Расчет воздухообмена по теплоизбыткам: Расчет воздухообмена, его виды и формулы

Расчет воздухообмена, его виды и формулы

Как выполняют расчет воздухообмена? В общем случае воздухообмен определяют по виду загрязнителей воздуха,  встречающихся в данном помещении.

Воздухообмен – количество воздуха, необходимого для полной или частичной замены загрязненного воздуха в помещении. Воздухообмен измеряют в метрах кубических за час.

Содержание статьи:

• Расчет по кратности
• По тепловыдилениям
• По влагоизбыткам
• Расчет по газовыдилениям
• По санитарным нормам
• Расчетный воздухообмен

Основными расчетами воздухообмена являются расчет за санитарными нормами, расчет за нормированной кратностью, расчет за компенсацией местных вытяжек. Также существует воздухообмен на ассимиляцию явной и полной теплоты, на удаление влаги, на разбавление вредоносных веществ в воздухе. Для каждого из этих критериев существует своя методика расчета воздухообмена.

Перед началом расчета воздухообмена нужно знать такие данные:

• количество вредных выбросов в помещение(теплоты, влаги, газов, паров) за один час;
• количество вредных веществ на один кубометр воздуха в помещении.

Расчет по кратности

Воздухообмен за кратностью определяется по формуле:

L_k=k•V    (м3/час),

где k – нормированная кратность воздухообмена;

V- объем помещения, м³.

Показатель k для разных помещений и подробности расчета по кратности представлены в статье Кратность воздухообмена и Таблицы кратности воздухообмена по СПиПам.

Воздухообмен по теплоизбыткам

Воздухообмен по тепловыделениям определяется в том случае, если в помещении присутствует большое количество теплоты,  которую нужно удалить.

Расчет воздухообмена по теплоизбыткам ведут по формуле:

L=3,6•Q_изл/(ρ•c•(t_уд–t_пр)) (м³/час),

где Q_изл – количество теплоты, которая выделяется в помещение, Вт;

ρ — плотность воздуха в помещении, кг/м³;

с – массовая теплоемкость воздуха;

t_уд – температура воздуха, который удаляется вентиляцией, ºС;

tпр – температура воздуха,что подается, ºС.

Расчет воздухообмена по влаговыделениям

Нужный воздухообмен по избыткам влаги в помещении можно рассчитать за формулой: 

L= W/(ρ(d_yд–d_пр) (м³/час),

где W – выделение влажности в помещении,  ;

 ρ — плотность воздуха в здании,  кг/м³;

d_уд – содержание влаги в воздухе, что удаляется системой вентиляции;

d_пр – содержание влаги в воздухе, который подается.

Воздухообмен по газовыделениям

Воздухообмен по газовым выделениям в помещение рассчитывают за формулой:

L=K/(K_гдк–K_пр)  (м³/час),

где К – весовое количество газов, что выделяются в помещение;

К_гдк – предельно допустимая концентрация газов;

К_пр – концентрация газов в подающемся воздухе.

Воздухообмен по санитарным нормам

Расчет воздухообмена в помещении по санитарным нормам (по количеству людей) определяется  с условия обеспечения человека необходимым количеством свежего воздуха. Для общественных зданий санитарные нормы предусматривают подачу 20 м³/час•чел при временном пребывании человека в помещении, 40 м³/час•чел при длительном пребывании и 80м³/час•чел для спорт зала.

Формула расчета воздухообмена:

L= n•l  (м³/час),

где n — количество людей, чел;

l — санитарная норма подачи воздуха, м³/час•чел.

Расчетный воздухообмен

За расчетное значение воздухообмена принимают максимальное значение из расчетов по теплопоступлениям, влагопоступлениям, поступлением вредных паров и газов, по санитарным нормам, компенсации местных вытяжек и нормативной кратности воздухообмена.

Воздухообмен жилых и общественных помещений обычно рассчитывают по кратности воздухообмена или по санитарным нормам.

После расчета требуемого воздухообмена составляется воздушный баланс помещений, подбирается количество воздухораспределителей и делается аэродинамический расчет системы. Поэтому советуем вам не пренебрегать расчетом воздухообмена, если хотите создать комфортные условия вашего пребывания в помещении.

Читайте также:

11.2.2 Воздухообмен по избыткам тепла и влаги

В помещениях с тепло- и влаговыделениями воздухообмен определяется по I-d- диаграмме с одновременным учетом изменения теплосодержанияI,кДж/кг, и влагосодержанияd, г/кг.

