Кратность воздуха: Определение необходимости воздухообмена помещений. Рекомендации

Содержание

Температура, кратность воздухообмена и категория по чистоте в медицинских и лечебных учреждений

Наименование помещений

Расчетная температура воздуха, оС

Кратность воздухообмена в 1 час

Категория по чистоте помещения

Кратность вытяжки при естественном воздухообмене

приток

вытяжка

Палаты дл, 103; взрослых больных, помещения для матерей детских отделений, помещения гопотерапии

20

80 м3/ч на 1 койку 100%

Ч

2

Палаты для туберкулезных больных (взрослых, детей)

20

80 м3/ч на 1 койку

Г

2

80%

100%

Палаты для больных гипотиреозом

24

80 м3/ч на 1 койку 100%

Ч

2

Палаты для больных тиреотоксикозом

15

То же

Ч

2

Послеоперационные палаты, реанимационные залы, палаты интенсивной терапии, родовые боксы, операционные, операционные-диализационные, наркозные, палаты на 1-2 койки для ожоговых больных, барокамеры

22

По расчету, но не менее десятикратного обмена*

ОЧ

Не допускается

100%

 

 

 

 

80%

80% — асептические (20% через наркозную, стерилизационную и пр. )

100% — септические

Послеродовые палаты

22

100%

100%

Ч

То же

Палаты на 2-4 койки для ожоговых больных, палаты для детей

22

100%

100%

Ч

То же

Палаты для недоношенных, грудных, новорожденных и травмированных детей

25

По расчету, но не менее

ОЧ

Не допускается

100%*

 

100%

80% — асептические

100% — септические

Боксы, полубоксы, фильтры-боксы, предбоксы

22

2,5 (подача из коридора) 100%

2,5

Г

2,5

Палатные секции инфекционного отделения

20

80 м3/ч на 1 койку

Г

Прдродовые, фильтры, приемно-смотровые боксы, смотровые, перевязочные, манипуляционные, предоперационные, помещения сцеживания грудного молока, комнаты для кормления детей в возрасте до 1 года, помещения для прививок

22

2

2

Ч

2

Стерилизационные при операционных

18

3-септические отделения

3 – асептические отделения

Г

 

Ч

2

 

2

Малые операционные, в т.ч. в дневных стационарах

22

10

5

Ч

1

Кабинеты врачей, комнаты персонала, кабинеты рефлексотерапии, помещения дневного пребывания больных

20

Приток из коридора

1

Ч

1

Залы ЛФК

18

50 м3 на одного занимающегося в зале 80%

100%

Г

2

Кабинеты функциональной диагностики, кабинет ректороманоскопии

22

3

Г

2

Кабинет лечебной физкультуры, механотерапии, кабинтеты зондирования

20

2

3

Г

2

Вестибюли, помещения для приема пищи, компрессорные ингаляториев, бельевые и кладовые помещения

18

1

Г

1

Кабинеты микроволновой и ультравысокочастотной терапии, кабинеты теплолечения, кабинеты лечения ультразвуком

20

4

5

Г

Не допускается

Кладовые хранения грязного белья, предметов уборки, дезинфицирующих средств

18

5

Г

3

Санузлы

20

50 м3 на 1 унитаз и 20 м3 на 1 писсуар

Г

3

Измерение кратности воздухообмена

Снижены цены на измерение кратности воздухообмена

Компания ООО «Строительно-Экспертное Бюро» оказывает услуги по измерению воздухопроницаемости ограждающих конструкций и кратности воздухообмена в помещении в соответствии с ГОСТ 31167-2009, СНиП 23-02-2003 и ГОСТ 54852-2011.

Необходимость проведения измерений кратности воздухообмена

В соответствии со СНиП 23-02-2003, п. 11.4, при приемке зданий в эксплуатацию следует осуществлять выборочный контроль кратности воздухообмена в 2-3 помещениях (квартирах) или в здании при разности давлений 50 Па согласно разделу 8 (данного СНиП) и ГОСТ 31167-2009 и при несоответствии данным нормам принимать меры по снижению воздухопроницаемости ограждающих конструкций по всему зданию. Также при приемке здания в эксплуатацию, согласно ГОСТ 26629 следует осуществлять тепловизионный контроль качества тепловой защиты здания с целью обнаружения скрытых дефектов и их устранения.

При проведении тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций в соответствии с ГОСТ 54852-2011 при расположении дефектного участка в зоне стыкового соединения стеновых панелей или оконного блока и панели следует проверить сопротивление воздухопроницанию стыкового соединения по ГОСТ 31167.

Что такое воздухопроницаемость и кратность воздухообмена

Воздухопроницаемость – свойство ограждающих конструкций пропускать воздух. Объемная воздухопроницаемость – это воздухопроницаемость, равная объемному расходу воздуха в единицу времени, приходящемуся на 1 м2 ограждения, и выраженная в кубических метрах на квадратный метр в час (м3/(м2×ч)).

В зависимости от направления движения воздуха через ограждающую конструкцию, различают такие понятия, как инфильтрация и эксфильтрация.

Инфильтрация – обусловлена перемещением воздуха через ограждения из окружающей среды в помещение вследствие ветрового, теплового и гравитационного напоров, формирующих перепад давления воздуха снаружи и внутри помещения.

Эксфильтрация – это понятие обратное инфильтрации.

Кратность воздухообмена – отношение при испытаниях объемного расхода воздуха к внутреннему объему в единицу времени, выражаемая в часах в минус первой степени (ч-1). Другими словами, это то количество воздуха которое удаляется из помещения за 1 час и заменяется свежим воздухом.

