РОЗРАХУНОК ПРИРОДНОЇ ВЕНТИЛЯЦІЇ
У відповідності до санітарних норм у всіх приміщеннях повинна бути передбачена природна вентиляція.
Природна вентиляція здійснюється через витяжні канали, шахти, кватирки приміщень. Вона дозволяє подавати та видаляти із приміщень великі об’єми повітря без застосування вентиляторів, тому вона дешевша від механічної.
За характером дії природна вентиляція може бути організованою та неорганізованою. Природна система вентиляції вважається організованою, якщо вона має устрій, що дає можливість регулювати напрямок повітряних потоків та величину повітрообміну. При неорганізованій вентиляції повітря подається та видаляється з приміщення за рахунок інфільтрації через нещільності та пори зовнішніх огороджень.
У сільськогосподарських виробничих приміщеннях повітря забруднюється різними шкідливими речовинами: пилом, газами, парою.
Для кожного виду приміщень установлені норми фізичного стану повітря і гранично допустимі концентрації шкідливих домішок.
Природна вентиляція являє собою труби прямокутного або круглого перерізу, що проходять через стельове перекриття і дах будівлі. Нижній кінець труб знаходиться в приміщенні, а верхній трохи вище гребеня даху будівлі. Через ці труби здійснюється природне відсмоктування повітря з приміщення. Приток чистого повітря потрапляє також через щілини у дверях, вікнах і стінах будівлі. У деяких будівлях для більш інтенсивного повітрообміну роблять припливні канали в нижній частині стін.
Переміщення повітря з приміщення по витяжних трубах відбувається за рахунок різниці об’ємної ваги зовнішнього і внутрішнього повітря. Завдяки цій різниці на вході і виході витяжних труб створюється різниця тисків, яку можна визначити за формулою
,
де h – висота відкритої з обох кінців вентиляційної труби, м;
– вага 1 м3
повітря за зовнішньої температури;
– вага 1м3
повітря за внутрішньої температури
Об’ємну вагу повітря при заданій температурі можна визначити за формулою:
,
де а – коефіцієнт розширення газів = 1 : 273;
1,293 – об’ємна вага повітря при 0 о
С.
Таблиця 1. Об
’
ємна вага повітря за різної температури і різного барометричного тиску, кг/м3
| t повітря, о
|
Барометричний тиск, мм рт. ст. |
|||||||||
| 725 |
730 |
735 |
740 |
745 |
750 |
755 |
760 |
765 |
770 |
|
| -10 |
1,281 |
1,289 |
1,298 |
1,307 |
1,316 |
1,325 |
1,333 |
1,342 |
1,351 |
1,360 |
| -8 |
1,271 |
1,280 |
1,288 |
1,297 |
1,306 |
1,315 |
1,323 |
1,332 |
1,341 |
1,350 |
| -6 |
1,261 |
1,270 |
1,279 |
1,287 |
1,296 |
1,305 |
1,313 |
1,322 |
1,331 |
1,340 |
| -4 |
1,252 |
1,261 |
1,269 |
1,278 |
1,286 |
1,295 |
1,304 |
1,312 |
1,321 |
1,330 |
| -2 |
1,243 |
1,251 |
1,260 |
1,268 |
1,277 |
1,286 |
1,294 |
1,303 |
1,311 |
1,320 |
| 0 |
1,234 |
1,242 |
1,251 |
1,259 |
1,268 |
1,276 |
1,285 |
1,293 |
1,302 |
1,310 |
| +2 |
1,225 |
1,233 |
1,242 |
1,250 |
1,258 |
1,267 |
1,276 |
1,294 |
1,298 |
1,301 |
| +4 |
1,216 |
1,224 |
1,233 |
1,241 |
1,249 |
1,258 |
1,266 |
1,274 |
1,283 |
1,291 |
| +6 |
1,207 |
1,215 |
1,224 |
1,232 |
1,240 |
1,249 |
1,257 |
1,265 |
1,274 |
1,282 |
| +8 |
1,198 |
1,207 |
1,215 |
1,223 |
1,232 |
1,240 |
1,248 |
1,256 |
1,265 |
1,273 |
| +10 |
1,190 |
1,198 |
1,206 |
1,215 |
1,223 |
1,231 |
1,239 |
1,247 |
1,256 |
1,264 |
| +12 |
1,182 |
1,190 |
1,198 |
1,206 |
1,214 |
1,222 |
1,231 |
1,239 |
1,247 |
1,255 |
| +14 |
1,173 |
1,181 |
1,190 |
1,198 |
1,206 |
1,214 |
1,222 |
1,230 |
1,238 |
1,246 |
| +16 |
1,165 |
1,173 |
1,191 |
1,189 |
1,198 |
1,197 |
1,213 |
1,222 |
1,230 |
1,238 |
| +18 |
1,157 |
1,165 |
1,173 |
1,181 |
1,189 |
1,193 |
1,205 |
1,213 |
1,221 |
1,229 |
| +20 |
1,149 |
1,157 |
1,165 |
1,173 |
1,181 |
1,189 |
1,197 |
1,205 |
1,213 |
1,221 |
Швидкість руху повітря у витяжних трубах обчислюють як
,
де g – прискорення земного тяжіння, м/с2
.
