Цель работы: изучить понятия «вентиляция» и «кондиционирование воздуха», научиться выбирать тип вентиляции по способу перемещения воздуха, исходя из заданных условий, а также выполнять расчет мощности местного кондиционера воздуха.

Общие сведения. Для создания нормальных условий труда для работников необходимо обеспечить не только соответствующие параметры микроклимата, но и чистоту воздуха в помещении. Необходимой чистоты воздуха на рабочем месте можно достичь за счет использования систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Вентиляция – организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения воздуха, загрязненного вредными газами, парами, пылью, а также улучшающий метеорологические условия в помещении.

Кондиционирование воздуха (от латинского condicio – условие, состояние) – создание и автоматическое поддержание в закрытых помещениях и средствах транспорта параметров воздушной среды (температуры, относительной влажности, чистоты, состава, скорости движения и давления воздуха) наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологических процессов, работы оборудования и приборов, обеспечения сохранности ценностей культуры и искусства и т. п.

Кондиционер – это устройство для поддержания оптимальных климатических условий в квартирах, домах, офисах, автомобилях, а также для очистки воздуха в помещении от нежелательных частиц.

Вентиляцию классифицируют по следующим признакам:

1) по способу перемещения воздуха – естественная, искусственная (механическая) и смешанная;

2) по способу подачи и удаления воздуха – приточная, вытяжная, приточно-вытяжная;

3) по месту действия – общеобменная, местная и комбинированная;

4) по назначению – рабочая и аварийная.

Кондиционеры можно классифицировать по следующим признакам:

1) кондиционер в зависимости от обрабатываемого воздуха может быть: прямоточным (обрабатывает наружный воздух, поступающий в помещение), рециркуляционным (обрабатывает воздух, находящийся внутри помещения), с рециркуляцией (обрабатывает смесь наружного и внутреннего воздуха; как правило, доля наружного воздуха в этой смеси составляет 10-15%);

2) кондиционер в зависимости от объекта применения может быть местным (имеет низкую продуктивность, его устанавливают в небольших помещениях) и центральным (предназначен для обслуживания больших по площади помещений или нескольких помещений одновременно).

Следует отметить, что, несмотря на возможность осуществлять воздухообмен в помещении, только отдельные типы кондиционеров могут вентилировать воздух. В полной мере функция подачи свежего воздуха может быть реализована только у центральных кондиционеров. Обычные местные (или бытовые) кондиционеры могут только охлаждать или нагревать воздух внутри помещения, а режим «вентиляции», о котором иногда пишут в инструкции к кондиционеру, означает, что в этом режиме за счет работы вентилятора внутреннего блока происходит перемещение воздуха внутри помещения без добавления свежего.

Расчет систем вентиляции.

В общем случае расчет вентиляции состоит в определении типа вентиляции и подборе вентиляционных устройств (типа вентилятора, воздуховодов, фильтров и т.д.).

Для выбора типа вентиляции необходимо определить кратность воздухообмена в помещении, которую можно определить по формуле (4.1):

 

 , (4.1)  

где Qсум – количество воздуха, которое следует удалять из помещения для обеспечения нормированных значений параметров микроклимата, м3/ч; V – объем помещения, м3.

В зависимости от кратности воздухообмена в помещении могут быть применены следующие типы вентиляции:

1) неорганизованная естественная вентиляцию, которая обеспечивает кратность воздухообмена n = 1…1,5;

2) аэрация (обеспечивает кратность воздухообмена до 30);

3) механическая вентиляцию, обеспечивающая кратность воздухообмена 30 и выше.

Следует отметить, что вредных веществ (паров, газов, пыли, избытков теплоты и т.д.), загрязняющих воздух рабочей зоны, может быть одновременно несколько видов. В этом случае объемы воздуха, необходимые для удаления каждой вредности, рассчитывают отдельно, а в качестве Qсум принимается максимальное из вычисленных значений.

В рамках данной работы будем определять тип вентиляции по наличию одного вредного фактора в воздухе рабочей зоны – избытка теплоты.

Количество воздуха необходимое для борьбы с избыточным теплом, м3/ч:

 

  (4.2)  

где с – удельная теплоемкость воздуха, равная 1000 Дж/(кг·К); γ – удельная масса воздуха при соответствующей температуре помещения, кг/м3 (при (t = 0…20 °С, γ = 1,18 кг/м3; при t = 20...50 °С, γ =1,08 кг/м3); t1, t2 – соответственно температуры, при которых воздух удаляется и поступает в помещение; (t1 – t2) можно принять (3…5) К; Аизб – количество избытков тепла в единицу времени, которое определяется суммой тепловыделений в помещении за вычетом теплопотерь, Вт:

 

Аизб = ∑А тепловыделений – ∑А теплопотерь (4.3)  

Сумма тепловыделений ∑А тепловыделений определяется как сумма поступлений тепла в помещение от различных источников:

 

∑А тепловыделений = Аоб + Алюдей + Аламп + Асол (4.4)  

При этом Аоб – поступление тепла от оборудования, Вт:

 

А об = N·nоб, (4.5)  

где N – мощность единицы оборудования, Вт; nоб – количество единиц оборудования, шт.

