Тема 3 «Проектный расчет искусственного освещения производственных помещений по коэффициенту использования светового потока»
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Основные светотехнические величины, виды и системы освещения, требования к производственному освещению
Организация рационального освещения рабочих мест – один из основных вопросов охраны труда. При неудовлетворительном освещении резко снижается производительность труда, возможны несчастные случаи, появление близорукости, быстрая утомляемость.
В зависимости от источника света производственное освещение может быть трех видов: естественное, искусственное и совмещенное.
Освещение характеризуется количественными и качественными показателями. К количественным показателям относятся: световой поток, сила света, яркость.
Световой поток F – это часть лучистого потока, которая воспринимается зрением человека как свет (измеряется в люменах – лм).
Сила света I – величина, оценивающая пространственную плотность светового потока и представляющая собой отношение светового потока dF к телесному углу d(, в пределах которого световой поток распространяется:
.
За единицу силы света принята кандела (кд).
Освещенность Е – поверхностная плотность светового потока, которая представляет собой отношение светового потока dF, падающего на элемент поверхности dS, к площади этого элемента:

За единицу освещенности принят люкс (лк) – при световом потоке в 1лм на площадь в 1м2.
Яркость поверхности L – отношение силы света, излучаемого в рассматриваемом направлении, к площади светящейся поверхности, (кд/м2):

Коэффициент отражения ( определяется как отношение отраженного от поверхности светового потока Fотр к падающему на нее световому потоку Fпад :

