Wentylacja - zagadnienia opracowane.doc

1.    Definicyjne rodzaje wentylacji. Różnica definicyjna pomiędzy wentylacją, a klimatyzacją.

Rodzaje wentylacji:
- naturalna:
              - wietrzenie,
              - wentylacja grawitacyjna,
              - wentylacja poprzeczna,
- mechaniczna,
- hybrydowa,

Podział wentylacji ze względu na źródło ruchu powietrza:
- wentylacja naturalna,
- wentylacja mechaniczna,

Podział wentylacji ze względu na zakres oddziaływania:
- wentylacja ogólna,
- wentylacja miejscowa.

Podział wentylacji ze względu na charakterystykę obsługiwanego obiektu lub pomieszczenia:
- wentylacja bytkowa,
- wentylacja przemysłowa,

Podział wentylacji ze względu na kierunek ruchu powietrza względem pomieszczenia:
- wentylacja wywiewna,
- wentylacja nawiewna,
- wentylacja nawiewno-wywiewna,

Podział wentylacji ze względu na różnicę ciśnienia wewnątrz i na zewnątrz pomieszczenia:
- wentylacja nadciśnieniowa,
- wentylacja podciśnieniowa,

Podział wentylacji ze względu na stopień uzdatnienia powietrza:
- wentylacja,
- wentylacja z chłodzeniem lub ogrzewaniem,
- wentylacja z nawilżaniem lub osuszaniem,
- klimatyzacja,

Wentylacja – planowany nawiew i usuwanie powietrza z obsługiwanego pomieszczenia. Zadaniem wentylacji jest zapewnienie odpowiedniej jakości powietrza z punktu widzenia organizmu ludzkiego lub wymagań procesu technologicznego. Wymiana powietrza w pomieszczeniu ma na celu usunięcie zanieczyszczeń gazowych, parowych lub pyłowych albo ich rozcieńczenie do wartości dopuszczalnych.

Wentylacja naturalna – dopływ powietrza zewnętrznego przez nieszczelności (infiltracja) i otwory (wentylacja) w budynku w wyniku różnicy ciśnienia bez wspomagania urządzeniami zasilanymi elektrycznie.

Wietrzenie – wentylacja naturalna w wyniku otwierania okien.

Wentylacja grawitacyjna – wentylacja naturalna za pomocą przewodów pionowych lub pod kątem maksymalnie 45 stopni.

Wentylacja poprzeczna – wentylacja naturalna, przepływ powietrza wywołany głównie przez wpływ ciśnienia wiatru na fasady budynku, bez znaczącego wpływu efektu kominowego.

Wentylacja mechaniczna – wentylacja ze wspomaganiem zasilanych elektrycznie urządzeń wprowadzających powietrze w ruch.

Wentylacja hybrydowa – wentylacja działająca na zasadzie, w myśl której wentylacja naturalna może być co najmniej okresowo wspomagana lub zastępowana wentylacją mechaniczną.

Wentylacja ogólna – wymiana powietrza w całym pomieszczeniu.

Wentylacja miejscowa – wymiana powietrza w danym obszarze, np. usuwanie zanieczyszczeń bezpośrednio w miejscu ich powstawania, nawiew powietrza bezpośrednio na stanowisko pracy, nawiew powietrza przez kurtyny powietrzne.

Wentylacja bytowa – zapewnienie wymaganych warunków komfortu użytkownikom.

Wentylacja przemysłowa – zapewnienie odpowiednich warunków dla procesów technologicznych lub zabezpieczenie użytkowników przed zanieczyszczeniami powstającymi w wyniku tych procesów.

Wentylacja wywiewna – powietrze usuwane jest mechanicznie, dostarczane w sposób naturalny w wyniku podciśnienia.

Wentylacja nawiewna – powietrze doprowadzane mechanicznie, usuwane naturalnie w wyniku nadciśnienia.

Wentylacja nawiewno-wywiewna – zorganizowany sposób mechanicznego dostarczania i usuwania powietrza.

Wentylacja nadciśnieniowa – strumień objętości powietrza nawiewanego jest większy od wywiewanego.

Wentylacja podciśnieniowa – strumień objętości powietrza wywiewanego jest większy od nawiewanego.

Wentylacja z chłodzeniem lub ogrzewaniem – możliwość kształtowania temperatury powietrza.

Wentylacja z nawilżaniem lub osuszaniem – możliwość kształtowania wilgotności powietrza.

Klimatyzacja – forma uzdatniania powietrza charakteryzująca się utrzymywaniem na odpowiednim poziomie temperatury, wilgotności, wymiany powietrza i jego czystości; jeśli nie kontroluje się dowolnego z tych parametrów (za wyjątkiem wymiany powietrza), to system ten określa się jako klimatyzacja częściowa.

2.    Związki pomiędzy podstawowymi parametrami powietrza – równanie stanu.

Właściwości fizyczne powietrza:
- temperatura,
- ciśnienie,
- wilgotność,
- równanie Clapeyrona,
- gęstość, ciężar właściwy,
- entalpia, entalpia właściwa,
- wykres (h,x), (i, x) Molliera

Równanie Clapeyrona (równanie stanu) - równanie stanu opisujące związek pomiędzy temperaturą, ciśnieniem i objętością gazu doskonałego, a w sposób przybliżony opisujący gazy rzeczywiste.

gdzie:
p – ciśnienie,
V – objętość,
R – stała gazowa (8,314 J/(mol K)
T – temperatura [K]

Objętość właściwa:

gdzie:
ρ-gęstość

Stała gazowa:
Rpowietrza suchego = 287 J/kgK

Rpary wodnej = 41,5 J/kgK

Rpowietrza wilgotnego =(zależy od wilgotności), np. 350 J/kgK

Gęstość gazu:

3.    Stała gazowa – definicja, obliczenia dla pojedynczych gazów oraz dla mieszanin przy znanych udziałach masowych i objętościowych.

Stała gazowa - stała fizyczna równa pracy wykonanej przez 1 mol gazu doskonałego podgrzewanego o 1 kelwin (stopień Celsjusza) podczas przemiany izobarycznej.

gdzie:
R – stała gazowa,
MR – uniwersalna stała gazowa 8314,7 [J/kmol K]
Mi – masa cząsteczkowa [kg/mol]

Obliczanie stałej gazowej dla pojedynczych gazów:

Za Mi wstawiamy masę cząsteczkową, np. O2 =2*16 = 32, a za MR podstawiamy 8314,7 i wychodzi R.

Obliczanie stałej gazowej dla mieszanin i gazów przy znanych udziałach masowych:

gdzie:
RZ – stała gazowa mieszaniny
mi - masa gazu
m – masa całej mieszaniny
Ri – stała gazowa

Obliczanie stałej gazowej dla mieszanin i gazów przy znanych udziałach objętościowych:

gdzie:
RZ – stała gazowa mieszaniny
ri – udział objętościowy
Mi – masa cząsteczkowa

4.    Gęstość gazu, gęstość mieszaniny gazów – obliczenia. Porównanie gęstości różnych mieszanin i gazów.

Gęstość:

gdzie:
m – masa,
V – objętość,

(UZUPEŁNIĆ !!!)

5.    Wilgotność powietrza – rodzaje, definicje, sens fizyczny.

Wilgotność powietrza - zawartość pary wodnej w powietrzu. Maksymalna wilgotność, czyli maksymalna ilość pary wodnej w określonej ilości powietrza silnie zależy od temperatury powietrza. Im wyższa temperatura powietrza, tym więcej pary wodnej może się w nim znajdować.

Rodzaje wilgotności:
- bezwzględna,
- względna,
- właściwa,

(UZUPEŁNIĆ !!!)

6.    Entalpia – definicja, sens fizyczny.

Entalpia – miara energii wewnętrznej zgromadzonej w strukturze cząstek i atomów.

Dla gazów doskonałych (oraz dla gazów spotykanych w klimatyzacji) spełnione jest równanie:

i = U + p·V

gdzie:
U – energia wewnętrzna układu
p- ciśnienie
V – objętość

Sens fizyczny

H=U+pV

gdzie:
U - energia wewnętrzna układu,
p – ciśnienie
V - objętość

Z powyższego wzoru wynika sens fizyczny entalpii. Entalpia jest równa sumie energii wewnętrznej, czyli energii jaka jest potrzebna do utworzenia układu gdy jest on tworzony w otoczeniu próżni oraz iloczynu pV, który jest równy pracy jaką należy wykonać nad otoczeniem by w danych warunkach uzyskać miejsce na układ.

7.    Przemiany powietrza związane z jego przygotowaniem w urządzeniach wentylacyjno-klimatyzacyjnych – graficzna interpretacja na wykresie i-x, obliczenia dotyczące mocy urządzeń, umiejętność projektowania na wykresie kilku następujących po sobie przemian.

Przemiany powietrza związane z jego przygotowywaniem w urządzeniach wentylacyjno-klimatyzacyjnych:
- nagrzewanie,
- chłodzenie,
- nawilżanie,
- mieszanie,

Nagrzewanie powietrza – odbywa się przy stałej zawartości wilgoci w powietrzu. Ilość ciepła dostarczanego do powietrza w celu jego ogrzania oblicza się z zależności:

gdzie:
QN – ilość ciepła dostarczanego do powietrza,
V – strumień objętości powietrza ogrzewanego,
ρp – gęstość powietrza (1,2 kg/m3)
h1 – entalpia powietrza w punkcie 1,
h2 – entalpia powietrza w punkcie 2.

Ponieważ proces przebiega przy stałej zawartości wilgoci w powietrzu można również wykorzystać zależność:

gdzie:
QN – ilość ciepła dostarczanego do powietrza,
V – strumień objętości powietrza ogrzewanego,
ρp – gęstość powietrza (1,2 kg/m3),
cp – ciepło właściwe powietrza (1,005 kJ/kgK)
t1 – temperatura powietrza w punkcie 1,
t2 – temperatura powietrza w punkcie 2.

Chłodzenie powietrza z wykorzystaniem chłodnicy przeponowej – proces może przebiegać na dwa sposoby:
a) przy stałej zawartości wilgoci (x) – w przypadku gdy temperatura powierzchni chodnicy przeponowej jest wyższa od temperatury punktu rosy przepływającego przez nią powietrza

Moc chłodnicy oblicza się ze wzoru:

gdzie:
Qch – ilość ciepła dostarczanego do powietrza,
V – strumień objętości powietrza chłodzonego,
ρp – gęstość powietrza (1,2 kg/m3)
h1 – entalpia powietrza w punkcie 1,
h2 – entalpia powietrza w punkcie 2

b) przy zmiennej wilgotności (x), następuje dodatkowo osuszanie powietrza. Jest to przypadek, w którym temperatura powierzchni chłodnicy przeponowej jest niższa od temperatury punktu rosy powietrza przepływającego przez nią.

Ilość wilgoci odprowadzonej z powietrza oblicza się ze wzoru:

gdzie:
mw – ilość wilgoci odprowadzonej z powietrza,
V – strumień objętości powietrza chłodzonego,
ρp – gęstość powietrza (1,2 kg/m3)
x1 – zawartość pary wodnej w powietrzu w punkcie 1,
x2 – zawartość pary wodnej w powietrzu w punkcie 2

Nawilżanie parowe – polega na bezpośrednim wprowadzeniu pary do powietrza wentylacyjnego. Kierunek przemiany na wykresie h-x zależy od entalpii pary (hp). W przypadku pary nasyconej o temperaturze ok. 100 – 110 st. C w dużym przybliżeniu kierunek przemiany pokrywa się z izotermą nawilżanego powietrza. Kierunek przemiany (ε) można wyznaczyć z zależności:

gdzie:
h1 – entalpia powietrza w punkcie 1,
h2 – entalpia powietrza w punkcie 2,
x1 – zawartość pary wodnej w powietrzu w punkcie 1,
x2 – zawartość pary wodnej w powietrzu w punkcie 2,
hp – entalpia pary
tp – temperatura pary

Proces nawilżania adiabatycznego w komorze zraszania – podczas tego procesu dochodzi do bezpośredniego kontaktu powietrza z wodą. Następuje ochłodzenie i nawilżenie powietrza w procesie adiabatycznym.

Mieszanie strumienie powietrza ( w tym recyrkulacja) – kierunek przemiany oraz punkt końcowy (M) zależą od parametrów oraz strumieni objętości mieszanego powietrza. Można wyróżnić dwa przypadki:
- punkt mieszania znajduje się w obszarze powietrza wilgotnego,
- punkt mieszania (M) znajduje się w obszarze powietrza zamglonego. W tym przypadku dojdzie do wykroplenia/wymrożenia nadmiaru pary wodnej w komorze mieszania, a cząsteczki wody będą zawieszone w powietrzu. Samo powietrze (po odprowadzeniu nadmiaru wody) będzie miało parametry podpowiadające punktowi (M’) – wilgotność względna 100%. Punkty M’ i M leża na izotermie termometru mokrego.

(UZUPEŁNIĆ !!! )

8.    Zyski jawne i utajone ciepła w pomieszczeniu. Interpretacja graficzna na wykresie i-x.

Zyski jawne ciepła w pomieszczeniu:
- ludzie,
- oświetlenie,
- urządzenia,
- nasłonecznienie,
- procesy technologiczne,
- materiały wprowadzane lub wyprowadzane z pomieszczenia,
- infiltracja powietrza,
- wymiana powietrza z sąsiednimi pomieszczeniami,
- przenikanie powietrza przez przegrody zewnętrzne budynku.

Zyski utajone ciepła w pomieszczeniu:
- ciepło parowania

9.    Pojęcie NDS i NDSch. Obowiązujące limity dla CO i CO2 dla stanowisk pracy, a także dla podziemnego zakładu górniczego. Umiejętność zamiany jednostek mg/m3, %obj., ppm.

NDS - Najwyższe Dopuszczalne Stężenie: stężenie, którego oddziaływanie na pracownika w ciągu 8-godzinnego czasu pracy przez okres jego aktywności zawodowej nie powinno spowodować ujemnych zmian w jego stanie zdrowia oraz w stanie zdrowia jego przyszłych pokoleń.

NDSCh - Najwyższe Dopuszczalne Stężenie Chwilowe: j.w. lecz gdy utrzymują się w środowisku pracy nie dłużej niż 30 min. w czasie zmiany roboczej.

NDS dla CO2: 9000 mg/m3
NDSch dla CO2: 27000 mg/m3

NDS dla CO: 30 mg/m3
NDSch dla CO: 180 mg/m3

NDS dla CO2 w podziemnych zakładach górniczych: 1%
NDSch dla CO2 w podziemnych zakładach górniczych: 1%

Zamiana jednostek:

100% objętościowych = 1000000 ppm

1% objętościowy = 10000 ppm

0,5% objętościowego = 5000 ppm

0,1% objętościowego = 1000 ppm

1 ppm = 0,0001%

10.                      Metoda pomiaru prędkości powietrza anemometrem. Obliczenia wydatku objętościowego i masowego.

9