Урок по физике "Физические основы вентиляции"
методическая разработка по физике

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

«ОРЕХОВО - ЗУЕВСКИЙ ТЕХНИКУМ»

УТВЕРЖДАЮ

Зам. директора по МР

_____________ Е.Б.Купцова

«____» ____________ 20___ г.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

ОТКРЫТОГО УРОКА ПО ФИЗИКЕ

НА ТЕМУ: «ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ»

Разработала:

Преподаватель физики: Зернова М. Н.

Дата проведения: 21 декабря 2021 года

РАССМОТРЕНА И ОДОБРЕНА

на заседании ЦК преподавателей

общеобразовательного цикла

(преподавателей и мастеров п/о профессионального цикла)

Председатель ЦК ___________________ Доброва Н.С.

«___» _________ 20___ г.

2021 г

Пояснительная записка

Данная методическая разработка предназначена для преподавателей  общеобразовательных  дисциплин, работающих в группах  по специальности  15.02.13. Техническое обслуживание и ремонт систем вентиляции и кондиционирования.

При проведении данного открытого мероприятия  могут быть использованы следующие технологии:

1. Групповые технологии – повышение мотивации обучения. Воспитание культуры общения учащихся, формирование чувства ответственности.

2. Эдьютейнмент – расширение кругозора, познавательной деятельности обучающихся; формирование у обучающихся определенных умений и навыков, необходимых в практической деятельности; развитие у обучающихся внимания, памяти, речи, мышления, воображения, фантазии, творческих идей, умений устанавливать закономерности, находить оптимальные решения; воспитание у обучающихся самостоятельности, воли, формирование нравственных, эстетических и мировоззренческих позиций, воспитание сотрудничества, коллективизма, общительности; приобщение обучающихся  к нормам и ценностям общества; адаптация обучающихся к условиям среды.

3. Личностно – ориентированное обучение – создание необходимых условий для обучения и развития каждого обучающегося, учитывая индивидуальную способность усвоения полученной информации Эффективное накопление каждым обучающимся своего опыта. Формирование умений планировать свою деятельность на практическом занятии, правильно распределять рабочее время.

4. Проблемное обучение – творческое овладение знаниями и развитие мыслительных способностей  за счет создания в сознании  обучающихся проблемных ситуаций и организацию активной самостоятельной деятельности обучающегося по их разрешению. Пробуждение интереса обучающегося к исследованию ситуации, ведущее к усвоению нового материала, решению проблемы и т.д.  через умственный поиск, ведущий к развитию познавательной самостоятельности и творческих способностей.

Цель урока: понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес; принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность; осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

Тип занятия: Урок обобщения и систематизации знаний

Вид занятия: комбинированный

Межпредметные связи: основные сведения из теплотехники, гидравлики, аэродинамики; сведения о воздухе и его свойствах, I – d диаграмма тепловлажностного состояния воздуха.

Учебно-методическое обеспечение:

Презентация темы с использованием мультимедийной установки.

Продолжительность занятия: 1 академический час.

План занятия

І. Организационный момент        

ІІ. Мотивация учебной деятельности, оглашение темы и задач

III. Презентация новой темы

IV. Доклады студентов

V. Практическая часть

VI. Заключение

VII. Домашнее задание

Ход урока:

І. Организационный момент        

ІІ. Мотивация учебной деятельности, оглашение темы и задач

Ответить на вопросы:

1. Как называется ваша специальность?
2. Как вы думаете, как связана система вентиляции с физическими процессами?
3. Что такое конвекция?
4. Что такое влажность воздуха?

III. Презентация новой темы

Системы вентиляции разработаны для обеспечения чистоты воздуха и его влажности. Вентиляция должна поддерживать температуру и проводить замену грязного воздуха. Основные требования к подобным системам установлены определенными стандартами. К функционированию вентиляции разработаны также индивидуальные гигиенические нормативы. Четко регулируется наличие в воздухе токсичных паров. Установлены ограничения концентраций, которые не наносят вреда здоровью человека. Допустимая температура лимитируется условиями, поддерживающими хорошее самочувствие.

IV. Доклады студентов

1. Схема вентиляционной системы.

