автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Научно-методические основы организации воздухообмена в производственных помещениях

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРЯПЕКТУРИО - СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

САЗОНОВ Эдуард Владш.ирошгч

Нэ правах рукописи

УДК 697.9:681.3

НАУЧНО - 1.ЕТ0ДЕЯЕСЩ1Е ОСКОШ ОП'МйЯЩТЛ ПОЗДУлООБИЕНА ■ - ■ . В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

сь

05.23.03 - Тоаг.оснабпшша, вентиляция,' кондиционирование воздуха, газоснабжение п освещение ,

Диссертация в вида научного доклада на соискание ученоя

степени доктора технических каук 1

Г. Воронеа, 1995 г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор М.И.Гримитлин,

доктор техкичесгах'наук, профессор В.И.Бодров,

доктор технических наук, профессор Ю.Г.Грачев.

Ведущая организация - ТОО проектный институт "Проектпромвентиляция", г. Москва.

Защита состоится б июня 1995 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 053.11.07 в Московском государственном строительном университете по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, аудитория Н 420*ТИ.

С диссертацией в виде научного доклада можно познакомиться в библиотеке Московского государственного строительного университета

Диссертация в виде научного доклада разослана' апреля '1995 г.

П.А.Хаванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Параметр« микроклимата производственных помещения (ПП) в значительной степени влияют на работоспособность и самочувствия человека, но качество выпускаемой продукции. С комплексом тепловых параметров помещения тесно связан воздухообмен, который определяет качество воздушной среды помещения и может рассматриваться как санитарная мера. Воздухообмен в помещении обусловливает газовый состйв воздуха, содержание в воздухе загрязнявдих веществ, устраняет неприятные .запахи и во многом обеспечивает комфортные условия воздушной среды. Параметры, определяющие комфортные условия, действуют на человека взаимосвязано,. часто зависят друг от друга. Следовательно, для обеспечения заданных параметров воздуха в помещении необходимо все процессы, влийющие на самочувстсвие человека, рассматривать как единую технологическую систему, включающую внешнюю среду, здание, помещение и системы жизнеобеспечения. Связующим элементом в единой технологической системе является воздушная среда, состояние и интенсивность изменения которой определяет воздушный режим здания (БРЗ).

Определение необходимой'величины воздухообмена для помеиоций - одна из важно №г их проблем отопительно-вентиляционной техники. Поэтому исследования, направленные на создание моделей вентиляционных процессов и на их основе методов расчета воздухообмена, на совершенствование схем организации воздухообмена (СОВ) и систем вентиляции, применение для этих целей вычислительной техники, актуальны.

Проектирование объекта - это прежде всего альтернативный выбор схем и решения. Применительно к вентиляционной технике это выбор СОВ, вентиляционых устройств, вариантов компоновки и размещения оборудования. Традиционные неавтоматизированные способы проектирования часто оказываются неэкономичными. Поэтому компьютеризации проектных решений, создание и широкое использование систем автоматизированного проектирования (САПР) является насущной необходимостью. Поставлетгая задача требует дальнейшего совершенствования методологии САПР, создания интегрированных систем, реализующих сквозной процесс проектирования отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. .

Постановка задачи. Фундаментальный вклад в теорию й практику вентиляции ПП внесли специалисты В.В.Еяркялов, Ь.В.Батурин, В.Н.Богословский, М.И.Гримитлин, А.Н.Селивестров, В.П.Титов, И.А.Кк-по- • лев. Результаты их исследований стали методологической основой для расчета воздухообмена в помещениях и вентиляционных устройств, кон'т-

руирования отопительно-вентиляционного оборудования. Создание фгеяко -

- математических моделей вентиляционных процессов, решение проблем оптимизации инженерных систем жизнеобеспечения, усовершенствование схем вентиляции (СБ) и организации воздухообмена нашло отражение в работах В.И.Бодрова, С.Г.Грачева, В.В.Дерюгина, Е.Е.Карписа, Л.С.Клячко, О.Я. Кокорина, А.Я.Креслиня, Ю.Я.Кувшинова, Г.М.Позина, В.Н.Посохина. ».А. Табунщикова, В.Н.Тетеревникова, Л.Б.Успенской, В.Г.Шаптала, Е.А.Шток-мана и др. Особенно следует отметить работы В.П.Гитова и его школы по проблемам ВРЗ, во многом определившие развитие этого направления.

Отправными моментами диссертационной работа послужили научные положения, связанные с разработкой оптимальных схем организации воздухообмена, определяющих минимальные затраты на вентиляцию. В работе поставлен и развит новый подход к выбору СОВ, основанный на минимизации существенных переменны?, детерминирующих организацию воздухообмена, предложена алгоритмическая математическая модель вентиляционного процесса, позволяющая рассчитывать воздухообмен в помещении для практически любых сочетания ТВВ и возможных схем вентиляции.

В основу данной работы вопЗш исследования, проводимые с 1960 года автором и под его руководством по совершенствованию СОВ и методой расчета вентиляции в ПП, оптимизации технических решений СОВ, разработке методического обеспечения систем автоматизированного проектирования вентиляции (САПР-В), разработке рациональных конструкций отопительно -

- вентиляционного оборудования, выполненных в том числе в соответствии с республиканскими программами "Человек и окружающая среда", "Строительство".

Цель- .работы: исследование-и развитие научно-праМических.. основ организации и расчета воздухообмена в производственных помещени-_ ях и разработка определяющих -эти основы методологических и методических вопросов -оптимального проектирования вентиляции. Задачи исследований:.

- разработать на основа системного подхода 'общую структурную схему воздушного режима -здания, определить место исследуемой системы в структуре ее существования, провести классификацию подсистем;

- исследовать с помощью физического моделирования закономерности формирования микроклимата в производственном помещении;

- разработать методологические основы проектирования оптимальных схем организации воздухообмена;

- обосновать ж разработать математическую модель вентиляции и получить на ее основе зависимости по расчету воздухообмена для стационарных и нестационарных вентиляционных процессов; '*

- разработать научно - методические основы автоматизированного проектирования схем организации и расчета воздухообмена в помещении;

- .обобщить результаты экспериментальных исследования отдельных составляющих вентиляционного процесса, выявить их влияние на воздушный рожим здания и дать рекомендации по их практическому применению;

- разработать инженерную методику расчета воздухообмена и внедрить ее в практику через проектирование;

- рассмотреть пути использования результатов внполнеиых научно - практических разработок в решении инженерных задач, направленных на совершенствование проектирования и эксплуатации энергосберегающих систем вентиляции.

Методы исследований: системный подход для разработки структурной схемы ВРЗ, классификации вентиляции и выявления факторов, определяющих . принципиальные СОЗ; физическое и математическое моделирование'вентиляционных процессов; методы подобия и размерности для обработки результатов физических измерений; алгоритмический метод для построения математической модели расчета воздухообмена и разработки инженерных методик проектирования вентиляции; численные метода ро-иения систем дифференциальных уравнений для расчета воздухообмена к и концентраций технологических выделений (ТВ) в помещении. .

Научная новизна работы и основные

положения, вы но спина на защиту:

- разработана с использованием системного подхода и причинно - следственных связей общая структурная схема воздушного режима здания и предложена классификация вентиляции и вентиляционных систем;

- исследованы и обобщены вопросы формирования микроклимата в производственных помещениях по основным, детерминирующим схему организации воздухообмена технологическим вредным выделениям;

- разработаны методологические принципы и алгоритм математического моделирования выбора оптимальных схем организации воздухообмена в производственных помещениях с учетом нестационарности вентиляционного процесса;

- исследованы и разработаны научно - практические основы расчета воздухообмена в помещении для стационарного и нестационарного режимов роботы вентиляции:

- сфбрмулированы научно-методические основы автоматизированного п.\г,-ёктирования и разработана в виде интегрального алгоритма -кая модель вентиляции производственных помещений;

- исследованы и представлены в {«рме инженерных методик part»:?;; и программ для ПЭВМ отдельные состявлягтам вентиляционно:", .

Практическое значение работы определя-' ется возможностями решения на основе ее научных результатов прикладных задач по выбору и проектированию СОВ, расчету и оптимизации воздухообмена в помещении,представленных .в виде инженерных методик расчета, ■ программ для ПЭВМ, конструкторских разработок. На основе полученных теоретических и практических выводов решены задачи повышения энергоэффективности проектируемых и эксплуатируемых систем вентиляции в ГШ,оздоровления вредных производств предприятий нефтехимической промышленности и строительной индустрии.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных научно - технических конференциях "Охрана воздушн. бассейна от загрязнения технологии, и венталяц. выбросами промышюн. производств" (г. Ереван, 1974 г.), "Основные направления в проектир. и эксплуатации систем вентиляции предприятий химиич. и нефтехимич. промывшей. и защита атмосферы от загрязнения вентиляц. выбросами" (г. Москва, 1975 г.), "Очистка вентиляц. выбросов и защита > воздушного бассейна от загрязнения" (г.Ростов-на-Дону, 1977,1978 г.г.), "Проблемы вузовского учебника" (II Всесоюзн. конференция, г. Вильнюс, 1983 г., IV Всероссийск. конференция, г. Москва, 1994 г.); на "XI ко-ординац. совещании по промышлен. вентиляции" (г. Москва, 1969 г.), на "III Северо-Кавказском регион., совещании по рекуперации химич. продук-■ тов - отходов промышлен. предприятий и борьбе с загрязнением воздушной среды" (г.Новочеркасск, 1975 г.); на Республик, семинаре "Научно - ис-следоввт. системы автоматического проектир. объектов строительства и автоматические, обучавдие системы для строительных специальностей и ярмарка-выставка действующих модулей САПР-АОС" (г. Ростов, 1987 г.),на. шжотрасл, научно - технич. семинарах (г. Иркутск, 1972 г., г. Новосм-. бирск, 1975 г.), на научно - технич. конференц. Пензенского ДНТП (г. Пенза, 1982,1984 г.г.) на меквуз. научно - практич. конференции "Учебный экран" (г. Воронеж, 1989 г.); на научно - технич. конференциях ВГАСА, 1965...1994 Г.Г.). •

Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы при разработке учебных и нормативных материалов: Отопление и вентиляция основнх производственных цехов машиностроительных заводов. Учеб. пособие. - Воронен: ВГУ, 1977, 58 е.; Курсовое и дипломное лроектнрование по вентиляции гражданских и промышленных зданий. Учеб. пособие. - м.: Стройиздат,1985. 208 е.; ,1чvVpaгорный практикум по отоплению и вентиляции. Учеб. пособие. Ворона»: ЕЛИ, 1987 . 96 е.; Сборник задач по расчету систем кондиционирования микроклимата здания. Учеб. пособие'. - Воронеж: ВГУ, 1988, 296

е.; Теоретические основ« расчета вентиляции. УчоО. пособио. - Воронеж: ВГУ, 1990, 200 е.; Вентиляция общественных зданий. Учеб. пособие. - Воронеж, 1991, 168 е.; Отраслевая методика определения предельно допустимых выбросов вредных веществ в атмосферу и усовершенствование систем вентиляции на действующих предприятиях заводов СК, N ГР ВСЮ53373, М.: 1980; Инженерное оборудование'зданий и сооружений. Энциклопедия.- М.: Стройиздат, 1994, 512 с.

Методы оптимального проектирования схем организации и расчета воздухообмена, программы расчета вентиляционных устройств использовались в исследовательской и .проектной работе АО и ТОО "Гипропром", "Гипрокаучук", "Резиноавтопроект", "Проектпромвентиляция", "Воронеж-проект", "Воронеюлектронпроект"

Результаты исследований внедрены на промышленных предприятиях АО "Воронежшкна"0"Воронекэл9ктросигнал", "Воронежсинтезкаучук", "Ефремов-синтезкаучук"; "Воронектякпресс", "Резинотехника" (Курск), TIO "Никне-камскшина", пологены в основу курсов лекций, читаемых при подготовке княэнеров - строителей по специальности 2907 "Теплогазоснвбхение и вентиляция".

Термины, определения и принятие сокращения: вентиляция - это совокупность процессов и устройств их обеспечивакдих для поддержания в помещении требуемого состояния воздуха; верхний объем - объем помещения, расположенный пыле рабочего объема (ВО); воздушшй режим здания (ВРЗ); воздушная завеса (ВЗ); компенсационное воздушно - струйное укрытие (КВСУ); математическая модель (ММ); местная вентиляция (MB); местная вытяжная вентиляция (МВБ); местный отсос (МО); местная приточная вентиляция (МПй); отопление и вентиляция (ОВ); предельно допустимая концентрация (ГЩК); производственное помещение (ПП); рециркуляционная вентиляционная система (РВС); рабочий объем - объем домещения, ограниченный рабочей зоной и высотой 1.5...2 м в зависимости от вида производственной деятельности (РО); .система автоматизированного проектирования вентиляции (САЛР-В); схема вентиляции - сочетание в помещении.-местной и общеобменной вентиляции (СВ); санитарные нормы (СН); схема организации воздухообмена -это система связей между параметрами внутреннего воздуха, технологическим процессом й архитектурно - строительной характеристикой помещения, эпределяодая место и способ подачи и удаления воздуха (СОВ); технологические выделения -выделение при технологическом процессе теплоты, влаги, пыли,.вредных паров и газов (ТВ); технологические выделения - остаточные в помещении выделения при технолошческом процессе теплоты, влаги, пыли, вредных паров и газов (ÍBB); тешо- и

массообмен (ТМО); технологический процесс (ТП); технологическое оборудование (ТО).

Условные обозначения: А - пылепоступления, кг/с; а,Ь - эмпирические константы; Ь - линейный размер, м; С - масштаб моделирования, газовыделения,кг/с; с - концентрация объемно - массовая кг/м ; (5 - диаметр, м, влагосодержание, кг/кг воздуха; ¥ - площадь,м2; Б - расход воздуха массовый, кг/с; е - линейное ускорение, м/с2; Н -влаговыделения,кг/с; Ь - линейный размер, м; К - опытный коэффициент; I. - расход воздуха объемный, м3/с; 1 - линейный размер, м; М - расход вещества массовый, кг/с;, го - масса, кг, температурный симплекс; N -число людей, рабочих мест, единиц ТО; р - давление. Па;"в - тепловой поток, Вт; q - теплонапряженность, Вт/м ; г - радиус, м; Т - температура, К, время, с; -I - температура,"С; V - объем, м3; V - скорость линейная, м/с;' Ы,- угол плоский, град, коэффициент тепловыделений;. /3-коэффициент влаговыделвний; е - угловой масштаб луча процесса,■кДж/кг влаги, требуемая точность расчетов; р - коэффициент.расхода отверстия; > ■• р - плотность воздуха, кг/м3; т - время, с, ч; о-- поправочный коэффициент на объемное расширение воздуха.

Индексы: в - верхний, внутренний, воздух; г - газ; з -'завеса; изб - избыточный; к - кратность; н - наружный, нижний, нулевой; нач - начальный; о - объем, оборудование, отсос; ос - осавдение; п -■ приточный; пр - предельный, продувочный; при - проем; р - рабочий, расчетный; с - концентрация; см - смесь; у - уходящий; щ - щель; э -эквивалентный; а - влагосодержание; I - геометрический размер; ■ I -температура.

Автор приносит свою благодарность члену - корреспонденту РААСН В.П.Титову за советы и пожелания по концептуальному построению диесер- ' тационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ'

1. Структура воздушного режима здания, классификация ■ вентиляции./1,2,44,45,46,49.50/;

Воздушный режим здания является сложной системой, связывающей общие процессы обмена воздухом кэжду зданием и наружной средой, воспринимающей на себя внешние и внутренним возмущающие воздействия и гасящей их до уровня нормативных значений в помещении.т.е. действующей как стабилизирующая часть биотехнической системы "человек - окружающая среда".

Правильное представление о структуре ВРЗ и классификация входящих в

ее состав подсистем, позволит углубить понимание вентиляционного процесса, разработать способы расчета вентиляции, определяющие оптимальные энергетические и экологические решения.

Для построения структурной схемы ВРЗ и классификации вентиляции применен системный подход, позволяющий наиболее полно представить главные составные части системы и выявить связь отдельных взаимодействующих подсистем. Условия системного подхода требуют определения места исследуемой подсистемы (вентиляции) в общей структуре ее существования, установление связи подсистемы с другими при учете взаимной адаптации, классификации подсистем. Исходя из этого, на рис. 1 представлена общая структурная схема воздушного режима здания.

Декомпозиция общей схемы (см. рис. 1) может бить представлена чоти-рехуровневой иерархической структурой. Четыре условно принятых контура показывают взаимосвязь между подсистемами, ранжируя их по значимости. Первый контур иерархии включает, объединенные по В.П.Титову п единую технологическую систему, о кружащую среду, помещение и человека, в нем находящегося, здание и его инженерные системы жизнеобеспечения. Спязу-щую роль в единой технологической системе выполняет воздушная срода, состояние и интенсивность изменения которой определяет ВИЗ. в горой

Температура, удельная энтальпия воздуха,коящн трацип контаминатоо

Температура, удельная энтальпия, скорость воздуха; концентрация контаминатов

I—Технологически основы вентиляции Рис. 2. Классификация вентиляции по схеме организации воздуха'

контур иерархии представлен главными инженерными системами жизнеобеспечения - отоплением, вентиляцией, кондиционированием воздуха, рассматриваемыми йВ тесной связи-друг с другом. Единые по уровню.значимости вопросы ВРЗ, определяющие направление расчетов систем отопления и-вентиляции, отражены в третьем контуре иерархии. Этот контур включает теоретические и технологические основы отопления и вентиляции, эксплуатацию систем отопления и вентиляции с рассмотрением по каждому направлению внутренней, краевой и внешней задач.Четвертый контур иерархии ' разграничивает направление и содержание расчетов по проектированию схем и систем вентиляции, управлению работбй вентиляции: тепломассооб-мешше процессы в ограниченном объеме; аэродинамика воздушных потоков; обеспечение нормгруемых параметров воздушной среда в рабочем объеме помещения; выбор схем организации воздухообмена для помещения; расчет воздухообмена; управление подачей и удалением воздуха. В четвертый контур ВРЗ включены исследования автора по организации, расчету и оптимизации воздухообмена в помещении, представленные в докладе.

Классифицировать вентиляцию сложно, т.к. при этом задействованы многие критериальные показатели. Поэтому в основу классификации венти-

Естест- Искусст- Искусст- Естест- Искусст-

венная венная венная венная венная

Канальная Аварийная

Бесканальная

| Аэрация]

Воздушные души

Воздушные оазисы

Воздушны? завесы

т

Аспирация

Рис. 3. Классификация вентиляции по облает» применения

лящга (рис. 2) взяты следующие основные ее признаки: назначение (приточная, вытяжная); положения, характеризующие' схему организации воздухообмена (способ и место подачи и удаления воздуха,' параметры и расход воздуха); главный инструментарий вентиляции - струйные течения. Такой подход к классификации дает наиболее полное представление о вентиляции как.о системе в целом, рельефно выделяет общую (общеобменную) и местную вентиляцию, акцентирует внимание на технологических основах вентиляционного процесса.

Иерархическая структура и классификация вентиляции по области применения могут быть, следующими (рис. 3). Первый уровень иерархии определяет связь вентиляции с объемом помещения, которое она оослужи-, вавт: общеобменная и местная вентиляция. Второй уровень иерархии'- это назначение вентиляции по организации воздухообмена без учета способов перемещения воздуха: приточная, вытякная и рециркуляционная вентиляция. В третьем уровне иерархической структур! вентиляция классифицируется по своему технологическому назначению: аэрация, аварийная.вентиляция» воздушные душ, воздушные оазисы, воздушные завесы, аспирация.

Вентиляция и помещение, в котором она функционирует - типичный пример двухсторонней связи. Схема организации воздухообмена проектирует-

- то -

ся, исходя из свойств ТВВ, теплового и влажностного режима помещения, категории выполняемой работы, а назначение помещения и характер технологического процесса в нем влияют на выбор СОВ. Исходя из этого, проведена классификация производственных помещений по следующим признакам: . - остаточные тепловыделения [ помещения с отрицательным (холодные цехи) и положительным тепловым балансом, последние могут быть с незначительными и значительными (горячие цехи) избытками явной.теплоты I; .- относительная влажность воздуха (помещения сухие, с нормальной влажностью, влажные и мокрые);

- взрывная • и пожарная опасность (помещения производств категории А,Б,В,Г,Д);

- категория физических работ (помещения , в которых выполняются работы легкие, средней тяжести, тяжелые);.

- содержание шли в воздухе помещения по счетной концентрации (помещения, в которых содержание шли не нормируется, чистые и особо чистые помещения).

2. Исследование схем организации воздухообмена /3,5...7, 10, 13, 18, 20, 22, 23, 30, 32, 39, 44...47/

В последнее время развитие промышленной вентиляции тесно связано с разработкой, оценкой и оптимизацией СОВ. Оптимальная СОВ, запроектированная с максимальным учетом условий, формирующих микроклимат помещения, 'определяет, как правило, минимальный воздухообмен и наиболее полное использование поступающего• в помещение воздуха (коэффициент смешения ^¿-«1). В результате нормируемые по ' санитарно-гигиеническими и (или) технологическим требованиям параметры воздуха в рабочем объеме • помещения ' достигаются минимальными энергетическими затратами. Кроме того, одно из основных условий расчета воздухообмена на основе ММ -выявление расчетной схемы тепло- и массообмена в помещении; предполагает знание схемы организации воздухообмена.

Определяющим условием при выборе СОВ является организация, и режим технологического процесса (ТП)> свойство и количество поступающих в воздух помещения ТВ, наличие фиксированных мест вредных выделений.

Свойства ТВ определяют места удаления и подачи воздуха, способ подачи воздуха и направление воздушных струй при организации общеобменной вентиляции. Место, способ и направление'подачи воздуха обычно являются превалирующими, т.к. формирование полей температур и скоростей . воздуха и концентраций материальных ТВВ в помещении происходит в результате взаимодействия вентиляционных и тепловых струй, обтекания

приточным воздухом ТО и строительных конструкций. Наиболее рациональными, как правило, являются СОВ, когда удаление воздуха проводится из мест его наибольшего, а подача - в места его наименьшего загрязнения ТВВ, а размещение вытяжных и приточных проемов и направление вентиляционных струй способствуют естественному движению ТВ.

Основными ТВВ с точки зрения организации воздухообмена в ПП являются остаточные отрицательные (недостатки теплоты) и положительные (избытки теплоты) тепловыделения, пыль, остаточные влаговыделения (в.-дальнейшем - влага), газы и пары, имеющие плотность при температуре воздуха помещения меньше плотности воздуха (в дальнейшем - легкие газы), газы и пары, имеющие плотность при температуре воздуха помещения больше плотности воздуха (в дальнейшем - тяжелые газы).

Наличие фиксированных мест вредных выделений дает возможность устройства местной вытяжной' вентиляции - одному'Из эффективных способов борьбы с поступлением в воздух помещений ТВ.

Организация и расчет воздухообмена, размещение датчиков контроля за состоянием воздуха связаны с распределением в помещении ТВВ. Для оценки распределения ТВВ по характерным объемам помещения в разные годы использовались "коэффициенты тепло- о и влаговыделений /3" в- рабочий объем (Сорокин Н.С., ,194бг): о = ß = 4»6lP<A.6« тем-

пературный симплекс m = Atpo/My (Андреев П.И., 1955г., Батурин В.В., 1963г.) и аналогичный ему "коэффициент для концентраций газовых примесей к воздуху" (Эльтерман В.М., 1967г.) in, = Лсро/Лсу (здесь: £tpo=

*t -t,At«t-t',Zsc = с - с , = с - с ).

ро У У У п' ро ро у у у п'

Следует отметить, что закономерности распределения в помещении материальных ТВВ по своей физической сути являются более сложными, чем закономерности распределения ■ теплоты, прежде всего, из-за незначительности по сравнению с тепловыми струями собственного фактора перемещения материальных частиц.

В настоящее время распределение ТВВ в помещении принято оценивать коэффициентом воздухообмена (Гримитлин М.И., Позин Г.М., 1975г.), который ранее назывался "коэффициентом эффективности воздухообмена" (Сорокин Н.С., 1965г.). В некоторых случаях, например, при выборе рацио-' нальной из альтернативных СОВ, коэффициент воздухообмена может служить оценкой эффективности схемы организации воздухообмена (Рымкевич A.A.. Гримилин М.И., 1978г.). Формально коэффициенты воздухообмена для Ш с тепловыделениями Kt или с выделениями материальных ТВ Ко равны соответственно 1/т и 1/шг> но имеют другой физический смысл. Величина коэффициентов Kt и Ко зависит от многих факторов при доминирующем -способе раздачи приточного воздуха, и определяется экспериментально

или теоретически с помощью ММ тепловоздушных процессов в помещении {Титов В.П., 1979 г., Позин Г.М., 1980 г.).

Проведенные нами исследования на физической модеопг по выявлению -связи между избыточной, температурой рабочего и верхнего Д1у объ-

. емов помещения при естественном воздухообмене показали, что с увеличением тепловой нагрузки <5изй рост более консервативен, чем £1у , а их взаимосвязь выражается:

^у = км°;5. (1)

Коэффициент возухообмена для условий проведения эксперимента определяв ется зависимостью

К+= 0.1 1Г0'33 Р0"5 М-0-5, (2)

t изб э ро

где Ь - расстояние между центрами аэрзционных проемов; Р = Р /У.

Исследования по организации воздухообмена в ПП с основными видами ТВВ представлены следующими обобщенными результатами.

Остаточные тепловыделения отрицательные (недостатки теплоты). В помещениях с недостатками теплоты приточная вентиляция, как правило, совмещается с отоплением. Поэтому организация воздухообмена должна быть направлена на равномерное по площади шла помещения прогревание воздуха рабочего объема и приниматься по схеме "сверху - вниз". Подачу воздуха необходимо осуществлять из верхнего объема наклонными (помещения 1-ой категории) или вертикальными вниз (помещения 2-ой категории) струями, а удаление при общеобменной вентиляции - из рабочего объема. Широко распространенная сосредоточенная подача воздуха для помещений 1-ой категории • горизонтальными- струями в верхний объем не всегда рациональна. Во-первых, в этом случае прогревается весь объем помещения до температуры воздуха рабочего объема и это ведет к большим •теплозатратам. Во-вторых, при удалении воздуха из верхнего объема приточная струя, Оолве нагретая, чем окружавдий воздух, всплывает и . уходит из помещения с температурой на 2...5 *С выше Вследствие ' этого, величина коэффициента к^ становится больше единицы (по нашим исследованиям к^ = 1,2. .'.1,24), что для холодных цехов не характерно. • Остаточные тепловыделения положительные (избытки теплоты). Организация воздухообмена осуществляется по схеме "снизу - вверх" с возможным отступлением от этого правила при экономическом обосновании. Уда-• ление воздуха средствами общвобменной вентиляции проводится из верхнего объема рассредоточенными по площади покрытия стоками. При наличии в помещении достаточно мощных конвективных источников теплоты целесообразно удалять воздух непосредственно над ними.

Подача воздуха осуществляется в рабочий объем рассредоточенными

горизонтальными, наклонными или вертикальными вверх струями. При избытках явной теплоты до 25 Вт/м3 возможна подача воздуха из верхнего

Таблица 1. Результаты исследований схем воздухораспределения в помещениях с избытками теплоты

Наименование величии

Вт

ИЭб

G, КГ/Ч

' ро*

£t„» С

q, BT/MJ (натура)

1

187 234 303

54,5 54,5 54,5 10,7 13,6 17,2

12,2 15,5 19,9

1,14 1,14 1,16

16,1 20 26

NN С X Е М 3 2

170 230 370 54,2 54 55,6

10.1 13,9 18,6

11.2 15,3 20,4 1,11 1,09 1,09 14,6 19,7 27

189 234 312 53,9 54 54,2 10,8 13,6 17 12,6 15,8 20,7 1,16 1.16 1,23 16,2 20,2 27

170 238 319 53,9 54,1 54,1 8,9 11,8 15.5 11,4 15,7 20,9 1,12 1,35 1,33 14,7 20,4 27,3

объема наклонными или вертикальными вниз струями. Для подтверждения такой раздачи воздуха были проведены исследования на Физической модели при масштабах моделирования геометрическом С1 = 0,05 и температурном = 1, проверенные в натуральных условиях. .Схема 1; ТО расположено по сэродине цохз равномерно по длинэ помещения; подача воздуха осуществляется из верхнего обгона на отметке 0,7Ьп(Нп- высота цеха) через продольную щель; удаление воздуха - через фонарь. Схема 2: расположение ТО и удаление воздуха как и з схеме 1; подача воздуха осуществляется з рабочий объем. Схема 3; расположение ТО вдоль продольных стен равномерно по длинэ помещения; раздача и удаление воздуха как и в схекэ 1. Схемз 4; расположение ТО аналогично схеме 3; раздача воздуха проводится в рабочий объем, удаление - через фонарь.

Результаты, сравнения' (табл.1) показывают, что при расположении ТО у стен раздача воздуха в рабочий объем эффективнее раздачи воздуха свер-

ху-вниз (для схемы 4 кг = 1,32, для схемы 3

Kt= 1,1), т.к. приточная

струя в схема 3 оттесняется конвективным потоком и практически не входит в рабочий объем. При расположении ТО в средней части цеха схемы организации воздухообмена"} и 2 почти идентичны го сакитарно-гигиени-ческому эффекту: коэффициенты воздухообмена для схемы 1 к( = 1,15, для Схемы 2 Кг= 1,14. Но так как стоимостные показатели-схемы 1 значительно нижа чем в схеме 2, то целесообразность организации воздухоооме-' на по схеме 1 очевидна. Кроме того, наличие местных отсосов в рабочем объеме практически нивелирует различия мевду схемами 1 и 2 и дадт

право рекомендовать схему 1 к практическому применению. 1

Остаточные влаговыделения (влага). Распространение водяных паров от источника их образования до стока зависит от многих причин и прежде всего от температуры поверхности испарения. При кипении, а также при температуре испарения 85-90'С (высокотемпературные источники испарения), влага поднимается устойчивым потоком в верхний объем помещения,, частично ассимилируется, а частично возвращается в нижний объем с циркуляционными воздушными штоками. При температуре испарения 75°С и ниже (низкотемпературные источники испарения) над зеркалом испарения образуется неустойчивый поток водяных паров, почти сразу же разрушающийся и заполняющий весь объем помещения.

Водяные пары находятся в помещении в комбинации с избытками или недостатками теплоты. Рассмотрены три варианта таких сочетаний: 1) высокотемпературные источники испарения и избытки теплоты, 2).низкотемпературные источники испарения и избытки теплоты, 3) низкотемпературные источники испарения и недостатки теплоты. Для первого сочета- . ния характерно следующее соотношение коэффициентов воздухообмена: КЛ > К)_. Следовательно, организация воздухообмена такая же, как и при . избытках теплоты. Для второго сочетания КЛ < Кги рекомендуется организация воздухообмена по схеме . "снизу-вверх". В третьем сочетании Кй = = Кги их средняя статистическая величина не превышает единицу. Ор-. ганмзация воздухообмена в этом случае принимается по схеме "сверху-вверх": подача воздуха - сосредоточенными горизонтальными струями, а удаление - из верхнего объема в противоположном притоку конце цеха.

Организация воздухообмена в цехах с влаговыделениями должна предотвращать возможную конденсацию влаги.' на ограждающих конструкциях.. Для этих целей в цехах с недостатками теплоты воздух подается в верхний объем в возможные зоны конденсации влаги. В цехах с избытками теплоты и значительными влаговыделениями (е < 5000 кДж/кг влаги ) должна предусматриваться двухобъемная подача воздуха : в нижний объем для ас' симиляции теплоизбытков и в верхшй объем (продувочный воздух) для предотвращения конденсации влаги.

Двухобъемная подача приточного воздуха* была экспериментально проверена на физической модели (0^0,05, ) и внедрена в АО "Воронежшинв". Исследованы 4 СОВ. Схема 1: подача воздуха проводится из верхнего объема с высоты 0,7 Ьп прямоточными наклоненными вниз струями; удаление воздуха - искусственное, из верхнего объема в противоположном притоку конце цеха. Схема 2: все условия схемы 1, кроме того, предусмотрена продувка верхнего объема из расчета 33 % от общего расхода приточного воздуха. Схема 3: подача ' воздуха проводится в

рабочий объем, удаление воздуха, как и в схеме 1. Схема 4: все условия схемы 3 и продувка верхнего объема, как'и в схеме 2.

■ Результаты исследований показывают,что лучшей по температурному режиму воздуха рабочего объема является схема 3. Однако при такой СОВ недопустимо высокая относительная влажность .воздуха в верхнем объеме, что приводит к конденсации влаги на покрытии. Устраняет конденсацию I влаги орга1шзация воздухообмена по схеме 4. В этом случае несколько увеличивается по сравнению со схемой 3 температура воздуха рабочего объема, но значительно снижается относительная влажность воздуха "в верхнем объема цеха. Организация воздухообмена с подачей воздуха из верхнего объема наклонными вниз струями (схемы 1 и 2) не может быть рекомендована из-за высокой по сравнению со схемами 3 и 4 температурой врздуха 1; . Доля продувочного воздуха от общего воздухообмена в каждом конкретном случае должна варьироваться в зависимости от остаточных тепло- и влаговыделений, и в первом'приближении может приниматься равной 0,3...О,35, а его температура - на 1-2*С выше температуры точки росы в зоне конденсации,верхнего объема помещения.

Пыль. При стационарных технологическом и вентиляционном режимах в помещении устанавливается динамическое равновесие между общим количеством поступающей, витающей и осаждающейся пыли, т.е. воздух становится проводником пыли от источников пиления к месту ее осаждения или уноса. Дифференциальное уравнение, показывающее изменение массы пыли шв, находящейся в воздухе помещения без вторичного пнлеобразования имеет вид

(1га /йт = А + А- А-А , (3)

в тп п у оо'

где А , А , А Р А ' - поток пыли соответственно при технологическом

тп п у ОС *

процессе, поступающий, снаружи, уносимый из помещения, . осаждаемый на внутренних поверхностях.

Концентрация пыли в воздухе помещения, являющаяся основой расчета воздухообмена, может быть получена из дифференциального уравнения

йс = йт /V. (4)

в

Организация воздухообмена в помещениях с пылевыделениями во многом зависит от остаточных тепловыделений-. При'недостатках теплоты воздух удаляется из рабочего объема (в том числе и через местные отсосы), а подается в верхний объем наклонными или вертикальными вниз струями. При избытках теплоты предусматривается, как правило, двухобъемное удаление 'воздуха: из рабочего объема (в том числе и через местные отсоси) с расходом, достаточным для разбавления пыли до ГЩК, и из верхнего объема помещения; 'подача воздуха осуществляется из верхнего обглмч наклонными вниз струями или непосредственно в рабочий объем. По М.Г. Грачеву, для уменьшения вторичш!х пылообразований скорости двикгог/я

воздуха у поверхностей с осевшей пылью должны быть меньше критических скоростей отрыва от-поверхности и транспортирования частиц пыли, ско-скорости эрозии пылинок из слоя пыли и скорости отрыва от; поверхностя слоя пыли.

Легкие газы . При недостатках ^еплоты в помещении удаление воздуха проводят из рабочего объема через местные отсосы и из верхнего объема с расходом, требуемым СН. Подача воздуха осуществляется в рабочий объем рассеянными или в верхний объем наклоненными вниз струями. При избытках теплоты в помещении удаление воздуха проводят через местные отсосы, а в дополнение к ним или при их отсутствии - полностью из верхнего объема помещения. Подача воздуха осуществляется в рабочий объем горизонтальными и наклонными струями.

Тяжелые газы . Удаление воздуха независимо от остаточных тепловыделений предусматривается двухобъемноэ: из нижнего объема (в том числе и через местные отсосы) с расходом воздуха, рассчитанным на разбавление .выделяющихся паров и газов, и из верхнего объема с .расходом воздуха > согласно требованиям СН или рассчитанным на ассимиляцию теплоизбытков. Место и способ подачи воздуха зависят от остаточных тепловыделений: недостатки теплоты - в верхний объем сосредоточенными горизонтальными и наклонными вниз струями; избытки теплоты - в рабочий объем затухающими в нем струями. При совмещении вентиляции с отоплением, отсутствии местных отсосов и сосредоточенной подаче воздуха в верхний объем наклонными вниз струями допускается весь воздух удалять из верхнего объема помещения. Такая СОВ была экспериментально проверена и внедрена в сборочном цехе АО •"Воронежшина".

• Организация воздухообмена значительно усложняется, когда в воздух, помещения одновременно поступают несколько ТВВ, контрастирующие или усиливающие друг друга. Кроме того, в помещениях с выделениями пыли, влаги, газов и паров в дополнение к местной вытяжной вентиляции или •■ при ее отсутствии самостоятельно,как вариант,возможно применение мест-« ' ной приточной вентиляции. Значительные расходы воздуха местной приточной вентиляции могут существенно изменить рассмотренные схемы организации воздухообмена.

Для разработки методики выбора СОВ применен системный подход, предусматривающий: выявление 1ВВ, детерминирующих СОВ; выявление возмож-1П1Х схем вентиляции в ГШ; определение мест удаления и подачи воздуха в ГШ; выбор основных строительных размеров помещения, определяющих организацию воздухообмена; учет рваима вентиляционного процесса.

Технологические вредные выделения, детерминирующие выбор СОВ, фор-

-мализованы и закодированы следущим образом: недостатки теплоты - <} , .избытки явной теплота незначительные - 02, избытки явной теплоты значительные - 03, влаговыделения от низкотемпературных источников испарения - Н(, влаговыделения от высокотемпературных источников испарения - Н^р пыль - А, газы легкие - С^ газы тяжелые - С2.

В реальных условиях баланс, теплопоступлений и теплопотерь в ПП без внешней компэисаит наблюдается крайне редко. Поэтому в ПП при неработающих системах ОВ практически всегда имеют место недостатки ( (3^) или избытки (<5г,03) теплоты. Другие ТВВ (Я, А, 0) рассматриваются только в сочетании с 0,. 02 или 03. На возможные сочетания ТВВ в ПП накладываются следующие ограничения: стационарный вентиляционный процесс - не сочетаются при самостоятельном существовании или в комбинации с другими ТВВ <3,, 02, <Э3 и Н,, Н2; нестационарный вентиляционный процесс - ограничений на сочетание ТВВ нет.

Схема вентиляции является одним из главных условий, определяющих СОВ. Возможные сочетания местной (код У^) и общеобменной вытяжной (код Чг) с местной (код ) и общеобменной приточной (код Р2) вентиляцией отражены в табл. 2.

Таблица 2. Схемы вентиляции

HM В Е Н Т И Л я ц и я

схем в ы т я я н а я п р и т очная

местная v общая V местная Р, общая Р2

I + 0 + 0

И +■ 0 0 +

III +■ 0 + +

IV + ■ + 0

V + 0 +

VI + + + +

VII о + + +

VIII о 0 +

IX о + 0

Варианты мест удаления и подачи воздуха в ПП могут быть абстраги-' рованны и закодированы следующим образом (рис.4):

- удаление воздуха местной вентиляцией из рабочего объема ( v, 1), общеобменной вентиляцией из рабочего ( Va1 ) и из верхнего объемов ( V22 )5

- подача воздуха в рабйчий объем местной (Р, 1) и общеобменный (Р21, ■ Ра2) вентиляцией;

' - подача воздуха общеобменной вентиляцией в верхний объем в направлении рабочего объема ( Рг3 ), сосредоточенно, ненастилаюдайся струей' ( Рг4), сосредоточенно настилающейся струей ( P^iit). сосредоточенно с использованием направляющих сопел ( Рг4с ), веерной струей ( p?Gb ),

Р° Рис.4. Схема подачи и

(___удаления воздуха в

помещении: 0.00 ,,

-— Р-приточная вентиляция, !___V- вытяжная вентиляция

плоской струей ( Рг5п ), коническими несмыкающимися струями ( Рг5кн), коническими смыкащиммся струям; ( Рг5ке ).

. Выбор СОВ зависит от размеров помещения и в первую очередь от его высоты ь . Производственные помещения условно делятся на две категории: 1-ая - ПП с высотой Ьп>8м, в которых нет особых требований к равномерности распределения параметров воздуха по рабочему объему; 2-ая - ПП с высотой Ь^м, в которых ТП существенно зависит от равно- ' мерности распределения параметров воздуха ш рабочему объему.

В условиях нестационарного вентиляционного процесса как в кратковременные (рабочая смена, сутки), так и в длительные (период года, год) сроки проектируемая СОВ должна быть ориентирована на возможные изменения технологических вредных выделений, определяющих С0В„ и расходов вентиляционного воздуха. Однако если для пыле- или газовыделе-кий СОВ при нестационарном технологическом процессе остается практически неизменной, то для влаго- и особенно для тепловыделений' СОВ может быть значительно изменена даже при неменяющихся расходах воздуха. При нестационарных тепловом и технологическом процессах в помещении ■ минимально возможны следующие случаи сочетания и изменения ТВВ: 1) отсутствуют пыле- и газовыделения, изменение теплового баланса не превышает предел, приводящий к изменению СОВ: <3,. С|2. <33—>

03; 2) отсутствуют пыле- и газовыделения, изменение теплового баланса превышает предел, приводящий к измейению СОВ: <32» <Зг—» 03»

03; 3) изменение теплового баланса, приводящее к изменению СОВ, сопровождается пыле- и газовыделениями.

Для выбора схем организации воздухообмена построен с учетом перечисленных условий массив (табл. 3), содержащий 374 исходных СОВ. Исходные СОВ включают базисные как -наиболее рациональные для каадого ТВВ и конкурирующие с ними схемы, отличающиеся от базисных способом и местом подачи и удаления воздуха в ПП (в табл. 3 даны базисные СОВ для стационарного режима работы вентиляции для помещений с 8м).

При построении массива введены следующие ограничения: удаление

воздуха местной вентиляцией проводится из рабочего объема помещения; подача воздуха местной вентиляцией предусматривается из верхнего объ-

Таблица 3. Коды схем организации воздухообмена

ш ТВВ Схемы в е' н т и л я ц и и вари- I | II | 111 | 17 | ан-

тов ' Вентиляция

27 О,-33 о2 35 О,

38 Н,

41 Н2

43 А

46 С.

В I П

V

V

V

V

V

V

п

V

V

V

V

V

V

в

п

в

Стационарный реашм, ип< 8м

1 Р2З

у,1 Р,1;РгЗ

V, 1«т21

1 Рг2 У11 Р,1;Рг2 У,1;Уг2 1 Рг2 у,1 Р,1;Рг2 7,1;Угг

0 0 о

1 Рг4н 1 Рг2

7,1 Р,1;Рг2

7,1^2

1 Рг5в V,1 Р11;Рг5в V,1;Уг1 1 Рг2 У,1 Р,1;Рг2 V,1;Уг2

V V 1 V Рг3

V V 1 уг2 Рг2

Р11 V 1 Уг2 V

0 V 1 Уг2 Рг4н

V V 1 Уг2 Рг2

V У 1 V Рг5в

V V 1 Уг2 Рг2

Ш ТВВ вари-ан-тов

Схемы

Продолжение табл. 3 вентиляции

VI

VII

Вентиляция

VIII

IX

Стационарный • режим, ь < 8м

27 Р,1;РгЗ V ■ р, ,1;РгЗ V Рг3 7г1 V

33 1;Уг2 Р>1 ¡;Рг2 V . р, !1;Р22 V рг2 Уг2 V

36 У1 1;Уг2 Р,1 |;Рг2 Уг2 р, ,1;рг2 V Р 2 V V

за НГ 0 0 0 0 Уг2 Рг4н 0 0

41 иг У, 1;Уг2 Р.1;Р,2 V р, ,1;Рг2 Уг2 Рг2 Уг2 V

43 А 1;Уг1 ■ р,1 1 ;Рг5в V р, ,1;Рг5в Уг1 Рг5в V V

46 С, У1 1;Уг2 Р,1;Рг2 V ,1;Рг2 Уг2 Рг2 V V

П

-4 2 Вид и кол-во n ТВВ: наличие MB, высоты

^ Начало J 7 поиещен.,стационарность работы вентиляции /

"ТТеречень СОВ

для принятия . ремени^,--1 ( Конец )

Рис.5. Схема алгоритма выбора СОВ

ема помещения наклонно вниз; при значительных избытках явной теплоты наличие общеобменной вентиляции обязательно.

Неавтоматизированный выбор СОВ из массива (табл. 3) проводится сле-дущим образом:

. количество .ТВВ п=1 - по начальным данным проводят выбор - исходных схем, их сравнение и выбор рациональной СОВ; количества ТВВ п » 2 -' по начальным данным проводят выбор исходных схем для каждого ТВВ, сравнивают выбранные схемы и ¿ыбирают рациональную СОВ из совпадающих. Для повышения оперативности выбора СОВ разработана схема алгоритма, основная идея которой состоит в использовании исходных схем организации воздухообмена по каждому детерминирующему воздухообмен технологическому вредному выделению для выбора СОВ в ПП с любым сочетанием ТВВ и с учетом режима работы вентиляции.

Особенности реализации этой идеи представлены на рис.5 общей структурной схемой алгоритма. .Входные данные содержат количество ТВВ, . наличие MB, высоту помещения, режим работы вентиляции. Выходными данными являются перечень исходных и совпадаюцих для ненулевых решений СОВ или перечень всех несовпадающих (нулевые решения) СОВ для их оценки пользователем. Первый шаг алгоритма - выбор режима работы вентиляции (блок 3), определяет направление расчетов. Для стационарного

режима работы вентиляции при количестве ТВВ п=1 идет поиск и выбор исходных СОВ (блок 5); при п >1, проводится поиск и выбор исходных СОВ для каждой i-той из п ТВВ (блок 9) с поэтапным сравнением отдельных СОВ из базисных или из всех СОВ, участвующих в расчете. При нестационарном режиме работы вентиляции направление расчетов определяется ; оценкой возможного изменения СОВ (блок 15). При неизменности СОВ их выбор проводится как и для стационарного режима работы вентиляции (блоки 4-14). При возможном изменении СОВ проводится в режиме пользовательского интерфейса оценка этих изменений с определением условного количества m ТВВ (блок 16), определяющих нестационарный режим вентиляции (например: ТВВ Q2, при стационарном режиме п=1; при нестационарном режиме и возможности изменения 02до QtH Q3 m =3). Дальнейший выбор СОВ ведется как и для стационарного режима работы вентиляции при п> 1. Схема алгоритма выбора СОВ реализована программой, функционирующей в среде Турбо-Па'скаль под управлением операционной системы MS DOS на IBM PC/AT

3. Научно - практические основы расчета воздухообмена /24...28,30,31,35...40,44,45,46,50,51/

Способы расчета воздухообмена в помещении можно с некоторой формализацией свести к двум:

- способ, основанный на зависимостях, полученных экспериментальном путем - эмпирический способ расчета;

- способ, основанный на зависимостях, полученных аналитическим путем на основании балансовых уравнений - балансовый способ расчета.

Эмпирический способ расчета более точный, если используется в пределах той области измерений, на основании которых были получены зависимости. Балансовый способ расчета более универсальный, но его результаты во многом зависят от надежности исходшх данных балансовых уравнений. Maine применяется комбинация обоих спосрбов, т.е. использу-'ются балансовые уравнения при входящих в mix параметрах, полученных статистической обработкой результатов измерений.

Результаты эмпирического способа расчета могут быть представлены и виде зависимостей по расчету усредненных во времени концентраций ТВ в характерных точках помещения, например, в виде удобной в оператип-• но-расчетном отношении степешюй Функции

а(£с)ь, _(5)

хорошо согласующейся с (1), или в виде удельных расходов воздуха Lv=> =I/V, Lf= L/P, L^ I/ N (здесь: V - объем помещения, Р - площадь полз помещения, Н - число людей, единиц ТО). Особий' интерес продстан.'ыят

удельный расход L^, который называют нормируемой кратностью воздухообмена пк и широко используют для расчета требуемого расхода воздуха.

Основа балансового . способа расчета воздухообмена - это модели вентиляции, базирующиеся на балансовых уравнениях технологических выделений и воздуха в определенном или во всем объеме помещения.

Выбор расчетного воздухообмена общеобменной вентиляции зависит от режима вентиляционного процесса. Будем называть режим вентиляционного процесса стационарным, когда состояние системы (L, v, t, d, с) не ме- , няется со временем т.Режим вентиляционного процесса будет нестационарным, если хотя бы одна характеризующая состояние системы величина изменяется со временем.

• Нестационэрность вентиляционного процесса вызвана, прежде всего, нестационарностью технологического процесса, аварийными ситуациями или специальными требованиями к вентиляции, например, созданием данамичес-■ кого микроклимата. Нестационарность технологического процесса приводит к изменению потока технологических выделений Ы в воздушную среду помещения. Поток технологических выделений относится к классу вероятностно неопределенных величин, а часто собственно неопределенных величин. Этот поток обычно отранает дискретный, случайно-дискретный или непрерывный технологический процесс, следовательно, поток ТВ не обладает статической устойчивостью и должен задаваться вариантами возможных ' значений функций И(т).

Для расчета величин, характеризующих вентиляционный . процесс, воспользуемся дифференциальным уравнением воздухообмена (Селивестров А.Н., 1936г.), записанным в таком виде:

КсмЬспйг + Ы4г - 61с dr = Vdc. ' ' (6)

При идеальном перемешивании ТВ.с воздухом помещения (Ксн=1) и при изотермических условиях (0=1). уравнение (6) можно представить так:

dc/dr = (И + bcn)/V - Lc/V, (7)

которое является линейным неоднородным дифференциальным уравнением ви-• да

У = а(х)у а Ь(х), (8)

общее решение которого известно (Петровский Г.И.,1970г.):

*

у z expcjß(x)dx), (9)

хо

X 3

z ш yjbts) erp[-Ja(?)d?lde,

О X

где уо~ начальное значение искомой функции У(хо); s

(10)

- переменные

интегрирования.

Введем обозначения :у=с,. У0=с„> Х=7Т< а(х)=а(т)=-Ь(т)/У, Ь(х)=Ь(т)= =СМ(т)+Ьсп1/У, после подстановки которых в (9) и (10) решение (7) Судет иметь вид:

" . т

С(т) = г ехр[-р^ Йт]: (11)

■ т т

г И(а)+Ь(в)с г г

* = VI-V-2 Ч I— <12>

о о

Рассмотрим следующие частные случаи.

Первый случай, стационарный процесс. Поток ТВ, расход Ьоздуха и концентрация ТВ постоянны во времени: М(т)=Мо=соп8г, Ь(т)=1ро=сопв^ с(т)=со=сопвг. ' ...

Для этих условий решение (11) и (12) относительно расхода воздуха дает известный результат:

К = »о/«0«" С> (13}

Второй случай, нестационарный процесс. Поток ТВ и расход воздуха

постоянны во времени': и(т)=Ы0=сопз1г Ь{т)=»Ь =сопвг. При таких условиях репение (11) и (12)позволит выявить'изменение концентрации ТВ за время т, в течение которого с(т)=соХ(т) изменится от ся до заданной сД: т

г Ц +Ь О (Ъ /7)Т М+Ь С Г -.

а - с »[ ° ° п е ¿в = с » ° д (е ■ . -1|; (14)

и .} у и у

о .

{Ы + Ь С г (Ь /У)Т 1 -II. /У)Т Сн+ оп [е ° -1] | е ° . (15)

Время т периода насыщения внутреннего,объема помещения технологи. ческими выделениями' до заданной концентрации с^ можно получить преоб-

• разованием (15) г ц -ь <с -с ),

т а ° °ч " " ] (16) Ь ц -Ь (с'-с р , •

о о о к и 1

или с учетом уравнения (13) представить таким выражением:

[Ь (с -с )-Ь (с -с л ° « п ° н "П, (17)

Ьо

из которого следует, что при с^-» ск lin tq-> сю.

Расширить диапазон применения уравнения (б) может переход от од-

г-é

ЬП1.

Ln3> спЗ

Lnl . cni

Jl

Мк Vk ск

■4r

Lyk.cyk

£

bzáíni

-V-

М2 V2 С2

М1 У1 с

Ly2,cy2

1У1. еу1.

Рис.6. Модель вентиляции мно-гооб'емного помещения:

1,2 -(фильтры , (теплообменные аппараты )

0.00 _гг

нообъемной к многообъемной модели помещения с локальными объемами. Ти-_пичным признаком локального объема являются постоянные параметры воздуха или .их характерные изменения в объеме.

Рассмотрим многообъемную модель вентиляции помещения (рис.6), имеющую к. объемов по высоте, т приточных и п вытяжных вентиляционных систем (отверстий), причем к < п. Для принятых условий с учетом К =1, •б =1 уравнение (6) можно представить так:

(18)

Примем с некоторым упрощением, что концентрация ТВ в воздухе каждого объема выше первого изменяется по одной и той же зависимости и определяется выражением

<W=aoyi' • (19)

причем при kskj, а=1, Ъ=1. Тогда (18) примет вид

Решая (20) относительно расхода воздуха Lyk, удаляемого из к-го объема (к-той системой), и учитывая, что.за промежуток времени от О до т концентрация ТВ в воздухе первого объема су1 изменится от су) о до

°yi т* П0ЛУчаем '

ук

Vyl .т

Ьк

(21)

Третий случай, нестационарный процесс. Поток ТВ непостоянен и определяется показательной функцией (Шаптала В.Г.,1981г.)

Ы(т) = ЫоевТ, (22)

расход воздуха не изменяется во времени Цт)=1£=оопв1;. При таких усло-

»

виях решение (11) и (12) дает следующий результат:

(Ь'/УК II (а+Ъ'ЛПт г = с +с Ге ° -11+ —[е ° -1), . (23)

» п Ь' •

О

- \Ъ'/У )Т М+Ь'с' -(Ъ'/7)Т М ат

с(т) = с е. ° + - ° (1-е ° 1 + —о (в -1). (24) " Ь' • V

о - о

Последнее слагаемое в правой части (24) определяет дополнительное ■изменение концентрации ТВ, вызванное изменением потока ТВ от источника. Изменение концентрации ТВ может быть как положительным (а>0), так и отрицательным (а<0). Для а>0 время т периода насыщения объема помещения ТВ уменьшается, а для а<0 - возрастает. Время периода т при с(т)=с^ можно определить путем численного решения трансцендентного уравнения (24), которое запишем так:

С- с в-(ь;/т

_5__е __' (25)

сн" СЛ " 1 + (е"'ьоП )т-еат)Ь0/1.^ '

Для приведения уравнения (25) к безразмерному виду.введем симплексы и комплексы: концентрации с=(с^- сп)/(са- сп); расхода воздуха 1/= IV Ьс; темпа роста концентрации А = аУ/1/ = а/пк, времени Т = = тпн.

С учетом введенных обозначений уравнение (25) принимает вид

с = --- , (26)

а его решение отображено на рис.7. Анализ графиков на рис.7 показал:'

а) зависимость г от с"аппроксимируется функцией, возрастающей при А>0, с >1 и убывающей при А < О, с < 1 (при с=1 функция разрывается);

б) т растет при увеличении Ь, однако при А < 0, с<1 наступает момент, когда т начинает убывать, что является иррациональным и в этом случае реальное время насыщения помещения ТВ должно определяться мак-

■ симальной величиной т.

Четвертый случай, нестационарный процесс. Одной из важнейших прак-, тических задач вентиляции является организация воздухообмена для' поддержания на заданном уровне концентрации ТВ, например, ск=сопз1;, в условиях переменной мощности источника технологических выделений Н(т) . с помощью переменного расхода воздуха Ь(т). При таких условиях уравнение (7) вырождается в алгеброическое уравнение относительно функций М(т) и Ь(т) и требуемый воздухообмен полностью определяется характерен» функция- И(1);

Ь(т) - Н(т)/(ск-сп). . (27)

Т 1.8 1.6

1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2

А=- 1;С= 3.5

А= 0;с= 2

. У

\ I / / »-0.5 ;с«0

\ / ✓ /ч .5 А= 1.5

\ /I л

•

1 - 7 \ А=С .5;с= =2 А=( ).5;П =0.5

у / ■ \ *

л V

0.5 1.0 1.5 2.0

-I_

2.5

3.0 3.5

0.1 0.3 0.5 0Л 0.9 I

Рис.7. График зависимости Т=!(А,с), Т={(А,С)

Решения (16) и (27) могут быть использованы при выборе характеристик систем регулирования воздухообмена, в частности, путем ступенчатого изменения воздухообмена.

Обобщенные' результаты экспериментальных. исследований отдельных составляющих вентиляционного процесса, их оценка и влияние на ВРЗ показали следующее. ■ ..

Аэрация. Разработан метод расчета аэрации, включающий следующие ограничения и условия: рассматривается однопролетное помещение с равномерным размещением, источников теплоты по площади пола; темпера-

• турное перекрытие и нейтральная зона совпадают; помещение по высоте разделено температурным перекрытием на два объема с постоянными температурами воздуха в каждом; расход аэрационного воздуха известен.

Совмещая нейтральную зону с осью х (рис. 8), выделим в никнем и верхнем проемах на расстоянии соответственно ту и у элементарные площадки, через которые проходят расхода воздуха £Юяи <1Сп, .вызванные скоростями йтви сйгв:

(17..

(2Е)

о.5

1 А» (~У) *

(28)

Рмс.З. Расчетная схема аэрации

(IV

(23)

в»™

ЙУ ]

о.5

(29)

Интегрируя (28) „ (29) в пределах соответственно от ^ до 0 и от О

находим соотноиение высот

до Ь и принимая 0=0 = 3? V о = Р ч р

Э г Н Э НЭ ГГН Б 9 В^ЗЭ

расположения центров вытяжных и приточных проемов

Рвн) Рп^нэ)

(30)

{Рп- Рвв> Рв

(Р )

' «ь 4

Заменив в (30) отношение разностей плотностей разностью температур, принимая р/ о = 1, а также учитывая, что Л = Ь - Л , (г - \)/

л ЭЭ П В В9 Н лП

) = К^, получаем

1ж =» КЛ! / (Р / Р ) 1, : (31)

й = Ь / (1 + КЛР / Р ) 1.

™ -б* нэ вэ'

(32)

Метод расчета аэрации реализован программой расчета для ПЭБМ.

Местная вытяжная вентиляция. Санитарно-гигиенические и технико-экономические показатели работы вентиляции во многом зависят от эффективности действия МВБ. Кроме того, значительные расходы удаляемого через местные отсосы воздуха (более 10-15% от общего воздухообмена в ПП) могут изменить циркуляцию воздушых потеков, явиться расчетной величиной воздухообмена в ' помещении, определить

н

выбор СОВ. В большинстве случаев неудовлетворительная работа МВВ вызвана отсутствием надежных методов расчета многих типов МО.

Для ТО с избыточной температурой рабочей среда' и переменным дав--лением воздушно-газовой смеси по высоте рабочего -проема разработана методика расчета зонта"козырька (рис. 9). Основываясь на балансовом способе расчёта, имеем

ha h

j|vy| pBbdy = ||vy| pobdy, (33)

o hu

выражая скорость воздуха (газа) через разность давления

IV * <2 U8>yl ' ■ <34>

учитывая,-что для 0 < у < h. |Лру| =(hH- УНрв- Р0)&> а Для hh< у < h |£py¡ = (у - hH)(p0- рв)g, и принимая pB/pQ=TQ/ Тв, можно рассчитать высоту той части рабочего проема, через которую газы выходят из ТО на-

PW= о.33 . о .33

h = h(T / Т ) . /11 + (Т / Т ) ) (35)

SOB О В

(здесь b - ширина проема). Если считать, что газы из ТО выходят под действием постоянного давления

£р = hB(pB- Po)g / 2, (36)

то скорость выхода газа согласно (34) равна 5 .

V lh»(Ps-P0)8 ' Ро] ' • <37>

а расход газа -

. 1> = у h bv . (38)

о г в о

Для определения-расстояния' х, где ось струи пересекает'плоскость •зонта-козырька, проведены исследования, в результате которых установлены соотношения мевду текущим Агхи начальным Агокритериями Архимеда для компактной Аг^,/Аго=1.95(х/, Р^'^)3 и плоской Arx/Aro=1.95(x/hB)3 струй. Используя формулы М.И.Гримитлина (1982г.) для начального участка струи и результаты'проведенных исследований, получаем зависимости для расчета зонта-козырька при истечении из рабочего отверстия струи компактной: X»0.72F£,s, Lx= 1.06Lo, dx«.1.3F°'5, Tx=> Тв+ 0.94 ñ1o, vx= O.95vo, ls» z + <lx/2¡ струи плоской: x= 0.72hB, I>x= 1.05Lo, bx= ' V V 0.95 ¿To.vx-0.957o> x bx/2f (¿Г= TQ- V

Рециркуляционные вентиляционные системы по своим конструктивным особенностям могут быть замкнутыми на весь объем помещения или на ТО. РВС,замкнутые на ТО,позволяют подавать воздух непосредственно в оборудование или к местному отсосу у ТО, минуя зону дыхания работающих, чем

достигается не только экономия тепловой энергии, но и защита атмосферы от загрязнения вентиляционными выбросами. Одним из основных лонструк-тизннх элементов РВС^ звмкнутых на ТО, является компенсационное воз-дупшо-струЯное укрытие. Расчет КВСУ сводится к определению производительности отсоса, при которой струя приточного воздуха полностью им улавливается.

Исследованы 4 типа КВСУ: тип 1 - боковая подача воздуха под углом . а = 45°к оси всасывающего отверстия, тип 2 - боковая подача воздуха при а = 50', тип 3 - боковая подача воздуха при а = 135°, тип 4 - со-осная на противотоке подача воздуха при « = 180°. В результате проведенных экспериментов установлено, что относительная скорость всасывания Ув= ^в/уп не зависит от типа отсоса, определяется относительной' площадью всасывающего отверстия ?в= Рв/?п и аппроксимируется гиперболической зависимостью (рис. 10) ув= 1/?в. Рациональные значения относительных величин составляют: ? = 1...2, ?в=0,5...1,1 для отсосов типов 1,2,3; 7в=» 1,5...2,5. Рв= 0.4...0.7 для отсоса типа 4. Оптимальный расход удаляемого воздуха Ьв= определяется следующим соотношением характерных размеров КВСУ (см.рис.10): г/Ъ = 2,2...2,б. При г/Ъ < 2,2' \ резко возрастает, т.к. зз счет увеличения ширины приточного отверстия Ь или уменьшения радиуса отсоса г (отсос

О 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 р

1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 0.0 7.0 8.0 9.0 Г/Ь Рис.10. Зависимость у(и от характерных размеров КВСУ

"стремится" к точечному стоку) приточная струя как он "отодвигается" от оси всасывающего отверстия и для ее улавливания необходимо увеличить область действия всасывающего факела. При г/Ь > 2,6 Ьц медленно возрастает практически по линейной зависимости, т.к. за счет уменьшения размера Ь или увеличения радиуса г область действия всасывающего факела растет и влияние приточной струи в системе "сток-исток" сглаживается. ' ■','.'■

Воздушные завесы потребляют значительное количество, тепловой анергии, возможности экономии которой далеко не исчерпаны. Проведенные нами обследования 51 ВЗ промышленных предприятий показали, что в 90Я случаев температура воздуха вблизи ворот ( температура смеси воздуха

*ом ) выше установленной СН. Одна из причин этого - отсутствие достаточно надежных методов расчета ВЗ, в частности расчета температуры воздуха завесы ^. Анализ формулы (7.10) из Справочника проектировщика ("Вентиляция и кондиционирование воздуха", 1992 г.) показал, что ^ завышена, т.к. получена при условии расчета тепловой мощности завесы с начальной температурой * ч, равной температуре ^ наружного воздуха по параметру В. Однако ВЗ шиберирующего действия забирают воздух, как правило, из помещения, в котором они находятся, с температурой или близкой к ней. Поэтому вариант * = X может рассматриваться как

частное решение. Предложена следующая методика расчета температуры воздуха завесы

Уравнение теплового баланса для проема ворот, оборудованного ВЗ, выражается алгебраической суммой

О = О. + <3 - <3 . ' ' (39)

прм П а у '

При сбалансированной в помещении механической вентиляции и рациональ- ' ном устройстве ВЗ весь воздух завесы поступает в помещение,

следовательно

С = б + й . (40)

прм н з _ —

Проводя преобразование с учетом связей q = и в =(Зу/(Зз, получа-

ем расчетную зависимость для температуры воздуха завесы:

Разработана конструкция ВЗ с поворотными гибкими направляющими патрубками, максимально уменьшающими открытый проем. Внедрение предложенной конструкции ВЗ на предприятии АО "Воронекшина" и цересчет температуры воздуха завесы по формуле (41) позволило снизить температуру воздуха в районе ворот до требуемых СН и получить экономический эффект более 600 млн.р. в пересчете на 1.01.95 г.

4. Компьютеризация расчета воздухообмена /31,44,46,47,48,50/

Приоритетным направлением строительства является компьютеризация проектного процесса, особенно на этапах поиска и принятия решения, когда неавтоматизированные методы проектирования, как правило, оказываются нерентабельными. Важный.этап компьютеризации - это создание математических моделей, служащих основанием для разработки алгоритма и программ для ПЭВМ. Эта задача' требует совершенствования методологии и методики автоматизированного проектирования, создания интегрированных САПР, реализующих сквозной процесс проектирования систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Для реализации поставленной задачи разработана математическая модель в виде схемы алгоритма (рис. 11), одной из главных структурных частей САЯР-В "Воздухообмен". Сделана попытка построить базу знаний вентиляции более внутренне интерпретируемую, связанную и активную, чем база данных, включающую фундаментальные знания о предметной области.

Математическая модель расчета воздухообмена предназначена для выбора оптимальной СОВ, расчета воздухообмена, воздухораспределения, аэрации и воздушного отопления в производственных помещениях для практически- любых сочетаний технологических вредных выделений (57 вариантов) и возможных схем вентиляции (9 вариантов), в состав входных

данных включены параметры наружного климата района строительства; допустимые параметры, воздуха рабочего объема; предельные величины коэффициентов воздухообмена; исходные данные для • проектирования ■теплового и материального по ТВ балансов. Выходными данными являются: . параметры воздуха рабочего объема; минимальный расход воздуха'общеобменной вентиляции, определяющий рациональную СОВ; тип, количество и размещение воздухораспределителей; площади и углы открытия.аэрационных проемов; исходные данные для расчета отопления. В схему алгоритма входят подпрограммы: INFORM - информация о назначении и возможностях алгоритма; Ш1 - расчет материального баланса по ТВВ; ¿Q± - расчет теплового баланса помещения; MEST.VENT -'расчет местной вытяжной и приточной вентиляции; S0V - выбор схемы организации воздухообмена; Lq k(±) - расчет воздухообмена по избыткам теплоты для обеспечения санитарно - гигиенических норм; ¿(1) - расчет воздухообмена по ■ массе вредных или взрывоопасных веществ для обеспечения санитарно -гигиенических норм или норм противопожарной безопасности; L - расчет

. кр

воздухообмена по нормативной кратности или удельным расходам воздуха; Ь ■ - расчет воздухообмена по минимальной подаче наружного воздуха; Kt- расчет коэффициента воздухообмена по теплоте; KQ- расчет коэффициента воздухообмена по материальным ТВВ; VR - расчет воздухораспределе-ния; AER - расчет аэрации; OTOPL - расчет отопления; 0T0PL.VEJJX -расчет отопления, совмещенного с вентиляцией.

Декомпозиция схемы алгоритма расчета воздухообмена (сы.рис. 11) может быть представлена следующими группами блоков: - подготовительная /(информация о- программе, ввод исходных данных, расчет теплового и материального по ТВВ балансов, расчет местной . вентиляции); •

• - выбор СОВ, расчет и выбор воздухообмена для кзвдой СОВ и минимального для всех СОВ, участвующих в расчете; , . - расчет воздухораспределения, воздушного отопления,- аэрации.

Характерными особенностями схемы алгоритма являются: работа в режиме пользовательского интерфейса; проведение при необходимости анализа и указания причин, по которым решение оказалось неудовлетворительным; разграничение расчетов по количеству и виду ТВВ; определение коэффициентов воздухообмена по методу' простых итераций с расчетом до заданной степени точности с и условиями, ограничивающими рост определяемой величины (предельное значение коэффициентов воздухообмена К0>пр и Kt,np жданных входными данными)

Расчет воздухообмена начинается с условий равномерного распределения по высоте помещения ТВВ (Kt=1, К =1). Для этих условий производит-

(Начало )--jINPUTf-

Kf(i) "1. i<c(l)" 1

® 0

MEST.VENT » ДМ[ AQj

Lp= min{Lp,x} Lp- min{LPii,>

/ТТкЭ®

i-' Рис.11.

OUTPUT]-( Конец )

Схема алгоритма расчет» »оздухоовмена

Рис. 12. Схема алгоритма расчета ■оздухообмана. Оларационныа блоки 1,2

ся расчет теплового и материального по ТВВ балансов, местной вытяжной и приточной вентиляции. Предварительный результат расчетов (цикл 1=1) для оценки его пользователем выводится на экран дисплея, и на печать.

Дальнейший ход вычислений определяется .четырьмя направлениями, обусловленными остат.очными в помещении тепловыделениями и материальными ТВВ: 1-е - остаточные тепловыделения отрицательные, материальных-ТВВ нет; 2-е - остаточные тепловыделения отрицательные, есть материальные ТВВ; 3-е - остаточные тепловыделения положительные, материальных ТВВ нет; 4-9 - остаточные тепловыделения положительные, есть матер"-иальные ТВВ. ' ' '

Для всех направлений расчетов проводится выбор к схем организации воздухообмена с выводом результатов на экран дисплея для их оценки. Для всех выбранных схем рассчитывается воздухообмен по минимальному расходу наружного воздуха Дальнейший ход расчета воздухообмена дифференцируется по направлениям.

1-е направление. Рассчитывается для всех из к СОВ воздухообмен по нормативной кратности или удельным расходам воздуха L . Выполняется

Кр

выбор расчетного для каждой СОВ воздухообмена как максимальной величины из L , Ь и расхода воздуха местной вытяжной вентиляции L .

HB кр МО

Выбирается рациональная СОВ, рассчитываются системы воздушного отопле-

ния и воздухораспределения или выдаются исходные данные для расчета центрального отопления.

■ 2-е направление. Рассчитывается для всех из к СОВ воздухообмен по каждой из J материальных ТВВ к(1 система воздухораспределения и коэффициенты воздухообмена Ко уточнением материальных балансов

4М±, расходов воздуха местной вентиляции и количества СОВ (блок 1,рис. 12).Выбирается для каждой СОВ расчетный воздухообмен I. как максима-

р I к

льный из Ь и 1 ь.ц.и минимальный расчетный воздухообмен Ьр, опреде-

НВ М % 1С ( ^ у

ляющий рациональную СОВ. Дальнейшие расчеты повторяют ход расчетов первого направления.

3-е направление. Рассчитывается для всех из к СОВ воздухообмен по избыткам теплоты Ь0 к(1). система воздухораспределения и коэффициенты воздухообмена 1с{1) с уточнением тепловых балансов ¿<31, расходов воздуха местной вентиляцией и количества СОВ (блок 2,рис 12).Выбирается для каждой'СОВ расчетный воздухообмен Ьр>к как максимальный из Ьнв и Ьд к(1) и минимальный расчетный воздухообмен Ьр, определяющий рациональную СОВ. При наличии естественной вентиляции проводится расчет аэрации.

4-е направление. Отличительной особенностью этого направления расчетов от второго и третьего является выбор расчетного воздухообмена для каждой СОВ Ьр к как максимальной величины, требуемой для обеспечения санитарно - гигиенических норм Ь^ к, норм взрывной и пожарной безопасности Ьм или максимального расхода наружного воздуха Ьпп . Дальнейшие расчеты повторяют ход расчетов третьего направления.

Рациональная СОВ не всегда определяется минимальным расходом вентиляционного воздуха. Однако учесть все факторы, определяющие выбор СОВ, практически невозможно из-за их противоречивого воздействия на технико - экономические показатели. Поэтому на данном этапе разработки САПР-В выбор рациональной схемы организации воздухообмена из альтернативных СОВ принят по минимальному воздухообмену. .

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ '

1.Анализ уровня развития вентиляционной техники выявил необходимость углубления понятия вентиляционного процесса, установления ого связей с воздушным режимом здания в рамках биотехнической системы "человек - окружающая среда". Для этого построена с применением системного подхода и причишга - следственных связей . общая структурная схем-ч формирования воздушной среды в помещении (рис.1), псказыващпя вялимо-связь между подсистемами и их ранжирование, проведена нлоссиХикадля

вентиляции. ' !

2.Схема организации воздухообмена (СОВ) является основополагающим условием для расчета воздухообмена и воздухораспределения в помеще-. нии.Определяющими факторами при Еыборе и проектировании СОВ являются организация и режим технологического процесса, свойства технологических выделений (ТВ), архитектурно - строительная характеристика помещения. Анализ параметров, характеризующих распределение ТВ по характерным объемам помещения показал, что оценкой рациональности альтернативных СОВ могут быть коэффициенты воздухообмена К1.и К..

3.Разработана с использованием системного анализа методика выбора схем организации воздухообмена для практически любых сочетаний технологических вредных выделений (ТВВ) из 374 исходных (базисных и конкурирующих) СОВ для условий стационарности и нестационарности вентиляционного процесса.

4.Экспериментальные исследования схем организации воздухообмена для производств с тепло-, влаго- и газовыделениями дали . следующие результаты:

- для цехов с остаточными положительными тепловыделениями установлена связь между избыточными температурами воздуха рабочего и верхнего объемов и получена формула для расчета коэффициента воздухообмена Къ в зависимости от определяющих воздухообмен факторов при естественном воздухообмене; для помещений с равномерным размещением оборудования по площади пола рекомендуется СОВ с подачей воздуха из верхнего объема помещения;

- для цехов с остаточными отрицательными тепловыделениями определена рациональная организация воздухообмена по схеме "сверху-вниз";'

- для цехов с остаточными положительными тепловыделениям®! и влаго-поступлениями выявлены рациональная СОВ и условия, определяющие двух-объемную раздачу воздуха (£<5000 КДк/кг .влаги) и долю продувочного

. воздуха от общего воздухообмена в помещении (1^/1*0.3...О.35) для уст— ' ранения конденсации влаги на внутренней поверхности покрытия;

- для цехов с остаточными отрицательными тепловыделениями и выделениям! тяжелых газов доказана возможность организации воздухообмена по схеме "сверху - вверх" при условии совмещения отопления с вентиляцией и сосредоточенной раздачи воздуха в верхний объем помещения наклонными вниз струями.

5„8иявл9Ш и оценены способы расчета воздухообмена в помещении, которые могут быть условно сведены к двум: эмпирический способ, основанный на зависимостях, полученных экспериментальным путем, и балансовый - способ, основанный на зависимостях, подученных аналитическим путем на

основании балансовых уравнений технологических выделений и воздуха по определенному или всему вкутрегшему объему помещения. Эмпирический способ расчета более точный, когда он используется в пределах той ■ области измерений, на основании которых получены расчетные зависимости; балансовый способ расчета более' универсальный, однако точность его • результатов зависит от надежности исходных данных.

6.Определены условия,.характеризующие режим работы вентиляции по признакам стационарности или не стационарности величин, определящих состояние системы и заявлена связь нестационарное™ вентиляционного и технологического процессов. Показано, что поток ТВ не обладает статической устойчивостью и может задаваться вариантами возможных значений функции М(т).

Т.Разработаны научно - практические методы расчета воздухообмена .в помещении при стационарном режиме работы' вентиляции, позволяющие > определять расход воздуха общеобменной вентиляции для п приточных, п вытяжных систем и при к локальных объемах помещения.

8.Разработаны научно - методические основы расчета воздухообмена при нестационарном режиме работы вентиляции для следующих случаев:

а) поток ТВ и расход воздуха постоянны; рассчитываются конечная концентрация ТВ по зависимости (15) и время т периода насыщения внутреннего объема помещения ТВ по зависимости (16);

б) поток ТВ задан показательной функцией (22), расход воздуха постоянный; рассчитывается конечная концентрация. ТВ по зависимости

. (24), показывающей дополнительные по сравнению с 11о= conat изменения концентрации ТВ и времени насыщения внутреннего объема помещения технологическими выделениями.

в) поток ТВ и расход воздуха непостоянны во времени, конечная концентрация ск задана постоянной величиной; требуемый воздухообмен Ь(т) полностью определяется характером функции М(т).

9.На основании экспериментальных лабораторных и натурных исследований отдельных составляющих вентиляционного процесса получены следующие результаты:

9.1.Разработаны метод, алгоритм и программа расчета аэрации,.осно-' ванные на гипотезе совмещения в аэрируемом помещении нейтральной зоны с температурным перекрытием. Метод позволяет прогнозировать циркуляцию воздушных штоков в производственных помещениях и с высокой достоверностью определять местоположение нейтральной зоны, рассчитывать площади" и углы открытия створок аэрационных проемов при заданных расходах воздуха.

9.2.На основе балансового метода разработана методика расчета зон-

та - козырька для технологического оборудования с избыточной тетера-турой рабочей среды и переменным давлением воздушно - газовой смеси по высоте рабочего проема; установлены и экспериментально подтверждены -зависимости между текущим Агх и начальным Аг0 критериями- Архимеда для компактных и плоских струй (см. с. 28), используемые при расчете местного отсоса; 'методика.расчета позволяет в 1.5...2 раза уменьшить габаритные размеры зонта-козырька без ущерба эффективности его.работы.

Разработаны принципиально новые конструкции компенсационных воздушно-струйных укрытий (КВСУ) и проведено их исследование. Установлено, что относительная скорость всасывания v не' зависит от -угла подачи притрчного воздуха, определяется относительной площадью всасывающего .отверстия FB и аппроксимируется гиперболической зависимостью vb= 1/F^. Рекомендуются следующие значения относительной скорости всасывания при углах подачи приточного воздуха: от 45° до 135° ?в=1...2 при FB=0.5... 1.1; 180°(противоток) ?в=1.5...2.5 при Рв=0.4...0.7.Относительный расход удаляемого воздуха Ев определяется соотношением характерных размеров КВСУ,.рациональное значение которых составляет г/Ь = 2.2...2.6. Экономический эффект от внедрения результатов исследования местной вытяжной вентиляции в АО "Воронежшина" составил около 800 млн. р. в пересчете на 1.01.95 года.

9.3.Анализ работы воздушных- завес на промышленных предприятиях показал, что энергоемкость завес можно уменьшить за счет усовершенствования их конструкций и методик расчетов. Разработанные формула для расчета температуры воздуха завесы и конструкция завесы с поворотными гибкими направляющими патрубками позволяют значительно снизить расход теплоты, потребляемый завесой, без ухудшения микроклимата в районе ворот. Внедрение результатов исследований в АО "Воронежшина" • позволило'получить экономический эффект более 600 млн. р. в пересчете цен на 1.01.1995 года.

10.Для компьютеризации проектных работ, санитарно. - гигиенической и энергоэкономической оценки принимаемых решений разработаны:

алгоритм выбора схемы организации воздухообмена с учетом режима работы вентиляции (см.рис.5), использующий исходные (базисные и конкурирующие) СОВ по каждому детерминирующему воздухообмен технологическому вредному выделению; алгоритм реализован программой, функционирующей в среде Турбо-Паскаль под управлением операционной системы US DOS на IBM PC/AT;

' - математическая модель вентиляции в виде Схемы алгоритма по организации и расчету воздухообмена в производственных помещениях (см. рис.11), которая является основой для создания системы автоматизиро-

ванного проектирования вентиляции производственных, помещений с обозначенными (с.31) исходными данными; математическая модель реализована в практической работе некоторых проектных организаций города Воронежа и в учебном процессе ВГАСА.

11.Выполненный комплекс исследований повышает технический уровень . проектирования вентиляции производственных помещений,позволяет прогног- ■ зировать развитие данного направления исследований, дает импульс для дальнейшего совершенствования работ в области систем автоматизированного .проектирования вентиляции. Конкретные методики расчета и проектирования систем вентиляции использованы в исследовательской и проектной работе организацизациями Резиноавтопроект, Гипросинтезкаучук, Гипро-пром.Проектпромв.ентиляция, Воронекпроект. Результаты исследований внедрены на предприятиях "Воронежшина", "Воронежэлектросигнал",'"Воронеж-синтезкаучук", "Ефремовсйнтезкаучук", "Юшнекамскшина", -"Воронектяж-пресс" и дали подтвержденный документально экономический эффект более 3 млрд. р. -в ценах на 1.01.1995 года.,

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Сазонов Э.В. Улучшить условия irpyда в цехах вулканизации шинных заводов// Безопасность труда в промышленности.-t966.-К 2. -С. 36...37.

2.Сазонов Э.В. За чистоту воздушной среда подготовительных цехов шинных заводов//Безопасность труда в прошшл&наоств.-1966.-Н to. -С. 20...22.

3.Сазонов Э.В. Организация воздухообмена в цехах вулканизации шинных заводов// Безопасность труда в промыаленноста.-1966.~Н 12. -С. 45...48.

4.Сазонов Э.В. К вопросу о зависимости между температурами уходящего воздуха и воздуха рабочей зоны в горячих цехах// Водоснабжение и санитарная техника.-М967.-Н 4. -С. 6...9.

5.Сазонов Э.В. Вентиляция цехов вулканизации шинных заводов с ' применением сосредоточенного притока воздуха// Химическая промышленность Украины.-1967 -Н б. -С. 52...63. i

6.Сазонов Э.В. Моделирование сосредоточенной подачи воздуха в цехах вулканизации шинных заводов// XXII научн. конференция ВИСИ: Материалы

■конференции. - Воронеж: Изд-во ВГУ.-1967. -С. 99...100.

7.Сазонов Э.В. Экспериментальное исследование естественного воздухообмена в цехах вулканизации шинных заводов// Механизация, оборудование и организация строительства: Труда ВИСИ. Т. 14 - Вороне*: Изд-во ВГУ, 1968. -С. 78...86.

8.Сазонов Э.В.Состояние воздушной среды в цехах вулканизации шинных еаводов// Механизация» оборудование и организация строительства: Труды ВИСИ. Т. 14. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1968. -С. 75...78. •

Э.Сазонов. Э.В. Полуавтоматический прибор: для измерения температур воздуха// Изв. вузов. • Строительство и архитектура. -1968. -Н 2. -С. 103...106. '

Ю.Сазонов Э.В. Некоторые, вопросы естественного воздухообмена в цехах с конвективными источниками тепла // XXIV научн. конференция ВИСИ: Материалы конференции. -Воронеж: Изд-воВГУ, 1969.-С. 126...127.

11.Симаков Б.Д., Сазонов Э.В. Санитарно -'гигиеническое и экономическое сравнение сосредоточенного и рассредоточенного притоков воздуха в цехах вулканизации шинных заводов// 11-е координационн. совещание по промышлен. вентиляции: СО. докладов. -М.', 1969. -С. 31...35.

12.Сазонов Э.В. Технико -экономическое сравнение сосредоточенного и рассредоточенного притоков воздуха// Исследования в области санитаркой техники: Труды ВИСИ. Т. 15. Вып. 5. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1969. -С. '38...41.

13.Симаков В.Д., Сазонов Э.В. Организация воздухообмена в цехах вулканизации шинных заводов, оборудованных форматорами- вулканизаторами// Изв. вузов. Строительство и архитектура.-1969.-Н 5. -С.114...118.

14.Сазонов Э.В., Новосельцев Б.П., Зазымкин С.И. Натурные исследования воздушной среда в цехе вулканизации 16 корпуса Воронежского шинного завода//' XXV научн. конференция ВИСИ: Материалы конференции. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1970. -С. 136... 137.

15.Сазонов Э.В.. Влияние отметки верхней кромки приточного отверстия на .температуру воздуха в рабочей зоне при расчете аэрации // Изв. вузов. Строительство и архитектура.-1970.-Н 11. -С. 131...136.

16.Сазонов Э.В. К вопросу раздачи воздуха в цехах с тепловыделениями // Водоснабжение и санитарная техника,-1971.-М 8. -С.15...17.

П.Сазонов Э.В. Выбор высоты приточного отверстия при расчете воздухообмена // Вопросы санитарной техники и теплотехники: Труды ВИСИ. Т. 16. Вып. 4. - Ёоронеж: Изд-во ВГУ, 1971. -С. 10...13,

18.Сазонов Э.В. Исследование вентиляции цеха вулканизации 16 корпуса Воронежского тинного завода // XXVI научн.конференция ВИСИ: Материалы конференции. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1971. -С. 218...219.

19.Сазонов Э.В..Евстафьев Н.В., Шепелев В.М. Номограмма для расчета воздушного душа при политропном охлаждении воздужа//ХХУ11 научн.конференция ВИСИ: _ Материалы конференции. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1972. -С. 198.1.199.

20.Сазонов Э.В.Исследование вентиляции вулканизационного цеха в

холодный период года// Проектирование, монтаж, 'наладка и эксплуатация систем вентиляции и кондициониров. воздуха.: Тез. докладов мвкотраслев. научно - техн. семинара. - Иркутск, 1972. - С. 14.. Л?.

21.Сазонов Э.В..Евстафьев Н.В.. Шепелев В.М. Номограмма для расчета воздушного душа при испарительном ©хлаждении воздуха// XXVIII научн.-конференция ВИСИ: Материалы конференции. - Воронеж: Изд-во ВГУ,.1973. -С. 205...20Т. .

22.Сазонов Э.В..Зазымкин С.И., Новосельцев Б.П. Экспериментальное исследование вентиляции цеха вулканизации 16 корпуса Воронежского шинного завода// XXVIII научн.конференция ВИСИ: Материалы, конференции. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1973. -С. 210...211.

23.Сазонов Э.ВI.Токмаков В.Ф., Радушкин В.С.Исследование вентиляции цеха вулканизации Нижне - Камского шинного завода// XXVIII научн.конференция ВИСИ: Материалы конференции. - Вороне»: Изд-во ВГУ, 1973. -С. 211...212.

24.Сазонов Э.В..Токмаков В.Ф., Зайко М.С. Экспериментальное' исследование рециркуляционной вентиляции для резиносмесителя РС-2 // XXIX научн. конференция.ВИСИ: Материалы конференции. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1974. -С. 173...174.

25.Сазонов Э.В., .Токмаков В.Ф. Применение замкнутых аспирационнах систем для уменьшения загрязнения воздушного бассейна//Всесоюзн. научно - техн. конференц. "Охрана воздушного бассейна от загрязнения технологическими и вентиляционными выбросами промышленных производств": Тез. докладов. '- Ереван, 1974. -С.110.. .111.

26.Сазонов Э.В., Токмаков В.Ф. Аспирационное укрытие с воздушной завесой// Вопросы совершенствования монтажных, наладочных и проектных работ по отоплению, вентиляции и кондиционир. воздуха: Кратк. содер. докладов. - Новосибирск, 1975. -С. 70...72.

27.Сазонов Э.В., Токмаков В.Ф. Замкнутая система аспирации загрузочной камеры резинбсмесителя РС// Основные направления в проектировании и эксплуатации систем вентиляции предприятий химической и нефтехимической промышленности И защита атмосферы от загрязнений вентиляционными выбросами: Тез. докладов. М.. 1975. -С. 162...165.

28.Сазонов Э.В., Токмаков В.Ф., Мансуров А.И. Некоторые результаты исследования рециркуляционной вентиляции резиносмесителя РС // XXX научн. конференция ВИСИ: Материалы конференции. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1975. -С. 211...212.

29.Полосин И.И., Сазонов Э.В. Технико -экономическое сравнение схем вентиляции химических цехов с проемами в мевдуэтажкых перекрытиях// Отопление и вентиляция. Вып. 1. Куйбышев, инж. - строит, ин-т. -Куйбы-

шев, 1976. -С. 28...32.

30.Сазонов Э.В. Отопление и вентиляция основных цехов машиностроительных заводов: Учеб. пособие. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1977. -С.60.

31.Сазонов Э.В. Расчет воздухообмена помещений//-Изв.- вузов. Строительство и архитектура*.-1979.-N 7. -С. 94...98.

32-Новосельцев Б.П., Сазонов Э.В., Исследование работы воздухораспределителя ВПЭП// Проблемы теплоснабжения и вентиляции, в условиях климата Восточной Сибири: Сб. научн. труд. Иркутск. ПИ.- Иркутск, 1981. -С. 38...41. .

33.Полосин И.И., Ревякин Ю.И., Сазонов- Э.В. Усовершенствование систем вентиляции цехов выделения, сушки и" упаковки каучука.// Повышение качества и эффективности вентиляции на предприятиях суройиндуст-

' рик: Тез.. докладов к областному семинару.-Пенза: Пензенск. дом научно- технической пропаганды, 1982. -С.'57...59.

34. А. с. N 974950 СССР. Устройство для подачи приточного воздуха/ Новосельцев Б.П., Васильев B.C., Сазонов Э.В., Савенков Н.Д. Опубл. •15.11.82. Бюл. N 42. -С.4.

35.Полосин И.И., Ревякин В.И., Сазонов Э.В. Усовершенствование местной вытяжной вентиляции от виброподъемшша// Безопасность труда в промышленности. -1984 .'-1J 1. -С . 46... 47.

36.Сазонов, Э.В. Расчет аэрации помещений под действием теплоизбыт-ков/ Ворнеж. инж.-строит, ин-т. -Воронеж, 1984. -7 с. - Деп. во ВНИИИС Госстроя СССР. Вып. 1, N 5098.

,37.Сазонов Э.В. К расчету воздушных завес шиберуюцего типа// Изв. вузов. Строительство и архитектура,-1985.-N 4. -С. 84...86.

38.Сазонов Э.В. Расчет температуры воздуха воздушных завес// Повышение эффективности работы систем вентиляции прмышленных зданий: СО.

•научн. | трудов/ Под ред. Э.В.Сазонова. Воронеж, инж.-строит, ин-т.-Воронеж, 1985.-8с. Деп. во ВНИШС Госстроя СССР. Вып. 1, N 5297.

39.Титов В.П., Сазонов Э.В., Краснов Ю.С., Новожилов В.И. Курсовое и дипломное проектирование по вентиляции гражданских и промышленных зданий: Учеб. пособие. Й., Стройиздат. 1985. -С. 208.

40.Сазонов Э.В. Расчет зонта - козырька у рабочих' отверстий электрических печей// Изв. вузов. Строительство и архитектура. -1986. -N 9 -С. 92...96.

41. А. с. К 1266719 СССР.Устройство для удаления пыли к плоско -шлифовальному станку /Новосельцев Б.П., Зайко М.С., Петров В.Р., Сазонов Э.В., Ш^ршнев В.Н., Щукина Т.В. Опубл.' 30.10.86. Бюл. N40. -С.4.

42.Сазонов Э.В. К расчету зонтов - козырьков// Оптимизация систем отопления и вентиляции: Межвуз.сб. Куйбышев. 1986. -С.54...58.

43.Новосельцев Б.П., Полосин И.И., Петров Б.'Р..Сазонов Э.В., Шерга-нев В.Н. Лабораторный практикум по отоплению и вентиляции: Учеб. пособие. - Воронеж: Изд-во ВШ, 1987. -С. 96.

44.Сазонов Э.В., Махов Л.М., Полосин И.И., Черниговская Л.А. Сборник задач по расчету систем кондиционирования микроклимата зданий/ Под общ. ред. Э.В. Сазонова: Учеб. пособие. Воронеж: Изд-во ВГУ. .1988. -С. 296. .

45.Сазонов Э.В. Теоретические основы расчета вентиляции: Учеб. пособие. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1990. -С. 208.

46.Сазонов Э.В. ' Вентиляция общественных зданий: Учеб. пособив. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1991. -С. 188.

47.Сазонов. Э.В., Черниговская Л.А. Автоматизированный выбор ' схем организации воздухообмена в производственных помещениях/ Воронеж, гос. арх.-строит, акад. -Воронеж, 1994. -6с. -Деп. во ВНШНТПИ. Вып. 1, N 11489.

48.Сазонов Э.В., Черниговская Л.А., Морев М.А. Математическая модель велтиляции. производственного помещения/ Воронеж, гос. арх.-строит. акад. -Воронеж, 1994. -5с.-Деп. во ВНИИНТПИ. Вып. 1, N 11490.

49.Алексеев B.C., Алексеев Л.С.,...Сазонов Э.В. и др. .Инженерное оборудование зданий и. сооружений. Энциклопедия/ Гл. ред. C.B. Яковлев. М., Стройиздат, 1994, -С. 512.

50.Сазонов Э.В., Петров В.Р. Расчет воздухообмена помещений при нестационарном процессе вредных выделений/ Воронеж, гос. арх.-строит, акад. -Воронеж, 1995.' -6с.-Деп. во ВНИИНТПИ', Вып. 1, N 11-510.

51 .Сазонов Э.В., Черниговская ,Л.А., Морев М.А. Оптимизация работы воздушно - струйных укрытий/ Воронеж, гос. арх.-строит, акад. - Воронеж, 1994. -6с. -Деп. во ВНИИНТПИ. Вып. 1, H 11511.

Эдуард Владимирович САЗОНОВ

Научно - методические основы организации воздухообмена в производственных помещениях

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

05.23.03 Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение -и освещение

Лицензия N 0020 450 от 4.03.92 Подписано в печать 17.04.95. Формат 60*84 1/16 Объем 2.0 уч.-изд. л. Заказ N 85.' Тираж 100 экз. Отпечатано на ротапринте Воронежской государственной архитектурно - строительной академии, 394006, г. Воронеж, ул. ХХ-летия Октября, 84