Під час проходження по трубі повітря буде зустрічати опір, що залежить від форми і якості стінок труби, тому дійсна швидкість буде менше від розрахованої за формулою (18). При розрахунку вентиляції дійсну швидкість визначають за формулою
.
За швидкістю повітря і продуктивністю вентиляції знаходять сумарний переріз витяжних труб
,
де Σ F – сумарний переріз труб, м2
;
L – продуктивність вентиляції, м/год;
υ – дійсна швидкість повітря в трубі, м/с.
,
де Рф
– загальна кількість шкідливих речовин;
Р1
– ГДК шкідливої речовини;
Р0
– вміст шкідливих речовин у чистому засмоктуваному повітрі.
Для підсилення витяжки повітря через вентиляційні труби на верхній частині труб монтують дефлектори. Конструкції дефлекторів різні. На рис. 3.1 показано вертикальний розріз дефлектора ЦАГИ, а на рис. 3.2 – конструкцію зіркоподібного дефлектора. Дефлектор підсилює витяжку повітря через вентиляційну трубу за рахунок потоку вітру, що обдуває дефлектор.
У дефлекторі ЦАГИ вітер, обтікаючи обичайку 2, створює на 5/7 його кола розрідження. Внаслідок розрідження в трубі, на якій встановлено дефлектор, створюється рух повітря, що виходить назовні через кільцеві щілини між обичайкою 2, ковпаком 1 і корпусом 3.
Рис. 1. Дефлектор ЦАГИ: 1 – ковпак, 2 – обичайка; 3 – конус; 4 – дифузор
У зіркоподібному дифлекторі вітер, обмиваючи вертикальні щілини на зовнішній поверхні корпуса, створює з підвітреного боку близько щілин розрідження. Останнє сприяє відсмоктуванню повітря по трубі, на якій встановлено дефлектор.
Продуктивність дефлектора знаходять за формулою
.
Рис. 2. Зіркоподібний дефлектор: 1 – ковпак; 2 – корпус; 3 – косинка для кріплення корпуса до труби
Звідси визначаємо діаметр дефлектора
,
де kе
– коефіцієнт ефективності, що виражає відношення
швидкості повітря в трубі і швидкості вітру
.
Звідки
.
Для дефлектора ЦАГИ , для зіркоподібного дефлектора .
Дефлектори встановлюють вище гребеня даху і в тому місці, де немає яких-небудь перешкод, що затримують потік повітря або змінюють його напрямок.
Приклад 1
.
У свинарнику розміщено 60 відгодівельних свиноматок живою масою по 100 кг та 40 – по 200 кг. Тварини виділяють вуглекислоту, яку необхідно видалити природним вентилюванням приміщення. Потрібно обчислити таку вентиляцію.
Розв
’
язок
.
Користуючись даними табл. 3.2 знайдемо загальну кількість вуглекислоти, що виділяє вся худоба за годину:
Р = 60 43 + 40 57 = 4860 л/год.
Продуктивність вентиляції повинна бути:
м3
/год.
Таблиця .2. Кількість вуглекислоти і водяної пари, що виділяються сільськогосподарськими тваринами
| Група тварин |
Маса тварини, кг |
Кількість, що виділяється однією твариною |
|||
| тепла, ккал |
вуглекислоти
>л/год
|
водяної пари, г/год |
|||
| загальна |
вільна |
||||
| 1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
| Корови стільні (сухостійні) |
300 400 600 |
604 739 926 |
440 550 670 |
90 110 138 |
288 350 440 |
| Корови лактуючі з рівнем лактації 10 л |
300 400 600 |
644 765 906 |
450 550 650 |
96 114 135 |
307 367 431 |
| Корови лактуючі з рівнем лактації 30 л |
400 600 800 |
1174 1342 1509 |
850 970 1080 |
175 200 225 |
560 642 721 |
| Телята: до 1 місяця |
30 40 50 |
100 141 174 |
72 102 124 |
15 21 26 |
47 67 83 |
| 1-3 міс. |
40 60 100 |
147 215 282 |
106 155 204 |
22 32 42 |
70 102 135 |
| 3-4 міс. |
90 120 150 |
248 369 382 |
178 268 276 |
37 55 57 |
117 176 183 |
| Молодняк: 4 міс. - 1 року |
120 180 250 |
322 476 496 |
232 349 358 |
48 71 74 |
153 227 236 |
| 1-2 роки |
220 320 350 |
483 631 651 |
350 455 476 |
72 94 97 |
230 301 310 |
| Свиноматки холості й супоросні до 2 міс. |
100 150 200 |
222 256 394 |
100 185 250 |
33 38 44 |
106 121 141 |
| Свиноматки супоросні більше 2 міс. |
100 150 200 |
268 308 349 |
195 220 250 |
40 46 52 |
128 288 267 |
| Свиноматки з приплодом 10 сисунів |
100 150 200 |
530 605 698 |
280 435 508 |
79 90 104 |
252 288 338 |
| Свині на відгодівлі |
100 200 300 |
288 382 503 |
208 275 365 |
43 57 75 |
137 182 240 |
| Молодняк: від 2 міс. 5-8 міс. |
15 60 80 |
100 202 235 |
72 145 170 |
15 30 35 |
47 96 112 |
Конструкція свинарника допускає установку витяжних труб довжиною h = 4,2 м. Температура всередині свинарника +10 о
С. Зовнішню температуру визначаємо за даними табл. 3.3. Для середньої смуги Європейської частини вона у зимові періоди дорівнюватиме мінус 10 о
С (січень).