С какой целью проводятся измерения по воздухопроницаемости и кратности воздухообмена

Воздухопроницаемость влияет на температурно – влажностный режим помещений, на санитарно –гигиенические  нормы, на долговечность строительных конструкций, на тепловой баланс здания, на систему вентиляции.

Если воздухопроницаемость не соответствует нормам, то это может привести к следующим последствиям:

  • Увеличиваются тепловые потери через ограждающие конструкции, что в свою очередь приводит к нехватке тепловой энергии на обогрев помещения и как следствие понижение температуры.
  • При эксфильтрации, через ограждающие конструкции проходит влажный воздух, скопившийся в помещении, что приводит к переувлажнению строительных конструкций и как следствие ухудшение ими своих теплотехнических свойств и к их разрушению.
  • Нарушению систем вентиляции и кондиционирования воздуха, при определенных перепадах давления они не справляются со своими обязанностями, а порой и вовсе не работают.
  • При повышенной воздухопроницаемости между внутренними ограждающими конструкциями, возможно проникновение из соседних помещений (подвал, подземная авто парковка, чердак, бойлерная, котельная и др.) вредных загрязняющих веществ.

Кратность воздухообмена напрямую влияет на здоровье и безопасность жизни людей.

Если кратность воздухообмена не соответствует нормам, то это может привести к следующим последствиям:

  • При повышенной кратности воздухообмена не справляется система ОВК и как следствие нарушается температурно – влажностный режим в помещении и увеличиваются тепловые потери. Кроме того нарушается микроклимат в помещении, люди начинают испытывать дискомфорт от повышенной скорости движения воздуха.
  • При низкой кратности воздухообмена, в помещении увеличивается концентрация вредных веществ, уменьшается концентрация кислорода в воздухе, что приводит к выделению угарного газа и кислородному голоданию. Также в помещении увеличивается концентрация водяных паров, повышается влажность и это может приводить к образованию плесени во влажных и плохо проветриваемых местах.

Вот почему так необходимо контролировать параметры воздухопроницаемости и воздухообмена.

Оборудование для проведения измерений кратности воздухообмена

В качестве измерительного оборудование применяется устройство под названием «Аэродверь». Оно включает в себя специально разработанный калиброванный вентилятор с максимальной производительностью 14000 м3/ч, частотный преобразователь, 2-х канальный цифровой микроманометр с программным обеспечением для управления, измерения и контроля необходимых параметров, раздвижную раму с воздухонепроницаемым полотном для установки вентилятора в любой дверной или оконный проем.

Данное оборудование производится в США и Канаде и удовлетворяет всем требованиям международных и российских стандартов.

Вентилятор в системе может работать в режиме нагнетания воздуха (перепад давлений положительный) и в режиме разряжения воздуха (перепад давлений отрицательный).

Система автоматически выполняет измерения и управляет работой вентилятора, поэтому тест на воздухопроницаемость выполняется с большой точностью (за счет большого массива измерений) и с минимальными временными затратами.

Аэродверь Retrotec Q4E

Совместное применение аэродвери и тепловизионной съемки

Использование аэродвери позволяет повысить качество проводимого тепловизионного обследования. Сущность метода заключается в том, что изначально проводится съемка тепловизором без использования аэродвери и фиксируются все обнаруженные дефекты. Затем устанавливается аэродверь и создается гарантированный перепад давлений между внутренним и наружным воздухом. После чего вновь производится съемка тепловизором и т.к. температуры воздуха отличаются друг от друга, то тепловизором легко обнаруживаются дефекты, связанные с плохой герметичностью строительных конструкций. Также в этом случае, легче интерпретировать характер теплотехнических дефектов, можно с уверенностью сказать, вызван ли дефект плохой теплоизоляцией, наличием мостика холода либо повышенной воздухопроницаемостью.

Кроме того дефекты вызванные повышенной воздухопроницаемостью можно детектировать при перепадах температур всего 2-3 0С, что позволяет данные измерения производить в любой период года. Особенно это важно для заказчиков строительства, которые хотят хоть как-то оценить работу подрядчика, сдающего строительный объект в летний период. 

 Услуги для частных лиц

Для частных лиц мы также оказываем услуги по измерению и совместному применению аэродвери и тепловизионной съемке. Для собственников квартир это поможет решить ряд следующих проблем:

  • Нехватка тепловой энергии в отопительный сезон года (повышенные счета за электричество).
  • Повышенная скорость движения воздуха внутри помещения.
  • Образование грибка на ограждающих конструкциях.
  • Разрушение строительных конструкций.
  • Будет выявлен характер теплотехнических дефектов, что позволит сэкономить средства на устранение дефектов.
  • Недостаточная производительность (нехватка) систем вентиляции и кондиционирования воздуха в летний период года (повышенные счета за электричество).
  • Попадание вредных загрязняющих веществ внутрь помещения.

Для индивидуальных застройщиков (владельцев коттеджей) помимо решения выше указанных проблем, преимущество проведения данных измерений заключается в следующем:

  • При строительстве дома, можно проконтролировать работы по утеплению и креплению пароизоляции до начала отделочных работ.
  • При строительстве энергоэффективного дома, с применением приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором, очень важно чтобы воздухопроницаемость была как можно ниже. Проводя измерения и снимая объект тепловизором, выявляются и устраняются все дефектные места.
  • Снижение воздухопроницаемости позволяет экономить на счетах за электричество, газ и др.