К основным качественным показателям освещения относятся: фон, контраст объекта с фоном, видимость, показатель ослепленности и дискомфорта, коэффициент пульсации.
Фон – поверхность, прилегающая непосредственно к объекту, на которой он рассматривается.
Контраст объекта с фоном К – характеризуется соотношением яркостей рассматриваемого объекта (точка, линия, знак, пятно, трещина или другие элементы, которые требуется различить в процессе работы) и фона.
Видимость – способность глаза человека воспринимать объект при освещенности от 0,1 до 100000 лк.
Показатель освещенности – критерий оценки слепящего действия, создаваемого осветительной установкой.
Основная задача освещения на производстве – создание наилучших условий для выполнения зрительной работы необходимого класса точности. Эту задачу можно решить только осветительной системой, отвечающей следующим требованиям:
освещенность на рабочем месте должна соответствовать характеру зрительной работы, который определяется: объектом различения – наименьшим размером рассматриваемого объекта; фоном; контрастом объекта с фоном;
необходимо обеспечить достаточно равномерное распределение яркости на рабочей поверхности, а также в пределах окружающего пространства;
следует выбирать оптимальную направленность светового потока и необходимый спектральный состав света;
все элементы осветительных установок должны быть долговечными, электро- и пожаробезопасными;
установка должна быть удобной и простой в эксплуатации; отвечать требованиям эстетики.
Искусственное освещение
Искусственное освещение предусматривается во всех производственных и бытовых помещениях, где недостаточно естественного света, а также для освещения помещений в ночное время.
По функциональному назначению искусственное освещение подразделяют на рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное, дежурное. Рабочее освещение обеспечивает зрительные условия нормальной работы, прохода людей и движения транспорта. Аварийное освещение проектируют для продолжения работы при внезапном отключении рабочего освещения. При этом нормируемая освещенность должна составлять 5 % от рабочего освещения, но не менее 2 люкс внутри зданий и не менее 1 люкса для территории предприятий. Эвакуационное освещение предусматривается для эвакуации людей при авариях в местах, опасных для прохода людей, на лестничных клетках (должно быть в помещениях не менее 0,5 люкс, а на открытых территориях – не менее 0,2 люкс).
Для охранного освещения площадок предприятий и дежурного освещения помещений выделяют часть светильников рабочего или аварийного освещения.
В качестве источников света применяют газоразрядные лампы или лампы накаливания. Совокупность источника света и осветительной арматуры представляет собой светильник. Наиболее важными функциями осветительной арматуры являются предохранение глаз рабочих от чрезмерно большой яркости источника света, а также перераспределение светового потока лампы, которое повышает эффективность осветительной установки. По распределению светового потока в пространстве различают светильники прямого, рассеянного и отраженного света, а по конструктивному исполнению – светильники открытые, закрытые, защищенные, пыленепроницаемые, влагозащитные, взрывозащитные, взрывобезопасные. Конструктивно–светотехнические схемы светильников представлены на рис.1. По назначению светильники делятся на светильники общего и местного освещения.
Искусственное освещение может быть общим (равномерным или локализованным) и комбинированным (к общему добавляется местное). Применение только местного освещения запрещается.
Для общего освещения в системе комбинированного рекомендуется применять газоразрядные лампы независимо от типа источника света местного освещения. Неравномерность освещенности, создаваемая светильниками общего освещения в зоне расположения рабочих мест, должна быть как можно меньше. Освещение не должно вызывать ослепленности.
Для предотвращения ослепленности светильник местного освещения должен иметь глубокие отражатели из непросвечивающего материала или из стекла молочного цвета. Защитный угол ( отражателя, показывающий меру прикрытия ярких частей лампы (ниже накала) от глаз, должен быть не менее 300.
Расчет искусственного освещения
Обычной задачей расчета освещенности является определение числа и мощности светильников, необходимых для обеспечения нормируемого значения освещенности.
Нормируемая освещенность устанавливается по характеристике зрительной работы с наименьшим размером объекта различения, контрастом объекта с фоном и характеристикой фона. Различают 8 разрядов и 4 подразряда работ в зависимости от степени зрительного напряжения по СНиП II – 4 – 79 (приложение 1).
При проектировании осветительной установки необходимо решить следующие основные задачи:
выбрать тип источника света – рекомендуются газоразрядные лампы, за исключением мест, где температура может быть менее +5 0С и напряжение в сети может падать ниже 90 % номинального, а также местного освещения (в этих случаях применяются лампы накаливания);
определить систему освещения (общая локализованная или равномерная, комбинированная);
выбрать тип светильников с учетом характеристик светораспределения, условий среды (конструктивного исполнения) и др.;
распределить светильники и определить их количество (светильники могут располагаться рядами, в шахматном порядке, ромбовидно);
определить норму освещенности на рабочем месте.
Для расчета искусственного освещения используют в основном три метода.
Метод светового потока (коэффициента использования) является основным для расчета общего равномерного освещения при горизонтальной рабочей поверхности, так как этот метод учитывает световой поток, отраженный от потолка, стен и пола ((р, (ст, (п).
Задачей расчета является определение потребной мощности электрической осветительной установки для создания в производственном помещении, требуемой по СНиП II-4-79 (приложение 1) освещенности при общем освещении.
Рис. 1 Размещение светильника относительно рабочей поверхности
Рис. 2 Размещение светильников на плане помещения
Проектируя установку необходимо решить ряд вопросов:
1) распределить светильники на плане помещения.
Находим высоту подвеса светильников над рабочей поверхностью h:
h = Н – hР – hС ,
где Н – высота помещения;
hР – высота рабочей поверхности;
hС – высота свеса светильника.
Лучше светильники располагать по вершинам квадратных полей со стороной L (LA=LB=L), но допускается и расположение светильников по вершинам прямоугольника со сторонами LA и LB, причем LA/LB(1,5.
Выбор оптимального расстояния между рядами светильников зависит от типа КСС (кривая распределения светосил), к которому относится выбранный тип светильника, а также высоты подвеса светильников над рабочей поверхностью h (рис.1); для определения оптимального расстояния Lопт между светильниками используют коэффициент ( (таблица 1), который зависит от угла (, на котором достигается среднее значение силы света I (кд) в данном типе КСС, причем:
, следовательно .
Таблица 1
Значение ( для различных типов КСС
Тип КСС
М
Л
Д-1
Д-2
Г-1
Г-2
Г-3
Г-4
К-1
К-2
К-3

?
2,0
1,6
1,3
0,96
0,91
0,77
0,66
0,57
0,49
0,42
0,36


Для распределения светильников на плане помещения также необходимо учесть, что расстояние от стены до ближайшего светильника, l должно быть равным ½ L. Поэтому L необходимо подобрать так, чтобы оно было максимально близко к Lопт, а размеры помещения (А, В) делились без остатка на расстояние между светильниками L.
определить число светильников в данном помещении.
Количество светильников определяется в зависимости от выбранного расстояния между светильниками и размеров помещения.
.
3) Определить норму освещенности Енорм, (лк) на рабочем месте по СНиП II-4-79 (приложение 1). Нормативная величина освещённости на рабочем месте зависит от разряда и подразряда зрительных работ, а также системы освещения (данный расчёт выполняем для системы общего освещения).
4) Найти расчетный световой поток ламы FР (лм) при лампах накаливания или световой поток группы ламп одного светильника при люминесцентных лампах, который обеспечивает нормируемую освещенность Енорм.:
,
где Енорм – нормируемая освещенность, [лк];
S – площадь освещаемого помещения, [м2];
Z – коэффициент минимальной освещённости:
для ламп накаливания и ДРЛ Z = 1,15;
для люминесцентных ламп Z = 1,1;
kз – коэффициент запаса (задан по варианту);
N – число светильников в помещении;
n – число ламп в каждом светильнике;
( – коэффициент использования светового потока ламп (Приложение 2), который зависит от типа КСС, коэффициентов отражения потолка (потолка, стен (стен, пола (пола, а также индекса помещения, который определяется по формуле:

При выборе коэффициента использования светового потока индекс помещения i принимаем равным ближайшему меньшему значению, а также если i > 5, то принимаем i = 5.
5) Подобрать для заданного типа КСС стандартную лампу, световой поток которой Fст максимально близок к расчетному FР (приложение 3).
В практике допускается отклонение светового потока выбранной лампы от расчетного в пределах от –10% до +20%.
Если подобрать стандартную лампу по расчетному световому потоку не представляется возможным, то необходимо изменить количество светильников или количество ламп в светильнике (для люминесцентных ламп).
6) Выбрать тип светильника, который относится к заданному типу КСС и в котором могут быть использованы лампы выбранной мощности (приложение 3).
Найти освещенность Ерасч, [лк], создаваемую выбранным типом лампы, которая обладает световым потоком Fст, (лм):

7) Определить отклонение (Е расчетной освещенности Ерасч, создаваемой выбранным источником света от нормативной Енорм.

Следует обратить внимание, что значение отклонения (Е не должно быть меньше –10% и больше +20%. В случае несоответствия необходимо выбрать другой тип лампы.
Приложение 1
Нормируемые значения освещённости для производственных помещений (СНиП II–4–79)
Характеристика зрительной работы
Разряд и подразряд зрительной работы
Освещённость при искусственном освещении







Общая

Наивысшей
точности
I
а
1500



б
1250



в
750



г
400

Очень высокой
точности
II
а
1250



б
750



в
500



г
300

Высокой
точности
III
а
500



б
300



в
300



г
200

Средней
точности
IV
а
300



б
200



в
200



г
150

Малой
точности
V
а
200



б
150



в
150



г
100

Грубая (очень малой точности)
VI

150

Работа со светящимися матер. и изделиями в горячих цехах
VII

200

Общее наблюдение за ходом производственного процесса: постоянное
VIII
а
75

- периодическое при постоянном пребывании людей в помещении

б
50

- периодическое при периодическом пребывании людей в помещении

в
30


Приложение 2
Значения коэффициента использования светового потока ?, %
?потолка, %
70
50
30

?стен, %
50
30
10

?пола, %
30
10
10

Тип КСС
Индекс помещения
Индекс помещения
Индекс помещения


0,6
0,8
1,25
2
3
5
0,6
0,8
1,25
2
3
5
0,6
0,8
1,25
2
3
5

Л
32
49
59
71
83
91
24
40
49
60
70
76
20
35
44
48
65
65

М
35
50
61
73
83
95
23
36
43
56
65
75
17
29
33
46
55
67

Д-1
36
50
58
72
81
90
27
40
48
55
65
73
27
35
42
52
61
68

Д-2
41
52
68
84
93
103
33
42
52
69
75
86
28
36
48
63
75
81

Г-1
49
60
75
90
101
106
41
48
64
76
70
88
35
45
60
73
68
77

Г-2
58
68
82
96
102
109
48
58
72
83
86
93
43
54
68
79
85
90

Г-3
64
74
85
95
100
105
57
65
75
83
86
60
53
62
73
80
84
86

Г-4
70
77
84
90
94
99
62
68
74
81
83
85
61
66
72
78
81
83

К-1
74
83
90
96
100
106
64
73
80
86
88
90
62
71
77
83
86
88

К-2
75
84
95
104
108
115
68
74
84
92
93
99
68
72
80
89
93
93

К-3
76
85
96
106
110
116
68
76
85
93
95
99
64
73
83
90
94
97


Приложение 3
Характеристики искусственных источников света и светильников по типам КСС
Тип КСС
Группа светильников
Тип ламп, мощность (Вт), световой поток (лм)



ЛН
ЛЛ
ДРЛ



60
100
150
200
300
500
1000
1500
15
20
30
40
65
80
125
250
400
700
1000



715
1350
2100
2920
4600
8300
18600
29000
760
1180
2100
3000
4650
5220
5600
12500
22000
38500
55000

