Лабораторная работа №3

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Цель работы: освоить гостированный метод аэродинамического испы­тания общеобменной вентиляционной системы и определения ее эффектив­ности.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Атмосферный воздух является смесью нескольких газов и паров воды. Приземный слой атмосферного воздуха, непосредственно окру­жающий био­сферу и используемый в системах вентиляции, имеет сле­дующий газовый со­став (по объему, %): азот – 78,1, кислород – 20,9, углекислый газ - 0,03. В не­большом количестве (около 0,95 %) воздухе присутствуют инертные газы: ар­гон (0,93%), неон, гелий, криптон.

Задачей вентиляции помещений является поддержание в них благо­при­ятного для человека состояния воздушной среды в соответствии с нормируе­мыми ее характеристиками по ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ.

Выбор способа поддержания необходимых параметров воздушной среды в помещениях определяется многими факторами: назначением помещений, режимом работы и характером выделяющихся вредностей в них, количеством и расположением рабочих мест, оборудования и др. При этом должны макси­мально учитываться эксплуатационные и экономические требования.

Различают три вида организации вентиляции: общеобменная (вытяжная и приточная), местная приточная и вытяжная. Общеобменная вентиляция применяется для разбавления выделяющихся в помещение паров, газов, пыли, избыточных тепла и влаги до допустимых санитарными нормами вели­чин.

Для поддержания необходимых условий воздушной среды только на ра­бочих местах применяются системы местной приточной вентиляции: воз­душ­ный душ, воздушный оазис, воздушные завесы.

Воздушный душ – это поток воздуха, направленный непосредственно на верхнюю часть туловища работающего. Душирование дает возможность изме­нять в зоне действия подвижность, температуру и влажность воздуха, а так же концентрацию вредных паров и газов. Оно должно исключать сдувание пыли и газов на соседние рабочие места.

Воздушный оазис - это выгороженный из общего помещения объем, ог­раниченный с боков остекленными ширмами (высотой около 2м) и открытый сверху. В него по всему периметру равномерно подается охлажденный воздух. Оазисы используются для периодического кратковременного отдыха рабочих после выполнения ими тяжелой работы в условиях действия высоких темпе­ратур и теплового облучения.

Разновидностью местных систем являются также воздушные тепловые завесы у входов в помещения для предотвращения проникновения через них холодного наружного воздуха.

В системах вытяжной вентиляции обеспечивается улавливание вредно­стей в местах их выделения и удаление наружу через очистные устройства. При этом исключается распространение вредностей по объему помещения.

Система общеобменной вентиляции, обеспечивающая пол­ную обра­ботку (до нужных параметров) приточного вентиляционного воздуха и автома­тиче­ское поддержание в помещениях заданного состо­яния воздушной среды, на­зывается системой кондиционирования воздуха (СКВ). СКВ устраиваются в помещениях с большим ко­личеством людей в целях создания комфортных ус­ловий воздушной среды, а также по требованиям технологии производства.

Согласно СНиП 2.04.05-91 вентиляция по назначению подразделяется на приточ­ную, вытяжную и приточно-вытяжную.

Надежность, долговечность, экономичность и эффективность рабо­ты сис­тем вентиляции в значительной степени определяются правиль­ной эксплуата­цией действующих систем и комплектующего оборудования. Испытания и на­ладка систем вентиляции производятся перед сдачей их в эксплуатацию, а также периодически в процессе эксплуата­ции.

Различают технические испытания и испытания на эффективность (сани­тарно-гигиенические).

Технические испытания проводятся с целью проверки соответствия фак­тического режима работы системы расчетному и получения техниче­ских ха­рактеристик системы, необходимых для составления паспорта.

При технических испытаниях проверке подлежат: производитель­ность, развиваемое давление и число оборотов рабочего колеса венти­лятора, а также степень бесшумности их работы; фактическое расп­ределение воздуха по всем участкам вентиляционной сети; герметич­ность воздуховодов; расход воздуха через вентиляционные отверстия, степень очистки воздуха в воздухоочистных устройствах и их сопро­тивление; потребляемая мощность; число оборотов ко­леса вентилятора; исправность электродвигателей и другого электрического оборудова­ния.

