AERACJA [1]

Pojęcie aeracji

Aeracją nazywa się zorganizowaną naturalną wymianę powietrza (na­turalne przewietrzanie).

Naturalną wymianę powietrza nazwaliśmy zorganizowaną dlatego, że pozwala ona zawczasu ustalić przebieg naturalnego przewietrzania oraz re­gulować je odpowiednio do warunków wewnętrznych i zewnętrznych w przeciwieństwie do zachodzących często bardzo bezładnych wymian powietrza, które w okresie chłodów są przyczyną oziębiania pomieszczeń fabrycznych.

Za pomocą aeracji możemy wymienić w wentylowanym pomieszcze­niu duże ilości powietrza bez użycia do tego energii mechanicznej.

Na przykład w martenowskich oddziałach metalurgicznych fabryk na każdą tonę wytapianej stali potrzeba około 100 ton wentylacyjnego po­wietrza.

Przy wytapianiu 100 t/h potrzeba byłoby około 10 000 t/h wentyla­cyjnego powietrza i wentylatora o mocy około 1500 kW.

Jeśli weźmie się pod uwagę, że są oddziały fabryczne, które wytapiają wiele setek ton stali na godzinę, stanie się zrozumiałe, jakie ogromne oszczędności na mocy silników można uzyskać przez zastąpienie wenty­lacji mechanicznej naturalną.

Aeracja spełnia takie samo zadanie jak wentylacja mechaniczna, tj. utrzymuje w budynku parametry powietrza odpowiadające sanitarno-higienicznym wymaganiom. W przypadku, gdy wymagań tych nie udaje się całkowicie osiągnąć przez samą aerację, należy łączyć aerację z wenty­lacją mechaniczną, głównie miejscową.

Do zrealizowania aeracji, tj. do doprowadzania zewnętrznego i usu­wania zanieczyszczonego zużytego powietrza niezbędne są właściwie roz­mieszczone otwory o odpowiednich wymiarach.

Właściwe rozmieszczenie otworów na zewnętrznych ścianach budynku i na odpowiedniej wysokości zapewnia mniej lub więcej równomierny na­wiew powietrza świeżego do hal fabrycznych i zapobiega dopływowi do strefy roboczej wewnętrznych prądów cieplnych, unoszących najbardziej zanieczyszczone powietrze do góry, do otworów wyciągowych.

W ciepłej porze roku powietrze zewnętrzne wprowadzane jest przez otwory umieszczone w dolnych częściach budynku. W chłodnej porze, jeśli zyski ciepła wewnątrz pomieszczenia są wystarczające do podgrzania potrzebnej ilości powietrza zewnętrznego, to powietrze wprowadza się na takich poziomach, aby przed osiągnięciem strefy roboczej zdążyło ogrzać się do żądanej temperatury przez zmieszanie z powietrzem we­wnętrznym.

Aerację można zrealizować w sposób zadowalający jedynie w tym przypadku, gdy zagadnienie właściwego naturalnego przewietrzenia bę­dzie rozwiązywane już przy projektowaniu budynku przemysłowego.

W jednonawowych halach fabrycznych dopływ powietrza odbywa się przez otwory w ścianach, a wylot zużytego powietrza — przez okna w świetlikach. Równomierny opływ powietrzem całej zewnętrznej płasz­czyzny hali i regulację aeracji w zależności od kierunku wiatru osiąga się przez prawidłowe rozmieszczenie otworów na zewnętrznej stronie ścian budynku.

W wielonawowych halach fabrycznych miejsca pracy znajdujące się z dala od otworów w ścianach zewnętrznych nie mają zapewnionego do­statecznego dopływu powietrza świeżego, dlatego powietrze zewnętrzne należy wprowadzać do pomieszczenia produkcyjnego przez świetliki.

Należy przewidzieć przy tym takie rozplanowanie urządzeń, aby w na­wach pod świetlikami przeznaczonymi do nawiewu powietrza nie znaj­dowały się znaczne źródła ciepła i innych zanieczyszczeń, które mogłyby przedostawać się do powietrza nawiewanego. Dlatego w celu najlepszego rozwiązania zagadnienia aeracji wielonawowej hali należy „gorące" i „chłodne" nawy rozmieszczać na przemian. Taki układ pozwala na do­prowadzenie powietrza z obydwu stron każdej „gorącej" nawy; „chłodne" nawy traktuje się w tych przypadkach jako wyciągi powietrza.

