Расчет механической вентиляции производственных помещений

Нюансы аэродинамических вычислений

Расчет дымовой трубы котельной должен учитывать следующие нюансы:

• Учитывая технические характеристики котла, осуществляется определение типа конструкции ствола, а также место, в котором будет располагаться дымоход.
• Рассчитывается прочность и долговечность газоотводящего канала.
• Необходимо также рассчитать высоту дымовой трубы, учитывая как объем сжигаемого топлива, так и вид тяги.
• Расчет турбулизаторов для дымовых труб.
• Максимальная нагрузка на котельную высчитывается посредством определения минимального значения пропускной способности.

Важно! При данных расчетах необходимо знать также ветровую нагрузку и значение тяги.

• На последнем этапе создается чертеж дымовой трубы с оптимизацией участков.

Аэродинамические вычисления являются необходимыми для определения высоты трубы в случае использования естественной тяги. Тогда следует рассчитать также и скорость распространения выбросов, которая зависит от рельефа территории, температуры газового потока, скорости воздуха.

От мощности котла напрямую зависит высота трубы. Коэффициент загрязнения дымохода не должен превышать 30%.

Формулы для расчёта дымовой трубы при естественной тяге:

Виды вентиляции производственного помещения

Основным регламентирующим документом, который устанавливает нормы вентиляции цеха, является СНиП 41-01-2003. Все существующие системы воздухообмена в рабочих помещениях можно разделить на следующие виды:

В зависимости от способов перемещения воздушных масс:

1. Естественная.
2. Механическая.

При естественной вентиляции освежение воздуха происходит за счет разниц давления и температуры внутри помещения и снаружи. Такая циркуляция обычно бывает неорганизованной, то есть основанной на элементарных физических явлениях – например, конвекции. Создается естественная вентиляция при помощи специальных конструкций, которые позволяют осуществлять регулировку силы и величины воздушного потока.

Механическая вентиляция предварительно обрабатывает приточный воздух, нагревая, охлаждая или увлажняя его. Кроме того, принудительная система способна осуществлять фильтрацию загрязненных воздушных масс перед выбросом их в атмосферу.

В зависимости от способа организации воздухообмена:

1. Местная.
2. Общеобменная.

Местная вентиляция локализует, а в последующем удаляет вредные и токсичные вещества и выбросы непосредственно в месте их возникновения. На практике такой вид вентиляции реализуется следующим образом: источник загрязнения (станок, рабочее место) огораживается щитами, формируя своеобразный «колпак», в котором или над которым имеется вытяжка. При интенсивном отсосе воздуха, давление внутри «колпака» понижается, что препятствует распространению вредных примесей в остальное помещение цеха. Такая система эффективно справляется со своими обязанностями и недорого в организации.

В тех случаях, когда местная вентиляция не способна обеспечить полноту локализации источников загрязнения, задействуется общеобменный ее тип. Принцип работы такой вентиляции основан на комплексном очищении воздуха во всех производственных помещениях или их большой части путем разбавления концентрации вредных примесей, пыли и грязи, тепловых излучений. Кроме того, общеобменная вентиляция эффективно поглощает тепло и распространена в тех цехах, где отсутствует выброс вредных веществ в атмосферу помещения. В тех случаях, когда производство сопряжено с выбросом газа, вредного пара, канцерогенов и пыли, применяется вентиляция смешанного типа – к общеобменной добавляются местные отсосы. При этом ключевой концепцией построения вентиляции производственного цеха является создание такой системы, при которой максимальное количество вредных веществ будет удаляться при помощи местных отсосов, а оставшиеся примеси и газы будут разбавляться потоком свежего воздуха до концентрации допустимого уровня.

В зависимости от способа действий:

1. Приточная.
2. Вытяжная.
3. Приточно-вытяжная.

Приточная система вентиляции предназначена для обеспечения свободного притока воздушных масс в объемах, достаточных для полноценного функционирования производственного помещения. В подобных системах устанавливаются канальные вентиляторы, которые обеспечивают забор внешнего воздуха и пропуск его через специальные охлаждающие или нагревающие калориферы.

