Scopul unui sistem de ventilație în hală este de a distribui aerul introdus prin intermediul unui debit de aer interior controlat și, prin urmare, calculat, pentru a disipa încărcăturile termice și încărcăturile poluante. Există diferite tipuri de sisteme de ghidare a aerului care pot îndeplini această sarcină. Prin urmare, este necesară o procedură de proiectare care să permită evaluarea potențialelor sisteme de ghidare a aerului și selectarea celei mai bune soluţii pentru cerințele respective.
Analiza staționară și tranzitorie a calculului sarcinii
Procedurile de calculare a sarcinii calculează debitele de aer de alimentare și debitele de aer extras pe baza sarcinilor termice și a nivelului de noxe care
trebuie disipate, ținând cont de mărimile sarcinilor. Includerea factorilor de încărcare face posibilă evaluarea sistemului de dirijare a aerului cel mai eficient
pentru aplicația în cauză. Eliberarea căldurii și substanțelor în hală poate fi examinată atât din perspectivă staționară, cât și din punct de vedere tranzitoriu.
Examinarea tranzitorie produce ecuații diferențiale pentru nivelul de substanțe şi necesarul termic. În cazul necesarului termic, soluția este "simplificată" în
măsura în care nu există o soluție analitică. În cazul nivelului de substanțe, abordarea prin ecuația diferențială arată concentrația de poluanți în funcție de
timp. În practică, ambele reprezentări au o utilizare limitată, deoarece condițiile în producția reală sunt staționare în majoritatea cazurilor. Dacă presupunem
condiții staționare, calculele sunt mult mai simple. Legile pot fi apoi deduse din ecuațiile de echilibru pentru fluxurile de căldură și substanțe. Relațiile
dintre factorii de sarcină de căldură și substanțe, care sunt ei înșiși derivați din analizele de echilibru, sunt deosebit de adecvate pentru acest scop.
Calculele sunt efectuate separat pentru sarcinile de căldură şi concentratiile de substanţă. După ce valorile au fost calculate pentru debitele de aer introdus și
debitele de aer extras, valoarea cea mai mare este folosită ca bază pentru proiectare. În ambele cazuri sunt necesare informații despre debitele de aer colectate -
acestea trebuie să fie disponibile în prealabil ca rezultat al procesului de proiectare a debitului de aer. Acest lucru ia în considerare numai dispozitivele de
colectare care își preiau aerul din zona de lucru. Aceasta are ca rezultat ecuații condiționale pentru fluxurile de aer furnizate și / sau extrase în funcție de
factorii de sarcină ale căror valori pot fi determinate analitic sau preluate din fişa VDI 2262 - 3, în funcție de sistemul de distribuire a aerului selectat.
Calcularea sarcinii termice prin comparaţie
Abordarea utilizată pentru calculele de necesar termic diferă de cea utilizată pentru celelalte calcule. Prin urmare, este de așteptat ca rezultatele să
difere, de asemenea, și este important să se ia în considerare modul în care vor fi evaluate aceste diferențe. În halele de producție, opțiunile sistemului de
distrubutie a aerului se bazează pe două principii: amestecarea și stratificarea. Ecuațiile pentru calculul sarcinii termice includ factorul de încărcare
termică. Dacă valoarea ventilației de omogenizare este folosită pentru acest factor - prin definiție, valoarea 1 - calculul sarcinii termice se transformă în
ecuația de calcul pentru ventilația de amestecare, şi asfel rezultatele vor fi identice. Utilizarea factorului de încărcare termică din sistemul de ghidare a
aerului de stratificare produce debitul de aer introdus sau extras dintr-un sistem de ventilație prin stratificare. Cu toate acestea, rezultatul nu va fi
echivalent cu rezultatul obținut prin metoda de determinare a fluxurilor termice. Un proces cheie în ventilația stratificată este înlocuirea fluxurilor termice
și a înălțimii specificate a stratului stabilită în cadrul procesului. Acest lucru nu este luat în considerare la calculul sarcinii. Debitul de aer de
alimentare în acest caz nu va corespunde, în general, debitului necesar pentru înlocuirea debitelor termice pentru o anumită înălţime a stratului.