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

Л
ЛСП 18











Х2
Х2
Х2







РСП 08














Х
Х
Х




НСП 17



Х

Х














М
РПЛ 01








Х
Х

Х
Х








НСП 11

Х

Х

Х















РСП 11
















Х




ППРДРЛ















Х





РПЛ 01








Х
Х

Х
Х







Д-1
ЛСП 12











Х2
Х2
Х2







ЛПО 25









Х2;4;6

Х2;4;6








Д-2
ОДР











Х2
Х2
Х2






Г-1
ШОД











Х2

Х2







ЛВО 01









Х
Х
Х

Х






Г-2
ЛПО 02











Х2;4;6
Х2;4;6
Х2;4;6







РСП 18














Х
Х
Х
Х
Х

Г-3
С3 ДРЛ















Х
Х
Х
Х


РСП 17















Х
Х
Х
Х

К-1
ГСП 18















Х
Х
Х
Х


РСП 05















Х
Х
Х
Х

К-2
ГСП 18















Х
Х
Х
Х

Примечание: 1. Знак «Х» обозначает тип ламп, которые можно использовать в данном типе светильника.
2. Цифры 2, 4, 6 в правом верхнем углу рядом со знаком «Х» указывают на количество ламп в каждом светильнике выбранного типа.
Приложение 4
Исходные данные к практическому занятию № 3
№ п/п
Параметры
Обозн.
Ед. изм.
Вариант





1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

1
Разряд и подразряд зрительных работ
-
-
IIг
IIIг
IIг
IVа


IIг
IIIа
IIIв
IIIг

2
Длина помещения
А
м
42
54
48
48
24
48
84
7,2
48
54

3
Ширина помещения
В
м
18
18
24
18
24
12
24
4,8
12
18

4
Высота помещения
Н
м
6
5,2
2,6
5
6
3
4,2
2,6
3
5

5
Высота рабочей поверхности

м
0,9
1
0,8
1
0,8
0,9
1,1
1,2
0,7
0,9

6
Высота свеса светильника

м
2,0
1,3
0,1
0,9
2,4
0,2
0,7
0,1
0,3
1,3

7
Коэффициент запаса

-
1,5
1,3
1,3
1,2
1,4
1,5
1,3
1,7
1,5
1,2

8
Коэффициент отражения потолка
?пот
%
70
70
30
30
70
30
50
30
50
30

9
Коэффициент отражения стен
?ст
%
50
50
10
10
50
10
30
10
30
10

10
Коэффициент отражения пола
?пол
%
30
30
10
10
30
10
10
10
10
10

11
Тип светильника
-
-
РСП11
ППР
НСО02
ГСП15
ГС
НСП17
НСО02
НПО18
ППД
СУ

12
Тип лампы
-
-
ДРЛ
ДРЛ
ЛН
ЛН
ЛН
ЛН
ЛН
ЛН
ЛН
ЛН

13
Мощность используемых ламп
Р
Вт
400
250
100
150
200
500
1000
1500
200;
500;
100
150
60
150
100;
200
200
500

14
Число ламп в каждом светильнике
n
шт.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

15
Тип КСС
-
-
М
М
Д-2
Г-2
Г-4
Л
Д-2
Г-1
Д-2
Л


Продолжение приложения 4
№ п/п
Параметры
Обозн.
Ед. изм.
Вариант





11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

1
Разряд и подразряд зрительных работ
-
-
IVв


IIг

IIа

IVа
IIв
IIIв

2
Длина помещения
А
м
48
72
54
54
72
12
72
72
18
12

3
Ширина помещения
В
м
24
36
12
36
24
6
36
24
12
6

4
Высота помещения
Н
м
4
3,2
3
4
2,6
5,2
3,2
5,2
7,8
3,8

5
Высота рабочей поверхности

м
1,2
0,8
0,9
0,7
0,8
0,7
1,2
0,8
0,8
0,9

6
Высота свеса светильника

м
0,4
0,6
0,3
0,6
0,1
0,3
0,6
0,4
1,2
0,4

7
Коэффициент запаса

-
1,5
1,5
1,7
1,4
1,7
1,3
1,3
1,7
1,7
1,7

8
Коэффициент отражения потолка
?пот
%
70
30
70
30
70
50
30
30
70
70

9
Коэффициент отражения стен
?ст
%
50
10
50
10
50
30
10
10
50
50

10
Коэффициент отражения пола
?пол
%
30
10
30
10
30
10
10
10
30
30

11
Тип светильника
-
-
ЛСП18
ОДР
ЛПО02
ЛСП12
ШОД
С3ДРЛ
РСП08
ГСП18
РСП05
ЛСП12

12
Тип лампы
-
-
ЛЛ
ЛЛ
ЛЛ
ЛЛ
ЛЛ
ДРЛ
ДРЛ
ДРЛ
ДРЛ
ЛЛ

13
Мощность используемых ламп
Р
Вт
40
65
40
65
80
40
65
80
40
65
80
40
80
250
400
700
1000
125
250
400
250
400
700
1000
250
400
700
1000
40
65
80

