автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Использование природных возможностей атмосферного воздуха в условиях влажного тропического климата Вьетнама для создания удовлетворительных условий труда в промышленных цехах

1 о ^ л

московский ордена трудового красного знамени инженерно -строительный институт 1ш81м в. в. куйбышева

На правах рукописи

® А М К У О К 1С У А В

использование природных возмоиюстеи атмосферного воздуха В УСЛовши ВЛАЖНОГО тропического 1шмага вьетнама для создания

удовлетвдрителыых условии труда в пгшшенных щш.

05.23.03. - ТеплоскаОЕагаа, сенпшпхая, кондиционирований воздуха| газоснабаашт и освацвкаэ,

Автореферат диссертации на соисканий ученой степени кандидат« тоышческих наук.

НагвшЗ руководитель | Кандидат технических наук Доцент Петров Л. В.

Москва - 1993

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени инкенерно-строительном институте им. В.В. Куйбышев«

Научный руководитель - Кандидат технических наук ' доцент Петров Л.В.

Официальные оппоненты - Профессор, доктор технических , наук, заведующий кафедрой ОиВ

Нижегородского инженерно-строительного института Бодров В.1 - Доцент, к.т.н. Мелик-Араквдяв А. Т.

Ведущая организация - ГПКНИИ Оантехпроект, г. Москв

¿0

Защита состоится 15 июня 1993 г. в 15 часов на заседании специализированного Совета Д 053.11.07 при Московском инженерно-строительном институте им. В.В. Куйбышева по адресу 129337» Г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд. * /"

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Проели Вес принять участие в ватте и направить Ваш огзы В двух вкземлярах по адресу : 129337, г. Москва, Ярославское иоссе, д. 26, МИСИ им. В.В. Куйбышеве, Ученый Совет.

Автореферат разослан ^ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

проф. доктор техн. наук П. А. Хававс

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Вьетнам расположен в районе, имеющем злажно-тропический климат. Уровень развития производства во Вьет-1аме до настоящего времени еще сравнительно низкий, поэтому грудящимся промышленных производств приходится работать в тяжелых условиях. Особенно тяжелая ситуация возникает в летние меояцы, когда температура наружного воздуха постоянно превышает 32 °0, а часто достигает значений 37 + 38 °0 при относительной влажности р »(40 4 60)*. При достаточно интенсивном физическом труде в условиях теплоизбыточной технологии ощущение рабочих становится невыносимо тяжелым. Результаты многолетних наблюдений показывают постоянное превышение температуры производственной среды на 2 + 5 °0 над наружной температурой. В связи с этим во многих отраслях промышленности задачи борьбы с жарой и улучшение воздушной среда помещений являются объективной, неотложной потребностью.

Одним Из эффективных способов улучшения воздушной среды является охлаждение воздуха до определеной температуры перед его подачей в рабочую зону.

Существует иного технических способов снижения, температуры воздуха, например, его охлаждение в поверхностных теплообмениках в оросительной камере, в которой воздух непосредственно контактирует с холодной водой. В 8тих устройствах происходит процесс тепломассообмена и, в конечном итоге, температура воздуха снижается Возможно такжо применение вихревого оффокта и аффекта внезапного расширения в целях охлаждения воздуха в специальных установках.

Однако, эти способы требуют наличия источников холода и соответственно значительных капиталовложений, что является в настоящее время малодоступным из-за экономических трудностей страны, ограниченности енергоросурсов, слабого развития производственной базы по изготовлению необходимого оборудования. Все вто обусловливает постановку задачи создания приемлемого теплового ощущения методом адиабвтичеокого охлаждения воздуха / А.О.В. V - одним иа единственных методов улучшения воздушной среды, который является наиболее дешевым и целесообразным на нынешнем^этапе развития Вьетнаме.