Dacă este mai redusă, aceasta va avea ca rezultat consecința nedorită ca fluxurile de aer să revină în zona de lucru; dacă este mai ridicată, funcția va fi
asigurată, dar cu un flux de aer inutil de mare. Aceasta trebuie să fie verificată pentru a oferi claritate. Aceasta înseamnă că este necesar un calcul de
ventilație stratificată bazat pe magnitudinea fluxurilor termice. Prin urmare, calculul stratului de ventilație care determină disiparea căldurii este efectuat
întotdeauna prin determinarea debitelor de aer pentru incalzire și nu prin calculul nivelului de noxe.
Componenta convectivă a fluxului de căldură
Tehnologia de ventilație poate disipa doar componenta convectivă a sarcinilor termice. Valorile de sarcină termică ce urmează a fi utilizate includ atât componenta convectivă, cât și componenta radiantă. Prin urmare, este necesar să se determine componentele corespunzătoare. Este posibil să se calculeze componenta radiată analitic, dar nu este adecvat în special pentru o procedură de calcul manual. Alternativ, componentele convective și radiante pot fi estimate prin analogie cu temperatura încăperii funcționale tR în conformitate cu DIN EN 7730, pentru care se stabilesc următoarele relații cu temperatura aerului tL,temperatura de radiație a suprafețelor de acoperire (vizibile) tU și viteza aerului wL în zona de lucru:
tR = 0.5tL + 0.5tU pt. wL < 0.2 m / s
tR = 0.6tL + 0.4tU pt.0.2 m / s ≤wL < 0.6 m / s
Pe baza coeficientului de temperatură a aerului tL, se poate presupune că componentele convective sunt 50% sau 60%, în funcție de viteza aerului din zona de lucru. Așa cum era de așteptat, valoarea depinde, de asemenea, de temperatura de suprafață a surselor de căldură și poate fi, de exemplu, ușor peste 60% în centrele de prelucrare cu diferențe de temperatură scăzute de aproximativ 3 K între suprafață și mediu și puțin sub 50% în cazul temperaturilor superficiale ale suprafeței.
Prin comparație, procedurile de calcul pentru proiectarea unui sistem de ventilație stratificată bazat pe fluxurile termice au avantajul că componentele sarcinilor termice care pot fi disipate convectiv sunt parte a calculelor și conduc la un debit optim de aer de alimentare care este cât mai scăzut posibil cu specificațiile relevante.
Valorile de referință vor fi utile doar pe termen scurt
Valorile de sarcină termică trebuie stabilite prin intermediul unor calcule sau măsurători. În cazul sarcinilor termice în instalațiile de producție, acest lucru poate fi adesea dificil și poate dura mult timp. Utilizarea valorilor de referință din evaluările conexiunilor electrice este cu siguranță mai rapidă și mai ușoară, dar implică o cantitate semnificativă de imprecizie. Din acest motiv, nu este recomandată. Aceste valori provin din aplicații specifice cu condiții care, în general, nu sunt cunoscute și, prin urmare, sunt irepetabile și nediferențiate.