Ал – поступление тепла от людей, Вт:

 

Алюдей = W·nл, (4.6)  

nл – количество людей; W – энергозатраты человека в зависимости от категории выполняемых работ (определяется по табл. 4.2).

Алн – поступления тепла от ламп, Вт:

 

Ал = Nл·m, (4.7)  

Nл – мощность одной лампы, Вт; m – количество ламп, шт.

Асол – поступления тепла от солнечной радиации, Вт:

 

Асол = ко'·Sо + кф'·Sф, (4.8)  

где к' – количество теплоты, вносимой солнечной радиацией через световые поверхности, Вт/м2 (определяется по табл. 4.3); Sо, Sф – соответственно площадь окон и фонарей, м2.

Сумма теплопотерь ∑А теплопотерь складывается из потерь тепла:

 

∑А теплопотерь = Аогр + Апр, (4.9)  

где Аогр –теплопотери через ограждение (в данной работе теплопотерями через ограждения можно пренебречь); Апр – теплопотери через световые проемы, Вт:

 

Апр = (ко''·Sо + кф''·Sф)·(t1 – t2), (4.10)  

где к'' – коэффициент теплопередачи проемов, Вт/(м2·К) (определяется по табл. 4.4); (t1 – t2) = (3…5) К.

Расчет систем кондиционирования.

Наиболее важной характеристикой местных (бытовых) кондиционеров, которую необходимо оценивать при выборе и установке кондиционера в помещении (особенно жилом), является мощность охлаждения. От этой величины зависит площадь, на которую он рассчитан, а также стоимость кондиционер. Для ориентировочных расчетов берется 1 кВт охлаждающей мощности на каждые 10 м2 при высоте потолков 2,8 – 3,0 м. Таким образом, для ориентировочной оценки охлаждающей мощности кондиционера достаточно площадь комнаты разделить на десять, например, для 20 м2 требуется 2,0 кВт, для 45 м2 – 4,5 кВт и т. д. По этой упрощенной методике определяется требуемая мощность для компенсации теплопритоков от стен, пола, потолка и окон. Однако, если в помещении большая площадь остекления или окна выходят на южную сторону, то теплопритоки будут больше и мощность кондиционера необходимо увеличить на 15 – 20%.

Для более точной оценки охлаждающей мощности местного кондиционера необходимо рассчитывать теплопритоки по общепринятой методике:

 

Qобщ = Q1 + Q2 + Q3, (4.11)  

где Qобщ – общие теплопоступления в помещение, Вт; Q1 – теплопоступления от стен, пола, потолка и окон, Вт; Q2 – теплопоступления от людей, Вт; Q3 – теплопоступления от оборудования, Вт.

Теплопоступления от стен, пола, потолка и окон вычисляют по формуле:

 

Q1 = S · h · q, (4.12)  

где S – площадь помещения, м2; h – высота помещения, м; q – коэффициент, равный 30 – 40 Вт/м3 (для южной стороны – 40, для северной – 30, среднее значение – 35).

Теплопоступления от людей и оборудования вычисляют по формулам 4.5, 4.6.

На основании полученного значения Qобщ необходимо выбрать близкую по мощности модель кондиционера из стандартного ряда. Причем, если значение Qобщ не точно соответствует величинам, указанным в стандартном ряду, то в этом случае необходимо значение Qобщ округлить в большую сторону до ближайшей величины, приведенной в стандартном ряду.

Стандартный ряд бытовых кондиционеров по мощности: 2,0 кВт; 2,5кВт; 3,55 кВт;

5,0 кВт; 7,0 кВт.

Следует отметить, что в результате такого расчета получают именно мощность охлаждения кондиционера, которую часто путают с мощностью, потребляемой кондиционером от электросети. На самом деле, потребляемая кондиционером мощность примерно в 3 раза меньше мощности охлаждения, т.е. кондиционер мощностью 2,5 кВт потребляет всего около 800 Вт – меньше утюга или электрочайника. Поэтому бытовые кондиционеры, как правило, можно включать в обычную розетку, не опасаясь «выбитых» пробок.

Порядок выполнения работы.

1. В офисном помещении в результате работы офисной техники (компьютеры, принтеры), приборов освещения (люминесцентные лампы типа ЛТБ), постоянного пребывания людей образовывается избыточное тепло. С целью создания комфортных условий труда в помещении необходимо удалять избыточное тепло. Для этого применяют системы вентиляции и кондиционирования воздуха в помещении. Проанализируйте ситуацию и на основании данных, приведенных в табл. 4.1 (номер варианта выдает преподаватель), выполните следующие расчеты:

а) по формулам 4.2 – 4.10 рассчитайте количество воздуха необходимое для борьбы с избыточным теплом в офисном помещении;

б) по формуле 4.1 определите кратность воздухообмена в помещении и на основании этого установите тип вентиляции, который лучше всего применять в данном помещении;

в) по формулам 4.11, 4.12 рассчитайте охлаждающую мощность местного кондиционера, которая необходима для создания комфортных условий в помещении.

2. На основании полученных результатов расчетов сделайте выводы.

Контрольные вопросы.

1. Дайте определение понятиям «вентиляция», «кондиционер».

2. По каким признакам классифицируют вентиляцию?

3. По каким признакам можно классифицировать кондиционеры?

4. В чем заключается расчет системы вентиляции?

5. В чем заключается расчет систем кондиционирования?