процесс при постоянной температуре может быть реализован, если от жидкого сорбента в процессе сорбции будет полностью отводиться теплота сорбции (процесс 1-2);

- процесс с повышением температуры возможен, если от сорбента теплота сорбции отводится частично (процесс 1-3);

- процесс с понижением температуры возможен, если не только полностью отводить теплоту сорбции, но и охлаждать раствор (процесс 1-4).

Поскольку концентрация раствора в процессе работы воздухоосушительной установки снижается, ее необходимо восстанавливать до начального значения. Чаще других применяют выпаривание влаги из кипящего раствора или ее испарение. С помощью водных растворов солей можно осуществлять процессы тепловлажностной обработки воздуха, которые невозможно реализовать с помощью поверхностных и водоконтактных аппаратов (изотермическая осушка воздуха, осушка с повышением температуры, осушка с небольшим понижением температуры). При использовании растворов солей оказывается возможным осушать воздух без применения искусственных источников холода или при экономном режиме работы холодильных машин. Кроме того, при осушке воздуха растворами отпадают лишние расходы теплоты и холода, необходимые при осушке воздуха водой. Растворы этих солей не ядовиты, но агрессивны по отношению к металлам, что является существенным недостатком.

 

7. ОЧИСТКА ПРИТОЧНОГО ВОЗДУХА В СИСТЕМАХ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ

 

По гигиеническим или технологическим соображениям возникает необходимость в очистке наружного воздуха, подаваемого в помещение приточными системами вентиляции (СВ) и системами кондиционирования воздуха (СКВ). Необходимость очистки определяется с учетом данных о запыленности наружного воздуха итребований к содержанию аэрозолей в воздухе обитаемой (рабочей) зоны.

Необходимость в очистке воздуха от пыли возникает при применении рециркуляции. По нормам проектирования рециркуляция допускается, если концентрация паров или аэрозолей в рециркуляционном воздухе не более 0,3 ПДК. В ряде случаев приходится учитывать, что многие виды пыли взрыво-и огнеопасны. Для таких пылей задаются нижний и верхний пределы концентраций.

Очистка воздуха преследует следующие цели:

1. Уменьшение содержания пыли (концентрации) в воздухе, подаваемом в кондиционируемые помещения, если среднесуточная или максимальная концентрация пыли в наружном воздухе превышает допустимую для воздушной среды помещения.

2. Поддержание содержания аэрозолей в допустимых пределах в производственных помещениях предприятий заданного в соответствиис технологическими требованиями.

3. Предохранение ценной внутренней отделки и оборудования кондиционируемых помещений от загрязнения отложениями мелкодисперсной пыли.

4. Защита теплообменников и другого оборудования кондиционера от загрязнения, снижающего теплотехнические показатели.

Конструкция фильтра зависит от характера пыли (загрязнений) и требуемой чистоты воздуха. Основными характеристиками фильтров являются:эффективность очистки, удельная воздушная нагрузка, пылеёмкость, аэродинамическое сопротивление фильтра.

Эффективность или степень очистки (коэффициент очистки)представляет собой отношение разности массового расхода пыли, содержащегося в воздухе до и после фильтра, к массовому расходу пыли до фильтра и определяется по формуле:

 

, (97)

 

где G_н и G_к − массовые расходы пыли до и после фильтра, г/ч.

 

Важно помнить, что коэффициент очистки фильтра существенно зависит от дисперсности пылевых частиц: чем меньше размер пылинок, тем меньше коэффициент очистки. Поэтому имеет значение дисперсный состав пыли.

Всякая пыль – полидесперсная структура, в которой присутствуют аэрозоли разного размера: от нескольких микрон до сотен и тысяч микрон.

Удельная воздушная нагрузка характеризует отношение объёмного часового расхода воздуха, проходящего через фильтр, к площади фильтрующей поверхности, и выражается в м³/ч на I м².