Измеренные значения указанных величин должны соответствовать про­ектным данным, допустимые отклонения не должны превышать: по объему воз­духа, проходящего через головные участки воздуховодов общеобменных уста­новок, – ± 10 %; по объему воздуха, проходящего через приточные и вытяж­ные отверстия общеобменных установок – ± 20 %; по объему воздуха, проходя­щего через головные участки воз­духоводов местных установок, а также уда­ляемого местными отсосами – ± 10 %; по температуре приточного воздуха – ± 2 °С.

После завершения монтажа систем проводятся предпусковые техни­че­ские испытания для выявления фактических параметров работы вен­тиляцион­ных установок. Путем наладки и регулирования эти парамет­ры необходимо довести до проектных значений с допустимыми отклоне­ниями, указанными выше.

Санитарно-гигиенические испытания и обследования проводятся для проверки соответствия состояния воздушной среды помещений тре­буемым нормам, а также для оценки эффективности работы вентиляции после ее на­ладки. Они осуществляются при расчетном режиме выделения вредностей в помещениях и работе вентиляции.

При проведении санитарно-гигиенических испытаний и обследова­ний оп­ределяются: метеорологические условия в обслуживаемой зоне и на рабочих местах (температура, относительная влажность и под­вижность воздуха), со­держание в воздухе помещений пыли, газов и паров, количество вредностей в приточном воздухе и его параметры (температура и относительная влаж­ность), общее количество поступа­ющего и уходящего из помещений воздуха.

До начала испытаний устанавливают места для замеров и отбора проб воздуха. Количество контролируемых точек зависит от располо­жения рабочих мест в помещении, характера и мест выделения вред­ностей, схемы воздухо­обмена и других условий. На постоянных рабо­чих местах отбор проб произво­дится из зоны дыхания людей, а на ра­бочих площадках и на выходе - на от­метке 1,5 м от пола. Пробы при­точного воздуха отбираются перед наружными воздухозаборными устро­йствами. При наличии фильтров пробы отбирают по­сле них.

По ГОСТ 12.3.018-79 «ССБТ. Системы вентиляционные. Методы аэ­роди­намических испытаний» испытания следует проводить не ранее чем через 15 мин после пуска вентилятора, независимо от времени года.

Данные параметры позволяют установить полную (расчетную) хара­кте­ристику вентиляционной системы и сравнить ее с паспортными дан­ными вен­тилятора.

Движение воздуха по вентиляционной сети происходит в резуль­тате раз­ности давления воздуха, создаваемого рабочим колесом вен­тилятора. Давле­ние вентилятора складывается из полных давлений во всасывающем и на­гнетательном воздуховодах, т.е.

Давление Р_п представляет собой алгебраическую сумму статичес­ких P_СТ и скоростных Р_СК давлений. Оно характеризует полный запас энергии воздуш­ного потока, который расходуется на создание необхо­димой скорости движе­ния воздуха в воздуховоде и на преодоление сопротивлений движению (по длине воздуховода и местных). В нагне­тательных воздуховодах Р_П выше ат­мосферного, поэтому все состав­ляющие давления положительны в любой точке воздуховода, т.е.

Во всасывающих воздуховодах вентилятором создается разрежение, за счет которого происходит засасывание воздуха в систему. Поэтому Р_П во вса­сывающем воздуховоде ниже атмосферного и, следовательно, Р_П и Р_СТ имеют отрицательное значение, т.е. , Р_СК в обоих случаях оста­ется положительным.

Для измерения давления применяют пневмометрическую трубку и мик­романометр -.ЦАГИ или ММН.

Скорость движения воздуха в воздуховоде неодинакова как по его длине, так и в разных точках по поперечному сечению. Особенно она изменяется при наличии местных сопротивлений (изменение диаметра, наличие поворотов, ответвлений, шиберов и т.п.). Поэтому при про­ведении замеров давлений в воздуховодах (ГОСТ 12.3.018-79) мерные сечения рекомендуется выбирать на прямых участках, с постоянным сечением воздуховода. Мерные сечения сле­дует расположить на расстоянии не менее 6 D за местным сопротивлением и не менее 2 D перед ним. В выбранном мерном сечении снимаются показания в нескольких точках (рис.1) по двум взаимно перпендикулярным осям.