Основной характеристикой изменения параметров воздуха в помещении является величина тепловлажностного отношения (угловой коэффициент луча процесса в помещении) , кДж/кг:

(11.6)

Эта характеристика определяется для каждого из трех расчетных периодов года.

Требуемый воздухообмен в помещении G_П, кг/ч, рассчитывается по формулам:

, (11.7)

, (11.8)

где ,М_ВЛ– избытки полного тепла и влаговыделения в помещении, кДж/ч и кг/ч;

I_У , I_П– энтальпия уходящего и приточного воздуха, кДж/кг;

d_У, d_П– влагосодержание уходящего и приточного воздуха, г/кг.

Обе формулы дают одинаковый результат, который легко проверить, определив воздухообмен по «избыткам явного тепла» – (кДж/ч):

(11.9)

11.2.3 Расчет воздухообмена по газовым вредностям

Количество воздуха, необходимого для разбавления углекислоты до предельно допустимой величины, рассчитывается по формуле:

, (11.10)

где ,– концентрация углекислого газа в наружном и внутреннем воздухе, л/м

3.

11.2.4 Требуемые воздухообмены в помещении с местной вытяжной вентиляцией

К помещениям, в которых воздух удаляют на двух разных уровнях, а следовательно, с разными параметрами, относятся лаборатории научных и учебных зданий, различного рода мастерские при театрах, конструкторских бюро, научных и учебных заведениях (т. е. помещения с местными отсосами от вытяжных шкафов или станков). Вид оборудования определяет расход местной вытяжной вентиляции.

Воздухообмен общеобменной вентиляции определяют с учетом суммы расходов всех местных отсосов – G_У2, кг/ч. Например, требуемый расход вытяжки из верхней зоны помещения по избыткам полного теплаG_У1, кг/ч, определяется по формуле:

(11.11)

Здесь индексы У1иУ2 обозначают расходы и параметры общеобменной и местной вытяжки, а

П– притока. Аналогичный вид имеют формулы для требуемых воздухообменов по влаге и избыткам явного тепла.

11.2.5 Расчет воздухообмена по кратности

Для всех вентилируемых помещений жилых и общественных зданий воздухообмен определяется по кратности или нормированной величине, которые установлены соответствующими главами СНиП «Отопление, вентиляция, кондиционирование»:

L = k V_ПОМ,(11.12)

где L– количество удаляемого или приточного воздуха в помещении, м³/ч;

k– кратность воздухообмена, 1/ч;

V_ПОМ– объем помещения по внутреннему обмеру, м³.

Нормируемой величиной может быть площадь помещения, количество приборов и т. п.

Темы для самостоятельной проработки:

– методы замера концентрации вредных выбросов.

Вопросы и задания для самоконтроля по теме 11

№ вопроса	Вопрос	№ ответа		Вариант ответа
1	Расчет воздухообмена по избыткам тепла и влаги при общеобменной вентиляции и при кондиционировании воздуха определяется по формуле:		1
			2
			3
			4
			5
			6	L = k VПОМ
2	Расчет воздухообмена по газовыделениям при общеобменной вентиляции и при кондиционировании воздуха определяется по формуле:		1
			2	L = k VПОМ
			3
			4

Использование расчета воздухообмена для определения куб.

фута в минуту в помещении

Воздушный поток в инженерном помещении может представлять собой реальную проблему при балансировке системы HVAC. В большинстве расчетов для принятия решения о требуемом расходе воздуха используются только потери или приток тепла в помещении, и часто не учитываются потребности в необходимой вентиляции помещения. Давайте посмотрим, как расчет воздухообмена может упростить этот шаг в балансировке воздуха.

Что такое замена воздуха?

Воздухообмен – это сколько раз воздух входит и выходит из помещения из системы HVAC в час. Или сколько раз комната наполнится воздухом из регистров снабжения за шестьдесят минут.

Затем вы можете сравнить количество воздухообменов в помещении с таблицей требуемых воздухообменов ниже. Если он находится в диапазоне, вы можете приступить к проектированию или балансировке воздушного потока и получить дополнительную уверенность в том, что вы делаете правильно. Если это далеко за пределами диапазона, вам лучше взглянуть еще раз.