Gdy nie ma dźwigów, kolejne rozmieszczenie „gorących" i „niegorących" odcinków może być dokonane wzdłuż jednej nawy przez oddzie­lanie odcinków przegrodami nie dochodzącymi do podłogi.

Przy bardzo dużej długości budowanych obecnie hal fabrycznych otwory wentylacyjne powinny być wyposażone w mechanizmy do łat­wego i szybkiego otwierania.

Regulowanie wymiany powietrza osiąga się przez całkowite lub czę­ściowe otwieranie jednych i zamykanie drugich otworów odpowiednio do potrzebnych ilości nawiewanego powietrza, kierunku wiatru itp.

Umiejętne regulowanie wymaga dokładnej znajomości pracy i układu sił wywołujących naturalną wymianę powietrza.

Przy aeracji powietrze wprowadza się do hali fabrycznej bez uprzed­niego przygotowania, dlatego dla utrzymywania zewnętrznego powietrza w czystości powinny być postawione szczególnie surowe wymagania. Wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia, jak dym, pył, gazy odlotowe, po­winny być albo od razu chwytane, albo odprowadzane na zewnątrz na znacznej wysokości w celu dostatecznego ich rozrzedzenia i rozproszenia. Wymagania te, zresztą powinny być prawie w takim samym stopniu przestrzegane i przy wentylacji mechanicznej.

Wymaganie utrzymywania w czystości powietrza zewnętrznego po­winno znajdować dokładne odzwierciedlenie przy projektowaniu general­nego planu przedsiębiorstwa. Plan powinien przewidywać dobrą przewietrzalność między oddziałami fabrycznymi przez urządzenie należytych przerw, dobre wykorzystanie panujących wiatrów itd.

Aby zapobiec zanieczyszczeniu powietrza wchodzącego do hali fa­brycznej powietrzem zużytym, wydostającym się przez świetliki, należy zachować dostateczne przerwy między budynkami i między świetlikami oraz przewidzieć odpowiednie zarysy międzyświetlikowej przestrzeni.

W efekcie swojego działania aeracja jest całkowicie równoważna z ogólną wentylacją mechaniczną, która dawałaby taką samą ilość po­wietrza zewnętrznego, z takimi samymi prędkościami przepływu i tak samo rozmieszczonymi miejscami nawiewu i wyciągu. Różnica polega tu­taj na tym, że wentylacja mechaniczna wymaga dużej mocy. Przy wen­tylacji mechanicznej, z zastosowaniem przewodów kołowych, które zaję­łyby jednak wiele miejsca, byłaby możność bardziej doskonałego rozpro­wadzenia nawiewnego powietrza po hali i stworzenia żądanego rozkładu prędkości, a przy uprzednim zastosowaniu przygotowania powietrza — i rozkładu temperatur. Jednakże wymagałoby to ogromnych nakładów zarówno inwestycyjnych (na urządzenia), jak i eksploatacyjnych. Zagad­nienie to byłoby bardziej celowo rozwiązywać za pomocą aeracji, miej­scowej nawiewnej wentylacji mechanicznej (nawiewy powietrza itp.) i miejscowych (mechanicznych lub naturalnych) wyciągów. W tych przy­padkach objętość wentylacji mechanicznej stanowi zwykle (np. w gorą­cych oddziałach) nieznaczny procent naturalnej wymiany powietrza, a wstępne przygotowanie (podgrzewanie, chłodzenie) nie wpływa w zbyt dużym stopniu na zwiększenie kosztów produkcji. Efekt osiągany takim kombinowanym rozwiązaniem zagadnienia wentylacji w obecnie budowa­nych zakładach jest, jak wskazują badania, całkowicie zadowalający. Udział miejscowej wentylacji mechanicznej w ogólnej wymianie powietrza zależy od tego, czy należycie i całkowicie wzięto pod uwagę zagadnienie naturalnego przewietrzania przy projektowaniu oddziałów fabrycznych.

Również i w tych budynkach przemysłowych, które są zbudowane bez wyraźnego uwzględnienia aeracji, można polepszyć mechaniczną wy­mianę powietrza przez stworzenie naturalnej wymiany zrealizowanej na zasadach naukowych. W tym celu, przy jednoczesnym wykorzystaniu istniejących otworów, należy przebić nowe, zastosować przegrody itp., o czym będzie mowa dalej.

Zakres zastosowania

W ciepłej porze roku, poza stosunkowo nielicznymi przedsiębiorstwami przemysłowymi, wymagającymi ze względu na przebieg procesu techno­logicznego klimatyzacji (przędzalnie, tkalnie, fabryki tytoniu, piekarnie i in.), trudno byłoby wskazać gałęzie przemysłu, w których aeracja nie mogłaby znaleźć zastosowania.