14
Число ламп в каждом светильнике
n
шт.
2
2
2;4;6
1;2
2
1
1
1
1
1;2

15
Тип КСС
-
-
Л
Д-2
Г-2
Д-1
Г-1
Г-3
Л
К-1
К-1
Д-1

Продолжение приложения 4
№ п/п
Параметры
Обозн.
Ед. изм.
Вариант





21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

1
Разряд и подразряд зрительных работ
-
-
IIIа


IIа
IIв

IIг
IIIа
IIIв
IIIг

2
Длина помещения
А
м
72
72
8
12
6
48
84
7,2
48
54

3
Ширина помещения
В
м
18
24
4
10
6
12
24
4,8
12
18

4
Высота помещения
Н
м
4,1
4
3,7
4,0
3
3
4,2
2,6
3
5

5
Высота рабочей поверхности

м
1,1
0,8
0,8
0,7
1
0,9
1,1
1,2
0,7
0,9

6
Высота свеса светильника

м
0,8
0,2
0,1
0,6
0,8
0,2
0,7
0,1
0,3
1,3

7
Коэффициент запаса

-
1,3
1,5
1,5
1,7
1,7
1,5
1,3
1,7
1,5
1,2

8
Коэффициент отражения потолка
?пот
%
30
30
50
30
70
30
50
30
50
30

9
Коэффициент отражения стен
?ст
%
10
10
30
10
50
10
30
10
30
10

10
Коэффициент отражения пола
?пол
%
10
10
10
10
30
10
10
10
10
10

11
Тип светильника
-
-
ЛСП12
ЛПО25
РСП17
РСП18
РСП08
НСП17
НСО02
НПО18
ППД
СУ

12
Тип лампы
-
-
ЛЛ
ЛЛ
ДРЛ
ДРЛ
ДРЛ
ЛН
ЛН
ЛН
ЛН
ЛН

13
Мощность используемых ламп
Р
Вт
40
65
80
20
40
250
400
700
1000
125
250
400
700
1000
125
250
400
200;
500;
100
150
60
150
100;
200
200
500

14
Число ламп в каждом светильнике
n
шт.
1;2
2;4;6
1
1
1
1
1
1
1
1

15
Тип КСС
-
-
Д-1
Д-1
Г-3
Г-2
Л
Л
Д-2
Г-1
Д-2
Л


Тема 4: «Проектный расчет вентиляции и отопления производственных помещений».
Цель: освоить методику проектных расчетов вентиляции и топления помещений применительно к своей специальности.
Требования, предъявляемые к вентиляции
Вентиляционные установки – устройства, обеспечивающие в помещении такое состояние воздушной среды, при котором человек чувствует себя нормально и микроклимат помещения не оказывает неблагоприятного воздействия на его здоровье.
Назначение вентиляции – обеспечить санитарно-гигиенические условия для пребывания в помещении человека – температуру, относительную влажность, скорость движения воздуха и его чистоту, для чего вентиляционные установки должны ассимилировать или удалять избыточную теплоту, влагу, а также пары, газы, пыль с соблюдением при этом определенной подвижности воздуха в помещении.
Для некоторых производственных помещений (например, предприятия текстильной, радиотехнической, пищевой промышленности и др.) вентиляционными устройствами должны поддерживаться параметры температуры. относительной влажности, подвижности и чистоты воздуха на определенном уровне, вытекающем из особенностей технологического процесса; таким образом, одновременно с санитарно-гигиеническими должны обеспечиваться и технологические требования, предъявляемые к вентиляции.
Устройства вентиляции должны удовлетворять следующим требованиям:
а) площадь для размещения вентиляционного оборудования и каналов должна быть минимальной;
б) в промышленных зданиях вентиляционные устройства не должны мешать производственному процессу;
в) должна быть обеспечена хорошая вибро- и звукоизоляция вентиляционного оборудования от строительных конструкций;
г) при проектировании должна учитываться эксплуатационная характеристика систем вентиляции – возможность надежной наладки и регулирования работы определенных элементов устройств систем вентиляции с целью обеспечения или требуемого изменения расходов воздуха в приточной и вытяжной вентиляции; регулирование работы калориферов, вентиляторов и других устройств.
Нормирование микроклимата
В основе гигиенического микроклимата лежат энергетические процессы, протекающие в организме человека. Великий русский физиолог И.П. Павлов писал, что «организм сам в себе, своей деятельностью, своими химическими процессами производит теплоту». Избыток теплоты, вырабатываемой организмом в процессе метаболизма, принимается окружающей средой. При сохранении баланса выработки теплоты организмом и поглощении ее окружающей средой, человек находится в состоянии теплового безразличия, нарушение баланса приводит к перегреву или переохлаждению организма.
Комфортные и допустимые условия. Под комфортными понимают такие условия микроклимата, когда при субъективном хорошем тепловом ощущении, тепловое равновесие организма обеспечивается без напряжения терморегуляционного аппарата и физиологические сдвиги не выходят за пределы обычных.
Оптимальные и допустимые значения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха устанавливаются в зависимости от избытка явной теплоты, тяжести выполняемой работы и периода года по ДСН 3.3.6.042 – 99 (табл. 1).
Категория работ – разграничение работ на основе энергозатрат организма:
Легкие физические работы (категория І) – работы не требующие систематического физического напряжения или поднятия и переноса тяжестей; энергозатраты до 172 Вт.
Физическая работа средней тяжести (категория ІІ) – работа, прикоторой расход энергии составлет для категории II а – от 172 до 232 Вт, для категории II б – от 232 до 290 Вт. К категории ІІ а относятся работы, связанные с постоянной ходьбой, выполняемые стоя или сидя, но не требующие перемещения тяжестей. К категории ІІ б относятся работы с постоянной ходьбой и переноской тяжестей до 10 кг.
Тяжелые физические работы (категория ІІІ) – работы, связанные с систематическим физическим напряжением, с постоянным передвижениями и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей, энергозатраты более 290 Вт.
Таблица 1
Оптимальные нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений
Период года
Категория работ
Температура воздуха, ºС
Относительная
влажность воздуха, %
Скорость движения воздуха V, м/с не более