ÆD

Согласно ГОСТ 12.3.018-79 аэродинамические испытания проводят через мерные сечения воздуховодов. Количество и координаты точек измерений давления определяются формой и размерами мерного сече­ния по рис.1. Мак­симальное отклонение координат точек измерений от указанных на рис.1 не должно превышать ±10%. Количество изме­рений в каждой точке должно быть не менее трех.

Рис. 1. Координаты точек измерения давлений в воздухе цилиндрического

сечения (ГОСТ 12.3.018-79), D – мерное сечение воздуховода.

Фактическое количество воздуха, проходящее через мерное сече­ние воз­духовода, определяется по формуле

, м³/с (1)

– средняя скорость движения воздуха в мерном сечении воз­духовода, найденная по результатам аэродинамических испытаний, м/с; F - площадь се­чения воздуховода, м².

Эффективность вентиляционной системы определяют путем сравне­ния полученной при испытании производительности (L_Ф,м³/ч) с мак­симальной по­требной производительностью (L_П,м³/ч), которую опре­деляют расчетным путем

в соответствии СНиП 2.04.05-91: для поме­щений административно-управлен­ческих зданий - по числу работающих в помещении

; (2)

для помещений производственных зданий - по количеству выделяющих­ся вредностей в помещении: по избыткам явного тепла

; (3)

по избыткам влаги

; (4)

по количеству вредных веществ (пыль, газ, пары)

; (5)

где q - количество наружного воздуха на 1 человека, м³/ч (при­нимают по СНиП 2.04.05-91, а в данной работе берут по варианту за­дания на исследование); N - количество работающих в помещении, чел.; К - коэффициент запаса (прини­мается равным 1,1...1,5); Q_Я - избытки соответственно явного тепла в поме­щении, ВТ или Дж/с; t_УХ и t_П - температура воздуха, соответственно удаляе­мого из помещения и подаваемого в него, °С; W - избытки влаги в по­мещении, г/ч; d_УХ и d_П - влагосодержащие воздуха, соответственно удаляемого из поме­щения и подаваемого в него, г/м³; Z - количес­тво вредных веществ (пыли, газа, па­ров), поступающих в воздух помещения, мг/ч; К_Н и К_П - концентрация вред­ных веществ в воздухе, соответственно удаляемого из помещения и подавае­мого в него, мг/м³.

CHиП 2.04.05-91 допускает определить количество воздуха, не­обходи­мого для вентиляции помещений, по кратностям воздухообмена К_В, которые уста­новлены ведомственными нормативными докумен­тами. В частности, для хи­мических предприятий и всех санитарно-бытовых помещений отраслевыми нормами установлена кратность воздухо­обмена, где несколько раз в час сле­дует обменивать воздух в поме­щении. Потребная производительность такой вентиляции (в м³/ч) оп­ределяется по формуле:

; (6)

где V_П - объем помещения, м³ ; К_П - коэффициент воздухообмена 1/ч опреде­ляется по формуле:

; (7)

где К_Н - фактическая концентрация загрязнителя в воздухе помеще­ния, приве­денная к нормальным условиям, мг/м³; К_П - концентрация загрязнителя в пода­ваемом воздухе, принимается не более 30 % от К_ПДК, мг/м³.

При расчете потребной производительности вентиляционной уста­новки L_П принимается наибольшая из вычисленных производительностей по форму­лам 2...6. При оценке эффективности работы исследуе­мой вентиляционной системы фактическая производительность вентустановки должна быть равна или больше потребной, т.е. L_Ф ³ L_П.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Техническое обеспечение лабораторной работы

Исследование эффективности вентиляционной системы проводят на учебной установке конструкции кафедры «Безопасность жизнедеятельности и экология». Лабораторный стенд укомплектован пневмометрической трубкой, микроманометром ММН с резиновыми шлангами, мерной линей­кой, баромет­ром и термометром для измерения температуры окружающего воздуха.