Формула воздухообмена

Чтобы рассчитать воздухообмен в помещении, измерьте расход приточного воздуха в помещение, умножьте CFM на 60 минут в час. Затем разделите на объем комнаты в кубических футах:

Проще говоря, мы меняем CFM на кубические футы в час (CFH). Затем мы вычисляем объем комнаты, умножая высоту комнаты на ширину и длину. Тогда просто делим КФХ на объем помещения.

Вот пример того, как работает полная формула:

Сравните 7,5 воздухообмена в час с требуемым воздухообменом для данного типа помещения в таблице воздухообменов в час ниже. Если это комната для обеда или отдыха, где требуется 7-8 смен воздуха в час, вы попали прямо в цель. Если это бар, который требует 15-20 воздухообменов в час, пришло время пересмотреть свое решение.

 

 

Комната CFM Формула

Давайте посмотрим на эту инженерную формулу по-другому. Например, что делать, если расход воздуха неизвестен, а вам нужно рассчитать необходимый CFM для помещения? Вот четырехэтапный процесс расчета CFM помещения:

Шаг первый – Используйте приведенную выше таблицу воздухообмена в час , чтобы определить требуемый воздухообмен, необходимый для использования помещения. Допустим, это конференц-зал, требующий 10 воздухообменов в час.

Шаг второй – Рассчитайте объем комнаты (Д’xШ’xВ’).

Шаг третий – Умножьте объем помещения на требуемый воздухообмен в помещении.

Шаг четвертый  – Разделите ответ на 60 минут в час, чтобы найти необходимое помещение CFM:

Вот пример того, как работает формула:

При проектировании или балансировке системы, требующей дополнительного потока воздуха для целей вентиляции, помните это помещение обычно требует постоянной работы вентилятора, когда оно занято. Это может создать проблему для других комнат в той же зоне, так что примите это во внимание.

Во многих из этих помещений может потребоваться значительное количество наружного воздуха. Содержание БТЕ в этом воздухе должно быть включено в теплоприток или теплопотери здания при определении размера нагревательного и охлаждающего оборудования.

Попрактикуйтесь в этих вычислениях несколько раз в магазине или офисе. Затем в течение следующей недели несколько раз проведите расчеты в полевых условиях, чтобы проверить воздушный поток в помещениях с необычными требованиями к вентиляции. Изучите таблицу воздухообмена в час, чтобы ознакомиться с помещениями, которые нуждаются в большей вентиляции, чем требуется для обогрева или охлаждения.

Роб «Док» Фальке служит в отрасли в качестве президента Национального института комфорта, обучающей компании и членской организации, работающей в сфере HVAC. Если вы являетесь подрядчиком или специалистом по ОВКВ и заинтересованы в бесплатной процедуре расчета воздухообмена, , свяжитесь с Доком по телефону [email protected] или позвоните ему по телефону 800-633-7058. Посетите веб-сайт NCI по адресу nationalcomfortinstitute.com , чтобы получить бесплатную информацию, статьи и файлы для загрузки.

Системы рекуперации тепла и сжатого воздуха

Наличие фундаментального понимания того, как работает система сжатого воздуха вашего предприятия и какие силы влияют на нее, поможет вам улучшить ее работу. Общий КПД системы сжатого воздуха может составлять всего 10-15%. На рисунке ниже показаны два основных компонента неэффективности; один из них – из-за потерь воздуха из-за утечек, искусственного спроса и ненадлежащего использования. Другой – из-за теплоты сжатия. С некоторым базовым пониманием, целых 90 процентов этого тепла может быть восстановлено для использования в вашей работе.

 

 

Это простая физика, что при сжатии воздуха выделяется тепло. Тепловая энергия концентрируется в уменьшающемся объеме воздуха. Для поддержания надлежащей рабочей температуры компрессор должен передавать избыточное тепло охлаждающей среде до того, как воздух выйдет в систему трубопроводов. До 90 процентов этого тепла может быть восстановлено для использования в вашей работе. Если вы можете дополнить или заменить электроэнергию, газ или масло, необходимые для приготовления горячей воды для туалетов, или направить теплый воздух на рабочее место, склад, погрузочную площадку или вход, экономия может действительно возрасти. Есть хорошие возможности рекуперации этого отработанного тепла с помощью горячего воздуха или горячей воды. Окупаемость инвестиций в рекуперацию энергии обычно составляет от одного до трех лет. Кроме того, рекуперация энергии с помощью системы охлаждения с замкнутым контуром (для компрессоров с водяным охлаждением) выгодна для условий работы компрессора, его надежности и срока службы благодаря равному уровню температуры и высокому качеству охлаждающей воды, и это лишь некоторые из них.