Холодный и переходный период года
tнаружн(+10(С
легкая I а, б
средняя ІІ а
средняя ІІ б
тяжелая ІІІ
20-23
18-20
17-19
16-18
40-60
0,2
0,2
0,3
0,3

Теплый период года
tнаружн(+10(С
легкая I а, б
средняя ІІ а
средняя ІІ б
тяжелая ІІІ
20-25
21-23
20-22
18-21
40-60
0,2
0,2
0,3
0,3


Нагревание воздуха
Нагревание воздуха осуществляется путем сообщения ему явной теплоты. Для этой цели в системах вентиляции применяются воздухонагреватели – калориферы. Существует несколько типов калориферов.
Калориферы делятся:
– по конструкции на: огневые кирпичные, из радиаторов, гладкотрубные, ребристые – пластинчатые, спирально-навивные;
– по видам теплоносителя – на огневые, водяные, паровые, электрические;
– по размерам – малая, средняя и большая модель;
– по движению – одноходовые, многоходовые.
Устройство калориферов
Огневые калориферы устраиваются из кирпича. Воздух в них нагревается внешней поверхностью кирпичных колодцев, обогреваемых в свою очередь, изнутри отходящими дымовыми газами. Их достоинства – почти полное отсутствие металла, незначительное гидравлическое сопротивление проходу воздуха. Недостатки – сложны в эксплуатации (необходимость очистки от сажи колодцев-газоходов), пожароопасны. В настоящее время огневые калориферы практически не применяются.
Калориферы из радиаторов. Воздух нагревается вовремя контакта с внешней поверхностью радиаторов, обогреваемых водой или паром. Достоинства – небольшое гидравлическое сопротивление проходу нагреваемого воздуха позволяет применять его в приточных системах побуждением. Недостатки - металлоемкость, большие габариты.
Калориферы гладкотрубные устраиваются из гладких труб, ввариваемых в коллектор в виде коробок. Применяются при необходимости нагрева относительно небольшого количества воздуха.
Калориферы пластинчатые устраиваются из стальных труб диаметром 15 мм, укрепляемых в две металлические коробки. Пластины калориферов выполнены из листовой стали толщиной 0,5 мм крепятся к трубам на расстоянии 5 мм друг от друга.
Кроме пластинчатых нашли применение оребренные калориферы, в которых вместо пластин на трубы навивается стальная гофрированная лента. Преимущества пластинчатых и им подобных калориферов состоит в их компактности в сравнении с калориферами из радиаторов, высокой тепловой напряженности металла (количество отдаваемой теплоты отнесенной к 1 кг металла при разности температур теплоносителя и нагреваемого воздуха в 10С). Недостаток – большое гидравлическое сопротивление движению воздуха через калорифер, вследствие чего они, как правило, применяются в системах механической приточной вентиляции.
Получили применение пластинчатые калориферы большой и средней моделей, имеющих соответственно по направлению движения воздуха четыре или три ряда трубок: одноходовые типа КФС, КХБ и многоходовые КВС, КВБ и др.
Задание: рассчитать требуемый объем механической вентиляции производственного помещения и параметры калорифера с учетом индивидуального задания.
Таблица 2
Параметры
Концентрация СО2 в приточном возд.
Число рабочих
Размеры помещения
Световой к-т
Категория тяжести труда
Температура
наружного возд.
Сопротивление теплопередачи
стен, окон
Температура теплоносителя
(воды) начальная и конечная
Коэффициентт
теплопередачи

