Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

DEVELOPMENT OF HVAC SYSTEMS IN INDUSTRIAL PREMISES OF PUBLIC CATERING ESTABLISHMENTS

Galka N.V. 2 Galka A.G. 1 Pachurin G.V. 2 Shevchenko S.M. 3 Gorshkova T.A. 3
1 Federal Research Center of the Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences
2 Nizhny Novgorod State Technical University R.A. Alekseev
3 Nizhniy Novgorod State Pedagogical University
The well-being of modern society as a whole suggests including addressing its relationship to labor protection, to ensure comfort and safety in the workplace. Working conditions in the production of industrial equipment ensures the safety and reliability of designs of his work, as well as the security and safety of all processes. The proportion of workers employed in adverse working conditions, there is still significant. Due to the depreciation of fixed assets and the use of obsolete technologies observed annual increase in the number of jobs that do not meet hygienic standards of working conditions. Providing normalized microclimate parameters and workplaces clean air to a large extent depends on the proper organization of the ventilation system. In order to ensure normalized microclimate parameters in the designed system ventilation for heat release from the excesses of the heating surfaces. The scheme of ventilation network. Picked up a filter for air supply from contamination.
safe working conditions
working environment factors
industrial ventilation
catering establishments

Благополучие современного общества в целом предполагает в том числе решение проблемы его отношения к вопросам охраны труда, обеспечения комфортных условий и безопасности людей на производстве [15]. Однако, к сожалению, уровень производственного травматизма и производственно обусловленной заболеваемости в Нижегородской области и в стране в целом до сих пор остается достаточно высоким [11, 16]. Условия труда на производстве обеспечиваются безопасностью конструкций промышленного оборудования и надежностью его работы, а также безопасностью и безвредностью всех технологических процессов [14].

С развитием техники опасность растет быстрее, чем человек способен ей противостоять. При этом нередко накладывается так называемый «человеческий фактор» [4, 17], доля работников, занятых в неблагоприятных условиях труда [12, 13], в том числе и на предприятиях общественного питания [3, 9, 10], остается по-прежнему значимой. В связи с износом основных фондов и применением устаревших технологий производства, наблюдается ежегодный рост количества рабочих мест, не отвечающих гигиеническим нормативам условий труда. Поэтому соблюдение требований обеспечения безопасности и культуры производственных процессов для предприятий является весьма актуальным.

Обеспечение нормируемых параметров микроклимата и чистоты воздуха на рабочих местах в значительной степени зависит от правильной организации системы вентиляции [7, 8].

Во всех рабочих помещениях должна быть предусмотрена естественная вентиляция. Естественная вентиляция значительно дешевле механической, так как большие объемы воздуха подаются в помещение и удаляются из него без применения вентиляторов и воздуховодов [1]. Системы механической вентиляции разделяются на общеобменные, местные и комбинированные. Помимо этого, используются аварийные системы вентиляции, которые включаются в экстренных ситуациях при внезапном образовании в помещении большого количества вредных и взрывоопасных веществ, превышающего ПДК, или при остановке одной из систем общей или местной вентиляции. Общеобменная вентиляция по способу подачи и удаления воздуха разделяется на приточную, вытяжную и приточно-вытяжную.

Основными параметрами для расчета системы вентиляции и кондиционирования в производственном помещении общественного питания являются тепловые нагрузки от нагретых поверхностей, от наружных ограждений [2].

При наличии рассчитанных ранее [2] тепловыделений Q = 22496 Вт воздухообмен может быть найден по формуле [1]:

gal01.wmf, (1)

где gal02.wmf – удельная теплоемкость воздуха,

gal03.wmf – плотность приточного воздуха,

tп – температура приточного воздуха равна температуре наружного воздуха. Для теплого периода года в г. Нижнем Новгороде среднее расчетное значение температуры составляет 21,2 °C;

tу = 27 °C – температура удаляемого воздуха.

gal04.wmf.

Тогда кратность воздухообмена определяется из соотношения

gal05.wmf, (2)

где V = A•B• H = 19•26•2,8 = 1383 м3 – объем помещения;

L – воздухообмен.

gal06.wmf ч–1.