Испытания строительных конструкций в лабораторных условиях

Имея в своем распоряжении климатическую камеру размерами 5 м на 6 м и высотой 4 м, помимо теплотехнических испытаний фрагментов строительных конструкций, окон, дверей и др. Мы можем также проводить испытания данных конструкций с помощью аэродвери на воздухопроницаемость. А также проводить совместные теплотехнические испытания с имитацией в холодном отделении камеры ветрового напора на строительную конструкцию.

Воздухопроницаемость и Кратность Воздухообмена Объекта

Воздухопроницаемость и кратность воздухообмена Объекта

ООО «Энергоэффективность и энергоаудит»

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТЬ И КРАТНОСТЬ ВОЗДУХООБМЕНА ОБЪЕКТА ВОЕННЫХ ГОРОДКОВ

Наименование объекта: Капитальное строительство и реконструкция объектов военных городков № 1 и № 7

Содержание

Приборы и средства контроля

При теплотехническом обследовании здания использовали следующую аппаратуру:

  • система измерения воздухопроницаемости «Minneapolis BlowerDoor 4.1»
  • термогигрометр Testo 622
  • термоанемометр Testo 405
Технические характеристики «Minneapolis BlowerDoor 4.1»
Наименование СИ Система измерения воздухо-проницаемости
Производитель США
Марка СИ «Minneapolis
BlowerDoor 4.1»
Заводской № 61890
№ в Госреестре средств измерений 49202-12
Технические характеристики

Производительность: 19 м3/ч – 7.200 м3/ч при разнице давления 50 Па.
Электропитание: 220-240 вольт, 50 Гц, потребляемая мощность < 600 Вт, потребляемый ток макс. 4,5 А.
Погрешность измерения: При открытом вентиляторе, с диафрагмами А-С (Объемный расход 80 – 7.200 м3/ч) ± 4%, с диафрагмами D-E (Объемный расход 19 – 7.200 м3/ч) ± 5% или 1,7 м3/ч (учитывается большое значение)

Технические характеристики «Testo 622»
Наименование СИ Термогигрометр
Производитель testo
Марка СИ 622
Заводской № 39501565/005
№ в госреестре средств измерений 35319-07
Технические характеристики
Диапазон измерения 300…1200,0 гПа
Погрешность измерения влажности (при 25±5°С), % не более ±3
Диапазон измерения температуры, °С -10…+60
погрешность измерения температуры, °С не более ±0,4
Размеры 185 x 105 x 36 мм
Технические характеристики «Testo 405»
Наименование СИ Термоанемометр
Производитель testo
Марка СИ 405
Заводской № 41518249/410
Скорость потока
Диапазон измерений 0 … +99990 м³/ч
Термоанемометр
Диапазон измерений 0 … 5 м/с (-20 … 0 °C)
0 … 10 м/с (0 … +50°C)
Погрешность ±(0.1 м/с + 5% от изм. знач.) (0 … +2 м/с)
±(0.3 м/с + 5% от изм. знач.) (в ост. диапазоне)
Разрешение 0.01 м/с
Измерение температуры
Диапазон измерений -20 … +50 °C
Погрешность ±0.5 °C
Разрешение 0.1 °C
Рабочая температура 0 … +50 °C
Размеры 490 x 37 x 36 мм

Результаты контроля – Воздухопроницаемость и кратность воздухообмена объекта

Классификация воздухопроницаемости ограждающих конструкций объекта.

Кратность воздухообмена объектов военных городков при Δp = 50 Ра (n50, ч-1):

  • помещения,
  • группы помещений (квартиры) жилых многоквартирных домов,
  • общественных помещений,
  • административных помещений,
  • бытовых помещений,
  • сельскохозяйственных помещений,
  • вспомогательных помещений,
  • производственных зданий и сооружений, а также
  • одноквартирных зданий в целом

приведена в таблице Д1.

Узнать про тепловизионный контроль системы отопления

При установлении классов воздухопроницаемости

  • «умеренная»,
  • «высокая»,
  • «очень высокая»,

следует принимать меры по снижению воздухопроницаемости объектов.

При установлении классов

  • «низкая» и
  • «очень низкая»

в объектах, имеющих вентиляцию с естественным побуждением, следует принимать меры, обеспечивающие дополнительный приток свежего воздуха.

В следующем режиме: при разряжении с внутренней стороны здания (-50 Ра) и при повышении с внутренней стороны здания (+50 Ра).

Применение устройства MINNEAPOLIS BLOWERDOOR 4.1 для создания перепада давления в здании позволяет:

  • провести обследование в соответствии со стандартом ГОСТ 31167-2009 «Здания и сооружения. Методы определения воздухопроницаемости ограждающих конструкций в натурных условиях», EN 13187, а также
  • получить значения кратности обмена объёма воздуха в помещении в час.

Этот параметр в дальнейшем позволяет сделать выводы о соответствии воздухопроницаемости ограждающей конструкции стандартам по воздухопроницаемости.

На время проведения теста была обеспечена герметизация мест с приточной и механической вентиляцией (метод В стандарт EN13829).

Выводы по результатам измерения воздухопроницаемости и кратности воздухообмена Объектов военных городков

  1. Полученное среднее значение потока при отрицательном давлении внутри здания -50 Pa V(50) = 758 м3/ч, позволяет определить кратность обмена воздуха, n50= 1,284 ч-1, при объёме отапливаемого помещения V= 590,292, м3.
  2. Полученное среднее значение потока при положительном давлении внутри здания 50 Pa V(50) = 501 м3/ч, позволяет определить кратность обмена воздуха, n50= 0,8487 ч-1, при объёме отапливаемого помещения V= 590,292 м3.