Обозн.
х1
np
a(b(h
kсв


Rст Rок
t1 t2
k

Ед. изм.
л/м3
чел
м



м2ч(С/ккал

ккал/м2ч(С

В
а
р
и
а
н
т
ы
1
0,6
130
12:48:3,5
0,1
IIa
-15
0,4; 0,3
75 60
16


2
0,47
75
6:50:3,2
0,2
I
-17
0,6; 0,2
80 64
19,7


3
0,4
210
18:48:2,8
0,3
I
-16
0,5; 0,3
90 56
20,4


4
0,6
120
9:44:4,4
0,15
IІб
-18
0,4; 0,2
85 75
23,4


5
0,47
80
6:50:2,5
0,2
IIа
-19
0,3; 0,2
95 65
19,2


6
0,4
162
24:28:4,6
0,15
III
-20
0,4; 0,3
97 80
23,1


7
0,6
250
18:54:3,2
0,16
I
-21
0,5; 0,4
88 75
16


8
0,47
200
24:48:3,4
0,18
IIа
-20
0,6; 0,5
86 75
20,2


9
0,4
120
6:64:4,6
0,25
III
-18
0,5; 0,2
82 72
17,8


10
0,6
180
9:72:2,8
0,3
III
-15
0,3; 0,1
75 50
21,5


11
0,47
250
18:64:3,2
0,35
IIа
-17
0,4; 0,3
78 54
22,4


12
0,4
120
6:80:3,4
0,4
IIб
-19
0,5; 0,3
80 60
19,8


13
0,6
210
24:48:3,6
0,25
I
-16
0,6; 0,5
80 60
18,7


14
0,47
180
24:36:2,6
0,26
I
-18
0,8; 0,6
90 65
16,9


15
0,4
160
18:36:2,8
0,3
I
-20
0,6; 0,5
85 60
22,8


16
0,6
195
18:48:3,5
0,32
I
-18
0,7; 0,6
86 60
18,5


17
0,47
120
9:48:2,6
0,33
IIа
-17
0,3; 0,2
88 64
24,6


18
0,4
180
9:54:2,8
0,28
IIб
-16
0,3; 0,1
92 68
25,2


19
0,6
60
6:28:2,8
0,35
III
-15
0,2; 0,1
94 55
20,5


20
0,47
110
12:48:3,5
0,44
III
-12
0,4; 0,3
89 56
15,1


21
0,4
220
18:54:2,6
0,2
IIб
-13
0,6; 0,4
88 58
15,9


22
0,6
340
24:60:2,8
0,25
IIб
-14
0,5; 0,4
96 60
16,4


23
0,47
210
18:54:3,2
0,45
IIа
-15
0,6; 0,5
98 62
17,1


24
0,4
72
6:48:3,2
0,6
I
-16
0,4; 0,3
100 62
17,7


25
0,6
180
9:64:3,6
0,55
I
-20
0,4; 0,3
99 70
14,3


1. Определяем требуемый объем вентиляции из условия удаления из помещения углекислоты СО2:
Lтреб = (VПО СО2(np)/(x2(x1), м3/час,
где VПО СО2 – количество углекислоты, выделяемое в помещении, л/час (табл. 3);
х1 – концентрация СО2 в наружном приточном воздухе, л/м3 (исходные данные по варианту);
х2 – допустимая концентрация СО2 в воздухе помещения, л/м3, х2 =1,25 (л/м3) для помещений периодического пребывания людей (учреждений);
np – число рабочих, чел (задано по варианту).
Таблица 3
Количество СО2, выделяемое людьми (VПО СО2), л/час в зависимости от категории тяжести труда
Категория III (при тяжелой физической работе)
45