Основы вентиляции, когда выполняется проектирование для заводов и фабрик, базируются именно на очистке воздуха и поддержке нужной температуры. Все параметры зависят от специфики технологического процесса, каждое значение установлено СНиПом. Иногда температура помещения, когда работает вентиляция, должна поддерживаться в определенных пределах, чтобы материалы, которые находятся в здании, имели полную сохранность.

Система кондиционирования не относится к жизненно важным предметам, ее можно не устанавливать. Зато системы вентиляции в обязательном порядке монтируются в каждом здании. Вентиляционные системы должны обязательно устанавливаться на промышленных предприятиях. Технические показатели установлены законом и регламентируются строительными нормами.

Хорошее самочувствие и высокая работоспособность во многом зависят от чистоты и свежести воздуха в помещении. Регулярные проветривания зачастую не способны обеспечить оптимальный микроклимат – в таком случае монтируется приточно вытяжная вентиляция. Система устанавливается не только внутри жилых помещений, но и на кухнях, комнатах отдыха и курительных залах.

2. Физическая основа вентиляции

Движения воздушных потоков основано на простейших физических процессах. Обработка газовоздушной массы и ее транспортировка осуществляется благодаря существующим конвекционным процессам. Чтобы использовать этот естественный процесс источники тепла и нагрева размещают в наиболее низких областях, а приточные элементы, наоборот, максимально приближены к потолку.

В общем значении термин «конвекция» представляет собой перераспределение между нагретым и холодным потоками газа тепловой энергии. Конвекционные процессы могут происходить естественным способом, либо принудительно.

В закрытом пространстве общая температура определяется степенью нагревания воздуха. Величина не является постоянной во всем пространстве, меняется по высоте. Явление обусловлено неоднородной концентрацией молекул при постоянном давлении внутри комнаты. При более высокой температуре концентрация частиц газа меньше, значит, и меньше его масса. Поэтому существует понятие, что нагретый воздух «более легкий», а холодный «более тяжелый». Этот факт объясняет устройство вентиляционных систем: вытяжные узлы располагаются сверху, а приточные – снизу. Движение воздуха обычно происходит снизу вверх.

Грамотно спроектированная система вытяжной вентиляции в сочетании с естественными конвекционными процессами позволяет поддержать установленный уровень температуры и влажности внутри помещения.

3. Что такое вентиляционная система

В общем смысле система вентиляции это движение воздуха между внешней окружающей средой и закрытым пространством. Из нагретого и душного помещения воздушная масса выносит лишнее тепло, влагу, что приводит микроклимат внутри помещения в соответствие с санитарными и гигиеническими требованиями. Вентиляционная система может выступать частью внутреннего дизайна помещения и входит в общую сеть коммуникаций здания.

Воздушные массы приводит в движение специальная вентиляционная система, включающая комплекс технологического оборудования, очистные фильтры. Ее основные задачи: сбор, вывод, перемещение и очистка воздуха.

Основным отличием вентиляции от кондиционирования служит управляемый полный цикл обновления воздушных масс путем притока и отвода. Тогда как кондиционеры только нагревают или охлаждают воздух, увеличивают влажность и ионизацию. Обычный кондиционер просто гоняет воздух в комнате по кругу.

Приточная вентиляция помогает полностью очистить воздух, предотвратить распространение вирусов, грибков, повысить влажность до рекомендованного уровня. В экстренных случаях вентиляция позволяет быстро заменить воздух внутри помещения при помощи системы трубопроводов, вентиляторов, нагревателей, фильтров.

4. Разновидности вентиляционных систем

Все системы вентилирования можно разделить на несколько видов по разным критериям.

В зависимости от метода генерации давления выделяются такие системы вентиляции:

• Искусственная. Движение воздуха происходит при участии установок нагнетания: воздуходувов, вентиляторов. При увеличении давления внутри труб, воздушные массы возможно перемещать на значительные расстояния. Наиболее часто применяется в системах центрального вентилирования.
• Естественная. Имеет место там, где перемещение воздушных потоков происходит естественным путем за счет разницы температуры и давления воздуха на разных концах труб. К преимуществам устройства такой системы для жилого помещения относят низкие затраты на монтаж, отсутствие потребности в специальном оборудовании. Но в таких системах невозможно прогнозировать работу или управлять ими, поэтому они чаще используются как вспомогательные.

