Введение к работе
Актуальность. Параметры микроклимата производственных помещении (ПП) в значительной степени влияют на работоспособность и самочувствия человека, но качество выпускаемой продукции. С комплексом тепловых параметров помещения тесно связан воздухообмен, который определяет качество воздушной среды помещения и может рассматриваться как санитарная мера. Воздухообмен в помещении обусловливает газовый состав воздуха, содержание в воздухе загрязняодих веществ, устраняет неприятные .запахи и во многом обеспечивает комфортные условия воздушной среды. Параметры, определяющие комфортные условия, действуют на человека взаимосвязано,, часто зависят друг от друга. Следовательно, для обеспечения заданных параметров воздуха в помещении необходимо все процессы, влияющие на самочувстсвие человека, рассматривать как единую технологическую систему, включающую внешнюю среду, здание, помещение и системы жизнеобеспечения. Связующим элементом в единой технологической системе является воздушная среда, состояние и интенсивность изменения которой определяет воздушный режим здания (БРЗ).
Определение необходимой'величины воздухообмена для помещений - одна из важнейших проблем отопительно-вентиляционной техники. Поэтому исследования, направленные на создание моделей вентиляционных процессов и на их основе методов расчета воздухообмена, на совершенствование схем организации воздухообмена (СОВ) и систем вентиляции, применение для этих целей вычислительной техники, актуальны.
Проектирование объекта - это прежде всего альтернвтивный выбор схем и решений. Применительно к вентиляционной технике это выбор СОВ, вентиляционых устройств, вариантов компоновки и размещения оборудования. Традиционные неавтоматизированные способы проектирования часто оказываются неэкономичными. Поэтому компьютеризация проектных решений, создание и широкое использование систем автоматизированного проектирования (САПР) является насущной необходимостью. Поставлотгая задаче требует дальнейшего совершенствования методологии САПР, создания интегрированных систем, реализующих сквозной процесс проектирования отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. .
Постановка задачи. Фундаментальный вклад в теорию и практику вентиляции ПП внесли специалисты В.В.Вяркалов, Ь.В.Бэтурин, В.Н.Богословский, М.И.Гримитлин, А.Н.Селивестров, В.П.Титов, И.Л.Ш-по-' лев. Результаты их исследований стали методологической основой для расчета воздухообмена в помещениях и вентиляционных устройств, коя'т-
руирования отопительно-вентиляционного оборудования. Создание (Імзико -
- математических моделей вентиляционных процессов, решение проблем оп
тимизации инженерных систем жизнеобеспечения, усовершенствование схем
вентиляции (СВ) и организации воздухообмена нашло отражение в работах
В.И.Бодрова, С.Г.Грачева, В.В.Дерюгина, Е.Е.Карписа, Л.С.Клячко, О.Я.
Кокорина, А.Я.Креслиня, Ю.Я.Кувшинова, Г.м.Позина, В.Н.Посохина. Я).А.
Табунщикова, В.Н.Тетеревникова, Л.Б.Успенской, В.Г.Шаптала, Е.А.Шток-
мана и др. Особенно следует отметить раОоты В.П.Гитова и его школы по
проблемам ВРЗ, во многом определившие развитие этого направления.
Отправными моментами диссертационной раОоты послужили научные положения, связанные с разработкой оптимальных схем организации воздухообмена, определяющих минимальные затраты на вентиляцию. В работе поставлен и развит новый подход к выбору СОВ, основанный на минимизации существенных переменных, детерминирующих организацию воздухообмена, предложена алгоритмическая математическая модель вентиляционного процесса, позволяющая рассчитывать воздухообмен в помещении для практически любых сочетаний ТВВ и возможных схем вентиляции.
В основу данной работы вошли исследования, проводимые с 1960 года автором и под его руководством по совершенствованию СОВ и методов расчета вентиляции в ПП, оптимизации технических решений СОВ, разработке методического обеспечения систем автоматизированного проектирования вентиляции (САПР-В), разработке рациональных конструкций отопительно -
- вентиляционного оборудования, выполненных в том числе в соответствии
с республиканскими программами "Человек и окружающая среда", "Строи
тельство".
Цель- .работы: исследование, и развитие научно-практических основ организации и расчета воздухообмена в производственных помещени-. и її разработка определяющих -эти основы методологических и методических вопросов -оптимального проектирования вентиляции. Задачи исследований:.
разработать на основе системного подхода 'общую структурную схему воздушного режима -здания, определить место исследуемой системы в структуре ее существования, провести классификацию подсистем;
исследовать с помощью физического моделирования закономерности формирования микроклимата в производственном помещении;
разработать методологичеиша основы проектирования оптимальных схем организации воздухообмена;
обосновать ж разработать математическую модель вентиляции и получить на ее основе завжсямостя по расчету воздухообмена для стационарных и нестационарных вентиляционных процессов; '*
- разработать научно - методические основы автоматизированного проек
тирования схем организации и расчета воздухообмена в помещении;
-.обобщить результаты экспериментальных исследовании отдельных составляющих вентиляционного процесса, выявить их влияние на воздушный рохим здания и дать рекомендации по их практическому применению;
разработать инженерную методику расчета воздухообмена и внедрить ее в практику через проектирование;
рассмотреть пути использования результатов внполненых научно - практических разработок в решеггаи инженерных задач, направленных на совершенствование проектирования и эксплуатации энергосберегающих систем вентиляции.