Приточная вентиляция способна полностью обеспечить принудительное поступление воздушных масс в цех. При этом давление воздуха в помещении будет постоянно увеличено в сравнении с атмосферным, что будет способствовать естественному (неорганизованному) выдавливанию отработанного воздуха на улицу через щели, выходы или отверстия.

Приточная вентиляция существует нескольких видов и отличается друг от друга наличием эксклюзивного оборудования. Так, может устанавливаться:

• Воздушный душ. Работа такого оборудования заключена в направлении потока чистого воздуха на рабочее место.
• Воздушные и воздушно-тепловые завесы.
• Оазисы. Эта вентиляция, которая способна обслуживать целые участки цеха, где воздух будет двигаться с рассчитанной скоростью и температурой.

Вытяжная система вентиляции предназначена для удаления загрязненного воздуха. При этом замещение удаленных воздушных масс осуществляется механическим организованным или неорганизованным способом – через оконные, дверные проемы и специальные отверстия в стенах. Подобная система применяется в тех производствах, которые сопровождаются большим количеством выделений токсичных веществ и тепла, а также при выполнении работ значительным количеством сотрудников.

Приточно-вытяжная вентиляция предназначена для удаления загрязненного воздуха и одновременной подачи свежего. Сами по себе потоки воздушных масс могут распределяться путем перемешивания или вытеснением. В первом случае в потолке или стенах цеха монтируются высокоскоростные диффузоры, осуществляющие подачу свежего воздуха, который естественным образом смешивается с отработанным и удаляется через диффузный клапан. Во втором случае свежий прохладный воздух поступает через воздухораспределители, которые устанавливаются ближе к полу. Воздушная масса, нагреваясь, поднимается на верх, вытесняя через решетки отработанные газы.

Нормативные документы, используемые при вычислениях

Все нормы проектирования, необходимые при создании котельных установок, прописаны в СНиП ІІ-35-76. Этот документ является основой для осуществления всех необходимых вычислений.

Видео: пример расчета дымовой трубы при естественной тяге

В паспорте на дымовую трубу содержатся не только технические характеристики конструкции, но и информация относительно ее применения и ремонта. Данный документ должен выдаваться непосредственно перед тем, как дымоход будет введен в эксплуатацию.

Совет! Ремонт дымовых труб является опасной работой, которая должна проводиться исключительно специалистом, поскольку требует специально полученных знаний и большого опыта.

Природоохранными программами устанавливаются нормативы относительно допустимых концентраций загрязняющих веществ, таких как сернистый газ, окислы азота, зола и т. д. Санитарно-защитной зоной считается территория, расположенная на 200 метров вокруг котельной. Для очистки дымовых газов используются различного рода электрофильтры, золоуловители и т. д.

Вне зависимости от топлива, на котором работает отопительный прибор (уголь, природный газ, дизельное топливо и т. д.), система отвода продуктов сгорания является необходимой. По этой причине, основными требованиями, предъявляемыми к дымовым трубам, являются:

• Наличие достаточной естественной тяги.
• Соответствие установленным экологическим нормам.
• Хорошая пропускная способность.

Виды дымовых труб для котельных

Сегодня существует несколько вариантов дымовых труб, используемых в котельных. У каждого из них имеются свои особенности.

Металлические трубы для котельных

Являются очень популярным вариантом ввиду следующих особенностей:

• легкость сборки;
• благодаря гладкой внутренней поверхности, конструкции не склонны к засорению сажей, а потому способны обеспечить отличную тягу;
• быстрота монтажа;
• если присутствует необходимость, такая труба может быть установлена с небольшим уклоном.

Советуем изучить как производится расчёт высоты дымовой трубы на нашем сайте.

Важно! Основным недостатком стальных труб является то, что их теплоизоляция через 20 лет приходит в негодность, что вызывает разрушение дымохода под действием конденсата.

Кирпичные трубы

В течение длительного времени не имели конкурентов среди дымоходов. В настоящее время сложность в установке таких конструкций заключается в необходимости поиска опытного печника и значительных финансовых затратах на покупку необходимых материалов.

При правильном обустройстве конструкции и грамотной топке, в таких дымоходах практически не наблюдается образования сажи. В случае, если такую конструкцию устанавливал профессионал, то служить она будет очень долго.