Процессы А.о.П. широко применяются в отраках, имеющих сухой

климат, с целью создания комфортного микроклимата. Чем суше воздух, тем больше возможность охлаждения его за счет испарения воды. Однако, климат Вьетнама(особенно на северо) влажен, поэтому стало общепризнанным, что процесс А.О.В. в условиях Вьетнама малоэффективен. ;

В действительности это не совсем так. Некоторые исследования связанные с использованием А.О.В., проводимые Ханойским Центральным Научно-исследовательским институтом охраны труда (ЩГИИОТ), показали, что в пиковые - жаркие часы, наружный воздух имеет достаточно низкую относительную влажность, что создает вполне благоприятные условия для приме иония процесса А.О.В. для целей дотирования рабочих мост.

Разработка, исследование и внедрение устройств А.О.В.являете/ лишь одной из составлявших в решении мдччи создания удовлетворь тельных условий микроклимата на рабочих местах производственных помещений. Эффективность применения устройств А.О.В. существенно зависит от правильного выбора воздухораспределителей, что потребовало выполнения анализа и оценки их характеристик.

Кроме этого представилось целесообразным рассмотреть характерный для промышленных зданий Вьетнаме вопрос, как использовать особенности конструктивного устройства ограждений для осуществления проветривания помещений в том числе в сочетании с А.О.В.

Цель и задачи диссертвциоююй работы !

Цель» диссертациошюй работы являются разработке и обоснование достаточно простого эффективного способа обеспечения приемлемых условий микроклимата в помещениях нромышлегашх зданий в условиях влакно-каркого климата Вьетнама, используя природные свойств наружного воздуха.

Для реализации поставленной цели было необходимо решить следующие задачи :

- проанализировать методы оценки ком!ортности состояния с учетом особенностей тепловосприятия вьетнамцев;

- проанализировать способ определения параметров наружного воздуха для проектирования СКМ с учетом обеспеченности внутренню параметров микроклимата;

- разработать методику определения коэффициенте обеспеченно« удовлетворительной противожаркой вентиляции с использованием А.О

- на основе анализа конструкций сущестнупшх 'контактных апш

ратов разработать устройство, обеспечивающее А.О.В. с учетом местных условий и технических возможностей Вьетнама;

- разработать физико-математическую модель процессов тепло и массообмена в камере ВТЗ;

- получить аналитическую зависимость для определения температуры воздуха на виходэ из камеры ВТБ и расчета коэффициента эффективности камеры ВТБ;

- экспериментально проверить в лабораторных и производственных условиях правомерность результатов теоретического исследования;

- разработать и внедрить в производство устройства для А.О.В, в помещениях промышленных зданий;

- проанализировать эффективность различных конструкций воздухораспределителей и дать рекомендации по их выбору для датирования рабочих мест от устройств А.О.В.;

- провести анализ архитахтурно-конотруктивных решений зданий промышленных цехов, характерных для Вьетнама, и разработать предложения по их совершенствованию с учетом обеспечения эф£ективного проветривания помещений;

Научная новизна работы заключается в I

- комплексном подходе к использованию природных свойств наружного воздуха в целях улучшения.производственной среда;

- обосновании практической возможности использования А.О.В. в условиях климата Вьетнама для обеспечения приемлемых условий труда в производственных помещениях;

- разработке математических зависимостей раочета эффективности камеры ВТЭ и их экспериментальной проверке;

- выявлении условий для обеспечения аффективного проветривания производственных помещений.

Практической ценностью работы является х

- разработка и внедрение в производственных помещениях устройств А.о.В. на основе камер ВТЭ различной производительности;

- разработка рекомендаций по применение камеры ВТЗ и других мероприятий с использованием природных свойств наружного воздуха,

Внедрение результатов.

Системы А.О.В. с использованием камеры ВТБ внедрены нв заводе насосного и вентагрегатного оборудования! Хвйзаонг ( 2 системы производительностью по 19050 м3/ч ) и в цехе мясных продовольственных продуктов в г.Ханой.<1 системе производительностью 5200 чР/ч)

- б -

Объем работы :

Диссертационная работа состоит из Введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Содержит 129 страниц машинописного текста, 31 рисунок на 22 страницах, 7 таблиц, список литературных источников из 63 наименований на б страницах; 32 страницы приложений.

На.защиту выносятся :

- метод выбора и оценки расчетных параметров наружного климе

- метод оценки обеспеченности состояния микроклимата помещений с учетом особенностей Вьетнама;

- конструктивное решение камеры ВТБ и физико-математическое описание процесса тепло и массообмена в ее объеме;

- результаты экспериментальной оценки вффективности процесс! тэпло-и массообмена в камере БТЗ;

- конструктивные решения устройств А.О.В. с использованием камеры КГБ;

- рекомендации по установлению треСуемой высоты производственных зданий для обеспечения аффективного их проветривания.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено общей концепции исследований, направленных на решение задачи создагаш приемлемых условий воздушной сре; в помещениях промышленных предприятий Вьетнама. Традиционно считалось, что в климатических условиях Вьетнама использование А.О, не позволяет обеспечивать поддержание в помещениях оптимальных или допустимых параметров воздушной среды. Использование искусс* венных источников холода в системах вентиляции и кондиционирования воздуха на предприятиях Вьетнама в настоящее время не преде тавляется возможным. Поэтому появилась необходимость в изучении особенностей процессов А.О.В. и их применения, а также связанны с этим проблем.

Одна из научных предпосылок, обосновыввюш эффективность процесса А.О.В. и рассматривавшаяся как предмет, оценивающий во можность улучшения воздушной среда, - это закономерность суточв изменений температуры и относительной влажности нарукного воэдо Было выявлено, что температура достигает пиковых значений I период от 14 до 15 ч.), когда относительная влажность имеет мю

дальние значения, (в период от 13 до 15 ч.)

Для решения задачи борьбы о жарой в промышленных цехах боль-вое значение имеют количественные значения суточных изменений г-ф Сухость воздуха данного микрорайона зависит также от географических особенностей и конкретного расположения предприятия. Поэтому необходимо количественно оценивать изменения г-ф в жарких днях, например : в каком количестве часов наблюдалась температура 1н>32°0.

В южной части Вьетнама "сухость" климата является естественным благориятным условием для применения А.О.В.

Результаты анализа климатических данных города Хошиминь и внедрения центробежных вентиляторов - теплообмеников на фабрике лекарственных препаратов Я85 привели к выводу,что проблема датирования рабочих мест успешно решается использованием А.О.В. при скорости датирования уд * 2 + 3 м/с.

В последние 10 лет были разработаны некоторые устройства А.О.В. и внедрены в производство Вьетнама. Они оказались вполне эффективными для улучшения воздушной среды, полученные результаты можно было рассматривать как предварительные. Возникла необходимость дальнейшего совершенствования, конструктивных решений на основе научных разработок.

В первой главе рассмотрены предпосылки использования свойств атмосферного воздуха для целей улучшения воздушной среда промышленных предприятий Вьетнама.

Установлено, что известные требования к воздушной среде производственных помещений многих государств, на которые обычно ориентируются, не могут быть непосредственно использованы в условиях Вьетнама, так как не учитывают особенностей приспособляемости ого населения к условиям климата.

Разработаны предпосылки к выбору расчетных параметров приточного воздуха при душировании рабочих мест. При решении этого вопроса проанализированы известные показатели, оценивапцие качеотво микроклимата, предложенные различными авторами (0.0. ЯеЬЬ, В.Е. Кореньков, В.Я. Богословский, В. 01?оп1).

На основании проведенного в диссертации- анализа известных показателей был выбран показатель, названный "фактическая степень влажности коки", как наиболео полно учмтывалшй влияния всех факторов на твплоовдгцекие человека

V '(*:а?*р5*воз:твоэ5ввоа). <п

на основании специальных физиологических и гигиенических исследований, выполненных с участием автора, установлены значения коэффициентов конвективного и испарительного теплообмена и Скож хител« Вьетнама.

Используя эти дашша и аналогию условиям комфортности 1ОГО 1 Пого рода с учеттом зависимости тепловосприятия кителей Вьетнам: от выбранного показателя */ф, построена графическая зависимость да определения требуемых параметров воздушной среды, соответствующие заранее известному уровню теплоощущения человекка.

Поскольку целью применения систем лротявожаркой вентиляцш является создание приемлемых условий труда, внедреше А.О.В. i условиях Вьетнама предлагается рассматривать' по двумя признакам :

- гарантировать обеспеченность вентиляции такого рода да поставленной цели;

- обеспечить ее экономическую целесообразность.

Концепция выявления первого признака заключается в определении обеспеченности СКМ. Для этого предложена методика определена расчетных параметров наружного воздуха для проектирования СКМ.

При определении расчетных параметров наружного воздуха до проектирования СКМ в качестве исходных предпосылок принималось что все возможные варианты выбора расчетных параметров рассматриваются при условии постоянства коэффициента обеспеченности СКМ запроектированных по их значениям Коб= const. Критерием выбор! расчетных параметров наружного воздуха для СКМ, в том числе и да систем вентиляции с применением А.О.В., является минимум приводе-Р Р

нных затрат IHIH;tH) = П^. При рассмотрении зависимости П = 1 (IHl;tHi) установлено влияние отдельных показателей СКМ : величина воздухопроизводительности СКМ, их теплопотребление i холодопотребление. . .Проанализирована работа СКМ как в теплый так и в холодный периоды с учетом возможностей регулирования расхода воздуха, тепло-и холодопотребления.

Выявление второго признака заключается в сравнении варианте] вентиляции без и с-применением А.О.В. Особенностью этого выбор: является сравнение вариантов по удельным приведенным затратам условие сравнения является обеспечением одинакового условия теп ловосприятия человека.

Было установлено условие сравнения в пользу вентиляции -применением А.О.В.

h -h

s2 s Si___- _ (2)

Можно отметить, что сравнение вариантов вентиляции по удельным приведенным затратам позволяет экономически сравнивать системы разного масштаба, обслуживающие разных помещения.

Во второй главе представлен обзор и критическая оценка известных применяомыых типов контактных аппаратов для тепловлаж-ностной обработки воздуха с учетом технической и экономической возможности их применения в условиях Вьетнама. ■

На основе этого анализа была поставлена задача разработки устройства для A.O.D., которое должно быть несложным в изготовления, в том числе по местным условиям, простым в эксплуатации, требующим малый расход вода и энергии. В качестве такого устройства была предложена оросительная камера, названная BTS ("камера образования росы" - по вьетнамски). »

Эта камера устанавливается вертикально. Поперечное сечение ее таково, что скорость воздуха в ней составляет 2 т 5 м/с. Воздух в камеру подается снизу через патрубок, где его скорость составляет б + 9 м/с, а скорость на выхода из патрубка составляет 12 + 15 м/с. Над патрубком размещается крыльчатэя тарелка на вертикальной оси. Набегающий воздушной поток заставляет тарелку вращаться. На тарелку подается вода из подпиточного трубопровода, а также выпадающая из оросительного пространства. Некоторое количество воды сбрасывветсп из камеры по отводящей трубке. Количество сб]..гагой воды может быть минимальным с целью удаления загрязняющих примесей. 'За счет быстрого вращения тарелки вода разбрызгивается не мелкие капли, которые увлекаются потоком воздуха в оросительное пространство. На выходе из него установлены сепараторы. Охлааден-ный воздух направляется к дотирующим патрубкам или иным воздухо -распределителям.

В этой главе рассмотрены основы процесса тепло~и массообменя между воздухом и водой, представлены основные показатели, характеризующие процесс, в том числе коэффициенты орошения и эффективности.

Применительно к особенностям конструктивного устройств камеры BTS разрчлотана математическая модель, включающая систему

дифференциальных уравнений тешю-и массооОмена и тепловлажностныл балансов. Впервые введено понятно коэффициента аффективного орошения Цдф и представлен метод его математического расчета.

В результате решения системы дифференциальных уравнений с учетом принятых допущений получены зависимости для определения температуры воздуха на выходе из камеры BTS

t - tM + - tM ) exp(-ml) (3)

и коэффициента эффективности

ЕА = 1 - exp(-ml) (4)

где ш - комплексная величина

\ ^ко * ^вф in---- , (5)

v °к °воз

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям процесса АОВ в опытной камере BTS. Цалыа экспериментов являлось получение основных теплотехнических характеристик устройства, проверка правомерности физико-математических зависимостей, полученных при теоретическом исследовании процесса тёпло-и массообмена, а также перспективы внедрения камер BTS в производство.

Эксперименты проввдены на опытно-промышленном образщ камеры. В качестве основного показателя принят коэффициент вффективности Ед. При выявлении факторов, влияющих на эффективность А, O.B. в камере BTS было установлено уравнение для определение коэффициента эффективного орошения ц^.

Идф - ( ц* - Ad - 8уД) г (6)

При разработке методики эксперимента была произведена oughki погрешности измерений, на основании чего установлено число необходимой повторяемости замеров показателей величин и общий планируемой объем экспериментальных данных.

В процессе экспериментов установлены целесообразные констру] тивные характеристики вращащей крильчатой тарелки : отношена площади центральной глухой части к общей площади Гц/Рт«= 0,2, количество крыльев m - 16, угол наклона крыльев а » 25°. Радиус тарелки варьировался в пределах г Э(0,!5;0,25) м.

Экспериментально установлена зависимость для частоты вращения тарелки при указанна условиях.

ы = 12,03(7^,3^) (7)

Экспериментально установлена зависимость величины коэффицие! та эффективности Ед * Г (и) в процессе шходя камеры ил рвбочи!

режим о началльного момента работы (время стабилизации составляет в « 20 мин.). Также выявлено, что начальная температура подпиточ-ной вода практически не оказывает влияния на эдиабатичность процесса ( при коэффициенте подочи ц*= 0,0155 и фактическом эффективном коэф!ициенте орошения Цдф =1,64, отклонение от tMj не превышало 0,9 *).

Расчеты, выполнена по формулам (3) и (4), для условий проведенных экспериментов показали вполне удовлетворительную сходимость результатов.

Ка основании полученных результатов экспериментов с учетом теоретических исследований были спроектирована, сконструированы и внедрены две центральные системы A.O.B. на заводэ насосного и вентагрегатного оборудования Хпйзыонг производительность» по 19050 м3/ч и одна система воздушного душирования для цеха мясных продовольственных продуктов в г. Ханой ( Ь • 5200 м3/ч ).

В четвертой главе освещоны вопросы, комплексно относящиеся к использованию природных попмоюгосгей атмосферного воздуха в климатических условиях Вьетнама и я значительной мере связанные с применением A.O.B.

Одним из них ялился анализ существугаш способов воздухорас-пределения разлетпшми устройствами, в частности для воздушного душирования. В результате рассмотрения данного вопроса предложены номограмы для практического разрешения проблемы датирования рабочих мест с учетом начальных параметров приточного воздуха (его температура и скорость).

Кроме этого рассмотрен вопрос использования особенностей конструктивного решения промышошш здчний, характерных для архитектура Вьетнама. В связи с этим рассмотрением предложены некоторые показатели, оценивпшие качество естественной вентиляции показатель аэродонамичности зданий как соотношение средней подвижности воздуха рабочей зоны и наружи; показатель эффективность естественной впптилтши с учетом возможных застойных зон внутри здчний, а также установлено условие выборе наименьшей высоты промэдшшй.

Указаны факторы оказывают определенное влияние и на работу устройств A.O.B.. особенно в тех случаях, когда применяются местные установки воздушного душирования с использованием внутреннего воздухе помещоний.

•• м -

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основании анализа известных показателей, оценивающих тепло вую комфортность воздушной среда, выбран показатель "степень влажности коки" = Y(K;tB03; еВ03; v; t_; R) для оценки тепло ощущения человека в условиях tB03 > tK0J¡. С учетом особенностей тепловосприятия кителей Вьетнама разработан метод оценки комфортности воздушной среды установлена совокупность параметров, отве чающих изокомфортности (или иначе изовлажности кожи), а также вы явлена зависимость для показателя ¥7^ в явном виде.

2. Разработана методике выбора расчетных параметров наружного во здуха для проектирования СКМ по понятии изообеспечешости

коб 15 КГ Kt/I " const

3. Разработана методика определения обеспеченности удовлетворительной противожаркой вентиляции о использованием А.О.В. с учета влияния факторов внутреннего микроклимата и ее вкономичесш целесообразности, что позволяет расширить область применения вен талящш такого рода в том числе для условий влаююго тропического климата, характерного для Вьетнама.

