Розрахунок природної вентиляції

РОЗРАХУНОК ПРИРОДНОЇ ВЕНТИЛЯЦІЇ

У відповідності до санітарних норм у всіх приміщеннях повинна бути передбачена природна вентиляція.

Природна вентиляція здійснюється через витяжні канали, шахти, кватирки приміщень. Вона дозволяє подавати та видаляти із приміщень великі об’єми повітря без застосування вентиляторів, тому вона дешевша від механічної.

За характером дії природна вентиляція може бути організованою та неорганізованою. Природна система вентиляції вважається організованою, якщо вона має устрій, що дає можливість регулювати напрямок повітряних потоків та величину повітрообміну. При неорганізованій вентиляції повітря подається та видаляється з приміщення за рахунок інфільтрації через нещільності та пори зовнішніх огороджень.

У сільськогосподарських виробничих приміщеннях повітря забруднюється різними шкідливими речовинами: пилом, газами, парою.

Для кожного виду приміщень установлені норми фізичного стану повітря і гранично допустимі концентрації шкідливих домішок.

Природна вентиляція являє собою труби прямокутного або круглого перерізу, що проходять через стельове перекриття і дах будівлі. Нижній кінець труб знаходиться в приміщенні, а верхній трохи вище гребеня даху будівлі. Через ці труби здійснюється природне відсмоктування повітря з приміщення. Приток чистого повітря потрапляє також через щілини у дверях, вікнах і стінах будівлі. У деяких будівлях для більш інтенсивного повітрообміну роблять припливні канали в нижній частині стін.

Переміщення повітря з приміщення по витяжних трубах відбувається за рахунок різниці об’ємної ваги зовнішнього і внутрішнього повітря. Завдяки цій різниці на вході і виході витяжних труб створюється різниця тисків, яку можна визначити за формулою

,

де h – висота відкритої з обох кінців вентиляційної труби, м;

– вага 1 м3 повітря за зовнішньої температури;

– вага 1м3 повітря за внутрішньої температури

Об’ємну вагу повітря при заданій температурі можна визначити за формулою:

,

де а – коефіцієнт розширення газів = 1 : 273;

1,293 – об’ємна вага повітря при 0 оС.

Таблиця 1. Об’ємна вага повітря за різної температури і різного барометричного тиску, кг/м3

t повітря, оС

Барометричний тиск, мм рт. ст.

725

730

735

740

745

750

755

760

765

770

-10

1,281

1,289

1,298

1,307

1,316

1,325

1,333

1,342

1,351

1,360

-8

1,271

1,280

1,288

1,297

1,306

1,315

1,323

1,332

1,341

1,350

-6

1,261

1,270

1,279

1,287

1,296

1,305

1,313

1,322

1,331

1,340

-4

1,252

1,261

1,269

1,278

1,286

1,295

1,304

1,312

1,321

1,330

-2

1,243

1,251

1,260

1,268

1,277

1,286

1,294

1,303

1,311

1,320

0

1,234

1,242

1,251

1,259

1,268

1,276

1,285

1,293

1,302

1,310

+2

1,225

1,233

1,242

1,250

1,258

1,267

1,276

1,294

1,298

1,301

+4

1,216

1,224

1,233

1,241

1,249

1,258

1,266

1,274

1,283

1,291

+6

1,207

1,215

1,224

1,232

1,240

1,249

1,257

1,265

1,274

1,282

+8

1,198

1,207

1,215

1,223

1,232

1,240

1,248

1,256

1,265

1,273

+10

1,190

1,198

1,206

1,215

1,223

1,231

1,239

1,247

1,256

1,264

+12

1,182

1,190

1,198

1,206

1,214

1,222

1,231

1,239

1,247

1,255

+14

1,173

1,181

1,190

1,198

1,206

1,214

1,222

1,230

1,238

1,246

+16

1,165

1,173

1,191

1,189

1,198

1,197

1,213

1,222

1,230

1,238

+18

1,157

1,165

1,173

1,181

1,189

1,193

1,205

1,213

1,221

1,229

+20

1,149

1,157

1,165

1,173

1,181

1,189

1,197

1,205

1,213

1,221

Швидкість руху повітря у витяжних трубах обчислюють як

,

де g – прискорення земного тяжіння, м/с2.

Під час проходження по трубі повітря буде зустрічати опір, що залежить від форми і якості стінок труби, тому дійсна швидкість буде менше від розрахованої за формулою (18). При розрахунку вентиляції дійсну швидкість визначають за формулою

.