Знайдемо різницю тисків у повітропроводі, користуючись табл. 3.1 та формулою (16) при атмосферному тиску 760 мм рт. ст.
кг/м2
.
За формулою (16) знайдемо швидкість повітря
м/с.
Таблиця 3. Середня температура повітря за кліматичними смугами і місяцями року, о
С
| Зона, пункт |
Місяць |
||||||
| січень |
лютий |
березень |
квітень |
жовтень |
листопад |
грудень |
|
| 1, Омськ |
-19,6 |
-17,6 |
-11,6 |
+1,4 |
+1,4 |
-8,5 |
-16,7 |
| 1, Свердловськ |
-16,2 |
-13,1 |
-7,4 |
+1,6 |
+0,4 |
-7,8 |
-13,5 |
| 2, Вологда |
-12 |
-10,3 |
-5,9 |
+2,1 |
+2,5 |
-4,2 |
-9,5 |
| 2, Москва |
-10,8 |
-9,1 |
-4,8 |
+3,4 |
+3,5 |
-2,8 |
-8,0 |
| 3, Харків |
-7,7 |
-6 |
-1,2 |
+7 |
+6,9 |
+0,2 |
-4,8 |
| 3, Київ |
-5,9 |
-5,3 |
-0,5 |
+7,1 |
+7,7 |
+1,1 |
-3,7 |
Сумарний переріз труб розраховуємо за формулою (20):
м2
.
Проектуємо шість вентиляційних труб кожна перерізом 0,3 .
0,3 = 0,09 м2
, загальним перерізом 0,54 м2
.
Приклад 2
.
Визначити сумарний переріз витяжних труб природної вентиляції для корівника місткістю корови лактуючі масою 300 кг – 80 гол;
-«- 400 кг – 40 гол;
-«- 600 кг – 40 гол.
Внутрішня температура корівника +10 о
С, зовнішня - мінус 5 о
С.
Розрахунок вентиляції, як видно з умов задачі, потрібно вести на зниження вологи, що виділяється тваринами.
З даних табл. 3.2 знаходимо кількість водяної пари, що виділяється худобою:
Маса 300 кг – 0,307 .
80 = 24,56 кг/год
Маса 400 кг – 0,367 .
40 = 14,68 кг/год
Маса 600 кг
–
0,431 .
40 = 17,24 кг/год
кг/год.
У корівнику відносна вологість повинна бути не більше 85 %. Приймаємо відносну вологість зовнішнього повітря 40 %. За даними табл. 4 знайдемо максимальний вміст водяної пари при +10 о
С.
Таблиця 4. Вміст водяної пари у повітрі за нормального атмосферного тиску і повного насичення при різних температурах
| Температура о
|
Вміст водяної пари за повної насиченості, г/кг |
Температура, о
|
Вміст водяної пари за повної насиченості, г/кг |
| -15 |
1,1 |
30 |
20,3 |
| -10 |
1,7 |
35 |
35,0 |
| -5 |
2,6 |
40 |
46,3 |
| 0 |
3,8 |
45 |
60,7 |
| 5 |
5,4 |
50 |
79,0 |
| 10 |
7,5 |
55 |
102,3 |
| 15 |
10,5 |
60 |
131,7 |
| 20 |
14,4 |
65 |
168,9 |
| 25 |
19,5 |
70 |
216,1 |
Підставляємо одержані дані у формулу.
м3
/год.
Продуктивність вентиляції для цієї мети дорівнює 6800 м3
/год.
Виходячи з типової конструкції корівника, приймаємо довжину витяжних труб h = 6,5 м.
Визначимо різницю тисків повітря на вході й виході з повітропровода за формулою (16)
.
Температура в корівнику повинна бути +10 о
С; приймаємо середню зовнішню температуру –5 о
С за нормального атмосферного тиску. Тиск 755 мм рт. ст.
кг/м3
;
кг/м3
.
Знаходимо числове значення різниці тисків
кг/м2
.
Обчислимо швидкість повітря
м/с.
Сумарну площу перерізу витяжних труб розрахуємо за формулою (20)
м2
.
Приймаємо до обладнання 12 труб перерізом 0,4 .
0,4 = 0,16 м2
.
Загальна площа перерізу труб 1,92 м2
.
Контрольні запитання
1. Призначення та принцип дії природної вентиляції.
2. Як визначити продуктивність природної вентиляції?
3. Як обчислити необхідну сумарну площу повітропроводів?
Самостійна робота
1. Будова і принцип дії дефлектора.
2. Як обчислити діаметр дефлектора?