Наземные системы обеспечения комфортной жизнедеятельности
Покупка
Автор:
Пешти Юрий Викторович
Год издания: 2015
Кол-во страниц: 480
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7038-4066-5
Артикул: 805326.01.99
Доступ онлайн
В корзину
В учебнике дано описание технических средств для обеспечения комфортных условий жизнедеятельности человека в помещениях, обслуживающих ракетно-космическую отрасль. Для указанного характера выполняемой человеком работы (отдыха) или условий протекания производственных и технологических процессов рассмотрены системы кондиционирования воздуха с различными источниками энергии, вентиляции, а также системы обеспечения жизнедеятельности человека в агрессивной окружающей среде. Приведены системы кондиционирования воздуха с воздушными холодильными машинами — высокооборотными детандерами с газовой смазкой узлов трения, — используемые в авиации, специальном наземном транспорте и др. Все системы, машины и аппараты сопровождаются примерами расчета в энергосберегающем режиме работы.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения". Может быть полезен аспирантам и специалистам в области проектирования, производства и эксплуатации ракет и ракетно-космических комплексов.
Тематика:
ББК:
УДК:
- 6297: Авиация и космонавтика. Летательные аппараты. Ракетная техника. Космическая техника
- 696: Инженерное оборудование сооружений
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 16.03.03: Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения
- ВО - Специалитет
- 24.05.01: Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
К 150-летию Научно-учебного комплекса «Энергомашиностроение» ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЕ
Редакционный совет А. А. Александров (председатель), д-р техн. наук А. А. Жердев (зам. председателя), д-р техн. наук В. Л. Бондаренко, д-р техн. наук А. Ю. Вараксин, д-р физ.-мат. наук, член-корреспондент РАН К. Е. Демихов, д-р техн. наук Ю. Г. Драгунов, д-р техн. наук, член-корреспондент РАН Н. А. Иващенко, д-р техн. наук В. И. Крылов, канд. техн. наук М. К. Марахтанов, д-р техн. наук С. Е. Семенов, канд. техн. наук В. И. Хвесюк, д-р техн. наук Д. А. Ягодников, д-р техн. наук
Ю.В. Пешти Наземные системы обеспечения комфортной жизнедеятельности Допущено Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 141200 «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения» и специальности 160401 «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов»
УДК 629.7.048.3(075.8) ББК 38.762.3 П31 Рецензенты: кафедра «Техника низких температур» им. П.Л. Капицы Московского государственного университета инженерной экологии (зав. кафедрой д-р техн. наук, профессор И.М. Калнинь), д-р техн. наук, профессор Б.Т. Маринюк, канд. техн. наук, профессор В.Ф. Рожнов Пешти, Ю. В. Наземные системы обеспечения комфортной жизнедеятель- ности : учебник / Ю. В. Пешти. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. — 479, [1] с. : ил. ISBN 978-5-7038-4066-5 В учебнике дано описание технических средств для обеспечения комфортных условий жизнедеятельности человека в помещениях, обслуживающих ракетно-космическую отрасль. Для указанного характера выполняемой человеком работы (отдыха) или условий протекания производственных и технологических процессов рассмотрены системы кондиционирования воздуха с различными источниками энергии, вентиляции, а также системы обеспечения жизнедеятельности человека в агрессивной окружающей среде. Приведены системы кондиционирования воздуха с воздушными холодильными машинами — высокооборотными детандерами с газовой смазкой узлов трения, — используемые в авиации, специальном наземном транспорте и др. Все системы, машины и аппараты сопровождаются примерами расчета в энергосберегающем режиме работы. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения». Может быть полезен аспирантам и специалистам в области проектирования, производства и эксплуатации ракет и ракетно- космических комплексов. УДК 629.7.048.3(075.8) ББК 38.762.3 Пешти Ю. В., 2015 Оформление. Издательство ISBN 978-5-7038-4066-5 МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015 П31
Оглавление 5 ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ............................................................................................... 8 Основные обозначения и сокращения ...................................................... 10 Введение ..................................................................................................... 12 Глава 1. Атмосферный воздух ................................................................ 19 1.1. Влажный и сухой воздух ............................................................. 19 1.2. Диаграммы состояния влажного воздуха ................................... 36 Глава 2. Источники теплоты и влаги .................................................... 52 2.1. Живые организмы как источники теплоты и влаги .................. 52 2.2. Теплота, поступающая в помещение от оборудования и источников искусственного освещения .................................. 