В помещениях с большой площадью целесообразно использовать крышный кондиционер (рис. 1). Крышный кондиционер – это моноблок, устанавливаемый, как правило, на крыше здания. Моноблочная конструкция позволяет упростить и сделать дешевле монтаж системы. Она имеет мощность от 8 до 140 кВт и расход воздуха от 1500 до 25000 м3/ч.

Такие кондиционеры позволяют одновременно осуществлять не только охлаждение/обогрев воздуха (регулирование температуры воздуха), но и вентиляцию помещения [6].

Основными преимуществами крышных кондиционеров являются:

– высокая надежность и экономичность в эксплуатации;

– единая система автоматики, позволяющая автоматически выбирать режимы работы для обеспечения заданных параметров воздуха в помещении;

– широкий диапазон мощностей (8–310 кВт – тепло/холод и расход воздуха от 1500 до 52000 gal07.wmf;

– простота монтажа и эксплуатации;

– низкий уровень шума;

– компактность;

– один агрегат способен выполнять много задач.

Производственное помещение может быть оснащено крышным кондиционером с воздушным охлаждением Climacore LDA. Потребляемая мощность этого кондиционера 29 кВт, холодопроизводительность 32,33 кВт, что вполне достаточно для удаления избытков теплоты.

Расчет потерь тепла в холодное время

Основным источником расхода тепла является уход тепла через стены, потолок, пол, окна. По аналогии с расчетом избытка тепла рассчитаем тепловые потери Q [1]:

gal08.wmf, (3)

где K – коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции;

S – площадь поверхности;

Δt – разность температур;

n – ограждающая конструкция.

galka1.tif

Рис. 1. Принципиальная схема крышного кондиционера

1. Через окна: окна помещения площадью S = 36 м2, не оборудованные солнцезащитными конструкциями, с двухкамерным стеклопакетом gal09.wmf [5].

gal10.wmf Вт.

2. Через три стены и потолок (температура внутри помещения 22 °С, снаружи – 30 °С согласно СНиП 23-01-99* Строительная климатология. Москва, 2003):

gal11.wmf Вт.

3. Через пол (температура земли 6 °C):

gal12.wmf Вт.

Суммарный тепловой расход:

gal13.wmf (4)

где gal14.wmf – тепловые потери.

gal15.wmf Вт.

От исправной работы системы кондиционирования и вентиляции напрямую зависят условия труда работников предприятия в теплый период года. Как известно из опыта работы данного предприятия, отказ работы кондиционера в жаркий летний месяц привел к ухудшению микроклимата из-за избытка тепла от нагревающих поверхностей (грилей, фритюров). При этом, если в зале для посетителей можно было открыть окна для создания естественной вентиляции, то в кухонной зоне это сделать было невозможно. Работники ощущали дискомфорт от повышенной температуры в часы пик работы на протяжении нескольких дней, пока поломка не была устранена сервисной службой. С целью предотвращения данной ситуации предусмотрено ежегодное плановое техническое обслуживание крышного кондиционера и расчет запасной дополнительной системы вентиляции для кухни на случай выхода из строя основной.

Расчет системы приточно-вытяжной вентиляции в кухонной зоне

Поддержание во всем помещении или в отдельных его зонах состава и метеорологического состояния воздушной среды, удовлетворяющих гигиеническим нормативам, обеспечивается вентиляцией, представляющей собой процесс удаления из помещения загрязненного воздуха и подачи в него свежего. В зависимости от способа подачи воздуха в помещение различают естественную вентиляцию, при которой перемещение воздуха происходит вследствие наличия ветрового напора или разности температур воздуха в помещении и наружного воздуха, и механическую вентиляцию, в которой для перемещения воздуха используются специальные механические побудители, как правило, вентиляторы. Работа вентилятора характеризуется рядом параметров, главными из которых являются производительность, давление, мощность и КПД. В производственном помещении предусмотрена приточно-вытяжная вентиляция, схема которой представлена на рис. 2.