Уровень температуры рекуперированной энергии определяет возможные области применения и, следовательно, ценность.

На этой диаграмме показаны некоторые типичные области применения рекуперации энергии, получаемой от охлаждающей воды компрессоров в различных температурных диапазонах. При самых высоких уровнях температуры (от безмасляных компрессоров) степень восстановления самая высокая. Наивысшая степень эффективности, как правило, достигается в установках с водяным охлаждением, где охлаждающая вода на выходе компрессора может быть подключена непосредственно к потребности в непрерывном технологическом нагреве. Например, котлы отопления-обратный контур. Таким образом, избыточная энергия может эффективно использоваться круглый год. Большинство новых компрессоров от основных поставщиков могут быть адаптированы для дополнения стандартным оборудованием для рекуперации.

«Компрессоры лучше производят тепло, чем сжатый воздух», — говорит Том Таранто из Data Power Services.

 

Рекуперация тепла с помощью винтового компрессора с воздушным охлаждением и впрыском смазки

Компрессоры

Моноблочные винтовые компрессоры с воздушным охлаждением очень хорошо подходят для рекуперации тепла для обогрева помещений или других целей использования горячего воздуха. Окружающий атмосферный воздух нагревается, проходя через доохладитель системы и охладитель смазки, где он извлекает тепло как из сжатого воздуха, так и из смазки, используемой для смазки и охлаждения компрессора. Это относительно низкотемпературное (менее 100°F) тепло, поэтому его применение довольно ограничено.

Как правило, примерно 50 000 британских тепловых единиц (БТЕ) ​​в час энергии доступно на каждые 100 кубических футов в минуту мощности (при полной нагрузке). Это значение основано на 80% рекуперируемом тепле компрессора и коэффициенте преобразования 2545 БТЕ/л.с.-ч. Можно получить температуру воздуха на 30-40°F выше температуры охлаждающего воздуха на входе. Обычно эффективность восстановления составляет от 80 до 90 процентов. Следует соблюдать осторожность, если воздух, подаваемый для компрессора, не поступает извне, а рекуперированное тепло используется в другом месте, так как это может привести к снижению статического давления в шкафу или помещении и снизить эффективность компрессора. Снижение статического давления или «отрицательное давление» имеет тот же эффект, что и дросселирование на входе компрессора, которое изменяет степень сжатия, тем самым снижая эффективность. Если используется наружный воздух, может потребоваться некоторое количество возвратного воздуха, чтобы избежать повреждения компрессора воздухом ниже нуля.

Поскольку блочные компрессоры обычно заключены в шкафы и уже включают в себя теплообменники и вентиляторы, единственные необходимые модификации системы — это добавление воздуховода и, возможно, еще одного вентилятора для обработки нагрузки воздуховода и устранения любого обратного давления на охлаждающий вентилятор компрессора. Эти системы рекуперации тепла можно модулировать с помощью простого навесного вентиля с термостатическим управлением. Когда отопление не требуется, например, в летние месяцы, горячий воздух можно отводить за пределы здания. Вентиляционное отверстие также может регулироваться с помощью термостата, чтобы обеспечить постоянную температуру в отапливаемом помещении. Горячий воздух можно использовать для обогрева помещений, промышленной сушки, предварительного нагрева всасываемого воздуха для масляных горелок или любого другого применения, требующего теплого воздуха.

Рекуперация энергии компрессорными установками с воздушным охлаждением не всегда дает тепло, когда оно требуется, и, возможно, не в достаточных количествах. Количество восстановленной энергии будет варьироваться, если компрессор имеет переменную нагрузку. Чтобы рекуперация была возможной, необходима соответствующая потребность в энергии, которая обычно удовлетворяется за счет обычного питания системы. Рекуперированную энергию лучше всего использовать в качестве дополнительной энергии к обычной системе, чтобы доступная энергия всегда использовалась при работающем компрессоре.