56 2.3. Поступление в помещение теплоты от продуктов сгорания и нагретых поверхностей ............................................................. 57 2.4. Поступление теплоты через ограждения и капитальные стены помещения ......................................................................... 61 2.5. Поступление в помещение теплоты и влаги от нагретых открытых водных поверхностей ................................................. 77 Глава 3. Вентиляция помещений ........................................................... 88 3.1. Естественная и принудительная вентиляция ............................. 88 3.2. Определение расхода приточного воздуха ................................ 91 3.3. Схемы распределения отверстий для подачи воздуха внутри помещения .................................................................................... 94 3.4. Движение воздуха в помещении и магистральных сетях ......... 104 3.5. Циклическая работа системы вентиляции ................................. 109 Глава 4. Использование природных возобновляемых источников энергии для кондиционирования воздуха ........................................... 116 4.1. Наземные и подземные воды как источники энергии в системах кондиционирования воздуха .................................... 116 4.2. Энергия льда, намороженного в зимний период, используемая для кондиционирования воздуха ................................................ 122 4.3. Энергия ночного холодного воздуха, используемая в дневное время суток .................................................................. 127 4.4. Использование солнечной энергии в системах кондициониро- вания воздуха ................................................................................ 131
Оглавление Глава 5. Процессы обработки воздуха в системах кондиционирования ........................................................................................................... 134 5.1. Особенности и способы тепловлажностной обработки воздуха ........................................................................................... 134 5.2. Расчет тепломассообмена при непосредственном контакте воздуха с водой ............................................................................. 143 5.3. Область возможного изменения состояния воздуха при его непосредственном контакте с водой ........................................... 147 5.4. Очистка воды от вредных бактериологических примесей ....... 167 Глава 6. Специальные процессы тепловлажностной обработки воздуха ........................................................................................................ 171 6.1. Доувлажнение воздуха в помещениях. Увлажнители воздуха ........................................................................................... 171 6.2. Осушка воздуха в помещениях ................................................... 187 Глава 7. Фильтры и другие технические устройства систем вентиляции и кондиционирования ................................................................. 221 7.1. Фильтры грубой очистки воздуха ............................................... 221 7.2. Фильтры тонкой и особо тонкой очистки воздуха .................... 236 7.3. Очистка воздуха от газовых, аэрозольных нежелательных и вредных примесей ..................................................................... 244 7.4. Специальные устройства в системах кондиционирования воздуха ........................................................................................... 248 Глава 8. Аппараты систем кондиционирования для тепловлаж- ностной обработки воздуха ..................................................................... 254 8.1. Поверхностные теплообменные аппараты с гладкими трубками ........................................................................................ 254 8.2. Поверхностные теплообменные аппараты с оребренными трубками ........................................................................................ 261 8.3. Сухие рассольные теплообменные аппараты ............................ 273 8.4. Пластинчатые поверхностные теплообменные аппараты ........ 279 8.5. Тепловые трубы ............................................................................ 286 8.6. Форсуночные камеры ................................................................... 298 8.7. Тепломассообменные аппараты с орошаемой насыпной насадкой ........................................................................................ 303 8.8. Приточно-вытяжная система кондиционирования для утилизации теплоты удаляемого воздуха ................................... 308 Глава 9. Системы кондиционирования воздуха общего назначения ... 315 9.1. Центральные системы кондиционирования воздуха ................ 315
Оглавление 7 9.2. Центрально-местные системы кондиционирования воздуха с чиллерами и фанкойлами .......................................................... 326 9.3. Автономные системы кондиционирования воздуха ................. 330 Глава 10. Системы кондиционирования с воздушными холодиль- ными машинами ...................................................................................... 344 10.1. Наземные системы кондиционирования с воздушными холодильными машинами общего назначения ........................ 344 10.2. Шахтное кондиционирование воздуха ..................................... 354 10.3. Системы прецизионного кондиционирования воздуха .......... 360 Глава 11. Узлы трения с газовой смазкой машин систем кондици- онирования воздуха ................................................................................. 384 11.1. Характерные свойства газов как смазочных веществ ............. 384 11.2. Принцип работы и конструктивные схемы узлов трения ....... 388 11.3. Основные характеристики системы ротор — газовый подвес ..... 399 11.4. Расчет и конструктивные схемы газовых подшипников и подвесов ................................................................................... 404 Глава 12. Наземные замкнутые технические системы обеспечения жизнедеятельности .................................................................................. 420 12.1. Экологическая система человек — микроатмосфера скафандра .................................................................................... 420 12.2. Расчет автономной системы жизнеобеспечения .................. 426 12.3. Системы обеспечения жизнедеятельности человека на морской глубине .................................................................... 439 Литература .................................................................................................. 443 Приложение 1 ............................................................................................. 444 Приложение 2 ............................................................................................. 476
Предисловие Предисловие В последнее время в связи с быстро изменяющимися и возрастающими требованиями к точности протекания различных, особенно новых, наукоемких технологических и промышленных процессов, в частности, при изготовлении космических комплексов и систем, а также в наземных системах управления ракетно- космическими комплексами возникает необходимость поддержания в помещениях с помощью технических средств искусственной атмосферы со стабильными длительное время параметрами, резко отличающимися от параметров окружающей среды. Например, в подводных лодках и домах, расположенных в зонах освоения континентального шельфа морей, при горячей обработке в инертной среде тугоплавких редкоземельных металлов, в случае техногенных катастроф (в частности, при разрывах магистральных газопроводов) и т. п. В то же время повсеместно на Земле ухудшается экологическая обстановка, особенно это касается крупных городов и помещений, где трудятся или отдыхают люди. Для улучшения и создания комфортной среды обитания человека и необходимых условий осуществления технологиче- ских процессов в этих помещениях применяют такие технические средства, как системы вентиляции, кондиционирования и обеспе- чения жизнедеятельности. Сохранение Россией научно-технического и производственно- го потенциала в области космонавтики на уровне наработок, сде- ланных в СССР, близких к мировым стандартам, и наметившаяся тенденция дальнейших исследований космического пространства, рост объема мирового рынка космических услуг — все это диктует необходимость формирования единого и нового подхода к подго- товке специалистов (инженеров) в рассматриваемой области науки, в машиностроение и технологиях. Создание комфортных условий жизнедеятельности человека чрезвычайно важно не толь- ко на космических объектах и наземных сооружениях ракетно- космических комплексов, но и в повседневной жизни. По мнению автора, материал, изложенный в учебнике, будет способствовать более качественной подготовке специалистов в рассматриваемой области науки и техники на современном этапе ее развития.
Предисловие 9 В основу книги положены лекции, читаемые автором в Москов- ском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана, а также многолетний опыт исследовательской и преподавательской работы на кафедре «Холодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения». Приложение 1 написано канд. техн. наук И.В. Тищенко. Автор глубоко признателен коллективу кафедры «Техника низких температур» им. П.Л. Капицы Московского государствен- ного университета инженерной экологии, возглавляемой д-ром техн. наук, профессором И.М. Калнинем, д-ру техн. наук, профес- сору Б.Т. Маринюку, канд. техн. наук, профессору кафедры систем жизнеобеспечения и защиты ракетно-космических аппаратов Мос- ковского авиационного института (национального исследователь- ского университета) В.Ф. Рожнову за сделанные ими замечания и предложения при рецензировании рукописи. Автор выражает ис- креннюю благодарность канд. техн. наук, доценту Ю.Д. Фролову и всем, кто принимал участие в обсуждении и подготовке к изданию учебника.