За швидкістю повітря і продуктивністю вентиляції знаходять сумарний переріз витяжних труб

,

де Σ F – сумарний переріз труб, м2;

L – продуктивність вентиляції, м/год;

υ – дійсна швидкість повітря в трубі, м/с.

,

де Р>ф> – загальна кількість шкідливих речовин;

Р>1> – ГДК шкідливої речовини;

Р>0> – вміст шкідливих речовин у чистому засмоктуваному повітрі.

Для підсилення витяжки повітря через вентиляційні труби на верхній частині труб монтують дефлектори. Конструкції дефлекторів різні. На рис. 3.1 показано вертикальний розріз дефлектора ЦАГИ, а на рис. 3.2 – конструкцію зіркоподібного дефлектора. Дефлектор підсилює витяжку повітря через вентиляційну трубу за рахунок потоку вітру, що обдуває дефлектор.

У дефлекторі ЦАГИ вітер, обтікаючи обичайку 2, створює на 5/7 його кола розрідження. Внаслідок розрідження в трубі, на якій встановлено дефлектор, створюється рух повітря, що виходить назовні через кільцеві щілини між обичайкою 2, ковпаком 1 і корпусом 3.



Рис. 1. Дефлектор ЦАГИ: 1 – ковпак, 2 – обичайка; 3 – конус; 4 – дифузор

У зіркоподібному дифлекторі вітер, обмиваючи вертикальні щілини на зовнішній поверхні корпуса, створює з підвітреного боку близько щілин розрідження. Останнє сприяє відсмоктуванню повітря по трубі, на якій встановлено дефлектор.

Продуктивність дефлектора знаходять за формулою

.

Рис. 2. Зіркоподібний дефлектор: 1 – ковпак; 2 – корпус; 3 – косинка для кріплення корпуса до труби

Звідси визначаємо діаметр дефлектора

,

де k>е> – коефіцієнт ефективності, що виражає відношення

швидкості повітря в трубі і швидкості вітру

.

Звідки

.

Для дефлектора ЦАГИ , для зіркоподібного дефлектора .

Дефлектори встановлюють вище гребеня даху і в тому місці, де немає яких-небудь перешкод, що затримують потік повітря або змінюють його напрямок.

Приклад 1.

У свинарнику розміщено 60 відгодівельних свиноматок живою масою по 100 кг та 40 – по 200 кг. Тварини виділяють вуглекислоту, яку необхідно видалити природним вентилюванням приміщення. Потрібно обчислити таку вентиляцію.

Розв’язок.

Користуючись даними табл. 3.2 знайдемо загальну кількість вуглекислоти, що виділяє вся худоба за годину:

Р = 60 43 + 40 57 = 4860 л/год.

Продуктивність вентиляції повинна бути:

м3/год.

Таблиця .2. Кількість вуглекислоти і водяної пари, що виділяються сільськогосподарськими тваринами

Група тварин

Маса тварини, кг

Кількість, що виділяється однією твариною

тепла, ккал

вуглекислоти

л/год

водяної пари, г/год

загальна

вільна

1

2

3

4

5

6

Корови стільні (сухостійні)

300

400

600

604

739

926

440

550

670

90

110

138

288

350

440

Корови лактуючі з рівнем лактації 10 л

300

400

600

644

765

906

450

550

650

96

114

135

307

367

431

Корови лактуючі з рівнем лактації 30 л

400

600

800

1174

1342

1509

850

970

1080

175

200

225

560

642

721

Телята:

до 1 місяця

30

40

50

100

141

174

72

102

124

15

21

26

47

67

83

1-3 міс.

40

60

100

147

215

282

106

155

204

22

32

42

70

102

135

3-4 міс.

90

120

150

248

369

382

178

268

276

37

55

57

117

176

183

Молодняк:

4 міс. - 1 року

120

180

250

322

476

496

232

349

358

48

71

74

153

227

236

1-2 роки

220

320

350

483

631

651

350

455

476

72

94

97

230

301

310

Свиноматки холості й супоросні до 2 міс.

100

150

200

222

256

394

100

185

250

33

38

44

106

121

141

Свиноматки супоросні більше 2 міс.

100

150

200

268

308

349

195

220

250

40

46

52

128

288

267

Свиноматки з приплодом 10 сисунів

100

150

200

530

605

698

280

435

508

79

90

104

252

288

338

Свині на відгодівлі

100

200

300

288

382

503

208

275

365

43

57

75

137

182

240

Молодняк:

від 2 міс.

