Воздуха и, тем сггмым, весьма существенно сократить расходы как тепловой, так и электрической энергии в системах промышленной вентиляции

1.7. Задачи исследования
Установить аналитические связи, позволяющие определить влияние па-раметров вентиляционно-отопительных систем на их тепло-энергопотребление; проанализировать возможности снижения теплоэнергопотребления сис-тем с учетом годичного цикла их работы; исследовать закономерности формирования полей температур и концен-траций примесей в объеме помещений; разработать технические решения для управления воздушно-тепловым режимом производственных зданий; разработать и широко внедрить, устройства и аппараты, позволяющие существенно снизить теплоэнергопотребление вентиляционно-отопительных систем в промышленности; сформулировать предложения по рационализации режимов работы вен-тиляционно-отопительных систем, их расчету и проектированию.

ГЛАВА II
Выявление потенциальных возможностей энергосбережения в вентиляционно-отопительных системах

В настоящей главе изучаются вопросы улучшения технологических по-казателей вентиляционно-отопительных систем на основании комплексной оценки факторов, влияющих на потребление системами тепла и холода и а также рассмотрены вопросы круглогодичной работы систем.
2.1. Определение расходов тепла и холода, потребляемых вентиляционно-отопительными системами
Расходы тепла и холода (вода для адиабатического охлаждения) являют-ся определяющими при рассмотрении технологических показателей вентиля-ционно-отопительных систем. Для систем промышленной вентиляции и воз-душного отопления в первую очередь представляют интерес вопросы сниже-ния потребления тепла Qт. Вместе с тем, учитывая, что на предприятиях в настоящее время начина-ется применение адиабатического охлаждения, а кроме того доказана [231, 232] целесообразность использования также и политропического охлаждения, становится актуальным выявление путей уменьшения расходов холода или во-ды при адиабатном охлаждении.
Работы по снижению (2г и Qx ведутся в различных направлениях. Опре-деленные возможности улучшения технологических показателей открываются также при выборе рациональных схем организации воздухопотребления.
Влияние К1 на потребление тепла, холода и воды системами кондиционирования воздуха рассмотрено в [174]. Основываясь на комплексном подходе к оценке работы систем, A . A . Рымкевичем [173], [174] показано, что характер этого влияния зависит от класса тепловлажностных нагрузок в помещении и от параметров наружного воздуха. Там же приводятся результаты для некото-рых режимов работы систем кондиционирования воздуха.
В настоящей работе, основываясь на комплексном подходе, рассмотрены некоторые аспекты этой задачи применительно к системам вентиляции и воз-душного отопления, обслуживающих промышленные здания. В указанных цехах, вследствие широких пределов допустимой величины относительной влажности в помещении, приточный воздух не подвергается дополнительному увлажнению. В этой связи необходимо заметить, что хотя в системах вентиля-ции используется адиабатное увлажнение, целью этого вида обработки глав-ным образом является днижение температуры воздуха, а не изменение его влажности. Поэтому адиабатное увлажнение рассматривается как частный случай охлаждения воздуха, а расходы воды при этом оказываются в такой же зависимости от коэффициента воздухообмена, как и расходы воздуха.
Отсутствие в системах вентиляции увлажнения приточного воздуха по-зволяет уменьшить, по сравнению с системами кондиционирования воздуха, количество режимов работы до трёх: зимнего, осенне-весеннего и летнего.
Отметим, что указанное разделение не связано с общепринятым делением на три расчетных периода - холодный, переходный и теплый, а выбор названий обусловлен желанием отразить соответствующее состояние наружного клима-та, зависящее от времени года.
Под зимним понимается работа в системе в режиме воздушного отопле-ния, когда приточный воздух компенсирующий теплопотери, подается с тем-пературой превышающей температуру помещения. в осенне-весеннем режиме тепловыделение превышает теплопотери, но приточный воздух, для обеспечения конкретных условий, предварительно по-догревается, но до температуры более низкой, чем в помещении.
В летнем режиме для поддержания нормируемых параметров в рабо-чей зоне требуется охлаждение приточного воздуха шя увеличение воздухообмена.
Помещения, обслуживаемые системами вентиляции, можно разделить на две группы. В первой группе основными (определяющими величину воздухо-обмена) являются газовыделения. Воздухообмен в помещениях второй группы определяется из условия поглощения теплоизбытков или компенсации теплопотерь.
Нужно отметить, что данная классификация носит условный характер, так как в течение- года конкретные помещения могут переходить из одной группы в другую. Так, ряд производственных помещений в зимний период от-носится к первой группе, а в летний, в силу роста теплопоступлепкй от иксолл ции и уменьшения теплопотерь, - ко второй группе. Очевидно, что вентиляци-онные системы в помещениях первой группы работают без рециркуляции, а в помещениях второй группы - с рециркуляцией и без неё.
Рассмотрим процессы обработки воздуха (рис. 2.1).
В системах без рециркуляции приточный воздух с параметрами
нагревается или охлаждается до температуры в соответствующем теплооб-меннике и поступает в помещение, из которого удаляется системами вытяж-ной вентиляции с температурой и концентрацией вредности В рассмот-ренной схеме было принято, что во время обработки, концентрация вредности в приточном воздухе не меняется
Если в результате предварительной очистки концентрации вредностей снижаются до , то, во всех пре дставлен-ных ниже зависимостях, величина заменяется на . Последнее справедли-во для систем вентиляции с рециркуляцией и без неё.