Основные условные обозначения и сокращения Основные обозначения и сокращения V — объем, м3 v — объем удельный, м3/кг T — абсолютная температура, K t — температура, °C p — давление, Па m — масса, кг М — молярная масса, кг/моль — вязкость динамическая, Па · с — вязкость кинематическая, м2/с — влажность относительная d — влажность абсолютная, г/кг (с. в.) i С — концентрация i-го компонента смеси, % С — концентрация массовая, кг/м3 M C — концентрация молярная, моль — натяжение поверхностное, Н/м v — скорость движения среды, м/с с — теплоемкость, Дж/K cm — теплоемкость удельная, Дж/(кг · K) R — универсальная газовая постоянная, R = 8314,2 Дж/(кмоль · K) Rг — газовая постоянная, Дж/(кг · K) r — теплота удельная, Дж/кг — время, с Ф — поток тепловой, Вт q — плотность теплового потока, Вт/м2 F — площадь поверхности, м2 — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 · K) — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 · K) Q — теплота, Дж qm — расход массовый, кг/с qt — расход объемный, м3/с — теплопроводность, Вт/(м · K) a — температуропроводность, м2/с — плотность, кг/м3 H — энтальпия, Дж/кг W — внешняя статическая нагрузка, Н Q0 — холодопроизводительность, Вт К — кратность воздухообмена
Основные обозначения и сокращения 11 η — коэффициент полезного действия ω — угловая скорость, рад/с g — ускорение свободного падения, м/с2 Λ — число сжимаемости для газодинамического подшипника f — частота колебаний, с–1 Ar — число Архимеда We — число Вебера Gr — число Грасгофа Lo — число Ломоносова Nu — число Нуссельта Pr — число Прандтля Re — критерий Рейнольдса Kn — число Кнудсена aзв — скорость звука, м/с e — эксцентриситет, м A — амплитуда колебаний, м П — периметр, м Ne — мощность эффективная, Вт P — сила тяжести, Н АСОЖ — автономная система обеспечения жизнедеятельности АЭС — атомная электростанция ВХМ — воздушная холодильная машина ГТУ — газотурбинная установка ПДК — предельно допустимая концентрация ПСКВ — прецизионные системы кондиционирования воздуха РЭТ — радиационно-эффективная температура СЖО — система жизнеобеспечения СКВ — системы кондиционирования воздуха СОЖ — системы обеспечения жизнедеятельности ЭЭТ — эквивалентно-эффективная температура
Введение Введение Естественная нормальная среда обитания человека на Земле характеризуется наличием магнитного поля напряженностью 0,3…0,6 Гс; газовым составом атмосферы (~78 % азота N, ~21 % кислорода О2, 0,03…0,04 % диоксида углерода СО2); ускорением силы тяжести ( 9,8 м/с2); атмосферным давлением (0,1 МПа ≈ ≈ 760 мм рт. ст.); уровнем солнечной радиации; температурой атмосферы (– 50…+50 С). Среду обитания человека, которая длительное время не содержит раздражающих и возбуждающих факторов, препятствующих или ограничивающих физическую и умственную работу, а также отдых, называют комфортной средой жизнедеятельности. Это понятие также применимо к нормальному протеканию различных технологических и промышленных процессов. Комфортной средой жизнедеятельности человека на Земле считают воздушную среду, определяемую приведенными ниже факторами. 1. Относительная влажность воздуха φв = 40…70 % (при φв < < 40 % ощущается сухость во рту, выражающаяся в покашливании, при φв > 70 % — духота в помещении). 2. Скорость движения воздуха в помещении, где находится человек, vв = 0,15…0,3 м/с (при vв 0,1 м/с ощущается духота в помещении, при v в ≤ 0,3 м/с — дискомфорт, связанный с разной степенью отвода или подвода теплоты с поверхности тела человека воздушным потоком, поэтому в зоне подачи воздуха необходимо периодически изменять направление его движения). 3. Температура воздуха, различающаяся по длине тела челове- ка (голова — ноги), t в = 2…3 С (по поговорке «держи ноги в теп- ле, а голову в холоде»). При этом температура пола в помещениях, где люди находятся в движении, не должна превышать 25 С, а при их пребывании в состоянии покоя — 28 С. 4. Температура воздуха в помещении tв.пом, определяемая СНиП 2.04.05–91*, зависит от характера деятельности человека, его индивидуальных особенностей и метеорологического факто- ра — совместного действия на организм человека температуры, влажности и скорости движения воздуха в окружающей среде. Для оценки одновременного влияния этих параметров введена так
Введение 13 называемая эквивалентно-эффективная температура (ЭЭТ), кото- рая не равна температуре окружающего воздуха. Эта величина яв- ляется условной и определяет одинаковый отвод теплоты с поверх- ности тела человека при действии метеорологического фактора. Например, влажный воздух при низкой температуре и сухой воздух при более высокой температуре могут оказывать тождественное влияние на организм человека, что будет соответствовать одинако- вой ЭЭТ. Чем выше температура воздуха, тем ниже должна быть его влажность, поскольку ослабление теплоотдачи конвекцией ком- пенсируется массообменом, т. е. обильным потовыделением. Для любого сочетания температуры, относительной влажности и скорости воздуха можно определить температуру неподвижного насыщенного воздуха, который создает такое же тепловое ощуще- ние у человека, как и комбинация всех трех указанных параметров. На рис. В1 приведена номограмма для определения ЭЭТ при различных сочетаниях температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в помещении без учета влияния на че- ловека радиации от отопительных приборов. Иногда местное вли- яние на человека радиации от отопительных приборов оценивают условной радиационно-эквивалентной температурой (РЭТ). При Рис. В1. Номограмма для определения эквивалентно- эффективной температуры
Доступ онлайн
В корзину