Аэродинамический расчет вентиляции
Одним из способов снижения влажности и температуры воздуха является вентиляция каналов. Вентиляционные потоки способствуют интенсивному тепломассообмену и переносу тепла и влаги в канале. По способу движения воздуха вентиляция является системой с естественным побуждением воздуха. Расход воздуха, создаваемый вытяжками, определяется гравитационным напором, который зависит от высоты шахт, температуры воздуха в канале и на улице. Одна из шахт является приточной, вторая – вытяжной. При попадании наружного воздуха в канал по мере его продвижения он нагревается, насыщается влагой и выносится через вытяжную шахту на улицу. По мере проветривания, снижается влагосодержание и температура воздуха в каналах.
Аэродинамический расчет выполняется по схеме, приведенной на рис. 1.
Тяга, создаваемая вентиляционными шахтами, зависит от высоты и температуры воздуха и определяется в первом приближении:
, Па 
(1)
где: h – разность высот приточной и вытяжной шахт, м
Н – пьезометрическая высота канала, м
rн, rв – плотность воздуха наружного и в канале, кг/ м3.
Вентиляция каналов
Вентиляция тепловой камеры
Рис. 1. Вентиляция каналов и тепловой камеры
Потери давления:
Рп=Рпр+Рв+Ркан; (2)
где
Рпр = (z1+z2)* rн* V2П/2 – потери давления на входе и выходе из приточной шахты, Па
z1,z2 – коэффициенты местных сопротивлений на входе и выходе приточной шахты
VП – скорость в приточной шахте, м/с
РВ = (z1в+z2в)* rв* V2в/2 – потери давления на входе и выходе из вытяжной шахты, Па
z1В, z2В – коэффициенты местных сопротивлений на входе и выходе вытяжной шахты;
Vв – скорость в приточной шахте, м/с.
Испытания по определению коэффициента потерь на входе и выходе разработанных приточной и вытяжной шахт показывают, что величина z1 = 0,72, z1В, z2=1., z2В =0,92.
Потери давления в тепловом канале:
, Па
где
l – коэффициент трения,
l – длина участка,
dэкв – эквивалентный диаметр,
W– скорость воздуха в канале, м/с;
Приравнивая тягу (1) потерям давления (2), определим скорость в приточной шахте:
Определяем расход воздуха
Lрас= V. fп ;
Если Lрас меньше Lтр, необходимо увеличить количество приточных шахт.
Количество удаляемой влаги можно определить как:
∆G ═ L (dк – dп), г/ч
где: dк – влагосодержание воздуха в тепловом канале, г/м3;
dп – влагосодержание приточного воздуха, г/м3;
L – расход воздуха по каналу, м3/ч.
Наиболее эффективно процессы осушения и снижения влажности будут происходить в зимнее время, т.к. влагосодержание наружного воздуха мало. Так в зимний период средняя температура воздуха составляет –150, влажность 90%, что соответствует влагосодержанию 1,1 г/кг. При температуре в канале 300 и влажности 70% влагосодержание составляет 18,9 г/кг. Таким образом, наружный воздух нагревается и насыщается влагой, осушая поверхности каналов.
Существующие конструктивные
решения вентиляции
Вентиляционные шахты устанавливаются на верхней плите перекрытия тепловых камер. Для этого пробивается отверстие и монтируется металлическая труба, основание которой бетонируется. Сверху труба имеет крышку, по бокам прорези для прохода воздуха. На данный момент существует большое количество конструкций вентиляционных шахт, которые отличаются по диаметрам и высоте труб, размерами и расположением приточных и вытяжных отверстий.
Для снижения стоимости монтажа вентиляционных шахт разработана конструкция, которая позволяет проводить их установку на люки вместо крышек, и сниматься для проведения работ в камерах и каналах. Шахта имеет узлы крепления к люку для предотвращения попадания в камеры посторонних лиц. (Рис.1).
Результаты испытаний
После установки вентиляционных шахт на участках теплотрасс проведены замеры скорости, температуры и влажности воздуха. Проведенные испытания показывают, что применение вентиляции каналов на теплотрассах позволило:
q уменьшить влажность воздуха и снизить влагосодержание в теплоизоляции,
q избавиться от капели на перекрытиях каналов и камер,
q контролировать условия в каналах (интенсивное парение указывает на наличие свища, прорыва, затопления).
Как показывает опыт эксплуатации:
q при соприкосновении исходящей струи воздуха на выходе из канала с холодной поверхностью происходит выпадение капельной влаги на поверхностях элементов конструкции тепловых камер, что требует их антикоррозионной защиты;
q вентиляция каналов, в которых часть труб и теплоизоляции находится в воде, может быть нецелесообразной. Движущийся воздух испаряет влагу с верхней части теплоизоляции, что вызывает постоянный приток аэрированной воды в теплоизоляцию и активизацию процессов коррозии из-за постоянной подачи кислорода.
Следует считать целесообразным применение таких систем на тепловых камерах, с предварительным, тщательным изучением участков теплотрасс и условий эксплуатации. Очевидно, что вентиляция каналов не является универсальным средством, которое решит все проблемы с коррозией, но ее применение при соблюдении всех строительных требований к прокладке теплотрасс, наличие дренажей, гидроизоляции каналов, антикоррозионного покрытия, станций катодной защиты позволит увеличить сроки службы трассы.
Список литературы
1. Н.Д.Томашов. Теория коррозии и защиты металлов. – Академия Наук СССР, 1959 г.
2. К.З.Ушаков, А.С.Бургаков и др. Аэрология горных предприятий. – М., Недра, 1987 г.