W chłodnej porze roku aeracja powinna być stosowana tam, gdzie głównym zanieczyszczeniem jest nadmiar wydzielającego się ciepła. W zależności od ilości wydzielającego się ciepła wymiana powietrza może być całkowicie lub częściowo realizowana przez aerację.

Wietrzenie przez aerację stosuje się w fabrykach budowy maszyn po­siadających kuźnie, odlewnie, oddziały termicznej obróbki; w metalurgii w oddziałach wielkopiecowych martenowskich, besemerowskich i w wal­cowniach; w fabrykach szamotowych i dynasowych; w oddziałach pieco­wych i w oddziałach gazogeneratorowych zakładów przemysłu chemicz­nego; w kotłowniach itp.

Jest zupełnie zrozumiałe, że w tych przypadkach, gdy wydzielanie się tych czy innych zanieczyszczeń występuje w poszczególnych punktach fabryki, pozostają w mocy ogólne zasady wentylacji o usuwaniu tych za­nieczyszczeń w miejscu ich powstawania i najkrótszą drogą — przez za­stosowanie miejscowych wyciągów (naturalnych i mechanicznych).

Naturalna wymiana powietrza w budynkach przemysłowych zachodzi wskutek tego, że ciśnienie w otworach zewnętrznych po jednej stronie budynku jest większe niż wewnętrzne, podczas gdy w innych otworach, po drugiej stronie budynku, jest odwrotnie — zewnętrzne ciśnienie jest mniejsze od wewnętrznego. Przez pierwsze otwory powietrze zewnętrzne dostaje się do budynku, a przez drugie — uchodzi. Różnica ciśnień z jed­nej i drugiej strony budynku powstaje bądź wskutek różnicy temperatur zewnętrznego i wewnętrznego powietrza, bądź wskutek oddziaływania wiatru na budynek, a najczęściej — pod wpływem obydwóch czynników działających jednocześnie.

Przy badaniu bardzo skomplikowanych zjawisk, do których musi być zaliczona naturalna wymiana powietrza, całą różnorodność czynników wpływających na tę zmianę zamienia się uproszczonym schematem (mo­delem) zjawiska. Odpowiednio do tego modelu ustala się matematyczne zależności (wzory), potrzebne do obliczeń. Stopień dokładności wzorów przybliżonych sprawdza się za pomocą doświadczeń.

Założenia do obliczeń aeracji

Za podstawę do obliczania aeracji przyjęto następujący uproszczony schemat:

1. Rozpatruje się ustalony proces, tj. przyjmuje się za niezmienne w czasie wszystkie czynniki, wpływające na wymianę powietrza.

2. Temperaturę powietrza wewnątrz naw przyjmuje się jako jedna­kową na całej długości i na całej wysokości rozpatrywanego odcinka. W każdej poziomej płaszczyźnie tego odcinka przyjmuje się, że ciśnienie jest stałe oraz, że jego zmiany przy przejściu z jednego poziomu do dru­giego podlegają prawom hydrostatyki.

3. Przyjmuje się, że dany odcinek jest wolny od wszelkich przeszkód (urządzenia itp.), które mogłoby napotkać powietrze na swojej drodze; pomija się również miejscowe prądy, które najprawdopodobniej istnieją wokół źró­dła ciepła.

4. Przypuszcza się, że strumienie powietrza przedostające się przez otwory, jak również strumienie wywoływane źródłami ciepła w pomiesz­czeniu, zanikają całkowicie przed osiągnięciem ścianki przegradzającej przepływ.

5. Dopuszczalne jest pominięcie infiltracji powietrza przez pory i szcze­liny konstrukcji budowlanych, ponieważ objętość jego jest nieznaczna w porównaniu z objętością powietrza wymienianego naturalnie. W ten sposób przyjmuje się, że zewnętrzne ściany budynku składają się jak gdyby z materiałów nie przepuszczających powietrza. Założenie to przy­jęto nie tyle z powodu zasadniczych trudności w obliczeniach, ile ze względu na skomplikowane obliczenie powierzchni szczelin, porów i ich rozmieszczenia w konstrukcjach budowlanych.

6. Przy uwzględnianiu wpływu wiatru zakłada się, że rozkład ciśnie­nia na budynek (jego współczynniki aerodynamiczne), otrzymany dla śle­pych (jednolitych) modeli, pozostaje praktycznie niezmienny przy wy­konaniu otworów i zapewnieniu przepływu.