 

Рекуперация тепла с помощью компрессоров с впрыском смазочного материала с водяным охлаждением

Рекуперация тепла для обогрева помещений не так распространена с компрессорами с водяным охлаждением, поскольку требуется дополнительная ступень теплообмена, а температура доступного тепла ниже. Однако, поскольку многие компрессоры с водяным охлаждением довольно большие, рекуперация тепла для отопления помещений может быть привлекательной возможностью. Обычно эффективность восстановления составляет от 50 до 60 процентов. С помощью винтовых компрессоров с водяным охлаждением и впрыском смазочного материала, использующих теплообменник, можно извлекать отработанное тепло из охладителей смазочного материала и производить горячую воду. (Из-за возможности выхода из строя трубки часто рекомендуется охладитель смазки с двойными стенками.) В зависимости от конструкции теплообменники могут нагревать непитьевую (серую) или питьевую воду. Когда горячая вода не требуется, смазка направляется в стандартный охладитель смазки.

Горячая вода может использоваться в системах центрального отопления или котлах, процессах промышленной очистки, гальванопокрытий, тепловых насосах, прачечных или любых других устройствах, где требуется горячая вода. Теплообменники также дают возможность производить горячий воздух и горячую воду и дают оператору некоторую возможность изменять соотношение горячего воздуха и горячей воды.

Ключом к ценности рекуперации тепла является термическое соответствие между рекуперируемым и необходимым теплом, а также почасовое соответствие между временем его производства и потребностью. Также необходимо учитывать стоимость установки. Тот факт, что есть доступное тепло, не означает, что его рекуперация экономически выгодна. Часто на небольших агрегатах просто не выгодно тратить много денег на системы рекуперации тепла; там просто не хватает БТЕ. Кроме того, система байпаса тепла все равно должна быть установлена ​​на время, когда воздушный компрессор работает и тепло не требуется.

 

Рекуперация тепла с помощью безмасляных компрессоров с водяным охлаждением

Безмасляные винтовые компрессоры предлагают гораздо лучшие возможности для рекуперации тепла. Как и во всех компрессорах, входная электрическая энергия преобразуется в тепло. Температура нагнетания из элементов низкого и высокого давления может превышать 300°F. Это тепло выделяется на элементах сжатия низкого и высокого давления, масляном радиаторе, промежуточном и дополнительном охладителях. Некоторые производители предлагают встроенные системы рекуперации энергии, в которых охлаждающая вода циркулирует через все эти четыре компонента и в результате теплопередачи может производить горячую воду до 194°F.

 

 

Рекуперация тепла с помощью компрессоров с приводом от двигателя

Компрессоры с приводом от двигателя имеют тот же вид и объемы низкопотенциального тепла, доступного с компрессорной части, но есть также вариант с более высокой температурой от двигателя. В зависимости от размера двигателя можно даже генерировать пар низкого давления из выхлопных газов. Вода в рубашке двигателя доступна при температуре 180–220F. Общее эмпирическое правило заключается в том, что 30% входной энергии газа доступно в виде высокотемпературного тепла. Если температура применения достаточно низкая, до 90% входной энергии может быть восстановлено.

Обычному воздушному компрессору с приводом от двигателя требуется потребляемая мощность около 11 000 БТЕ/лошадиная сила. Таким образом, для блока мощностью 200 л.с. потребуется около 2,2 млн БТЕ, а потенциал рекуперации тепла составит не менее 660 000 БТЕ. Это сравнимо с небольшим котлом, работающим столько же часов, сколько и воздушный компрессор. Более крупные двигатели промышленного класса (более 250 л.с.) могут потреблять всего 7500 БТЕ/л.с.

 

Расчет экономии энергии

При расчете энергосбережения и сроков окупаемости установок рекуперации тепла важно сравнить рекуперацию тепла с текущим источником энергии для выработки тепловой энергии, которым может быть дешевое ископаемое топливо, такое как природный газ. Уравнения в текстовом поле ниже иллюстрируют ежегодную экономию энергии и затрат, которую можно получить за счет рекуперации тепла для отопления помещений с помощью винтового компрессора с воздушным охлаждением. В тех случаях, когда КПД существующего нагревателя составляет менее 85 процентов, экономия будет пропорционально выше.

Источник: Compressed Air Challenge®

 

Заключение

Ваша система сжатого воздуха представляет собой отличный источник рекуперации тепла и может повысить эффективность системы в целом. Повышение производительности вашей системы сжатого воздуха снижает затраты на электроэнергию на вашем предприятии. Это может сократить время простоя, повысить производительность вашего производства, снизить процент брака, улучшить качество продукции и увеличить срок службы оборудования.

Дополнительную информацию о повышении производительности систем сжатого воздуха на предприятии и восстановлении потерянной энергии можно найти на сайте www.