Пылеёмкость представляет собой количество пыли (в г или кг), которое задерживает фильтр за период непрерывной работы между двумя очередными операциями регенерации фильтрующего слоя или до достижения определенной величины сопротивления фильтра. Поскольку ёмкость зависит от размера частиц пыли, её следует относить к пыли определенной дисперсности.

Аэродинамическое сопротивление фильтра представляет собой разность полных давлений до и после фильтра и измеряется в Па.

Классификация воздушных фильтров. По размерам эффективно улавливаемых пылевых частиц в европейских стандартах фильтры делятся на три класса: фильтры грубой, тонкой и особо тонкой очистки. При грубой очистке задерживаются частицы величиной 10 мкм и более, при тонкой – 1 мкм и более, при особо тонкой – частицы меньших размеров, вплоть до 0,1 мкм.

Для определения эксплуатационных характеристик фильтров в зарубежной практике, а в последнее время и отечественными разработчиками, используются несколько стандартов: европейский стандарт EUROVENT 4/5 (европейский комитет изготовителей вентиляционного и пневманического оборудования); стандарт США ASHRAE 52-76 (Американское общество инженеров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха) и два стандарта Великобритании – BS 6540, применяемый для фильтров грубой и тонкой очистки, и BS 3928 – для фильтров особо тонкой очистки. В отечественной практике для фильтров до 9 класса (предварительная очистка) с 1994 г. действует стандарт EN 779, для финишной очистки с 10 класса и выше – 1996 г. EN 1882. Все перечисленные стандарты содержат весьма близкие параметры.

Фильтровальным материалом в фильтрах грубой очистки служат металлизированные сетки или ткани из синтетических волокон (например, акрила). Конструктивно они могут быть оформлены в виде панелей (ячеек), фильтрующих прокладок, гофрированных листов и пр.

В фильтрах тонкой очистки применяется стеклоткань, причем в ряде случаев со специальной пропиткой. По конструктивному исполнению эти фильтры могут быть карманными, складчатыми, электростатическими, со сменными пластинами. Карманные фильтры состоят из рамы, наружных сетчатых прокладок и «карманов» из фильтрующего материала. В складчатых фильтрах используется гофрированная фильтрующая ткань из стекловолокна. В фильтрах тонкой очистки применяется также активированный уголь. Такие фильтры представляют собой набор кассет, которые могут быть собраны в панели. Эти фильтры применяются также для поглощения газов и паров токсичных веществ.

Для фильтров особо тонкой очистки фильтровальным материалом может быть клееное стекловолокно, клееная бумага из субмикронных волокон.

Замена фильтра или его регенерация выполняется при превышении допустимой величины его аэродинамического сопротивления.

Фильтры грубой очистки типа EU1 применяются при невысоких требованиях к чистоте воздуха. Фильтры EU2 – EU4 предназначены для уменьшения запыленности воздуха, если концентрация в районе расположения объекта превышает ПДК. Такие фильтры применяются для защиты теплообменников, оросительных камер, компрессоров, приборов автоматики и другого оборудования от запыления. Фильтры грубой очистки могут применяться в качестве первой ступени очистки перед более эффективными фильтрами.

Фильтры тонкой очистки EU5 – EU9 удовлетворяют более жестким требованиям к чистоте воздуха. Эти фильтры используются для предохранения ценной внутренней отделки и оборудования зданий от загрязнения мелкодисперсной пылью. Их устанавливают в качестве второй ступени после более пылеемких фильтров грубой очистки. Фильтры EU8 – EU9 применяют для больничных палат, лабораторий, на предприятиях производства продуктов питания, в фармацевтической промышленности.

Фильтры особо тонкой очистки EU10 – EU13 предназначены для помещений с высокими требованиями к чистоте воздуха (в медицинских операционных, в лабораториях электроники, бактериологических исследованиях, в ядерной и изотопной промышленности). Фильтры EU14 – в так называемых «чистых помещениях» предприятий электронной, оптической промышленности и в тех случаях, когда требуется полная очистка от бактериальных, радиоактивных пылей и аэрозолей. Они применяются в качестве второй и даже третьей ступени.