Очень важной является проверка как внутренней, так и наружной кладки на правильность стыков и углов. Для улучшения тяги осуществляется напуск вверху трубы, а для того, чтобы предупредить задымление при наличии ветра используется прочный стационарный колпак.

Расчетные формулы вентиляционной системы

Аэрация (проветривание) зданий при помощи открывающихся фрамуг — это довольно эффективный вариант вентиляции естественным способом.

Pе = (Pвн — Pн)* H * g, где:

• P н (кг/м3) — плотность воздушных масс снаружи помещения.
• P вн (кг/м3) — плотность воздушных масс внутри помещения.
• H (м) — расстояние между приточным отверстием и вытяжкой.
• g — ускорение свободного падения (постоянная величина, равная 9,8 м/с2).

При выполнении расчета естественной вентиляции обязательно учитывается расположение нижних, верхних проемов для поступления свежего воздуха и выведения отработанного. Первоначально делают расчет для нижних участков, затем для верхних участков просветов. После этого задается модель аэрации для здания.

Расчет вытяжки

В помещении, примерно по центру между проточными и вытяжными просветами (фрамугами), внешнее и внутреннее давление воздуха имеет одинаковое значение. В этой точке — нулевое воздействие. Соответственно, влияние на нижних участках просветов рассчитывается по формуле:

P1 = H 1 (Pн — Ср), где

• Ср (кг/м3) — равняется средней температуре плотности внутренней воздушной среды.
• H 1 (м) — расстояние от уровня одинаковых давлений внешней и внутренней среды до нижних приточных просветов.

Выше уровня одинаковых давлений, по центру верхних вытяжных просветов, создается избыточное напряжение, которое вычисляется по следующей формуле:

P2 = H 2 (Pн — Ср)

Рекомендуем ознакомиться: Вытяжка для ванной комнаты

Именно это давление способствует выведению воздушных масс наружу. Общее напряжение для воздухообмена внутри помещения вычисляется по формуле:

Pе = P1 + P2

Свежий воздух поступает внутрь здания через открытые окна (форточки) или специально обустроенные в рамах оконных конструкций приточные клапаны. Выведение отработанного воздуха осуществляется через вытяжные проемы, оборудованные в верхней части стен кухни, ванной, туалета. Далее через специальные вентиляционные шахты он выводится из дома.

Скорость потока воздуха

Зная кратность воздуха, можно легко рассчитать скорость воздуха при естественной вентиляции. Предварительно нужно вычислить площадь сечения воздуховодов.

S = R 2*Пи, где

• R — радиус сечения оборудованного в помещении воздуховода.
• Пи — постоянная величина 3,14.

Воздуховоды должны быть определенной формы и установленного размера. Когда известно сечение воздушного канала, можно рассчитать диаметр воздуховода, необходимого для помещения по следующей формуле:

D = 1000*?(4*S/Пи), где

• S — площадь сечения оборудованных в доме воздушных каналов.
• Пи — постоянная математическая величина 3,14.

Если воздушные каналы выполнены в прямоугольной форме, тогда вместо диаметра вычисляется площадь сечения необходимого воздуховода. Для этого нужно перемножить ширину и длину воздушного канала. Размер ширины к размеру длины должен соответствовать в пропорции 1:3.

Минимальный размер канала прямоугольной формы — 10х15 см, максимальный — 2х2 м. Такие конструкции отличаются эргономичной формой, проще в монтаже, плотнее прилегают к стеновым поверхностям, легко маскируются на потолке.

Параметры воздушных каналов

В процессе создания схемы естественной вентиляции канального типа определяется активный разрез воздуховодов, через которые будет проходить достаточный объем воздуха для создания противодействия расчетному напряжению. Для наиболее продолжительного тракта сети определяют издержки давления в воздушных каналах как сумму таких напряжений на всех участках канала. На каждом из таких участков издержки напряжения состоят из затрат на трение и сопротивление, их можно выразить формулой:

р = Rl + Z, где

• R (Па/м) — удельная потеря в результате трения воздушных масс о поверхность канала.
• l (м) — длина расчетного участка воздуховода.
• Z — издержки на участках сопротивления.