Среднее значение составило n50=1,0664 ч-1 и соответствует классу воздухопроницаемости 1 ≤ n50 < 2 «Низкая».

ГОСТ 31167-2009 «Методы определения воздухопроницаемости ограждающих конструкций в натурных условиях», таблица Д.1 – Классы воздухопроницаемости ограждающих конструкций объекта.

Кратность воздухообмена
при ∆p = 50 Па (n50, ч-1)
Наименование класса
n50 < 1 Очень низкая
1 ≤ n50 < 2 Низкая
2 ≤ n50 < 4 Нормальная
4 ≤ n50 < 6 Умеренная
6 ≤ n50 < 10 Высокая
10 ≤ n50 Очень высокая

Техническое заключение по результатам контроля воздухопроницаемости и кратности воздухообмена ограждающих конструкций

В результате проведенных натурных испытаний среднее значение составило n50= 1,0664 ч-1 и соответствует классу воздухопроницаемости 1 ≤  n50 < 2 «Низкая».

Для обеспечения нормальных условий воздухообмена в помещениях и воздухопроницаемости здания необходимо использование приточно-вытяжной вентиляции.

Исходные данные

Работы по теплотехническому обследованию ограждающих строительных конструкций с разработкой рекомендаций по устранению выявленных дефектов, проводились специалистами ООО «Энергоэффективность и энергоаудит» (копия свидетельства СРО о допуске к работам).

Основанием для проведения работ по теплотехническому обследованию ограждающих строительных конструкций объекта является техническое задание, утвержденное Заказчиком, Федеральный закон от 23 ноября 2009 N 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», глава 9, ст.28 и 29.

Цели и задачи

Провести натурные испытания наружных ограждающих конструкций объекта с целью контроля качества тепловой защиты здания.

В состав натурных испытаний входит:

Контроль кратности воздухообмена помещений и воздухопроницаемости ограждающих конструкций в соответствии с ГОСТ 31167-2009 «Здания и сооружения. Методы определения воздухопроницаемости ограждающих конструкций в натурных условиях».

Выявить (при их наличии) скрытые дефекты работ по утеплению наружных стен сооружения, дефекты, ворот и дверей в наружных стенах, а также оконных блоков.

Обследование уличного освещения – пример отчета

По результатам обследования представить следующую документацию:

Технический отчет о проведенном обследовании контроля кратности воздухообмена в помещениях и воздухопроницаемости ограждающих конструкций.

Порядок проведения испытания на воздухопроницаемость ограждающих конструкций здания

Испытание на воздухопроницаемость ограждающих конструкций здания является важным условием определения качества зданий вводимых в эксплуатацию.

Не выявленная фильтрация воздуха через некачественно выполненные соединения конструкционных элементов здания, имеет далеко идущие последствия.

Это, как правило, нарушение микроклимата помещения из-за сквозняков или нежелательной циркуляции воздуха, увеличение затрат на эксплуатацию из-за теплопотерь, создание благоприятных условий для роста микроорганизмов (плесень, грибки) и связанные с этим проблемы со здоровьем, повреждение строительных конструкций, невозможность нормального функционирования систем принудительной вентиляции.

Совсем незначительные негерметичные места в пароизоляционной системе, возникающие, например, из-за некачественной склейки мест соединения мембран внахлест или примыкании мембран к стенам и полам, имеют далеко идущие последствия.

Увеличение затрат на обогрев и кондиционирование, в связи с возникшей не герметичностью изоляции, приводит к низкой рентабельности жилища для застройщика.

Часто наблюдаемое явление «сухого воздуха» в помещении зимой вызвано тем, что холодный внешний воздух, содержащий небольшое абсолютное количество водяного пара, проникает в дом через не уплотненные пазы и щели.

После нагревания за счет отопления еще больше снижается его относительная влажность (влагоемкость).

Следствием этого является не комфортная атмосфера в помещении – иногда относительная влажность согретого воздуха значительно ниже минимально допустимого уровня в 40 %.

Таким образом, несмотря на то, что термография даёт качественную информацию о теплозащитных свойствах ограждающих конструкций, её применение необходимо совмещать с тестом на воздухопроницаемость

Сущность метода заключается в том, что в испытуемое помещение нагнетают или отсасывают из него воздух.

После установления стационарного воздушного потока через вентилятор при фиксированном перепаде давления между испытуемым помещением и наружной средой измеряют расход воздуха через вентилятор и приравнивают его к расходу воздуха, фильтрующегося через ограждения, ограничивающие испытуемое помещение.

По результатам измерений вычисляют обобщенные характеристики воздухопроницаемости ограждений испытуемого помещения.

Схема теста на воздухопроницаемость:

Узнать, что еще необходимо для ввода здания в эксплуатацию:

Список нормативно-технической и специальной литературы

      1. ГОСТ 31167-2009 «Здания и сооружения. Методы определения воздухопроницаемости ограждающих конструкций в натурных условиях»
      2. «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
      3. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»
      4. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»
      5. СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»
      6. ГОСТ Р 54853-2011. Здания и сооружения. Метод определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций с помощью тепломера
      7. ГОСТ 26602.1-99 «Блоки оконные и дверные. Методы определения сопротивления теплопередаче»
      8. ГОСТ 23166-99 «Блоки оконные. Общие технические условия»
      9. ГОСТ 30971-2002 «Швы монтажные узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам. Общие технические условия»
      10. Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ “Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации”.
      11. Приказ Минэнерго России от 30.06.2014 N 400 “Об утверждении требований к проведению энергетического обследования и его результатам и правил направления копий энергетического паспорта, составленного по результатам обязательного энергетического обследования”.
      12. Градостроительный кодекс РФ (ГрК РФ).

Вас может заинтересовать:

Посмотреть другие отчеты по воздухопроницаемости.

Расчёт кратности воздухообмена — ТМЦОТ

В производственных помещениях возможно загрязнение воздуха вредными веществами. Эти вещества, содержащиеся в воздухе рабочей зоны создают неблагоприятные условия и могут стать причиной профессионального заболевания или изменения состояния здоровья работающих. Например, вдыхаемые работающими фенолы и формальдегидные смолы с течением времени могут стать причиной возникновения сердечных, кожных и даже онкологических заболеваний, многие из которых могут закончиться летальным исходом.

Для поддержания в помещениях воздуха, отвечающего санитарно-гигиеническим требованиям, используют общеобменную вентиляцию. Характеризуют вентиляционные системы следующие величины: воздухообмен и кратность воздухообмена.

Воздухообмен – это процесс замещения воздушного объёма во внутренних пространствах того или иного здания.

Кратность воздухообмена – это число, показывающее, сколько раз в течение шестидесяти минут воздух в помещении полностью заменяется на новый.

Нормы расчёта кратности воздухообмена зависят от предназначения конкретного помещения. Например, для прачечной кратность воздухообмена равна 10-13, а для промышленного красильного цеха 25-40.

Специалисты испытательной лаборатории Тюменского межрегионального центра охраны труда проводят необходимые измерения и оформляют протоколы с расчётом кратности воздухообмена.

При введении в эксплуатацию различных вентиляционных систем в производственных цехах, лабораториях в обязательном порядке согласно СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» необходимо проходить стандартную процедуру санитарно-эпидемиологической экспертизы. Производственный  контроль осуществляют санитарно-эпидемиологические службы (Роспотребнадзор) с последующей выдачей акта проверки эффективности вентиляции. Главная цель проведения таких мероприятий – обеспечение санитарно-эпидемиологической безопасности тех групп людей, которые работают в оборудованных вентиляционной системой помещениях.

материал от 19 января 2016 года

кратность воздухообмена — это… Что такое кратность воздухообмена?

кратность воздухообмена
санитарный показатель состояния воздушной среды в помещении: отношение часового объема удаляемого или подаваемого воздуха к внутреннему объему помещения.

Большой медицинский словарь. 2000.

  • красочный метод
  • Краузе доступ

Смотреть что такое «кратность воздухообмена» в других словарях:

  • кратность воздухообмена — Отношение объёма воздуха, подаваемого в помещение или удаляемого из него в течение часа, к внутреннему объёму помещения [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики вентиляция в целом EN air changes… …   Справочник технического переводчика

  • кратность воздухообмена — 3.4.1 кратность воздухообмена (air exchange rate): Интенсивность обмена воздуха, определяемая как число обменов воздуха в единицу времени, равная отношению объема воздуха, подаваемого в единицу времени, к объему пространства, куда он подается.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Кратность воздухообмена — 22. Кратность воздухообмена отношение часового объема удаляемого или подаваемого воздуха к строительному объему помещения… Источник: Санитарно гигиенический контроль систем вентиляции производственных помещений. Методические указания (утв.… …   Официальная терминология

  • кратность воздухообмена — rus кратность (ж) воздухообмена eng air exchange rate fra taux (m) horaire de renouvellement de l air, taux (m) de ventilation deu Luftwechselzahl (f) spa tasa (f) de renovación del aire, grado (m) de ventilación …   Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки

  • КРАТНОСТЬ ВОЗДУХООБМЕНА — отношение объёма воздуха, подаваемого в помещение или удаляемого из него в течение часа, к внутреннему объёму помещения (Болгарский язык; Български) кратност на въздухообмен (Чешский язык; Čeština) intenzita výměny vzduchu (Немецкий язык;… …   Строительный словарь

  • КРАТНОСТЬ ВОЗДУХООБМЕНА — отношение объема поступающего или удаляемого в течение 1 ч воздуха к внутреннему объему помещения …   Металлургический словарь

  • кратность воздухообмена в кабине (отсеке) — Отношение количества воздуха, подаваемого в кабину (отсек), к количеству воздуха, находящемуся в кабине (отсеке) за единицу времени. [ГОСТ 22607 77] Тематики кондиционирование воздуха самолетов и вертолетов …   Справочник технического переводчика

  • Кратность воздухообмена объекта при испытаниях — отношение при испытаниях объемного расхода воздуха к внутреннему объему объекта в единицу времени, ч 1. Источник: ГОСТ 31167 2003: Здания и сооружения …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • кратность воздухообмена объекта — 3.5 кратность воздухообмена объекта: Отношение объемного расхода воздуха, проходящего через объект за единицу времени, к внутреннему объему объекта, ч 1. Источник: ГОСТ Р 54857 2011: Здания и сооружения. Определение кратности воздухообмена… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ Р 54857-2011: Здания и сооружения. Определение кратности воздухообмена помещений методом индикаторного газа — Терминология ГОСТ Р 54857 2011: Здания и сооружения. Определение кратности воздухообмена помещений методом индикаторного газа оригинал документа: 3.4 внутренний объем объекта: Объем, ограниченный внутренними поверхностями наружных ограждений, м3 …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации


61. Что такое «воздухообмен» и «кратность воздухообмена»?

Воздухообмен — это один из количественных параметров, характеризующих работу системы вентиляции воздуха в закрытых помещениях. Кроме того, воздухообменом также принято называть непосредственно процесс замещения воздушного объема во внутренних пространствах того или иного здания. Правильная организация воздухообмена в производственных и жилых помещениях — одна из главных целей проектирования и создания современных систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Количественное значение коэффициента воздухообмена для каждого конкретного помещения отражает тот объем приточного воздуха, который необходим для обеспечения нормального состояния воздушной среды, с целью комфортного функционирования присутствующих в нем людей и работающих приборов. Расчет кратности воздухообмена осуществляется на основе необходимого притока воздуха, достаточного для ассимиляции излишней влаги и тепловой энергии, содержащихся в атмосфере помещения. Для точного расчета необходимых воздухопритоков существуют рекомендованные государственными органами нормы воздухообмена.

Определение кратности воздухообмена.

Кратность воздухообмена — это величина, значение которой показывает, сколько раз в течение шестидесяти минут воздух в помещении полностью заменяется на новый. Нормы расчета кратности воздухообмена в системах вентиляции напрямую зависят от предназначения каждого конкретного помещения. Так, кратность воздухообмена в цеху на горячем производстве будет значительно отличаться от этого показателя в научной лаборатории или в бассейне.

В расчет берутся практически все характеристики и особенности помещения: общее число и теплопроизводительность всех электроприборов и оборудования, наличие и количество постоянно присутствующих людей, уровень и интенсивность уже существующего естественного воздухообмена, включая объемы просачивания воздуха через щели и неплотности, температура и влажность воздушного состава и многие другие факторы. Кроме всего прочего, в жилых и офисных помещениях на увеличение кратности воздухообмена отлично работают постоянно открывающиеся дверные и оконные створки, что создает своеобразный эффект «поршня насоса», закачивающего внутрь и откачивающего наружу дополнительные объемы воздуха.

62. Приведите классификацию систем вентиляции

Классификация типов вентиляционных систем производится на основе следующих основных признаков:

По способу перемещения воздуха: естественная или искусственная система вентиляции

По назначению: приточная или вытяжная система вентиляции

По зоне обслуживания: местная или общеобменная система вентиляции

По конструкции: наборная или моноблочная система вентиляции

Естественная и искусственная система вентиляции

Естественная вентиляция создается без применения электрооборудования (вентиляторов, электродвигателей) и происходит вследствие естественных факторов — разности температур воздуха, изменения давления в зависимости от высоты, ветрового давления. Достоинствами естественных системы вентиляции являются дешевизна, простота монтажа и надежность, вызванная отсутствием электрооборудования и движущихся частей. Благодаря этому, такие системы широко применяется при строительстве типового жилья и представляют собой вентиляционные короба, расположенные на кухне и санузлах.

Обратной стороной дешевизны естественных систем вентиляции является сильная зависимость их эффективности от внешних факторов – температуры воздуха, направления и скорости ветра и т.д. Кроме этого, такие системы в принципе нерегулируемы и с их помощью не удается решить многие задачи в области вентиляции.

Искусственная или механическая вентиляция применяется там, где недостаточно естественной. В механических системах используются оборудования и приборы (вентиляторы, фильтры, воздухонагреватели и т.д.), позволяющие перемещать, очищать и нагревать воздух. Такие системы могут удалять или подавать воздух в вентилируемые помещения не зависимо от условий окружающей среды. На практике, в квартирах и офисах необходимо использовать именно искусственную систему вентиляции, поскольку только она может гарантировать создание комфортных условий.

Приточная и вытяжная система вентиляции

Приточная система вентиляции служит для подачи свежего воздуха в помещения. При необходимости, подаваемый воздух нагревается и очищается от пыли.

Вытяжная вентиляция, напротив, удаляет из помещения загрязненный или нагретый воздух. Обычно в помещении устанавливается как приточная, так и вытяжная вентиляция. При этом их производительность должна быть сбалансирована, иначе в помещении будет образовываться недостаточное или избыточное давление, что приведет к неприятному эффекту «хлопающих дверей».

Местная и общеобменная система вентиляции

Местная вентиляция предназначена для подачи свежего воздуха на определенные места (местная приточная вентиляция) или для удаления загрязненного воздуха от мест образования вредных выделений (местная вытяжная вентиляция). Местную вытяжную вентиляцию применяют, когда места выделения вредностей локализованы и можно не допустить их распространения по всему помещению. В этих случаях местная вентиляция достаточно эффективна и сравнительно недорога. Местная вентиляция используется, преимущественно, на производстве. В бытовых же условиях применяется общеобменная вентиляция. Исключением являются кухонные вытяжки, которые представляют собой местную вытяжную вентиляцию.

Общеобменная вентиляция, в отличии от местной, предназначена для осуществления вентиляции во всем помещении. Общеобменная вентиляция так же может быть приточной и вытяжной. Приточную общеобменную вентиляцию, как правило, необходимо выполнять с подогревом и фильтрацией приточного воздуха. Поэтому такая вентиляция должна быть механической (искусственной). Общеобменная вытяжная вентиляция может быть проще приточной и выполняться в виде вентилятора, установленного в окне или отверстие в стене, поскольку удаляемый воздух не требуется обрабатывать. При небольших объемах вентилируемого воздуха устанавливают естественную вытяжную вентиляцию, которая заметно дешевле механической.

Наборная и моноблочная система вентиляции

Наборная система вентиляции собирается из отдельных компонентов — вентилятора, глушителя, фильтра, системы автоматики и т.д. Такая система обычно размещается в отдельном помещении — венткамере или за подвесным потолком (при небольшой производительности). Достоинством наборных систем является возможность вентиляции любых помещений — от небольших квартир и офисов до торговых залов супермаркетов и целых зданий. Недостатком — необходимость профессионального расчета и проектирования, а также большие габариты. В разделе состав систем вентиляции рассказывается о том, из каких компонентов собирается типовая наборная система.