2.2. Методика проведения исследования

2.2.1. Ознакомиться с учебной установкой и подготовить ее к экспери­менту. Для этого: установить шибер на воздуховоде и измерительную трубку микро­манометра в требуемое положение по варианту задания на исследова­ние: двумя регулировочными винтами выставить уровни микроманометра в ней­тральное положение, при выключенном вентиляторе снять начальное показа­ние (h₀) со шкалы измерительной трубки микроманометра. Ввести в отверстие мерного сечения воздуховода пневмометрическую трубку носиком навстречу воздушному потоку. Пневмометрическая трубка устанавливается в потоке воз­духа строго параллельно направлению его движения.

Микроманометр ММН подключить к пневмометрической трубке резино­выми трубками, точно соблюдая сочетание знаков + и -, обозначенных на схеме измерений давлений для всасываюшего воздуховода, размещенной на лабораторном столе.

2.2.2. Провести аэродинамические испытания вентиляционной системы. Для этого зафиксировать в протоколе показания: температуры, относительной влажности воздуха, барометрического давления. По истечении установлен­ного времени с момента включения вентилятора приступить к измерению пе­репадов скоростного (h_СК), статистического (h_СТ) и полного давлений в мерном сечении воздуховода (h_П). Снятие показаний указанных выше перепадов осу­ществлять через два расположенных взаимно перпендикулярно отверстия в воздуховоде по 7 точек в каждом. (Рис.1).

Для удобства нахождения координаты заданной точки измерения в сече­нии воздуховода подготавливают мерную линейку, на которой отмечают 7 точек измерений. Все экспериментальные данные внести в протокол отчета.

3. Протокол отчета по лабораторной работе № 3

^{____________________________________________________________________________}

^{(название лабораторной работы)}

Цель работы: _______________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________Вариант №________________

Эскиз установки

Параметры воздуха t_П = °С, Р_А = кПа, j = %

Микроманометр ММН К =, F = м², h₀ =,мм

Таблица 1

Показатель из­мерения	Координаты точек измерения по сечениям	Среднее
							Значение
hСК, мм
hСТ, мм
hП, мм

Примечание. В графах табл.1 для значений h_СК, h_СТ, h_П в числитель заносятся дан­ные при вертикальном перемещении пневмометрической трубки по сечению, а в знаменатель – при горизонтальном перемещении.

Расчетные показатели

r_в =

L_Ф =

L_{П мах} =

Расчетное потребное количество воздуха по варианту задания (м³/ч)

Выводы и рекомендации______________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Оценка по допуску _______________________ по зачету __________________

Подпись студента и дата выполнения: __________________________________

Работу проверил преподаватель, дата: _________________________________

4. Методика обработки и анализа экспериментальных данных

4.1. По вычисленным средним значениям h_СК, h_СТ и h_П (табл.1) опреде­лить средние значения скоростного Р_CК, статического Р_CТ и полного Р_П дав­лений (в Пa) по формуле:

; (8)

где h₀ - начальный отсчет по шкале микроманоме­тра, мм; К - показания фиксатора на дуге микроманометра (посто­янная прибора зависящая от угла наклона трубки).

4.2. Определить среднюю скорость движения воздуха, м/с, в се­чении воздухо­вода: ; (9)

где r_в - плотность перемещаемого воздуха, кг/м³.

Значение

; (10)

где Р_А - барометрическое давление окружающей воздушной среды, кПа (1 мм. рт.ст. = 133,322 Пa); Р_СТ - статическое давление потока в мерном сече­нии воздуховода, кПа; R - постоянная при нормальных условиях, равная 0,286; t - тем­пература перемещаемого воздуха (принимается по сухому термометру), °С; K_Ф - коэффициент, зависящий от температуры и влажно­сти перемещаемого воздуха в данной работе, принимается равным 0,1.

4.3. Вычислить фактическое количество воздуха, проходящее через мерное сечение воздуховода, м³/ч.

где F - мерное сечение воздуховода, U_CР - средняя скорость движения воздуха в мерном сечении, вычисленная по формуле 9.

4.4. По варианту задания на выполнение данной работы определить по формулам L₁…L₆ потребное количество воздуха, необходи­мое для проветри­вания помещения.