Подбор фильтров. Тип воздушного фильтра и необходимую его эффективность выбирают с учётом требований к степени чистоты воздуха, условий эксплуатации фильтра и стоимости очистки воздуха.

Необходимую площадь фильтра F_ф при заданной производительности приточной установки L (м³/ч) можно определить из выражения:

 

F_ф=L/v_ф, (98)

 

где v_ф − удельная нагрузка фильтра, м³/(ч∙м²).

 

Сопротивление фильтров можно выразить уравнением:

 

Н_ф = Е·v_фⁿ, (99)

 

где Е, n − коэффициенты определяемые опытным путём [2].

 

МЕРЫ ПО СНИЖЕНИЮ ШУМА

 

Шум является одним из основных источников нарушения комфортного состояния. Шумы и звуки создаются волнами при сжатии и расширении в воздухе, воздуховодах, системе гидравлики, в жидкостях, передвигающихся по трубам. Основным параметром шума является его частота. Шум распространяется в очень широком спектре частот и измеряется в децибелах (дБ). Шум создается встроенными вентиляторами, насосами, потоками рабочих сред и т.д.

Меры по снижению шума основываются на двух видах операций, применяемых одновременно или последовательно:

­ меры, относящиеся к самому источнику шума;

­ меры, относящиеся к путям передачи шума.

Меры, относящиеся к источнику шума. В холодильном блоке основные источники шума – это компрессор и вентиляторы конденсатора. Низкий уровень шумовых характеристик зависит от правильного выбора холодильной установки, блока переработки воздуха, вентиляторов и т.п.

Не менее важным является выбор места расположения установки. Следует избегать расположения установки в углах помещения, и, по возможности, располагать установки как можно дальше от стен, так как отражаясь от стен, шум возрастает.

Монтируя установки снаружи здания, нужно избегать расположения их внутри шахт, и лестничных пролетов; вблизи окон и дверей.

Вибрация, передаваемая установкой на опоры, может быть погашена благодаря применению специальных противовибрационных материалов.

Меры, относящиеся к путям передачи шума. Эти меры относятся главным образом к снижению шума, передающегося по воздуховодам.

Мероприятия по снижению шума, связаны с использованием специальных способов подсоединения отдельных элементов, внутренним покрытиям воздуховодов, установкой шумоглушителей.

При подсоединении вентилятора к воздуховоду рекомендуется использовать антивибрационную прокладку, а также предусматривать прямой участок воздуховода сразу же после места его подсоединения.

Подсоединение воздухозаборников и распределителей к основному воздуховоду должно быть соосным. Отсутствие или неправильное размещение направляющих заслонок в воздухозаборниках и распределителях приводит к повышению шума.

В больших помещениях необходимо предусмотреть установку нескольких заборников и распределителей воздуха для более равномерного распределения воздушных потоков и уменьшения скорости прохождения воздуха.

Кроме того, применяют специальные шумоглушители, которые изготавливаются, например, из нескольких слоев минеральной ваты специально подобранной плотности. Внешняя поверхность ваты усилена стекловолокнистым покрытием.

Шумоглушители конструктивно делятся на пластинчатые и трубчатые. Пластинчатый шумоглушитель представляет собой коробку из тонкого металлического листа, проходное сечение которой разделено пластинами или ячейками, облицованными звукопоглощающим материалом. Трубчатый шумоглушитель выполняется в виде двух круглых или прямоугольных труб, вставленных одна в другую. Пространство между наружной (гладкой) и внутренней (перфорированной) трубой заполнено звукопоглощающим материалом. Размеры внутренней трубы совпадают с размерами воздуховода, на котором устанавливается шумоглушитель. Шумоглушитель может быть элементом как приточных, так и вытяжных систем. Чаще всего его устанавливают между вентилятором и магистральным воздуховодом. Необходимость установки шумоглушителя должна быть подтверждена специальным акустическим расчетом. Конструкторский расчет шумоглушителя состоит в определении:

­ площади поперечного сечения трубчатого шумоглушителя или суммарной площади каналов между пластинами для прохода воздуха пластинчатого шумоглушителя (живого сечения);

­ длины шумоглушителя, определяемой на основании частотных характеристик;

­ аэродинамического сопротивления (по опытным данным фирмы-изготовителя).

Расчет площади поперечного сечения выполняется из условий допустимой по шумообразованию скорости воздуха в шумоглушителе:

 

, (100)

 

где F − площадь поперечного сечения шумоглушителя, м²; L − расход воздуха через глушитель, м³/с; V_доп − допустимая скорость воздуха в глушители, м/с.

 

Для общественных и административных зданий допустимая скорость воздуха в воздуховодах в зависимости от допустимого уровня звука приведена в таблице 3.

Таблица 3

 

Допустимый уровень звука, дБ
Допустимая скорость воздуха, м/с

 

Проблемы борьбы с шумом должны рассматриваться на стадии проектирования, когда есть возможность выбирать наиболее рациональные решения. После завершения работ по строительству объекта понижение уровня шума даже на несколько дБ представляется задачей намного более сложной и дорогостоящей.

 

9. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗДУХА В КОНДИЦИОНИРУЕМОМ
ПОМЕЩЕНИИ

 

Задача распределения приточного воздуха является весьма важной для эффективной работы системы кондиционирования. Воздухораспределение является своеобразным процессом обработки воздуха, совершаемым непосредственно при подаче его в помещение и формирует поля температур и скоростей в рабочей зоне. При этом в разных местах рабочей зоны могут возникать значительные отклонения температур от заданной, большая подвижность или, наоборот, застой. Таким образом, даже правильно запроектированная СКВ может не обеспечить эффект кондиционирования, если воздухораспределение выбрано и рассчитано неправильно. В основе теории воздухораспределения используются теоретические и экспериментальные данные аэродинамики.

Устройство, через которое воздух из приточного воздуховода поступает в помещение, представляет собой воздухораспределитель.

Закономерности pacпространения приточных струй. Из круглого отверстия диаметром d_о в неограниченное пространство поступает воздух (рис. 21, а). В наиболее общем случае отверстие закрывается специальными насадками: диффузорами, сетками, решетками и др. Если температуры воздуха выходящего из отверстия и в пространстве одинаковы, тогда ось струй искривляться не будет. Поток воздуха, выходящий из отверстия, турбулентный. Поэтому частицы имеют соответствующие скорости не только в направлении оси струи, но и в поперечном направлении. Это объясняет движение воздуха, окружающего струю, расширение границ струи и торможение струи, т.е. уменьшение скорости. Границы струи определить трудно, к тому же для неизотермических струй динамические (скоростные) и температурные границы не совпадают. Поэтому за динамическую границу струи принимают удвоенное расстояние от оси до точки, где скорость равна половине осевой (рис. 21, а).

Развитие струи характеризуется тремя участками. На участке формирования происходит слияние отдельных струек в сплошной поток в плоскости, перпендикулярной направлению выпуска. Начальный участок струи характеризуется постоянной скоростью и температурой по оси струи, постепенно формируясь в основной участок. Та часть струи, в пределах которой скорости не меняются, называется ядром сечения.

Наибольшее значение для расчётов воздухораспределения имеет поведение струи на основном участке. Здесь осевая скорость непрерывно убывает, а профили скоростей в поперечных сечениях подобны. Скорость в любой точке струи определяется в зависимости от расстояния х от места выпуска и расстояния y по формуле:

, (101)

 

где w_x − скорость на оси струи; С = 0,082.