W spokojnej atmosferze można z dostateczną dla praktyki dokładnością w granicach wysokości budynków przemysłowych uważać, że zmiany ciśnienia są zależne od zmian wyso­kości zgodnie z prawem hydrostatyki.

Jeśli ciśnienie bezwzględne na ja­kimkolwiek poziomie równa się p_o lub nadciśnienie równa się zeru, to przy ciężarze właściwym powietrza γ ciśnienie bezwzględne, przyjmo­wane w pierwszym przybliżeniu jako stałe (na danej wysokości), na współ­rzędnej z₁ poniżej założonego poziomu będzie równe (p_o + z₁ γ), a nad­ciśnienie 0 + z_`1 γ. Powyżej założonego poziomu na współrzędnej z₂ ciś­nienie bezwzględne będzie równe p_o - z₂ γ, a nadciśnienie 0 - z₂ γ.

Cię­żar właściwy zewnętrznego powietrza można uważać za stały w grani­cach wysokości budynków 10-20 m; jednakże dla wewnętrznego powietrza należy brać ciężar właściwy γ_śr na średniej wysokości z powodu większego gradientu temperatury w pomieszczeniu w porównaniu z powietrzem zewnętrznym.

Ciśnienie wewnętrzne w budynku można przyj­mować, pomijając prędkość przepływu powietrza, jako zmieniające się we wszystkich przypadkach zgodnie z powyżej przytoczonym prawem hy­drostatycznym.

Przy istnieniu wiatru ciśnienie hydrostatyczne zewnętrz­nego powietrza będzie sumowało się z ciśnieniem wiatru wywieranym na ścianki budynku.

Związek między strumieniem masy powietrza przepływającego przez otwór mający powierzchnię A, a ciśnieniem wyraża się ogólnie znanym wzorem

gdzie:
- strumień masy powietrza, kg/s,

- współczynnik wydatku zależny od warunków wypływu,

- gęstość powietrza przy wylocie, kg/m³,

- ciśnienie (różnica ciśnień) w danym otworze, Pa.

Obliczenia aeracji opierają się na następujących założeniach:

1. W ustalonych warunkach ilość powietrza (wagowa) dopływającego w jednostce czasu (kg/s lub kg/h) do hali fabrycznej równa się ilości powietrza (wagowej) wypływającego z hali w tej samej jednostce czasu

Wyrażenie to będziemy nazywali równaniem bilansu wymiany po­wietrza.

2. Oprócz równania bilansu wymiany powietrza powinno zachodzić równanie bilansu ciepła lub innego zanieczyszczenia. Takie równanie, np. dla ciepła, powinno określać ilość ciepła unoszonego przez powietrze ucho­dzące z hali fabrycznej równą ilości ciepła, które dostało się z powietrzem zewnętrznym, plus zyski ciepła, wydzielającego się w hali fabrycznej w tej samej jednostce czasu.

Przytaczane najprostsze rozważania wystarczają w zupełności do obliczenia naj­bardziej skomplikowanych przypadków aeracji.

Ustalimy teraz następujące ogólne założenie: wewnętrzne nad­ciśnienie na jakimkolwiek poziomie w budynku przy danych warunkach określa się stosunkiem powierzchni otwartych otworów.

Aby tego dowieść, rozpatrzmy najprostszy przypadek. Budynek po­zbawiony źródeł ciepła znajduje się pod działaniem wiatru i ma dwa otwory: jeden od strony nawietrznej, drugi - od zawietrznej (rys. 171).

Działanie wiatru wyraża się tym, że na czołowej ścianie budynku skiero­wanej przeciw wiatrowi zjawiają się dodatnie ciśnienia (nadciśnienie), a z boków i z tyłu - ciśnienia poniżej atmosferycznego, tj. występuje pod­ciśnienie.

Dla budynków stojących na otwartej przestrzeni wielkość ci­śnienia wiatru zależy od jego pręd­kości, kształtu budynku i kąta usta­wienia, tj. od kąta, pod którym wiatr wieje na budynek.

Wielkość ciśnienia wiatru określa się przez przedmuchiwanie geometrycznie podob­nych modeli budynku w tunelach aerodynamicznych.