Категория II a, б (при легкой физической работе)
30

Категория I а, б (в состоянии покоя)
23

2. Определяем теплопотери ограждениями (стены, окна, крыша):
Qогр = Qст+Qок+Qкр, ккал/час,
где Qст – теплопотери через стены, ккал/час:
Qст = Sст·(t·n/Rст,
где n=1,4 – поправочный коэффициент к расчетной разности температур, принимается в зависимости от перепада температур, но для упрощения расчетов принимается одинаковым для всех вариантов;
Rст – сопротивление теплопередаче стен, м2(час((С/ккал;
Sок – площадь окон, м2;
Sст – площадь стен без окон, м2:
Sст = Sст общ – Sок;
Sст общ = 2·h·(a +b);
Sок = Sпола·kсв;
(t – разность между внутренней и наружной температурой, (С:
(t = tвн ( tн, (С,
где tвн – температура внутри помещения, требуемая по ДСН 3.3.6.042 – 99 (табл. 1);
tн – наружная температура, (С;
Qок – теплопотери через окна, ккал/час:
Qок = Sок·(t·n/Rок,
где Rок – сопротивление теплопередаче через окна, м2(час((С/ккал.
Qкр – теплопотери через крышу, ккал/час:
Qкр = Sпола·(t·n/Rст,
где Rст – сопротивление теплопередаче через стены, м2(час((С/ккал.
3. Находим теплопотери в результате инфильтрации (через щели в комнатах):
Qинф = 0,24·Gинф·(t·2, ккал/час,
где 0,24 – теплоемкость воздуха, ккал/(С(кг;
(t = tвн ( tн, (С;
2 – кратность воздухообмена при незаклеенных окнах;
Gинф – вес инфильтрируемого воздуха, кг/час:
Gинф = Sщ·Vв·?,
где Sщ=Sок/100 – площадь щелей в окнах, м2;
Vв=0,1 м/с=360 м/час - скорость движения воздуха в щелях, м/с;
? – удельный вес воздуха при определенной по ДСН 3.3.6.042 – 99 внутренней температуре, кг/м3 (табл. 4).
Таблица 4
tвн, (С
?, кг/м3
tвн, (С
?, кг/м3
tвн, (С
?, кг/м3

10
1,248
16
1,222
22
1,197

11
1,243
17
1,217
23
1,193

12
1,239
18
1,213
24
1,189

13
1,235
19
1,209
25
1,185

14
1,230
20
1,205
26
1,181

15
1,226
21
1,201
27
1,177


4. Находим общие теплопотери:
Qпотерь = Qогр+Qинф+Qпо L тр, ккал/час
где Qогр – теплопотери через ограждения, ккал/час (пункт 2);
Qинф – теплопотери в результате инфильтрации, ккал/час (пункт 3);
Qпо L тр – потери, необходимые для обеспечения в помещении оптимальных параметров микроклимата, ккал/час:
Qпо L тр = Gт·(J2 ( J1),
где Gт – вес единичного объема воздуха при температуре внутри помещения, выбранной по ДСН 3.3.6.042 – 99, кг/час:
Gт = а·в·h·?,
где а, в, h – размеры помещения, м3;
? – удельный вес воздуха, кг/м3;
J2 – внутренняя энтальпия (теплосодержание) воздуха в помещении, ккал/кг;
J2 = 0,24·tвн+(597,3+0,46·tвн)·0,001·d,
J1 = 0,24·tн+(597,3+0,46·tн)·0,001·d,
где d=3,45 г/кг – влагосодержание воздуха, которое зависит от относительной влажности воздуха и от барометрического давления, поэтому влагосодержание воздуха внутри и снаружи помещения – разное, но для упрощения расчетов принимается одинаковым.
5. Пренебрегая Qизб условно принимаем, что
Qкалориф = Qпотерь, ккал/час.
6. Рассчитываем необходимую поверхность нагрева калорифера:
Sнагр. р = Qкалориф/(k·(tср), м2,
где k – коэффициент теплопередачи, зависящий от материала трубок в калорифере, ккал/м2·час·(С (задан по варианту);
(tср – среднеарифметическая разница температур воздуха (tвн и tн) и теплоносителя калорифера, (С:
(tср=(t1+t2)/2((tвн+tн)/2.
7. Используя данные таблицы 5, по площади нагрева калорифера подбираем тип и количество калориферов, учитывая 30% запас по площади нагрева.
Таблица 5
Модель и номер калорифера
Поверхность нагрева, м2

КФС-1
7,25

КФС-2
9,9

КФС-3
13,2

КФС-4
16,7

КФС-5
20,9

КФС-6
25,3

КФС-7
30,4

КФС-8
35,7

КФС-9
41,6

КФС-10
47,8