5-8 міс.

15

60

80

100

202

235

72

145

170

15

30

35

47

96

112

Конструкція свинарника допускає установку витяжних труб довжиною h = 4,2 м. Температура всередині свинарника +10 оС. Зовнішню температуру визначаємо за даними табл. 3.3. Для середньої смуги Європейської частини вона у зимові періоди дорівнюватиме мінус 10 оС (січень).

Знайдемо різницю тисків у повітропроводі, користуючись табл. 3.1 та формулою (16) при атмосферному тиску 760 мм рт. ст.

кг/м2.

За формулою (16) знайдемо швидкість повітря

м/с.

Таблиця 3. Середня температура повітря за кліматичними смугами і місяцями року, оС

Зона, пункт

Місяць

січень

лютий

березень

квітень

жовтень

листопад

грудень

1, Омськ

-19,6

-17,6

-11,6

+1,4

+1,4

-8,5

-16,7

1, Свердловськ

-16,2

-13,1

-7,4

+1,6

+0,4

-7,8

-13,5

2, Вологда

-12

-10,3

-5,9

+2,1

+2,5

-4,2

-9,5

2, Москва

-10,8

-9,1

-4,8

+3,4

+3,5

-2,8

-8,0

3, Харків

-7,7

-6

-1,2

+7

+6,9

+0,2

-4,8

3, Київ

-5,9

-5,3

-0,5

+7,1

+7,7

+1,1

-3,7

Сумарний переріз труб розраховуємо за формулою (20):

м2.

Проектуємо шість вентиляційних труб кожна перерізом 0,3 . 0,3 = 0,09 м2, загальним перерізом 0,54 м2.

Приклад 2.

Визначити сумарний переріз витяжних труб природної вентиляції для корівника місткістю корови лактуючі масою 300 кг – 80 гол;

-«- 400 кг – 40 гол;

-«- 600 кг – 40 гол.

Внутрішня температура корівника +10 оС, зовнішня - мінус 5 оС.

Розрахунок вентиляції, як видно з умов задачі, потрібно вести на зниження вологи, що виділяється тваринами.

З даних табл. 3.2 знаходимо кількість водяної пари, що виділяється худобою:

Маса 300 кг – 0,307 . 80 = 24,56 кг/год

Маса 400 кг – 0,367 . 40 = 14,68 кг/год

Маса 600 кг – 0,431 . 40 = 17,24 кг/год

кг/год.

У корівнику відносна вологість повинна бути не більше 85 %. Приймаємо відносну вологість зовнішнього повітря 40 %. За даними табл. 4 знайдемо максимальний вміст водяної пари при +10 оС.

Таблиця 4. Вміст водяної пари у повітрі за нормального атмосферного тиску і повного насичення при різних температурах

Температура оС

Вміст водяної пари за повної насиченості, г/кг

Температура, оС

Вміст водяної пари за повної насиченості, г/кг

-15

1,1

30

20,3

-10

1,7

35

35,0

-5

2,6

40

46,3

0

3,8

45

60,7

5

5,4

50

79,0

10

7,5

55

102,3

15

10,5

60

131,7

20

14,4

65

168,9

25

19,5

70

216,1

Підставляємо одержані дані у формулу.

м3/год.

Продуктивність вентиляції для цієї мети дорівнює 6800 м3/год.

Виходячи з типової конструкції корівника, приймаємо довжину витяжних труб h = 6,5 м.

Визначимо різницю тисків повітря на вході й виході з повітропровода за формулою (16)

.

Температура в корівнику повинна бути +10 оС; приймаємо середню зовнішню температуру –5 оС за нормального атмосферного тиску. Тиск 755 мм рт. ст.

кг/м3;

кг/м3 .

Знаходимо числове значення різниці тисків

кг/м2.

Обчислимо швидкість повітря

м/с.

Сумарну площу перерізу витяжних труб розрахуємо за формулою (20)

м2.

Приймаємо до обладнання 12 труб перерізом 0,4 . 0,4 = 0,16 м2.

Загальна площа перерізу труб 1,92 м2.

Контрольні запитання

    Призначення та принцип дії природної вентиляції.

    Як визначити продуктивність природної вентиляції?

    Як обчислити необхідну сумарну площу повітропроводів?

Самостійна робота

    Будова і принцип дії дефлектора.

    Як обчислити діаметр дефлектора?