Jeżeli wielkość ciśnienia
, odczytanego w jakim bądź punkcie modelu (przy danym kącie ustawienia) podzielić przez ciś­nienie dynamiczne
powietrza w tunelu (wiatru), to otrzymamy

Wielkość ta nosi nazwę współczynnika aerodynamiczne­go. Dla geometrycznie podobnych budynków (z ostrymi węgłami) wielkość k pozostaje niezmienna przy zmianie skali modelu i prędkości wia­tru. W ten sposób, aby znaleźć ciśnienie wiatru, konieczne jest znać aero­dynamiczny współczynnik k i ciśnienie dynamiczne wiatru
wówczas ciśnienie wiatru
.

W dalszych oznaczeniach i wzorach ciśnienie wiatru i podciśnienie oznacza się literami p bez uwzględniania znaku
. Znak uwzględnia się przy liczbowej wartości współczynnika aerodynamicznego k.

Tak np. przy w = 4 m/s; q = 9,6 Pa; jeżeli k₁ = 0,5, to p₁ = 0,5 · 9,6 = 4,8 Pa;

jeżeli natomiast k₂ = -0,3 to p₂ = -0,3 · 9,6 = -2,9 Pa.

Jeżeli budynek otoczony jest ze wszystkich stron innymi budynkami, to nie pozostaje on pod wpływem bezpośredniego oddziaływania wiatru; mówi się wtedy, że znajduje się on w aerodynamicznym cieniu. W tym przypadku na wszystkich ścianach budynku występuje podciśnienie.

Zakładamy, że poziom odniesienia (rys. 171) dla odczytów przechodzi przez środek otworu l. Przyjmujemy także, że zewnętrzne ciśnienie (nadciśnienie) na tym poziomie jest równe zeru. Wówczas całkowite zewnętrzne ciśnienie będzie równe

0 + p₁

Wewnętrzne nadciśnienie na tym poziomie przyjmiemy równe p_x. W ten sposób ciśnienie w otworze 1, będzie wynosić

0 + p₁ - p_x = p₁ - p_x

Ciśnienie w otworze 2:

Ciśnienie wewnętrzne p_x - H γ₁

Ciśnienie zewnętrzne 0 - H γ₁ + p₂

Różnica ciśnień p_x - p₂

Napiszmy równanie bilansu wymiany powietrza
w postaci rozwiniętej

Skracając i rozwiązując w odniesieniu do p_x i podstawiając
otrzymamy

(a)

Jeżeli zamknąć otwór A₂, tj. podstawić A₂ = 0, to według równania (a) p_x = p₁.

Jeżeli otwór 2 pozostawić otwarty, a zamknąć A₁, tj. przy A₁ = 0 p_x = p₂.

Przy A₁ = A₂ otrzymamy

Ze wzoru (a) wynika, że przy danych p₁ i p₂ wewnętrzne nadciśnie­nie zależy tylko od n, tj. określa się przez stosunek kwadratów powierz­chni otwartych otworów i może przyjmować wszystkie wartości od p₁ do p₂.

Obliczanie aeracji jednonawowych hal fabrycznych

Aeracja zarówno jednomawowych, jak i wielonawowych hal fabrycz­nych powinna rozwiązywać dwa zadania.

l. Dla danego budynku przemysłowego, posiadającego wiadome źródła zanieczyszczeń, wydzielających się w jednostce czasu zgodnie z założo­nymi początkowym i końcowym stężeniami (przy zyskach ciepła tempe­ratura powietrza wchodzącego do budynku z zewnątrz i temperatura po­wietrza zużytego, uchodzącego z budynku) określić potrzebną wymianę powietrza i potrzebne dla zrealizowania tej wymiany powierzchnie otwo­rów w ścianach i w świetliku.

2. Dla danego budynku przemysłowego, przy założonych warunkach zewnętrznych, przy wiadomej powierzchni otworów i ich rozmieszczeniu, określić możliwą do zrealizowania wymianę powietrza i średnie stężenie (lub dla hali fabrycznej z wydzielaniem ciepła — średnią temperaturę w strefie roboczej).

Pierwsze zadanie należy rozwiązać przy projektowaniu budynków przemysłowych, drugie — przy obliczeniach kontrolnych naturalnej wy­miany powietrza, np. przy projektowaniu wentylacji mechanicznej itp.

Zaczniemy od pierwszego zadania.

Dane: temperatura powietrza ze­wnętrznego
(o godz. 13 w jednym z dni najgorętszego miesiąca według informacji stacji meteorologicznej); współczynniki aerodynamiczne
,
i
; teoretyczna prędkość powietrza w m/sek.

Należy określić pola otwo­rów A₁, A₂ i A₃ dla niezbędnej wy­miany powietrza.

Zadanie w więk­szości przypadków rozwiązuje się w płaszczyźnie, tj. zakłada się, że ze­wnętrzne i wewnętrzne warunki są jednakowe na całej długości hali fa­brycznej. W jednonawowych halach fabrycznych zakładamy, że są otwar­te otwory w ścianach od stron na­wietrznej i zawietrznej oraz od strony zawietrznej w świetliku. Otwar­cie otworów w świetliku od strony nawietrznej doprowadza w większości przypadków do skierowania wzno­szących się prądów w dół, do strefy roboczej (1,5 ÷2 m od podłogi) i powoduje jej zanieczyszczenie zużytym powietrzem. Otrzymaną według obliczeń powierzchnię otworów 2 należy zastosować i po drugiej stronie świetlika na wypadek zmiany kierunku wiatru. Z równania bilansu ciepła lub innego zanieczyszczenia określa się potrzebną ilość powietrza

kg/h

Najlepszą aerację będziemy mieli w tym przypadku, gdy powietrze bę­dzie wchodziło z obydwu stron hali przez otwory l i 3 (rys. 176).

Odpo­wiednio do tego ustala się na takim schemacie przepływy powietrza:

otwory l i 3 pracują jako nawiewne, otwór 2 — jako wyciągowy.

Obraz przepływu zależy od ciśnienia wewnętrznego. Zmieniając stosunek po­wierzchni otwartych otworów można dobrać ciśnienie wewnętrzne, które będzie spełniało założone kierunki przepływu.

Przypuśćmy, że obliczaną wymianę powietrza chcemy zrealizować w taki sposób, aby równe ilości powietrza przepływały przez otwory l i 3, np.
.

Równanie bilansu wymiany powietrza

Weźmiemy do obliczeń za poziom odniesienia płaszczyznę przecho­dzącą przez środek dolnych otworów. Wewnętrzne nadciśnienie na tym poziomie oznaczymy przez p_x.

Napiszemy równanie dla ciśnień na poszczególnych otworach:

ciśnienie zewnętrzne 0 +

Otwór l wewnętrzne p_x

^{_________________________________________}

Różnica ciśnień
- p_x

ciśnienie zewnętrzne 0 + p₃

Otwór 3 wewnętrzne p_x

^{_________________________________________}

Różnica ciśnień p₃ - p_x

ciśnienie wewnętrzne p_x -

Otwór 2 zewnętrzne 0 -
+ p₂

^{_________________________________________}

Różnica ciśnień p_x +

Przyjmując dla otworu leżącego powyżej przyjętego poziomu odniesienia ciśnienie fikcyjne
=
możemy traktować wewnętrzne ciśnienie p_x jako niezmienne w stosunku do wyso­kości i wskutek tego odrzucenia z rozważań ciśnienia hydrostatycznego. Określenie (wyznaczenie) p_x nie przedstawia wówczas trudności, gdyż rzeczywiste zewnętrzne i fikcyjne ciśnienia są oznaczone w przekroju budynku przy odpowiednich otworach. Wielkość p_x powinna być mniej­sza od p₃ (wówczas otwór 3 będzie pracował jako nawiewny) i większa od
.

Po wyznaczeniu p_x określamy według wydatku i ciśnień potrzebne po­wierzchnie otworów:

[m²]

[m²]

[m²]

W ten sposób można przyjąć następującą kolejność obliczenia aeracji jednonawowej hali fabrycznej (jako zagadnienia płaskiego).

1. Znając ilość zanieczyszczeń wydzielających się w jednostce czasu i zakładając temperaturę lub stężenie powietrza uchodzącego przez górny otwór — określamy potrzebną wymianę powietrza. Jeżeli np. zyski ciepła wynoszą
[kJ/h] lub [kcal/h], to

[kg/h]

przy czym wstawiamy odpowiednio
= 1,005 kJ/(kgK) lub
= 0,24 kcal/(kgK).

2. Zakładamy stosunek
do
, np.

,

3. Znajdujemy ciśnienie fikcyjne dla otworu 2 według wzoru

.

4. Dobieramy wewnętrzne nadciśnienie p_x, dając mu wartość zawartą między
i
, tj. taką, która zapewniłaby dopływ powietrza przez otwór 3.

Należy zaznaczyć, ze w miarę przybliżenia się p_x do jednej z tych wartości zmniejsza się odpowiadające jej ciśnienie, wywołując powięk­szenie powierzchni otworu.

5. Następnie obliczamy powierzchnie otworów l, 2 i 3:

[m²]

[m²]

[m²]

Obliczanie aeracji wielonawowych hal fabrycznych

W celu zaopatrywania w świeże po­wietrze zewnętrzne miejsc pracy, znajdujących się w wielonawowych ha­lach fabrycznych w dużej odległości od otworów w zewnętrznych ścia­nach, należy wprowadzać je przez otwory w świetlikach.

Aby nawiewane powietrze było w miarę możności chłodne, nie powinno ono po drodze nagrzewać się, ani zanieczyszczać.

W tym celu rozmieszcza się na prze­mian nawy, w których wydzielają się duże ilości ciepła (tzw. "gorące" nawy) z nawami, w których źródeł ciepła bądź nie ma wcale, bądź jest ich stosunkowo niedużo (tzw. "chłodne" nawy).

Takie nawy wykorzystywane są jako odbiorniki powietrza. Aby otrzy­mać stały przepływ powietrza w otworach świetlika "chłodnej" nawy, nadaje mu się znacznie mniejszą wysokość niż świetlikowi "gorącej" nawy. Tak otrzymu­je się profile wielo­nawowych hal fabry­cznych o znacznych różnicach wysokości.

Taki jednak układ profilu znacznie u­trudnia otrzymanie niezanieczyszczonego powietrza w przestrzeniach między­świetlikowych. Na zawietrznej stronie wysokich świetlików (w międzyświetlikowej przestrzeni) istnieją z pewnością przeciwne prądy powietrzne (przeciw kierunkowi wiatru) - zawirowania. Prędkość prze­pływu w nich jest znacznie mniejsza niż prędkość wiatru. Ponieważ z otworów wysokiego świetlika, umieszczanych na stronie zawietrznej wydostaje się zużyte zanieczyszczone powietrze, przeto zrozumiałe jest, że i czystość jego w międzyświetlikowej przestrzeni będzie w mniejszym lub większym stopniu zależała od kształtów świetlików, układu i inten­sywności przewietrzania międzyświetlikowej przestrzeni. Tymczasem wielonawowe hale fabryczne w zasadzie wentylowane są powietrzem czerpanym z przestrzeni międzyświetlikowych.

Przy wyborze profilu dachu powyższe rozważania powinny mieć duże jeśli nie decydujące znaczenie.

Wśród architektów zakorzeniło się niesłuszne mniemanie, że nawiew przez świetlik chłodnej nawy odbywa się tylko dlatego, że między otwo­rami świetlika i otworami gorącej nawy istnieje różnica poziomów.

Nie trudno dowieść, że przy jednakowych poziomach rozmieszczenia otworów nawiew przez otwory świetlika będzie odbywał się przy istnie­niu różnicy między temperaturami naw: chłodnej i gorącej. Przy jedna­kowej wysokości gorącej i chłodnej naw można otrzymać stały przepływ powietrza w otworach chłodnej nawy w tym przypadku, jeżeli będzie za­chodziła wyraźna granica między obszarami powietrza w nawach. Można to osiągnąć tylko przez umieszczenie między nawami lekkich przegród nie dochodzących do podłogi.

Rozpatrzmy wielonawową halę fabryczną o najbardziej doskonałej (dla aeracji) budowie z następującymi kolejno gorącymi i chłodnymi nawami rozdzielonymi niedochodzącymi do podłogi przegrodami (rys. 181).

Rys. 181

Nawy I i III - gorące, II - chłodna.

Dodatnie i ujemne ciśnienia wiatru odpowiednio do numerów otworów oznaczymy: p₁, p_2,...,- p₅. Wyznacza się je z badań modelowych.

Temperatura t_o została wzięta z danych meteorologicznych jako temperatura o godz. 13 w jednym z dni najbardziej gorącego miesiąca.

Zyski ciepła: w nawie I - Q₁ [J/s lub np. kcal/h], w nawie III - Q₃, w nawie II Q₂ = 0.

Należy określić konieczną liczbę wymian powietrza i powierzchnie otworów (1, 2, 3, 4, 5). Powierzchnie otworów przy przegrodach powinny być dane lub też należy je założyć.

Jeżeli oznaczymy wewnętrzne nadciśnienie na jakimkolwiek założo­nym poziomie odniesienia w nawach p_x, p_y i p_z oraz założymy najbardziej pożądany schemat przepływu powietrza, pokazany na rys. 181 strzał­kami, to - ogólnie biorąc - można każdą z naw rozpatrywać oddzielnie, zamieniając oddziaływanie odrzuconych naw przez dodatnie lub ujemne ciśnienia działające z ich strony, tj. zastosować tzw. metodę przekrojów.

