В статье представлены сведения о существенном влиянии тепловых потоков от оборудования на распределение воздушных масс в промышленном помещении. На основании ранее выполненных расчетных работ параметров тепловых струй, оценено влияние тепловых потоков на воздухообмен в здании и даны рекомендации по организации эффективного проветривания помещения.
Ключевые слова: вентиляция, конвекция, воздухораспределение, воздухообмен.
Распределение полей скоростей и температур в промышленных сооружениях формируются как результат взаимодействия распространяющихся в них вентиляционных и конвективных потоков от источников теплоты. Система вентиляционных потоков в зданиях создается источниками (подача воздуха через распределительные устройства и распространяющиеся по инерции) и стоками (отвод воздуха под влиянием разряжения через систему воздухоотводящих устройств). Конвективные потоки от источников теплоты создаются нагретыми поверхностями под действием гравитационных сил.
Проветривание цеха основного производства ОАО «АЭХК» осуществляется за счет подачи наружного воздуха, имеющего температуру меньше, чем нагретый воздух в цехе и отбираемый воздух по системе воздуховодов, под плитой покрытия [1]. При работе основного оборудования, в процессе производства, их нагретые поверхности являются побудителями движения воздуха, за счет сил конвекции.
Расчет параметров конвективных потоков [2], образующихся при этом, определил их основные характеристики (выделение тепла в помещении равное 55,4 кВт) как несколько ниже нижней границы (от 70 кВт), по классификации помещений по выделению тепла от оборудования [3,4], при которых следует относить данное производство к производствам, где нагретое оборудование или технологический процесс является мощным источником образования конвективных потоков в основном определяющим процесс воздухораспределения в цехе. Данные расчета параметров конвективных потоков, формирующихся от нагретых поверхностей оборудования цеха, проведены по общеизвестным формулам теплопередачи и достаточно подробно описаны в статье [2]. Здесь же приведены основные результаты этого расчета, которые сведенны в табличной форме и представлены ниже (см. таблицу 1).
Таблица 1
Расход и скорость движения воздуха на разгонном участке формирования конвективного потока по его длине
|
Наименование оборудования |
Площадь нагрева |
Температура нагрева |
Z = 1 м |
Z = 5 м |
Z = 10 м |
|
|||
|
F,м2 |
t, ºC |
L, м3/с |
ω, м/с |
L, м3/с |
ω, м/с |
L, м3/с |
ω, м/с |
||
|
Аппарат ВР |
38,6 |
50 |
0,84 |
0,39 |
1,43 |
0,67 |
1,78 |
0,83 |
6,56 |
|
Аппарат А-27 № 1 |
17,6 |
45 |
0,69 |
0,32 |
1,17 |
0,52 |
1,45 |
0,64 |
2,99 |
|
Аппарат А-27 № 2 |
17,6 |
45 |
0,69 |
0,32 |
1,17 |
0,52 |
1,45 |
0,64 |
2,99 |
|
Аппарат А-27 № 3 |
17,6 |
45 |
0,69 |
0,32 |
1,17 |
0,52 |
1,45 |
0,64 |
2,99 |
|
Аппарат А-27 № 4 |
17,6 |
45 |
0,69 |
0,32 |
1,17 |
0,52 |
1,45 |
0,64 |
2,99 |
|
Аппарат А-27 № 5 |
17,6 |
45 |
0,69 |
0,32 |
1,17 |
0,52 |
1,45 |
0,64 |
2,99 |
|
Аппарат УП |
35 |
45 |
0,79 |
0,37 |
1,34 |
0,63 |
1,66 |
0,78 |
5,84 |
|
Трубопроводы горячей воды и пара |
176,4 |
45 |
0,52 |
0,24 |
0,88 |
0,41 |
1,08 |
0,5 |
28,1 |
|
Всего |
– |
– |
5,6 |
– |
9,5 |
– |
11,8 |
– |
55,4 |
, кВтПроведенные ориентировочные расчеты значений критериальной зависимости соотношения тепловых и инерционных механизмов взаимодействия в потоке воздуха, поступающего в цех, в работе [1] достаточно ясно указали, что конвективные силы существенно задействованы в процессе проветривания цеха и без их учета невозможно организовать эффективное проветривание помещения
В этих условиях схема организации движения воздуха в цехе, по классификации авторов [3,5], может быть условно отнесена к одной из разновидностей вентиляции цехов — системе вытесняющей вентиляции. В первом приближении следует принять, как наиболее вероятную следующую схему организации процесса распределения потоков в цехе, представленную на рисунке 1.