 

Если струя поступает в окружающую среду с другой температурой, то она является неизотермической. Неизотермичность струи учитывается критерием Архимеда (Аr):

, (102)

 

где β = 1/Т_в − коэффициент объемного расширения воздуха, 1/К; g = 9,8 − ускорение свободного падения, м/с²; d_о − диаметр воздухораспределительного устройства,м; w_о − скорость выхода воздуха, м/с; (t_в – t_п) – рабочая разность температур, °С.

 

При Аr > 0,001 ось неизотермической струи заметно искривляется; при
t_п > t_в струя «всплывает» вверх, при t_п < t_в струя, наоборот, опускается вниз. Изменение закономерностей движений приточных неизотермических струй по сравнению с изотермическими приводит к несколько иным закономерностям распределения температур в струе. Это учитывается коэффициентом неизотермичности струи К_н в формулах:

; (103)

. (104)

 

где w_x и ∆t_x − скорость и избыточная температура на оси струи на расстоянии х от места выпуска; m − коэффициент затухания скорости в основном участке; n − коэффициент затухания температуры, зависят от конструкции воздухораспределителя.

Искривленная ось траектории приточной неизотермической струи описывается уравнением:

. (105)

 

Совсем другими закономерностями описывается всасывающий факел. Устройства воздухоудаления представляют собой приемные отверстия вытяжного и рециркуляционного воздуха, оборудованные решетками и перфорированными панелями.

При всасывании в устройство воздухоудаления воздух поступает со всех сторон. На рис. 21, б показаны линии равных скоростей и линии токов для всасывающего отверстия. Закономерности течения воздуха в этом случае зависят от формы отверстия: у круглого отверстия уже на расстоянии одного диаметра скорость воздуха составляет всего 5 % от скорости в центре отверстия. По мере удаления от устройства скорость воздуха затухает быстрее, чем у приточной струи.

 

 

Сравнивая закономерности распространения простейшей приточной струи и характер всасывания, можно сделать вывод об их принципиальном различии. Приточные струи дальнобойны, то есть, могут распространяться в пределах значительной части помещения, определяя тем условия обитания. Вытяжной факел, напротив, быстро «угасает». Поэтому характер движения воздушных потоков и эффект воздухораспределения определяется в первую очередь приточными струями. По этой же причине расчёт сводится, прежде всего, к выбору приточных устройств, обеспечивающих в обитаемой зоне помещения заданные условия.

Классификация приточных струй. Различают приточные и вытяжные струи, затопленные и незатопленные. Затопленные струи различаются тем, что поступают в ту же среду, например, воздух в воздух. Вентиляционные струи всегда затопленные.

По геометрической форме приточные струи могут быть: компактными, плоскими и веерными.

Компактные струи образуются при выпуске воздуха из цилиндрических труб, круглых, квадратных и прямоугольных отверстий, как открытых, так и затененных решетками, перфорированными листами.

Плоские струи формируются при истечении воздуха из щелевых каналов воздушных завес, воздуховодов, прямоугольных вытянутых отверстий, как открытых, так и затененных решетками, перфорированными листами.

Веерные струи образуются при раздаче воздуха через насадки с плоским диском, поворачивающим струю на 90° и распространяющим поток воздуха во всех направлениях.

По способу распространенияструи различают: свободные, распространяющиеся без изменения своей формы и стесненные, имеющие на своем пути преграду из различных предметов или конструкций, или других струй.

Струи, имеющие ту же температуру, что и окружающая среда, называются изотермическими. Струи с температурой выше окружающей среды − неизотермическими, или слабонагретыми. Ось такой струи отклоняется кверху (струя всплывает). Струи с температурой ниже окружающей среды − тоже неизотермическими, или слабоохлажденными. Ось струи отклоняется книзу (струя тонет).