В моноблочной системе вентиляции все компоненты размещаются в едином шумоизолированном корпусе. Моноблочные системы бывают приточные и приточно-вытяжные. Приточно-вытяжные моноблочные установки могут иметь встроенный рекуператор для экономии электроэнергии. Моноблочные системы вентиляции имеют ряд преимуществ перед наборными системами:

Поскольку все компоненты расположены в шумоизолированном корпусе, уровень шума моноблочных приточных установок заметно ниже, чем в наборных системах. Благодаря этому моноблочные системы небольшой производительности можно размещать в жилых помещениях, в то время, как наборные системы, как правило, требуется устанавливать в подсобных помещениях или в специально обустроенных вентиляционных камерах.

Функциональная законченность и сбалансированность. Все элементы приточной установки подбираются, тестируются и отлаживаются для совместной работы на этапе производства, поэтому моноблочные системы обладают максимально возможной эффективностью.

Небольшие габариты. Например, моноблочная приточная вентиляционная система производительностью до 500 куб. м в час выполняется в прямоугольном корпусе высотой всего 22 см.

Простой и недорогой монтаж. Установка моноблочной приточной системы занимает несколько часов и требует минимального количества расходных материалов.

Вентиляция офисов, административных зданий и помещений в Ярославле

Проектирование

При разработке проекта системы вентиляции специалистам приходится учитывать множество факторов, рассчитывать теплоизбытки помещений, воздушные балансы, величину требуемых воздухообменов и многое другое. Малейшая ошибка в расчетах может привести к неэффективной работе всей системы.

Изготовление

После разработки проекта системы вентиляции наши технические специалисты помогут подобрать вариант оборудования, который будет оптимальным для клиента в плане цены и качества.

Поставка

Наша компания оперативно поставляет на объект продукцию собственного производства, а так же продукцию ведущих зарубежных и российских производителей.

Монтаж

В нашем распоряжении более 100 специалистов и рабочих, которые оперативно и качественно выполняют монтаж всего оборудования на объекте. При необходимости производится демонтаж старых систем.

Пуско-наладка

Целью проведения пусконаладочных работ является настройка установленного оборудования, выявление недостатков, и несоответствий согласно проектной документации, способных негативно повлиять на безопасность и эффективность работы всей системы.

Сервис

Наша компания оказывает услуги по сервисному обслуживанию систем вентиляции и кондиционирования любого типа и гарантирует поддержание климатических систем в работоспособном состоянии в течении всего срока обслуживания.

Ремонт

Мы выполняем любые виды работ по устранению неполадок в работе системы вентиляции и кондиционирования с целью восстановления их работоспособности и эффективности.

Air Ratio — обзор

Поскольку стандартная воздушная камера представляет собой большой, чувствительный прибор, который нелегко перенести в исследовательскую лабораторию, больницу или промышленную лабораторию, возникла необходимость в небольшом приборе для измерения экспозиции и интерпретации дозы, в различных местах и ​​различных точках в областях диагностики или лечения пациентов или на рабочих местах сотрудников. Таким образом, была разработана серия инструментов вторичного стандарта; их называли «R-камерами», когда они предназначались для измерения рентгеновских лучей, или, в более общем смысле, «наперстковыми камерами», поскольку они имеют размер наперстка или кончика пальца, или «полостью», поскольку они содержали небольшую газовую или воздушную полость в центр сбора заряда, производимого в определенном объеме газа или воздуха.Когда камеры были спроектированы с воздухом в полости и стенками из материалов с низким Z, которые были «воздушным эквивалентом» (т. Е. Имели массовую тормозную способность для электронов, близкую к таковой для воздуха), и имели некоторые другие условия для обеспечения стабильной измерения рентгена, их назвали «R-камерами». Эти маленькие камеры затем можно было сравнить («откалибровать») с измерениями, выполненными со стандартной воздушной камерой в том же месте в стандартном рентгеновском луче.

В то время как предыдущий раздел суммировал фундаментальные принципы теории резонатора, чтобы обеспечить лучшее понимание принципов измерения ионизации резонатора, читателям этого текста предлагается более упрощенное представление.Здесь точность в несколько процентов достаточна для измерения дозы, связанной с фотонами или электронами в диапазоне 0,06–3 МэВ.

Измерение радиационного облучения и доз в различных точках воздуха и тканей требует использования камер для сбора ионов, которые ограничены по размеру и являются портативными. Стандартная воздушная камера, хотя и очень точная, может использоваться только в специальной лаборатории стандартов для калибровки других камер. Камеры с небольшими полостями с различными газами и материалами стенок использовались для измерения радиационного облучения и дозы, часто с точностью до 1%.Их конструкция и использование требуют понимания основных принципов преобразования дозы газа в полости в дозу материала стенок камеры. Поскольку физики лучевой терапии должны уметь измерять дозы в тканевых фантомах с точностью до 3% и, где это возможно, с точностью до 1%, при лучевой терапии были выведены сложные уравнения, включающие множество небольших поправок для преобразования заряда, накопленного в камере полости, в дозу. Описанные здесь принципы будут включать только очень простое представление фундаментального принципа Брэгга – Грея, но их будет достаточно для радиационной защиты или других исследовательских целей в диапазоне энергий излучения, воздействию которого может подвергаться персонал или население.Описанные здесь методы и источники данных по-прежнему способны обеспечивать точность в пределах нескольких процентов — в пределах точности измерений доз облучения, рекомендованных NCRP и ICRP. Краткий обзор более поздних протоколов полостной камеры, разработанных для лечения рака, будет представлен с последними ссылками в разделе приложений. Однако ученым, занимающимся радиологической физикой и физикой лучевой терапии, необходимо будет ознакомиться с деталями более сложных протоколов, разработанных за последние три десятилетия для обеспечения точной дозиметрии для терапевтических ускорителей в диапазоне энергий 6 МВ и выше.