Rozpatrując nawę I można odrzucić pozostałe nawy. Ich sumaryczne od­działywanie na nawę I wyrazi się ciśnieniem p_y, działającym w otworze 7. Samo obliczenie staje się proste i jasne.

Kolejność obliczania jest następująca.

1. Znając zyski ciepła (lub ilości innych zanieczyszczeń towarzyszą­cych) określamy ilość powietrza potrzebnego do aeracji naw I i III, tj.
   i
   .

2. Ilość powietrza
   dzielimy na otwory 1 i 7 dla nawy I, a
   na otwory 5 i 6 nawy III (bądź równomiernie, bądź w innym stosunku w za­leżności od okoliczności).

3. Znając
   i
   określamy różnicę ciśnień p_y - p_x dla otworu 7 i p_y - p_z, dla otworu 6. Ciśnienia te powinny zagwarantować wydatek
   i
   przy założonym kierunku przepływu powietrza, np.

4. Określamy fikcyjne ciśnienia przy otworach 2, 3 i 4, wówczas ciś­nienia wewnętrzne można rozpatrywać w każdej nawie jako niezmienne w funkcji wysokości.

Fikcyjne (zewnętrzne) ciśnienie przy otworze 2 wyrazi się następują­cym wzorem

= P₂ - H (γ_o - γ₁)

a przy otworze 4

= P₄ - H (γ_o - γ₃)

Aby określić ciśnienie fikcyjne przy otworze 3, napiszemy wzór na ciśnienie w nim panujące

Ciśnienie zewnętrzne 0 - H γ_o - p₃

Ciśnienie wewnętrzne p_y - H γ₂

Różnica ciśnień [p₃ - H(γ_o - γ₂)] - p_y

A więc ciśnienie fikcyjne przy otworze 3 wyrazi się wzorem

= P₃ - H(γ_o - γ₂)

5. Po ustaleniu rzeczywistych i fikcyjnych ciśnień przy wszystkich otworach, jak to przedstawiano na rys. 182, bez trudności można dobrać takie ciśnienie we­wnętrzne p_y, które gwarantowałoby za­łożone kierunki prze­pływu. Po założeniu p_y stają się wiadome ciśnienia p_x i p_z, po­nieważ p_y - p_x i p_y - p_z były określone uprzednio (patrz p. 3).

Rys. 182

6. Po tym nie będzie trudności przy określeniu poszukiwanych po­wierzchni otworów 1-5 ze wzoru typu

Jeżeli naw będzie nie trzy, ale więcej, to zadanie można rozwiązać w podobnie prosty sposób.

Wychodząc z powyższego rozpatrzymy pokrótce zagadnienia regulo­wania aeracji.

W oddziale fabrycznym można zaobserwować następujący obraz nie­uregulowanej wymiany powietrza.

l. Otwór 1 pracuje jako nawiewny, wszystkie pozostałe - jako wy­ciągowe. W celu uregulowania aeracji należy powiększyć powierzchnie otworów 2 i 4. Jeżeli okaże się to niedostateczne, to jednocześnie z powię­kszeniem powierzchni tych otworów trzeba będzie zmniejszyć powierzch­nie otwarcia otworu 1.

2. Otwory 1 i 3 pracują jako nawiewne, lecz cały nawiew z otworu 3 wydostaje się przez otwór 6 i nie przechodzi przez otwór 7 do wentylo­wania nawy I. Ażeby uregulować aerację, trzeba będzie znów powiększyć otwarcie otworu 2 i trochę przymknąć otwór 1 itd.

W pewnych przypadkach pro­jektantowi nie udaje się ze względu na wymagania procesu technologicznego usytuować go­rących i chłodnych naw na przemian, jak to np. przedsta­wione jest na rys. 183, gdzie nawy I i II mają w porównaniu z gorącą nawą III niewielkie nadwyżki ciepła. W tym przy­padku aerację można będzie przeprowadzić tak, jak to jest wskazane strzałkami na rys. 183. Przy takim schemacie całe powietrze do aeracji I, II i częściowo III nawy będzie musiało przepłynąć przez otwór l. Przy tym ilość powietrza powinna być tak duża, aby do otworu 6 dochodziło ono jeszcze w stanie nadającym się do aeracji. Wy­maga to znacznego powiększenia powierzchni otworów.

Literatura

[1] Baturin W.W.: Podstawy wentylacji Przemysłowej

---