В системах с рециркуляцией наружный воздух подвергается нагреву или охлаждению и смешивается с рециркуляционным ( ) В результате в помещение поступает смесь наружного и рециркуляционного воздуха с температурой и концентрацией вредностей Уходяший из помещения воздух частично идет на рециркуляцию и в объеме удаляется из системы.

При расчете вентиляционных систем важную-роль ихраег распеределение параметров воздуха в объеме помещения. В определенной меле распеределение концентраций вредностей по помещению характеризуете;- коэффициентом воздухообмена по газам К[:

Аналогичный характер для полей температур - коэффициент воздухооб-мена по теплу

В общем случае величины и могут отличаться друг от друга, так как в силу несовпадения источников тепловыделений и выделений вредности, наличия газов как легче, так и тяжелее воздуха и ряда других обстоятельств, поля распределения температур и концентраций нередко различаются.
Анализ работ [70, 254] показывает, что величина зависит от крат-ности воздухообмена, а поэтому для систем с рециркуляцией справедливо равенство:


где концентрация вредностей в воздухе рабочей зоны помещения при отсутствии рециркуляции, когда ( ) . В этой связи рассмотоим' вопрос о влиян1Ш количества рециркуляционного воздуха на . Обозначив

и приняв во внимание, что величина не зависит от ,
получим:

Из (2.1) и (2.3) находим выражение для определения концентрации вредностей в рабочей зоне в зависимости от количества рециркуляционного воздуха

Анализ (2.4) показывает, что увеличение и, соответственно, р приво-дит к росту концентраций в рабочей зоне в случае, когда коэффициент возду-хообмена по вредностям больше 1 и наоборот, - влечет за собой снижение Срз если Таким образом, установлено, что использование рециркуляции в венти-ляционных системах сопровождается изменением , которое может быть тем существенее, чем больше отличается величина от единицы.
Применение рециркуляции, в отдельных случаях, обусловлено тем, что подача только наружного воздуха создает дискомфортные (по температурам) области в помещении в силу того, что поступающие в рабочую зону воздуш-ные потоки будут иметь температуру ниже (летний и весенне-осенний режи-мы) или выше (зимний режим) допустимых значений. Заметим, что никаких нижних ограничений Со, естественно, быть не может и нужно стремиться к максимальному снижению концентраций в приточном воздухе. Количество воздуха необходимого для разбавления вредности, находится из зависимости:

В дальнейшем будем считать, что количество поступающего в помеще-пне наружного воздуха равно и, соответственно, зависит от
Исключе-ние могут составить некоторые случаи работы систем в летнем режиме, которые будут оговорены отдельно.
В системах вентиляции возможно количественное и качественное регу-лирование параметров приточного воздуха. Под количественным регулирова-нием понимается изменение расхода приточного воздуха, а под качественным - изменение его температуры. Согласно зависимости (2.5) по вредности воз-можно лишь количественное регулирование. Регулирование по теплу может быть количественным и качественным.
Воздухообмен в помещении второй группы, как известно, равен