Струи, выпущенные параллельно какой-либо поверхности (обычно это потолок), налипают на него, но через некоторое расстояние происходит отрыв. Такая струя активнее обычной в 1,4 раза.

Струи могут быть настильными и отрывными. Настильные струи распространяются вдоль некоторой поверхности, например перекрытия, при этом их дальность действия увеличивается. Такой приём, как настилание струи применяют, например, для помещений малой высоты, при наличии гладкого перекрытия с тем, чтобы удлинить путь движения воздуха до рабочей зоны. Отрывные струи, напротив находят применение в помещениях большой высоты, а также при наличии поперечных по отношению к струе ребер.

Конструкции воздухораспределительных устройств. По конструктивному исполнению воздухораспределители и устройства воздухоудаления весьма разнообразны: решетки, плафоны, сопла, перфорированные панели и воздуховоды, различного рода насадки и т.д. Рассмотрим устройство и принцип работы наиболее характерных из них.

Приточная регулируемая решетка (рис. 22, а) получила широкое применение в помещениях со стороны стен, в основном в многокомнатных административных, общественных и лечебных зданиях. Различные модификации решетки снабжаются поворотными перьями 1, которые позволяют управлять направлением струи (горизонтально, направленно на перекрытие или в нижнюю зону), выбирать тип струи, изменять дальнобойность струи и равномерность параметров в рабочей зоне. Направляющие 2 обеспечивают выход воздуха под углом к плоскости отверстия, близким к нормальному. Тяга 3, устанавливаемая в потоке воздуха, позволяет изменять расход приточного воздуха.

Многообразные конструкции воздухораспределителей, предназначенные для подачи приточного воздуха со стороны перекрытия, получили наименование потолочных анемостатов. Некоторые конструкции таких устройств показаны на рис. 22, б, в, д, е. Все они создают веерные (настильные или отрывные) струи. В таких случаях происходит весьма интенсивное снижение скорости и избыточной температуры. Это объясняется развитой поверхностью, в пределах которой происходит эжекция. Двухструйный плафон (рис. 22, б) даёт возможность при поднятом диске 1 получать отрывную веерную струю, а при опущенном − настильную струю. Под диском при подаче воздуха через плафон возникает разрежение. Для стабилизации режима работы в центре диска имеется отверстие, через которое выходит очень малая часть потока. Этот воздух выходит струей под диск, где возникает разрежение. В модернизированной конструкции плафона диск имеет много мелких отверстий, т.е. перфорацию. В этом случае кроме веерной струи в центре образуется ассимметричная струя.

Многодиффузорный плафон (рис. 22, в) сконструирован так, что создаётся принудительный угол расширения воздушного потока. Количество диффузоров определяет число полных веерных струй. Комбинированный приточно-вытяжной плафон (рис. 22, г) находит применение в случае, когда подача и удаление воздуха производятся через вышерасположенный технический этаж. Подача воздуха производится полными веерными струями. В центре плафона производится удаление воздуха из помещения. В такой конструкции важно принять меры к устранению перетекания приточной струи во всасывающее отверстие. Такая конструкция получила широкое распространение.

Центробежный анемостат (рис. 22, д) работает следующим образом. Приточный воздух подаётся по стрелке 1. На турбину 2 он поступает тангенциально, т.е. по касательной. Поэтому своей энергией воздух приводит турбину 2 во вращение. При этом в нижней части подсасывается воздух из помещения. На выходе 3 происходит интенсивное перемешивание приточного и рециркуляционного воздуха. Поэтому даже в низких помещениях удаётся распределить воздух при большой рабочей разности температур.

Вращающийся воздухораспределитель показан на рис. 22, е. Отличие его от всех ранее рассмотренных заключается в импульсном характере формирования струи. В этом случае получается наибольшее гашение скоростей и избыточных температур. Сам воздухораспределитель вращается относительно неподвижного подводящего патрубка. Воздух, проходя через каналы, образованные направляющими перегородками, выходит в помещение. При выходе воздуха возникает пара сил, которая и приводит во вращение подвижную часть воздухораспределителя. При этом в одном и том же фиксированном направлении воздух поступает импульсно, отдельными порциями. Это обеспечивает весьма быстрое гашение параметров.