Методы исследований: системный подход для разработки структурной схемы ВРЗ, классификации вентиляции и выявления факторов, определяющих . принципиальные СОЗ; физическое и математическое моделирование'вентиляционных процассов; метода подобия и размерности для обработки результатов физических измерений; алгоритмический метод для построения математической модели расчета воздухообмена и разработки инженерных методик проектирования вентиляции; численные методі) решения систем дифференциальных уравнений для расчета воздухообмена и и концентрации технологических выделений (ТВ) в помещении. .
Научная новизна работы и основные положения, вы и.о спине на з а а. и т у:
разработана с использованием системюго подхода и причинно - следственных связей общая структурная схема воздушного режима здания и предложена классификация вентиляции и вентиляционных систем;
исследованы и обобщены вопросы формирования микроклимата в производственных помещениях по основным, детерминирующим схему организации воздухообмена технологическим вредным выделениям;
разработаны методологические принципы и алгоритм математического моделирования выбора оптимальных схем организации воздухообмена в производственных помещениях с учетом нестационарности вентиляционного процесса;
исследованы и разработаны научно - практические основы расчета коп-духообмена в помещении для стационарного и нестационарного режимоп роботы вентиляции:
сфбрмулированы научно-методические основы автоматизированного проектирования и разработана в виде интегрального алгоритми мчт'>мзтич<*с -кая модель вентиляции производственных помещений;
исследованы и представлены в форме инженерных методик ул^ь-л--. и программ для ПЭВМ отдельные состявляиои вентиляционного г.;ли>\-:г.я.
- A -
Практическое значение работы определя-' ется возможностями решения на основе ее научных результатов прикладных задач по выбору и проектированию СОВ, расчету и оптимизации воздухообмена в помещении,представленных .в виде инженерных методик расчета, программ для ПЭВМ, конструкторских разработок. На основе полученных теоретических и практических выводов решены задачи повышения энергоэф-фективности проектируемых и эксплуатируемых систем вентиляции в ПП,оздоровления вредных производств предприятий нефтехимической промышленности и строительной индустрии.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных научно - технических конференциях "Охрана воздушн. бассейна от загрязнения технологии. и венталяц. выбросами промышюн. производств" (г. Ереван, 1974 г.), "Основные направления в проектир. и эксплуатации систем вентиляции предприятий химиич. и нефтехимич. промышлен. и защита атмосферы от загрязнения вентиляц. выбросами" (г. Москва, 1975 г.), "Очистка вентиляц. выбросов и защита . воздушного бассейна от загрязнения" (г.Ростов-на-Дону, 1977,1978 г.г.), "Проблемы вузовского учебника" (II Всесоюзн. конференция, г. Вильнюс, 1983 г., IV Всероссийск. конференция, г. Москва, 1994 г.); на "XI ко-ординац. совещании по промышлен. вентиляции" (г% Москва, 1969 г.), на "III Северо-Кавказском регион., совещании по рекуперации химич. продук- тов - отходов промышлен. предприятий и борьбе с загрязнением воздушной среды" (г.Новочеркасск, 1975 г.); на Республик, семинаре "Научно - ис-следоввт. системы автоматического проектир. объектов строительства и автоматические, обучавдие системы для строительных специальностей и ярмарка-выставка действующих модулей САПР-АОС" (г. Ростов, 1987 г.),на. шжотрасл, научно - технич. семинарах (г. Иркутск, 1972 г., г. Новосм-. бирск, 1975 г.), на научно - технич. конференц. Пензенского ДНТП (г. Пенза, 1982,1984 г.г.) на меквуз. научно - практич. конференции "Учебный экран" (г. Воронеж, 1989 г.); на научно - технич. конференциях ВГАСА, 1965...1994 Г.Г.).
Реализация результатов работы. Результаты исследовании использованы при разработке учебных и нормативных материалов: Отопление и вентиляция основнх производственных цехов машиностроительных заводов. Учеб. пособие. - Вороне»: ВГУ, 1977, 58 с; Курсовое и дипломное лроехтирование по вентиляции гражданских и промышленных зданий. Учеб. пособие. - М.: Стройиздат.1985. 208 с; Лабораторный практикум по отоплению и вентиляции. Учеб. пособие. Воронеж: ЕЛИ, 1987. 96 с; Сборник задач по расчету систем кондиционирования микроклимата зданий. Учеб. пособие'. - Воронеж: ВГУ, 1988, 296
с; Теоретические основи расчета вентиляции. Учеб. пособие - Воронеж: ВГУ, 1990, 208 с; Вентиляция общественных зданий. Учеб. пособие. - Воронеж, 1995, 1Є8 с; Отраслевая методика определения предельно допустимых выбросов вредных веществ в атмосферу и усовершенствование систем вентиляции на действующие предприятиях заводов СК, N ГР 80053373, Н.: 1980; Инженерное оборудование'зданий и сооружений. Энциклопедия.- М.: Стройиздат, 1994, 512 с.
Методы оптимального проектирования схем организации и расчета воздухообмена, программы расчета вентиляционных устройств использовались в исследовательской и .проектной работе АО и ТОО "Гипропром", "Ггагрокаучук", "Резиноавтопроект", "Проектпромвентиляция", "Воронеж-проект", "Воронеюлектронпроект"
Результаты исследований внедрены на промышленных предприятиях АО "Воронежшкна"0"Воронекэлектросигнал", "Воронежсинтезкаучук", "Ефремов-синтезкаучук"; "Воронелггяитресс", "Резинотехника" (Курск), ПО "Никне-камскшина", подогены в основу курсов лекций, читаемых при подготовке гашенеров - строителей по специальности 2907 "Теплогазоснвбкение и вентиляция".
Термины, определения и принятие сокращения: вентиляция - это совокупность процессов и устройств их обеспечивакцих для поддеряания в помещении требуемого состояния воздуха; верхний объем - объем помещения, расположенный пыле рабочего объема (ВО); воздушный резким здания (ВРЗ); воздушная завеса (ВЗ); компенсационное воздушно - струйное укрытие (КВСУ); математическая модель (ММ); местная вентиляция (MB); местная вытяжная вентиляция (МВ8); местный отсос (МО); местная приточная вентиляция (МПВ); отопление и вентиляция (ОВ); предельно допустимая концентрация (ПДК); производственное помещение (ПП); рециркуляционная вентиляционная система (РВС); рабочий объем - объем помещения, ограниченный рабочей зоной и высотой 1.5...2 м в зависимости от вида производственной деятольности (РО); .система автоматизированного проектирования вентиляции (САЛР-В); схема вентиляции - сочетание в помещении-местной и общеобменной вентиляции (СВ); санитарные нормы (СН); схема организации воздухообмена -это система связей меяду параметрами внутреннего воздуха, технологическим процессом и архитектурно - строительной характеристикой помещения, эпределяодая место и способ подачи и удаления воздуха (СОВ); технологические выделения -выделение при технологическом процессе теплоты, влаги, пыли,.вредных паров и газов (ТВ); технологические вредше выделения - остаточные в помещении выделения при технологическом процессе теплоты, влаги, пыли, вредных паров и газов (ТВВ); тепло- и
массообмен (ТМО); технологический процесс (ТП); технологическое оборудование (ТО).
Условные обозначения: А- пылепоступления, кг/с; а,Ь - эмпирические константы; b - линейннй размер, м; С - масштаб моделирования, газовыделения,кг/с; с - концентрация объемно - массовая кг/м ; й - диаметр, м, влагосодержание, кг/кг воздуха; F - площадь,м, G - расход воздуха массовый, кг/с; g - линейное ускорение, м/с ; Н -влаговыделения,кг/с; h - линейный размер, м; К - опытный коэффициент; L - расход воздуха объемный, м/с; 1 - линейный размер, м; Н - расход вещества массовый, кг/с; го - масса, кг, температурный симплекс; N -число людей, рабочих мест, единиц ТО; р - давление. Па; Q - тепловой поток, Вт; q - теплонапряженность, Вт/м ; г - радиус, м; Т - температура, К, время, с; t - температура,С; V - объем, м , v - скорость линейная, м/с;' ot- угол плоский, град, коэффициент тепловыделений;. /3-коэффициент влаговыделэний; е - угловой масштаб луча процесса, кДж/кг влаги, требуемая точность расчетов; р - коэффициент.расхода отверстия; > р - плотность воздуха, кг/м ; т - время, с, ч; сг - поправочный коэффициент на объемное расширение воздуха.
Индексы: в- верхний, внутренний, воздух; г - газ; з -'завеса; изб - избыточный; к - кратность; н - наружный, нижний, нулевой; нач - начальный; о - объем, оборудование, отсос; ос - осаждение; п - приточный; пр - предельный, продувочный; прм - проем; р - рабочий, расчетный; с - концентрация; см - смесь; у - уходящий; щ - щель; э -эквивалентный; й - влагосодержание; I - геометрический размер;t -температура.
Автор приносит свою благодарность члену - корреспонденту РААСН В.П.Титову за советы и пожелания по концептуальному построению диесер- ' тационной работы.
Похожие диссертации на Научно-методические основы организации воздухообмена в производственных помещениях