Tabelul 1. Valori de referință pentru sarcini termice din valorile de conexiune conform reglementărilor
VDI 3802 și VDI 2262 furnizează date pentru producția mecanică în industria automobilelor (vezi Tabelul 1), dar fără nici o indicație dacă valoarea include eliminarea directă a cipului și / sau întreruperea externă de răcire a fluidului. Aceleași surse afirmă că, atunci când se iau în considerare aceste măsuri, valorile pot fi cu 30%, respectiv cu 70% mai mici. Aceasta înseamnă că debiturile de aer furnizate, calculate în acest fel pot să devieze cu peste 100%. O altă valoare care este încă utilizată în mod obișnuit este luată dintr-o directivă care a fost retrasă (DIN VDE 0100-300) pentru aplicații nespecificate în ingineria mecanică (fără informații despre componenta convectivă). Aceste aplicații ar putea include producția de prelucrare, mașinile de turnare prin injecție sau presele. Ratingurile de înaltă conexiune ale preselor, de exemplu, sunt utilizate numai pentru perioade foarte scurte, ceea ce duce la scăderea nivelului de eliberare a căldurii. Este rațional că o valoare standard pentru toate aceste aplicații va furniza rezultate corespunzător imprecise. Utilizarea valorilor de referință are drept rezultat o variație mare a mărimii fluxurilor de aer furnizat și, prin urmare, nu este adecvată pentru o proiectare fiabilă. Cu toate acestea, dacă este necesar, acestea pot fi folosite - cu rezerve - la începutul unui proiect pentru a furniza o estimare brută.
Valoarea minimă a debitului de aer extras
Dacă, teoretic, luăm debitul de aer ca zero, debitul de aer de alimentare este disipat de dispozitivele de colectare. Acest lucru înseamnă în mod necesar că
fluxurile termice sunt returnate complet în zona de lucru. Cu toate acestea, această situație trebuie evitată. Acest lucru poate fi obținut numai dacă mărimea
debitului de aer extras și pozițiile orificiilor de evacuare a aerului de extracție (la cel mai înalt punct al halei) sunt astfel proiectate încât aerul
continuă să „curgă” bine prin zona superioară a halei în ciuda dispozitivelor de colectare. Principiul de bază este: aerul extras nu trebuie să constea în
totalitate din aer colectat.
Pentru ventilare stratificată, fluxul de aer extras este guvernat de condiţia
m EXT ≥ 0.3⋅m SUP
Calcularea sarcinii de substanțe prin comparație
În mod similar cu calcularea sarcinii termice, ecuaţiile pentru calculul sarcinii de substanțe includ factorul de încărcare cu substanțe. Dacă valoarea
ventilației de amestecare este folosită pentru acest factor - prin definiție, valoarea 1 din nou - calculul sarcinii substanței se transformă în ecuațiile de
calcul ale debitului poluant de masă în hală / în aerul extras. Aceste ecuații presupun o distribuție uniformă a poluantului în zona relevantă de flux din
hală, dar acest lucru este garantat cu un factor de încărcare a substanței 1.
Alegerea unui factor de sarcină sau încărcare a substanței din sistemul de ghidare a aerului de stratificare produce cantitatea de aer furnizată de un sistem
de ventilație prin stratificare. Dar, la fel ca și în cazul sarcinilor termice, este adevărat și aici că debitul de aer de alimentare calculat în acest fel nu
este neapărat debitul necesar pentru înlocuirea debitelor termice. Pentru a clarifica această problemă, un sistem de ventilație stratificat trebuie proiectat
pe baza debitelor fluxurilor termice. Cu toate acestea, algoritmul nu ia în considerare sarcina poluantă. Singura cerință este eliberarea combinată a
încărcăturii poluante și a căldurii, astfel încât fluxurile termice să poată disipa substanțele. Prin urmare, este posibil să se determine un debit de aer de
alimentare mai mic pentru a înlocui fluxurile termice la înălțimea specificată a stratului decât la calculul sarcinii. În acest caz, valoarea mai mare de la
calculul sarcinii este utilizată pentru proiectare, deoarece mărimea debitului de aer de alimentare în acest caz asigură faptul că se respectă o anumită
concentrație specifică de poluant în zona de lucru.
Acest articol arată că calculele de sarcină pot fi folosite pentru a determina debitul de aer de alimentare pentru diferite tipuri de sisteme de ghidare a aerului prin intermediul factorilor de sarcină. În cazul disipării sarcinii termice, calculul bazat pe fluxurile termice este utilizat pentru sistemul de ghidare a stratului de aer. La disiparea poluanților, debitul de aer de alimentare calculat folosind fluxurile termice trebuie să fie cel puțin la fel de mare ca debitul din calculul sarcinii.