 

 

Схемы вентилирования помещения учитывают место подачи приточного и удаление вытяжного воздуха. Различают такие схемы, как «сверху-вниз», «сверху-вверх», «снизу-вверх», и другие. Для помещений большой высоты (более 8 м) применяется подача в среднюю зону. Для каждой схемы характерна своеобразная циркуляция воздушных потоков, В результате каждый раз формируется определенное соотношение между характерными температурами воздуха.

Три температуры являются характерными для помещения: температура воздуха в рабочей зоне t_в (обычно задана); температура приточного воздуха t_П. (определяется обычно графически по I-d диаграмме); температура уходящего воздуха t_у.

Расчёт воздухораспределения производят в следующем порядке [4]:

­ анализируют конструктивно-планировочные характеристики помещения и размещение оборудования;

­ выясняют возможности подачи приточного воздуха со стороны перекрытия (при наличии вышерасположенного этажа) или со стороны стен;

­ выбирают схему вентилирования помещения: «сверху-вверх» и другие.

­ выбирают тип и конструкцию воздухорасиределителя в зависимости от требований к точности поддержания параметров (настенная решетка, потолочный анемостат, перфорированная панель).

­ для выбранной конструкции определяются величины коэффициентов m и n, К_н, входящих в формулы (103) и (104);

­ по формуле (104) определяют d_o - характерный размер воздухораспределителя и по формуле (103) - скорость в опасной точке w_x. Полученная скорость сравнивается с допустимой по гигиеническим соображениям.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Аверкин А.Г. Примеры и задачи по курсу «Кондиционирование воздуха и холодоснабжение»: Учебное пособие. – Пенза: ПГАСА, 2002. – 116 с.

2. Ананьев В.А., Балуева Л.Н., Гальперин А.Д. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика: Учебное пособие. – М.: «Евроклимат», изд во «Арина», 2000 – 416 с.

3. Бражников А.М., Малова Н.Д. Кондиционирование воздуха на предприятиях мясной и молочной промышленности. – М.: Пищевая пром-сть, 1979. – 265 с.

4. Малова Н.Д. Системы вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию для предприятий пищевой промышленности. – М.: ТермоКул, 2005. – 304 с.

5. Краснов Ю.С., Борисоглебская А.П., Антипов А.В. Системы вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию, испытаниям и наладке. – М.: ТермоКул, 2004. – 373 с

6. Свистунов В.М., Пушняков Н.К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха объектов агропромышленного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства: Учебник для вузов. – СПб.: Политехника, 2001. – 423 с.

7. Сотников А.Г. Термодинамические основы обработки воздуха. Конспект лекций: В 2 ч. – Л.: ЛТИХП, 1977, – 136 с.

8. Строительные нормы и правила. Отопление, вентилящия и кондиционирование воздуха. СНиП 41-01-2003 – М.: Изд-во ЦНТИ, 2004.

9. Строительные нормы и правила. Строительная климатология. СНиП 23-01-99 – М.: Изд-во ЦНТИ, 2000.

10. Строительные нормы и правила. Строительная теплотехника. СНиП II-3-79* – М.: Изд-во ЦНТИ, 1998.

11. Техническая термодинамика: Учебник для вузов /Под ред. В.И. Крутова – 2-е изд., перераб. – М.: Высш. школа, 1981. – 439 с.

12. Цветков Ю.Н. Бурцев С.И. Кондиционирование воздуха: Учебное пособие. – Л. ЛТИХП, 1986. – 81 с.

13. Явнель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. – 3-е изд., перераб. – М.: Агропромиздат, 1989. – 223 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

⇐ Предыдущая45678910111213

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: