Аэрация

Она осуществляется в холодных цехах за счет ветрового давления, а в горячих цехах за счет совместного или раздельного действия гравитационного и ветрового давлений. Аэрация осуществляется следующим образом. В здании цеха, оборудованном тремя рядами проемов (1 - 3) со створками, в летнее время открываются проемы 1 и 3 (рис.2, а). свежий воздух поступает в помещение через нижние проемы 2, расположенные на высоте 4 – 7 и от пола (рис.2, б). Высота принимается с таким расчетом, чтобы холодный наружный воздух, опускаясь до рабочей зоны, успел достаточно нагреться за счет перемешивания с теплым воздухом помещения. Меняя положение створок, можно регулировать воздухообмен.

Температура воздуха внутри цеха вследствие выделения избытков явной теплоты бывает, как правило, выше температуры наружного воздуха t_н. Следовательно, плотность наружного воздуха ρ _н больше плотности воздуха внутри цеха, что обусловливает наличие разности давлений наружного и внутреннего воздуха. На определенной высоте помещения, в так называемой плоскости равных давлений, расположенной примерно на середине высоты здания цеха (рис. 2, д), эта разность равна нулю.

Ниже плоскости равных давлений существует разрежение (Па), обусловливающее поступление наружного воздуха:

∆ ρ ₁ = h₁g(ρ _н – ρ _ср.п ) (1)

где: ρ _ср.п. – средняя плотность воздуха в помещении, кг/м³, соответствующая средней температуре воздуха в помещении t_ср.п., определяемая по формуле t_ср.п.. =(t_р.з. + t_выт)/2, здесь t _р.з. и t _выт – температуры воздуха в рабочей зоне и воздуха, удаляемого из помещения; h₁ – расстояние от середины нижних отверстий до плоскости равных давлений, м.

Выше плоскости равных давлений существует избыточное давление (Па), которое на уровне центра верхних отверстий составляет АР₂ = h₂g (ρ _н - ρ _ср.п.), где h₂ – расстояние от плоскости равных давлений до центра верхних отверстий, м.

Это давление, направленное наружу цеха, вызывает вытяжку воздуха.

Общая величина гравитационного давления (Па), под влиянием которого происходит воздухообмен в помещении, равна сумме давлений на уровне нижних и верхних проемов

P_r = ∆ p₁ + ∆ p₂ = hg (ρ _н – ρ _ср.п.). (2)

При расчете аэрации определяют площадь проемов. Расчет производят для летнего времени, как самого неблагоприятного для аэрации. В начале расчета обычно задаются площадью нижних проемов F₁. Зная необходимое количество воздуха L (м³/ч), по избыткам явной теплоты определяют скорость воздуха в нижних проемах (м/с): υ ₁ = L/µF₁, где µ - коэффициент расхода, величина которого зависит от конструкции створок и угла их открытия, µ = 0, 15 – 0, 65.

Затем определяют потери давления в нижних проемах (Па)

P₁ = ρ _н υ ²₁/2 (3)

и величину ρ _r по формуле. Рассчитывают температуру уходящего воздуха по формуле и определяют по таблицам или известным формулам плотность ρ _н и ρ _ср.п., соответствующую температурам t_н и t_ср.п.

t _выт = t_н + (10 - 15) (4)

После этого находят избыточное давление в плоскости вытяжных верхних вытяжных проемов ∆ p =p_r - ∆ p₁ и необходимую их площадь (м²)

F₂ = L/µυ ₂ = L/(µ ) (5)

При обдувании зданий ветром с наветренной стороны создается повышенное давление воздуха, а на заветренной стороне – разрежение, значения которых могут быть определены по формуле

ρ _ветр = α υ ² _вρ /2 (6)

где ρ _ветр – избыточное давление ветра, или разрежение, Па; υ _ветр – скорость ветра, м/с; α – аэродинамический коэффициент, зависящий от конфигурации здания и определяемый по результатам обдува моделей (величина α обычно составляет 0, 7 – 0, 85 для наветренной стороны здания и от -0, 3 до -0, 45 для заветренной стороны).

Под напором воздуха с наветренной стороны наружный воздух будет поступать через нижние проемы и, распространяясь в нижней части здания, вытеснять более нагретый и загрязненный воздух через проемы в фонаре здания наружу (рис.2, в, г). Таким образом, действие ветра усиливает воздухообмен, происходящий за счет гравитационного давления, а в ряде случаев (в жаркие дни) является основным действующим фактором.

Расчет аэрации при совместном действии ветра и избытков явной теплоты производят аналогично приведенному выше, при этом дополнительно к давлениям воздуха, возникающим вследствие разности температур, прибавляют или вычитают давления, создаваемые ветром.

При задувании ветра в верхние проемы в фонаре здания потоки наружного воздуха опускаются вниз, где смешиваются с пылью и газами и попадают в рабочую зону. В этом случае уменьшается воздухообмен, повышается температура воздуха в рабочей зоне, т.е. задувание ветра приводит к ухудшению условий труда. Для исключения этого явления устраивают так называемые незадуваемые фонари (рис.2, е), в которых используют ветрозащитные щиты. За счет срыва струй ветра с заветренной стороны щита (у проема) всегда имеет место разрежение и тем большее, чем выше скорость ветра. Поэтому незадуваемые фонари работают на вытяжку при любых направлениях ветра.

Преимуществом аэрации является то, что большие объемы воздуха (до нескольких миллионов кубических метров в час) подаются и удаляются без применения вентиляторов и воздуховодов. Система аэрации значительно дешевле механических систем вентиляции; она является мощным средством для борьбы с избытками выделения явной теплоты в горячих цехах.

Наряду с преимуществами аэрации имеет существенные недостатки, а именно: в летнее время эффективность аэрации может значительно снижаться вследствие повышения температуры наружного воздуха, особенно в безветренную погоду; кроме того, поступающий в помещение воздух не обрабатывается (не очищается, не охлаждается).

Вентиляция с помощью дефлекторов. Дефлекторы представляют собой специальные насадки, устанавливаемые на вытяжных воздуховодах и использующие энергию ветра. Дефлекторы применяют для удаления загрязненного или перегретого воздуха из помещений сравнительно небольшого объема, а также для местной вентиляции, например, для вытяжки горячих газов от кузнечных горнов, печей и т.д.

Рис. 3 Дефлектор ЦАГИ

В настоящее время наибольшее распространение получил дефлектор ЦАГИ (рис. 3). Он состоит их диффузора1, верхнюю часть которого охватывает цилиндрическая обечайка 2. Колпак 3 служит для защиты от попадания атмосферных осадков в патрубок 5, а корпус 4 – для предохранения от задувания ветром внутрь дефлектора.

Ветер, обдувая обечайку дефлектора, создает на большей части его окружности разрежение, вследствие чего воздух из помещения движется по воздуховоду и патрубку 5 и затем выходит наружу через две кольцевые щели между обечайкой 2 и краями колпака 3 и конуса 4. Эффективность работы дефлекторов зависит главным образом от скорости ветра, а также высоты установки их над коньком крыши.

При ориентировочном подборе дефлекторов определяют диаметр подводящего патрубка D(м) и соответственно конструктивные размеры дефлектора

D = 0, 0188 (7)

где L_Д – производительность дефлектора, м³/ч; v_Д – скорость воздуха в патрубке, м/с, которая принимается равной половине скорости ветра v_в; обычно υ _Д = 1, 5 – 2 скорости ветра υ _в = 3 – 4 м/с (для каждой местности известна средняя скорость ветра за наиболее жаркие месяцы).