• Комбинированная. Наиболее часто применяемая разновидность вентиляции, сочетающая достоинства искусственной и естественной систем.

По области воздействия выделяют следующие разновидности:

• Общеобменная. Имеет широкую область воздействия, например, все комнаты жилого дома. Через вентиляционные шахты выводится отработанный воздух из внутренних помещений, где концентрация негативных веществ мала и они равномерно распределены.
• Локальная. В определенные места подводится воздуховод, который вытягивает вредные выделения и выводит их наружу. Монтируется внутри помещений, где выделение вредных веществ в воздух происходит точечно. В жилых домах это чаще всего кухня, в частности, кухонная плита. Обустройство локальной сети обходится дешевле, чем общеобменной, но она рассчитана на меньший поток воздуха.

В зависимости от схемы функционирования выделяют приточные, вытяжные и приточно-вытяжные системы. Вытяжные конструкции предназначены только для отвода загрязненного воздуха. Приточная система вентиляции обеспечивает поступление свежих воздушных масс. Системы, где воздух выводится и нагнетается, являются самыми популярными. Для приточной вентиляции в стенах пробиваются воздуховоды.

Приточно-вытяжные вентиляции обеспечивают оптимальное обслуживание в помещениях различного назначения и масштабов.

В зависимости от технического устройства системы выделяют:

• Модульные системы разборного типа включают различные модули: обогреватель, глушитель шума, вентилятор, фильтрующие элементы, блок автоматического управления, вспомогательные узлы. Преимуществом модульных конструкций является возможность подбора узлов с необходимыми характеристиками. Недостатками считают сложный монтаж с привлечением специалистов.
• Моноблочные представляют готовые комплекты в едином блоке. Конструкция легко устанавливается, не требует сложного обслуживания и ухода. Стоимость моноблочных систем выше, чем модульных.

Наличие нескольких типов вентиляций позволяет выбрать и установить наиболее подходящую к конкретным условиям.

5. Главные параметры вентиляционной системы

Основным рабочим элементом является вентилятор, но не привычный всем пропеллер, а импеллер, который представляет собой колесо с лопастями – такая конструкция позволяет уменьшить размеры оборудования.

Эффективность работы смонтированной конструкции напрямую зависит от точности и правильности предварительных расчетов. Например, одинаково плохо, если выбрана недостаточная или избыточная мощность двигателя. В первом случае двигатель будет работать на износ и достаточно скоро его придется менять. Если мощность избыточная, то это означает регулярно завышенные расходы на обслуживание и оплату электроэнергии.

Расчеты производительности и динамических параметров потоков воздуха производятся алгебраическими формулами. Рекомендуется доверить проведение вычислений специалисту, который не только сделает это верно, то и получит необходимые согласования пожарной инспекции. Работу приточно вытяжной вентиляции проверяют пожарные.

При расчетах учитывают следующие данные:

• Параметры помещения: назначение – жилое либо нежилое, внутреннюю площадь, этажность, уровень влажности.
• Количество и род деятельность людей, одновременно находящихся внутри здания.
• Необходимый уровень воздухообмена по СНиПу 2.04.05-91. Например, в жилых комнатах он составляет в час 3 м. куб на 1 метр жилой площади.
• Сечение трубопровода и схемы его монтажа.

V. Практическая часть

Какие формулы используют в расчетах

Основной параметр, который необходимо рассчитать в любой системе – сколько воздуха должно смениться в течение часа.

Для жилых квартир величина определяется соответственно жилой площади: V=2xSxH, где S – площадь жилой комнаты, 2 – коэффициент кратности обмена воздушной массы за 1 час, Н – высота комнаты.

Для рабочих помещений расчет производят исходя из численности персонала: V=Nx35, где N – численность людей, одновременно находящихся в помещении.

В расчете мощности вентиляционной станции применяют формулу:

P=ΔT * V * Сv/1000, где V – объем воздушной массы, расходуемой за час,

Сv – теплоемкость воздушной массы, ΔT – разница температур воздушной массы на концах трубопровода. Принятая величина теплоемкости составляет 0,336 Вт * ч/м³ * °С.

Другим важным показателем является площадь сечения воздуховода, измеряемая в квадратных сантиметрах. Выделяют 2 типа сечения: квадратное и округлое. Рассчитав площадь сечения, возможно определить ширину и высоту прямоугольной трубы либо диаметр округлого.