В системах с количественным регулированием по теплу коэффициент
влияет на расход а в системах с качественным регулированием, когда и остаются постоянными, изменение влечет за собой изменение температуры .
Из сказанного следует, что для помещений первой группы характерно применение систем с количественным регулированием по вредности, а с каче-ственным - по теплу. Рециркуляция в этих помещениях не рекомендуется. В помещениях второй группы целесообразнее иметь количественное регулиро-вание по теплу, хотя допустимо и качественное. Использование рециркуляции здесь возможно.
Приступим непосредственно к получению зависимостей для определе-ния расходов тепла и холода потребляемых системами вентиляции. Помещения первой группы рассмотрены более подробно, а для второй группы приведены лишь исходные уравнения и конечные результаты.
Первая группа помещений
Зимний режим
Количество тепла для нагрева приточного воздуха

В уравнение (2.8) входят величины, которые могут меняться в процессе эксплуатации системы. Так, например, в вентиляционных системах с качест-венным регулированием, значение 1о переменно. Поэтому для анализа влияния различных факторов на расход тепла необходимо выразить через постоян-ные для данного случая величины: , , , , .
Учитывая, что в помещениях этой группы, количество наружного воздуха
равно воздухообмену необходимому для разбавления вредностей, и под-ставив в (2.8) выражение для из формулы (2.7), получим зависимость для определения

Осенне-весенний режим
Зависимость для нахождения

Воспользовавшись теми же дополнительными связями, что и в преды-дущем случае, с той лишь разницей, что выражение 1о получается из формулы (2.6), имеет следующую зависимость

Летний режим
Необходимое количество холода

Проведя преобразования аналогичные предыдущему случаю, получим

Вторая группа помещений. Для помещений второй группы характерно применение систем с рецир-куляцией воздуха. Использование систем без рециркуляции кажется нам неце-лесообразным для этой группы помещений, так как здесь не используется теп-ло удаляемого воздуха, хотя при этом не будет превышать предельно до-пустимого значения. Кроме того, для определения расходов тепла и холода в системах без рециркуляции можно воспользоваться полученными ранее зависимостями:
- при качественном регулировании (2.9), (2.11), (2.13);
- при количестренном регулировании (2.8), (2.10), (2.12).
Согласно изложенной выше схеме, процессы обработки приточного воз-духа в системах с рециркуляцией описываются следующими уравнениями:



Решая эти уравнения совместно с (2.6) и (2.7), получим для случаяв борьбы с теплопотерями:


для компенсации теплопотерь:

Количество наружного воздуха, поступающего в помещение второй группы, определяется из зависимости (2.5). В системах с качественным регу-лированием к постоянным величинам, наряду с уже отмеченными выше для первой группы помещений, относится воздухообмен а для систем с количе-ственным регулированием - температура приточного воздуха .
Уравнения, для нахождения расходов тепла и холода на обработку при-точного воздуха, принимают следующий вид:
Зимний режим
Системы с качественным регулированием

Системы с количественным регулированием

Осенне-весенний режим
Системы с качественным регулированием

Системы с количественным регулированием

Летний режим
Системы с качественным регулированием

Системы с количественным регулированием

Зависимости (2.19) - (2.24) справедливы также, когда количество наруж-ного воздуха поступающего в помещение больше минимального объема, определяемого из формулы (2.5). В этом случае комплекс
заменя-ется соответствующим значением
Заметим, что именно при расчете вентиляции помещений второй группы, обслуживаемых системами с рециркуляцией воздуха, необходимо дополни-тельно проверять величину с помощью зависимости (2.5) для того, чтобы избежать превышения ПДК в рабочей зоне, т.к. первоначальные значения нередко определяются без учета рециркуляции воздуха.
Таким образом, представленные в настоящем параграфе зависимости по-зволяют выявить параметры, определяющие величину расходов тепла и холода (воды), потребляемых вентиляционно-отопительными системами.