Расчет дополнительной вентиляционной сети приточной системы вентиляции на кухне площадью 60 м2 проводится согласно схеме, представленной на рис. 3. На схеме указаны расходы воздуха L, м3/ч, длины участков l, м, и номера участков сети. Значения расходов приближены к реальным значениям в существующей системе вентиляции и кондиционирования. В качестве воздухораспределителей в системе используется решетка типа РР. Используемая решетка РР-4 с размерами 0,2×0,4 м и площадью живого сечения 0,064 м2 подобрана из расчета расхода воздуха (460–1050 м3/ч). Размер длин участков выбирается для оптимального равномерного расположения по площади потолка кухни.

Расчет потерь на трение [5]

Участок 1. На этом участке используется прямоугольный воздуховод с размерами 0,2×0,4 м, совпадающими с размерами приточной решетки. Для выбранного сечения воздуховода площадью gal16.wmf м2 определяется в нем скорость движения воздуха:

gal17.wmf, (5)

где L – расход воздуха;

F – сечение воздуховода.

gal18.wmf м/с.

galka2.tif

Рис. 2. Схема приточно-вытяжной вентиляции: 1 – устройство забора воздуха; 2 – устройство очистки; 3 – система воздуховодов; 4 – приточный вентилятор; 5 – устройство подачи на рабочее место; 6 – устройство для удаления воздуха; 7 – вытяжной вентилятор; 8 – пыле- и газоулавливающие устройства; 9 – фильтры; 10 – устройство для выброса воздуха

galka3.tif

Рис. 3. Расчетная схема вентиляционной сети

Это значение попадает в интервал 3–6 м/с, рекомендуемый для концевых участков, и обеспечивает динамическое давление

gal19.wmf, (6)

где ρ – плотность воздуха – 1,2 кг/м3.

gal20.wmf.

Эквивалентный по расходу диаметр воздуховода равен

gal21.wmf, (7)

где S – площадь сечения воздуховода;

a и b – участки воздуховода.

gal22.wmf.

Заметим, что эквивалентный по скорости диаметр меньше:

gal23.wmf, (8)

gal24.wmf

Отсюда можно определить число Рейнольдса:

gal25.wmf, (9)

где gal26.wmf – коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре 20 °С.

gal27.wmf,

а затем и коэффициент сопротивления для воздуховода из листовой стали:

gal28.wmf, (10)

где K = 0,1 мм – высота выступов шероховатости стенок.

gal29.wmf

и значение

gal30.wmf (11)

gal31.wmf.

Результаты расчетов представлены в таблице.

Остальные 4 участка посчитаем аналогично первому участку.

Участок 2. На этом участке размеры воздуховода принимаются 0,2×0,63 м, что дает площадь поперечного сечения 0,126 м2 и скорость движения воздуха

gal32.wmf м/с.

Результаты расчета сети воздуховодов

Номер

участка

L, м/ч

l, м

dэ, м

w, м/c

pд, Па

λl/d

Σς

Δp, Па

ΣΔp, Па

1

950

4

0,308

3,3

6,53

0,27

2,72

19,52

19,52

2

1900

7

0,379

4,19

10,53

0,35

0,26

6,42

25,94

3

4000

6

0,379

8,82

46,68

0,27

0,31

27,07

53,01

4

4000

3

0,379

8,82

46,68

0,13

0

6,07

59,08

5

4000

4

0,484

5,61

18,88

0,14

1,54

31,72

90,8

Отсюда получаются следующие значения расчетных величин:

gal33.wmf,

gal34.wmf,

gal35.wmf,

gal36.wmf,

gal37.wmf.

Участок 3. Для снижения потерь на местные сопротивления размеры прямоугольного воздуховода оставляются такими же, как на втором участке. Скорость движения воздуха на этом участке воздуховода

gal38.wmf м/с.

Отсюда получаем следующие значения расчетных величин:

gal39.wmf,

gal40.wmf,

gal41.wmf,

gal42.wmf.

Участок 4. Здесь также поперечные размеры воздуховода не меняются. При этом значения всех расчетных величин остаются такими же, как на третьем участке, за исключением

gal43.wmf.