Пример 1. 

Есть дом площадью 114 м2 с помещениями: кухня (s1=20 м2), спальня (s2=24 м2), кабинет (s3=16 м2), гостиная (s4=40 м2), коридор (s5=8 м2), санузел (s6=2 м2), ванная (s7=4 м2), высота потолков h=3,5м. Нужно составить воздушный баланс дома.

1. Находим объёмы помещений по формуле V=sn*h, они составят V1=70 м3, V2=84 м3, V3=56 м3, V4=140 м3, V5=28 м3, V6=7 м3, V7=14 м3.
2. Теперь посчитаем нужное количество воздуха по кратностям (формула L=n*V) и запишем в таблицу, предварительно округлив единичную часть до пяти в большую сторону. При расчете кратность n берем с таблицы 1, получаем следующие значения нужного количества воздуха L:

Таблица

Гостиная. В таблице 1 нет позиции, которая регламентировала бы кратность воздухообмена в помещении Гостиной. Поэтому норму воздухообмена для него считаем, учитывая что для жилых помещений нормы регламентируют подавать 3 м3/час свежего воздуха на 1 м2 площади помещения. Т.е. считаем по формуле: L=Sпомещения*3.

Таким образом, Lпр.гостинная= Sгостинная*3=40*3=120 м3/час.

3. Суммируем отдельно L тех помещений, для которых нормируется приток воздуха, и отдельно L тех помещений, для которых нормируется вытяжка.

∑ Lприт=85+60+120=265 м3/час

∑ Lвыт= 90+50+25=165 м3/час

4. Составим уравнение воздушного баланса. Как видим

∑ Lприт > ∑ Lвыт, поэтому увеличиваем значение Lвыт того помещения, где мы взяли значение воздухообмена равным минимально допустимому. У нас такие все три помещения (кухня, су, ванная). Увеличим Lвыт для кухни до значения L выт кухн=190. Таким образом, суммарное ∑ Lвыт=265м3/час. Условие таблицы 1 выполнено. ∑ Lпр = ∑ Lвыт.

Нужно заметить, что в помещениях ванны, санузла и кухни мы организовываем только вытяжку, без притока, а в помещениях спальни, кабинета и гостиной только приток. Это для предотвращения перетекания вредностей в виде неприятных запахов в жилые помещения. Также, это видно по таблице 1, в ячейках притока напротив этих помещений стоят прочерки.

VI. Заключение

Вопросы:

1. Для каких целей используют вентиляцию в помещениях?

2. Приведите примеры использования местной вытяжной вентиляции

3. Составьте классификацию местных систем вентиляции.

4. Достоинства и недостатки вытяжной и приточно-вытяжной вентиляции.

Монтаж вентиляционной конструкции приточно-вытяжного типа позволит поддерживать оптимальный микроклимат внутри помещений. Это повышает работоспособность проживающих в доме людей и просто улучшает их самочувствие. Особенно актуальным вопрос вентиляции является для владельцев современных домов с герметично закрывающимися окнами и дверями, ведь вместе с избавлением от сквозняков пропадает и естественный воздухообмен. В таких домах приточно вытяжную вентиляционную систему желательно предусматривать еще на этапе проектирования.

VII. Домашнее задание

Задачи:

1. Дом помещениями: кухня (s1=15 м2), спальня (s2=23 м2), спальня (s3=16 м2), гостиная (s4=35 м2), коридор (s5=7 м2), санузел (s6=2,5 м2), ванная (s7=4,6 м2), высота потолков h=2,5м. Нужно составить воздушный баланс дома
2. Дом помещениями: кухня (s1=15 м2), спальня (s2=23 м2), спальня (s3=16 м2), гостиная (s4=35 м2), коридор (s5=7 м2), санузел (s6=2,5 м2), ванная (s7=4,6 м2), гардеробная (s8=7 м2),  высота потолков h=2,7м. Нужно составить воздушный баланс дома

Используемые источники:

1. https://m-strana.ru/articles/pritochno-vytyazhnaya-sistema-ventilyatsii/?utm_source=copy&utm_medium=direct&utm_campaign=copy_from_site
2. https://infourok.ru/zadachi-dlya-rascheta-vozduhoobmena-v-pomeshenii-4191030.html