4. Для реализации А.О.В. разработана оросительная камера BTS, ш структивная схема которой соответствует местным условиям и техническим возможностям Вьетнама на современном этапе развития. Разр| ботвна физико-математическая модель процессов тепломассообмена в ВГБ. На основании физико-математической модели установлены зависимости для определения температуры воздухе на выходе из камеры BTS и коэффициента эффективности Ед.

6. Введено понятие о иоэффщиенте аффективного орошения о учетом конструктивных особенностей камеры BTS и методика егс определения.

6. Представлены результаты экспериментальной оценки эффективное^ процесса А.О.В. в камере BTS,a также результата внедрения этих ki мер на предприятиях Вьетнама. Было выявлено, что в BTS процесс А.О.В. протекает с эффективностью Ед l 0,8 при подаче вода о коэффициентом ц* < 0,02. Простота конструкции и условия эксплуаташп камеры BTS являются перспективной предпосылкой для ее применения в промышленных зданиях Вьетнама.

7. При изучении вопроса распределения воздуха, обрабатываемого в

каморах ВТЗ, рассмотрено поведение наиболее распространенных струй компактных, веерных и плоских. В результате было предложена номограмма для расчета душировшшя рабочих мест, построенная ня оснований формул, сопоставленных автором.

8.Выявлены некоторые характерные для Вьетнама вентиляционные качества промзданий, их влияние на создание удовлетворительных условий труда; установлена зависимость для определения наименьшей высоты нромэданиД с точки зрения вентиляции; выявлено рациональное отношение площадей вытяжных и приточных проемов ггромпданий. Также представлены некоторые результаты анализа работы естественной вентиляции промздший с учетом их большой открытости, которая является архитектурной особенностью во Вьетнаме : введены показатель так называемой аяродинамичности зданий Лэ - (Ур 3 /у^ЫОО %, п также показатель эффективности естественной вентиляции с учетом

влияния возможных застойных зо!! а вентилируемом НрОСТрЯНСТВО,

*

^"пр.ф

\ - ----------- . О)

'е. в

I.,

пф

Принятые обозначения в тексте автореферата : СКМ - система кондиционирования микроклимата, \1ф - фактическая степень влпгаюсти кожи, М - уровень тяжести выполняемой работы человеком, П - теплосопротивленио рабочей одежды, гвоз'7воз'°пол" соответственно температура; скорость и парциаль ное давление В0ДЯ1ПЮГ0 паре воздуха.

* Ш1Т,|,ПП1Я и температура наружного воздуха, Ко0 - хоофгЦтипнт обеспеченности внутреннего микроклимата, П - приведенные затраты на СИЛ,

Б, - уделыше капиталовложения и эксплуатационные затрат« на каждый килограмм обрабатываемого воздуха сраршваомых сиотпм вентиляции, 52 - аналогично, на подключение оборудования А.0.1)., ; требуемые воядухопроигтодитолыгости у систем вентиляции

без и с применением А.о.В., Сцд^.у - теплопроподноегь, теплоемкость и скорость воздухе, £1КО,0К - расчетный начальный диаметр и мясся капля воды,

Цдф - коэффициент эффективного орсяшши в ВТЗ, ц* - коэффициент подачи воды извне,

¿4 - среднее прмрашенив влвгооодержание воздуха после обра-601«»,

вуД - Удельна« утечка воды (утечка воды относительно каждогс

килограмм обрабатываемого воздуха), т^ - показатель эффективности вентиляции, Ав - аэродинамичность промздшшй, еф - индекс эффективности, пр - индекс для приточных показателей, > ф - индекс для фактических значений показателей, рз - индеко для показателей в рабочей еоне, н - индекс для наружных параметров, е.в.- естественная вентиляция.

Оодпмаано в печать 6,05.93 Формат б0хв4*/1б Печать офс. И-И8 Объем I уч.-«ад.д. Т.100 Заказ ¿/3 Бесплатно

Типография 1ЮИ им.В.В.Куйбышева