Совершенствование методики расчёта общеобменной вентиляции в помещениях с выделением водяных паров

Введение. В помещениях с выделением водяных паров величина необходимого воздухообмена определяется из условий ассимиляции влагоизбытков. Главную трудность при этом представляет определение влагосодержания уходящего из помещения воздуха – d ух . Это связано с необходимостью выбора определённых параметров уходящего из помещения воздуха, а именно таких, при которых не происходила бы конденсация водяных паров на внутренних поверхностях ограждающих конструкций.

Цель исследований. Совершенствование методики определения параметров воздуха и воздухообмена в помещениях с выделением водяных паров.

Задачи исследований. Определение недостатков известной методики расчёта; получение аналитической методики для более точного расчёта.

Методология. В настоящее время расчет условия недопущения конденсации водяных паров на внутренних поверхностях ограждающих конструкций предлагается выполнять графоаналитическим методом, используя I-d-диаграммы воздуха путем последовательных приближений [1]. Главными недостатками данного метода являются низкая точность результатов расчета, невозможность алгоритмизации, а также использования компьютерных методов для расчета.

Для избежания конденсации водяных паров на внутренней поверхности ограждающих конструкций в местах размещения вытяжных устройств, согласно рекомендациям работы [1], температура внутренней поверхности ограждения τ в должна быть выше температуры точки росы уходящего воздуха на A t р = 1-2^оС. Тогда условие предотвращения конденсации водяных паров запишется следующим образом:

^т в = t ^рх ^{+ A} t р , ⁽¹⁾

где t _у ^р _х – температура точки росы удаляемого воздуха, ^oС.

Учитывая уравнение теплообмена на поверхности ограждающей конструкции

^н = « в 4 ух - т у )                         (2)

• R 0

и выражение (1), первое условие предотвращения конденсации водяных паров на внутренних поверхностях ограждающих конструкций можно записать в виде

• t урх +A t р = t ух - t y^ ,                              (3)

R0 ' ав где tн, tyх – температура наружного и удаляемого воздуха, оС;

R 0 – сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, (м^2оС)/Вт;

а в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт /(м^2оС).

Из уравнения энтальпии водяных паров

I_m = ( 2,6 - 10 6 + 1800 • t ) • d

можно выразить изменение энтальпии водяного пара при одновременном изменении температуры от температуры внутреннего воздуха t вн до температуры удаляемого воздуха t yх и влагосодержания – от влагосодержания внутреннего воздуха d вн до влагосодержания удаляемого воздуха d ух как

. ( d • t ^

A I BH = I _yX- I_BH = 2500 - 10 3 • ( d„ - d _H) + 1,8 - 10 3 •         ух    • t _BH.              (5)

вп     ух    вн                      ух     вн                                  вн

V t вн — d вн у

Полученное слагаемое можно упростить, полагая, что t ух = t вн и t ух / t вн = 1, и принимая во внимание то, что его величина мала по сравнению с первым слагаемым. После преобразования получаем

A I вп = ( 2500 + 1,8 • t _yx y( d _yx - d вн ) • 10 ³ .

Обозначим отношение потока явной теплоты Q , поступающей в помещение (включая также теплоту остывания водяных паров до температуры окружающего воздуха), к потоку скрытой теплоты Q^с через параметрический критерий V [2]

V = —.                                    (7)

Qс

Изменение энтальпии сухой части воздуха выражается уравнением

A I. = с в • ( * ух - 1 в , ) ,                                          (8)

где   с в – удельная теплоемкость влажного воздуха, Дж/(кг ^оС).

Тогда учитывая уравнения (3) и (4), а также принимая св=1005 Дж/(кг оС), параметрический критерий можно выразить отношением у  __________(tух  tвн )_________

^{( 2500} + 1,8 • t вн ) • ^{( d} _ух ^{- d} вн )

Влагосодержание уходящего из помещения воздуха можно выразить через парциальное давление насыщенных водяных паров P ^р при температуре точки росы уходящего воздуха t^р по известной формуле [3]

d ух

P ^р

= 0,623--"   ,

р б     ух

где Р б – барометрическое давление, Па.

Предел изменения температуры точки росы внутреннего воздуха – от 10 до 30оС. В этих пределах зависимость парциального давления насыщенных водяных паров от температуры с точностью 1,5 % может быть выражена полученным автором уравнением

P = 110 • t + 90.

Преобразовав формулу (10) с учётом полученного соотношения (11), получаем d ух = 0,623 — у        Pб

110 • t р_х + 90 ух

-

110 • t p_x — 90 ух

.

Таким образом, параметры уходящего из помещения воздуха описываются системой урав- нений (3), (9) и (12), в которой обозначим х1=tyх;

х 2 = t _у ^р _х ; х 3 = d ух .

После упрощения получили x1 —:

x₃ • ( 2500 • V + 1,8 • t_m

• V ) + ( 2500 • V • d_eH + 1,8 • t_m • V • d^ вн             вн           вн

— t ) = 0 вн

x 1 •   1

1     ^

—

I ^a в • R 0 J

— X2 +

t _н

—

l« в • R 0

A t р

J

x₃ • ( P₆ — 90 ) — 110 • x₂ • x₃

—

66,5 • x₂ — 56,1 = 0.

По СНиП 23-02-2003, принимаем а в = 8,7 Вт/ ( м^2оС) [4] и обозначим через:

K 1 = ( 2500 + 1,8 • t _вн ) • V ;

^K 2 = ^K 1 • ^d вн ^— t вн ;

K = 1 — 015;

3       _{R 0}

K ₄ = 0,115 • t^H ;

4         _{R 0}

K 5 = Р б — 90;

^K 6 = ^K 4 ^{— K} 2 ‘ ^K 3 .

Подставив новые обозначения в систему уравнений (13) и решая ее относительно х3, после преобразований получаем x2 • K 1 • K2 + x3 •(k6 + 0,623 • K6 + 0,623 • K 1 • K3 — 9,1^10 —3 • K5)+ 0,623 • K6 + 0,51 = 0.   (14)

Обозначив в уравнении (14):

a = K 1 • K 3 ;

b = K 6 + 0,623 • K 1 • K ₃

—

9,1 ^ 10

'³ • k 5 ;

c = 0,623 • K ₆ + 0,51 , получим квадратное уравнение вида

ax 2 + bx₃ + c = 0.

Решением данного квадратного уравнения являются два корня

_ — b + 7 b ² — 4 ac d ух =       2a

.

При использовании данного метода для практических расчетов необходимого воздухообмена видно, что искомой величиной влагосодержания уходящего воздуха является положительное значение, отвечающее условию d >  0,03 кг/кг сух. возд.

Другие параметры воздушной среды в помещениях с выделением водяных паров определяются по следующим зависимостям:

температура уходящего воздуха tух = dух • K1 -K2;

температура точки росы уходящего воздуха t Ух = t ух • K3 + K4;

влагосодержание приточного воздуха d^ = 0,623 • -^P , ух         Рб — ^н Рн где ^н - относительная влажность наружного воздуха, %;

P н – парциальное давление насыщенных водяных паров при температуре наружного воздуха, Па.

Величина необходимого для ассимиляции влагоизбытков воздухообмена определяется по формуле

° пр = mGr ■                       (20)

а —а , ух     пр где m – коэффициент, учитывающий долю влаги, поступающей в рабочую зону;

G вл – количество водяных паров, поступающих в воздух помещения, кг/ч.

Заключение. Таким образом, разработанная методика определения параметров воздуха и воздухообмена в помещениях с выделением водяных паров позволяет более точно производить расчеты систем вентиляции и алгоритмизировать расчеты для использования компьютера.