Участок 5. Скорость воздуха на этом участке должна быть 4–6 м/с. Выбираем на этом участке размеры воздуховода 0,315×0,63 м, что дает площадь поперечного сечения 0,198 м2. Тогда

gal44.wmf м/с,

gal45.wmf,

gal46.wmf,

gal47.wmf,

gal48.wmf,

gal49.wmf.

Расчет местных сопротивлений [5]

Участок 1. Содержит воздухораспределитель, два колена и дроссельный клапан.

Для приточной решетки ς1 = 2,2. Далее: для колена при α = 90°и r/d = 0,5 коэффициент ς2 = 0,24, а для одностворчатого дроссельного клапана при α = 0 коэффициент ς3 = 0,04. Таким образом, для первого участка сумма коэффициентов местных сопротивлений

gal50.wmf, (12)

где gal52.wmf – коэффициент местного сопротивления.

gal53.wmf

Потери давления определяются по формуле:

gal54.wmf, (13)

где рдn – динамическое давление.

gal55.wmf Па.

Аналогично посчитываются gal56.wmf и Δрn для четырех остальных участков.

Участок 2. Содержит тройник и крестовину.

Для симметричного приточного тройника при R/d = 1,5 находится коэффициент местного сопротивления ς1 = 0,25. Коэффициент сопротивления прямого прохода приточной крестовины принимается равным коэффициенту сопротивления соответствующего приточного тройника, что при gal57.wmf и gal58.wmf дает ς2 = 0,01. Тогда

gal59.wmf,

gal60a.wmf

gal60b.wmf.

Участок 3. Содержит диффузор после вентилятора.

Полагая для диффузора α = 20 ° и gal61.wmf, находим коэффициент ς1 = 0,31. Тогда

gal62.wmf,

gal63a.wmf

gal63b.wmf

Участок 4. Не содержит местных сопротивлений. Следовательно,

gal64a.wmfgal64b.wmf.

Участок 5. Содержит колено и шахту с зонтом.

Полагая для колена α = 90 ° и r/d = 0,2, находим коэффициент ς1 = 0,44. Для приточной шахты с зонтом при h/d = 0,6 имеем ς2 = 1,1. Таким образом,

gal65.wmf,

gal66a.wmf

gal66b.wmf.

Кроме того, необходимо учесть, что в системе имеется калорифер. Для пластинчатого калорифера потери давления определяются формулой gal67.wmf. При данной скорости движения воздуха на пятом участке эти потери равны

gal68.wmf.

Таким образом, общие потери давления в системе будут равны:

gal69.wmf, (14)

где gal70.wmf и Δрк – сумма потерь давлений на пяти участках;

gal71.wmf Па.

На пятом участке перед калорифером необходимо предусмотреть фильтр для очистки входящего воздуха. Для данного размера сечения подойдет кассетный фильтр FK 60-30 совместно с фильтрующими вставками моделей WKF, с классом очистки EU3.

По диаграмме фильтра [5] (рис. 4) определяем потерю давления на нем, при скорости движения воздуха w5 – Δрф = 270 Па.

Таким образом, рассмотренная вентиляционная сеть характеризуется расходом L = 4000 м3/ч и потерями давления:

gal72.wmf, (15)

gal73.wmf – сумма потерь на пяти участках;

 Δрф  – потери на фильтре.

gal74.wmf Па.

Такими характеристиками обладает вентилятор ВР 80-75-5 с двигателем АИР 100 S4 1410 об/мин мощностью 3 кВт с расходом 3927–9062 м3/ч с потерями давления 150–950 Па. Аналогично рассчитывается вытяжная система на четыре вытяжных решетки. Основным отличием будет отсутствие калорифера и фильтра в вытяжной системе. Корпус (оболочка) фильтра кассетного FK 60-30 выполнена из оцинкованной стали.

galka4.tif

Рис. 4. Потери на фильтре

Полученные результаты показывают, что установка вентилятора ВР 80-75-5 с двигателем АИР 100 S4 1410 об/мин мощностью 3 кВт с расходом 3927–9062 м3/ч с потерями давления 150–950 Па обеспечит требуемые нормативы микроклимата в производственном помещении предприятия общественного питания.