Рис. 1. Принципиальная схема воздухораспределения потоков в помещении.
Конечно, в нашем случае имеют место значительные отличия от классического процесса распределения потоков, предлагаемых авторами [6,7,8], за счет наличия ограничивающих поверхностей в виде перекрытий со вторым светом в помещении и специфики размещения оборудования (в виде рядов, по сути перегородок, разделяющей его на секции), распределении источников конвективного побуждения по помещению и их пространственного расположения, а так же входных и выходных пунктов подачи и отбора воздуха.
В литературных источниках [5, 9] указывается, что в аналогичных нашим условиях локализовать или исключить тепловой фактор от оборудования в процессе проветривания помещения значительно трудоемкая и дорогостоящая задача. Более разумно организовать процесс управления перераспределением потоков воздуха в цехе без разрушения естественного формирования конвективных струй, за счет активных средств побуждения его движения [3]. В качестве такого побудителя можно использовать достаточно хорошо себя зарекомендовавшие, в промышленных условиях эксплуатации, многодиффузионные патрубки марки «Novojet» фирмы «Ecotherm» [10]. Система предназначена для сосредоточенного распределения приточного воздуха в помещениях большой высоты. По данным фирмы дальнобойность приточных струй с помощью таких патрубков достигает 50–70 м. Шарнирное присоединение к корпусу патрубка позволяет изменять направление струи на 30º. Представляемая система сосредоточенной подачи воздуха способна решать целый спектр задач от выравнивания температур воздуха по всему объему помещения до распределения потоков поступающего на проветривания воздуха без протяженных приточных воздуховодов. Режимы работы системы предполагают как очистку забираемого из помещения нагретого воздуха, при смешивании с имеющим более низкую температуру подаваемого на проветривание наружного воздуха, так и подогрев или охлаждение подаваемого потока свежего воздуха без перемешивания с воздухом в помещении. Возможна подача распределяемого воздуха с помощью многодиффузионных патрубков в обе стороны цеха.
Однако еще раз хочется отметить, что расположение и схему окончательной установку вышеперечисленной системы сосредоточенной подачи воздуха, а также рекомендации по её производительности, невозможны без серии промышленных экспериментов, для уточнения специфики организации схемы проветривания цеха. Несомненно и то, что рекомендации по применению многодиффузионных патрубков марки «Novojet» фирмы «Ecotherm» будут различаться в зависимости от сезона (теплый или холодный) его использования.
Литература:
1. Копин С. В. Расчет процессов воздухообмена в теплонапряженных производственных помещениях// Сборник статей ФГУП НИИ ПММ, С-Пб, 2013. — с.81–82.
2. Копин, С. В. Расчёт параметров конвективных потоков, формирующихся от нагретых поверхностей оборудования в промышленном здании // Ж. «АВОК», C-Пб, 2013, № 5 с.86–89.
3. Староверов, И. Г. Внутренние санитарно — технические устройства. В 3 частях. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 1.: Справочник проектировщика / В. Н. Богословский, А. И. Перумов, В. Н. Подсохин и др./ Под редакцией Н. Н. Павлова и Ю. И. Шиллера. — М.: Стройиздат, 1992. — 416с.
4. Участкин, П. В. Вентиляция, кондиционирование воздуха и отопление на предприятиях легкой промышленности. — М.: Легкая индустрия, 1980. — 343 с.
5. Шепелев, И. А. Аэродинамика воздушных потоков в помещении. — М.: Стройиздат, 1978. — 210 с.
6. Банхиди, Л. Тепловой микроклимат помещений./ Под редакцией В. И. Прохорова, А. Л. Наумова. — М.: Стройиздат, 1981. — 248 с.
7. Богословский, В. Н. Строительная теплофизика. — М.: Высшая школа, 1982. — 416 с.
8. Эльтерман, В. М. Вентиляция химических производств. — М.: Химия, 1980. — 285 с.
9. Кузьмина, Л.В., Валюжевич, Е.Е., Гегин, А. Д. Организация воздухообмена в цехах с газовыделением. — М.: ОНТИ ВЦНИИОТ ВЦСПС, 1976. — 43 с.
10. Раяк, М. Б. Развитие зарубежных и отечественных систем отопления и вентиляции гражданских и производственных зданий. — М.: Новости теплоснабжения, 2007. — 183с.