Площадь активного сечения необходимого воздуховода рассчитывается по формуле:

F = L / (3600V), где

• L (м3/ч) — расход воздуха.
• V (м/с) — скорость передвижения по воздуховоду воздушного потока.

Площади активного сечения вентиляционных каналов просчитываются для задаваемой скорости движения воздушных потоков. Для этого используются специальные номограммы или готовые расчетные данные берутся из табличных расчетов.

Рекомендуем ознакомиться: Вентиляция в инкубаторе

Подбор воздуховодов

Для воздухопроводов прямоугольной формы природной вентиляции подбирается диаметр, равнозначный воздуховоду округлой формы, по следующей формуле:

dЭ = 2*а*b / (а + b), где

а и b (м) — длины сторон воздухопровода.

Если применяются металлические изделия, их показатели затрат на трение меняют. Основной параметр берется с номограммы для воздуховодов из стали и умножается на коэффициент:

• k = 1,1 — используется для шлакогипсовых каналов.
• k = 1,15 — применяется для шлакобетонных изделий.
• k = 1,3 — используется для воздухопроводных каналов, выполненных из кирпича.

Избыточное давление для преодоления на различных участках воздушного канала оказываемых сопротивлений вычисляется по формуле:

Z = v2/2, где

• Z — сумма коэффициентов сопротивлений по всей длине участка канала.
• v2/2 — нормативное динамическое напряжение.

Для формирования концепции природной вентиляции рекомендуется избегать извилистых поворотов каналов, большого количества клапанов и задвижек. Это будет создавать дополнительное сопротивление. Как правило, 91% всех потерь на преодоление сопротивления приходится именно на такие участки.

Вентиляция естественного типа отличается незначительным радиусом воздействия, средней производительностью в помещениях с малыми излишками тепла. Это основной недостаток системы. А к главным достоинствам можно отнести невысокую стоимость конструкции и дальнейшего обслуживания и простоту монтажа.

Конструкция дымовых труб котельной

Дымовой канал может быть как расположен на отопительном оборудовании, так и стоять отдельно, примыкая к котлу или печи. Труба должна на 50 см превышать высоту крыши. Размер дымохода в сечении высчитывается относительно мощности котельной и особенностей ее конструкции.

Основными конструкционными элементами трубы являются:

• газоотводящий ствол;
• теплоизоляция;
• антикоррозионная защита;
• фундамент и опора;
• конструкция, предназначенная для ввода газоходов.

Поначалу дымовой газ попадает в скруббер, представляющий собой очистительное устройство. Здесь температура дыма снижается до 60 градусов по Цельсию. После этого, минуя абсорберы, газ очищается и только после этого происходит его выброс в окружающую среду.

Важно! На эффективность работы котельной электростанции во многом влияет скорость газа в канале, а потому профессиональный расчет здесь просто необходим.

Типы дымоходов

В современных котельных электростанциях используются различные виды дымоотводов. Каждый из них имеет свои особенности:

• Колонный. Состоит из внутреннего ствола, изготовленного из нержавейки и внешней обечайки. Для предотвращения образования конденсата здесь предусмотрена теплоизоляция.
• Околофасадный. Крепится к фасаду здания. Конструкция представлена в виде рамы, имеющей газоотводящие трубы. В некоторых случаях специалисты могут обойтись и без рамы, но тогда используется крепление на анкерных болтах и применяются сэндвич-трубы, внешний канал которых сделан из оцинкованной стали, внутренний — из нержавеющей, а между ними располагается уплотнитель, толщиной 6 см.

• Фермовый. Может состоять как из одной, так и нескольких бетонных труб. Ферма устанавливается на анкерной корзине, закрепленной на основании. Конструкция может быть использована в сейсмоопасных районах. Для предотвращения коррозии используется окраска и грунтование.
• Мачтовый. Такая труба имеет стяжки, а потому считается более устойчивой. Антикоррозионная защита реализована здесь в виде теплоизоляционного слоя и огнеупорной эмали. Может использоваться в зонах с повышенной сейсмоопасностью.
• Самонесущие. Это трубы типа «сэндвич», которые крепятся к основанию посредством анкерных болтов. Им свойственна повышенная прочность, что позволяет конструкциям с легкостью выдерживать любые погодные условия.