а. Практическая дозиметрия с ионизационными камерами

Использование f-фактора Определение дозы в точке в среде на основе измерения воздействия ионизирующих фотонов с использованием ионизационной камеры включает хорошо известный коэффициент преобразования, который включает соотношение средние массовые коэффициенты поглощения энергии (μ и / ρ) для исследуемой среды и воздуха. В условиях электронного равновесия доза в среде ( D med ) составляет:

(15.14) Dmed = M.Nx.f¯med

, где M — показания ионизационной камеры (кулоны), N x — произведение калибровочного коэффициента экспозиции (рентген на кулон) и любой другой камеры- конкретные поправочные коэффициенты или коэффициенты возмущения и

(15.15) f¯med = (We¯) .f [μen / ρ] medEϕ (E) dEf [μen / ρ] airEϕ (E) dE,

где W¯ / e — средняя энергия, затрачиваемая в воздухе на одну образовавшуюся ионную пару. В интегралах уравнения. 15.15 μ en / ρ — коэффициент поглощения массы и энергии, а ϕ (E) — это дифференциальный спектр плотности потока энергии как функция энергии фотонов E в интересующей точке.Подробный обзор этого предмета можно найти в Schauer et al. (1993а, б). К ним относятся данные по многочисленным тканям и тканевым заменителям.

Использование соотношения ткань-воздух ( TARs ) Если камера полости расположена внутри ткани на глубине d , в луче с радиусом r d , во время измерения, тогда ослабление ткани и все обратное рассеяние учитывается. Уравнение 15.6, как правило, затем подает дозу на ткань вблизи точки, в которой помещена камера, или, если камера была небольшой, а затем удаляется для того же воздействия снова в другое время (уравнение).15.15 также обеспечит аналогичное измерение дозы на ткани на глубине d для камеры с воздушной стенкой (R). Однако, если измерение воздействия проводилось с камерой не внутри фантома или тела, а в воздухе в той же точке (фантом удален), то для получения дозы на глубине d потребуется некоторый фактор. Наиболее полезным фактором для этой цели является соотношение ткань-воздух (TAR), , которое было сведено в таблицу для ряда фотонных спектров. TAR определяется как:

(15.16) TAR = доза с камерой в фантоме на глубине, для полевого размера доза с камерой в воздухе в той же точке

В некоторых таблицах TAR может быть обозначен как TAR ( d, r d , Q ), где символы в скобках указывают, что значение TAR относится к точке на глубине d в теле, для размера поля радиусом r d на этой глубине и для излучения «качества» Q . Q относится к типу энергетического спектра фотонов.Таблицы TAR используют размер поля на глубине и более удобны для целей радиационной защиты, чем таблицы глубинных доз, в которых используется размер поля на поверхности, но для фиксированных расстояний от источника до кожи. Таблицы TAR не зависят от расстояний от источника до кожи, поэтому они более полезны для различной геометрии облучения, особенно в условиях радиационной защиты.

Когда поперечное сечение поля не является круглым, эквивалентная площадь может использоваться с таблицами TAR для квадратного или прямоугольного поля, если поле не слишком узкое в одном измерении.В противном случае соотношение ткани и воздуха можно легко измерить следующим образом:

1.

Переместите водяной фантом на место с достаточным количеством воды, чтобы перехватить общий луч, так, чтобы камера полости находилась на глубине d в воде. Отрегулируйте размер луча по желанию на глубине d и в идеале, чтобы за камерой оставалось примерно такое же количество воды, которое имитировало бы толщину человека, распределение внутренней дозы которого определяется. Толщина среднего «стандартного» или «эталонного» человека часто принимается равной 30 см.Используйте емкость для воды, сделанную из пластика, так, чтобы небольшая толщина имела затухание, аналогичное затуханию воды. Затем воду можно использовать в качестве заменителя мягких тканей. Соответствующие водяные фантомы имеются в продаже.

2.

Используйте камеру с полостью с уравновешивающей крышкой, которая закрыта для защиты от поглощения влаги, но не герметично закрыта, чтобы она не уравновешивалась давлением и температурой окружающей среды. Поместите камеру полости в центре поля на глубину d в водяной фантом.

3.

Получите измерение заряда или показания камеры для заданного времени воздействия, достаточного для достижения стабильных показаний. Убедитесь, что напряжение на камере достаточно для полного сбора заряда; камера должна быть хорошо на плато сбора ионизации для интенсивности луча и времени воздействия.

4.

Удалите водяной фантом, убедитесь, что камера все еще имеет равновесную крышку, и выполните еще одно измерение в том же месте в воздухе для того же размера луча и того же расстояния от источника.

5.

Вычислите отношение измерения фантома, сделанного, как описано в пункте 3, к измерению воздуха, описанному в пункте 4. Это соотношение ткань-воздух, TAR ( d, r d , Q ).

Это процедура, с помощью которой были получены TAR. С осторожностью такие измерения можно сделать с точностью до нескольких десятых процента для четко определенных лучей и фантомов. Эти измерения могут быть выполнены либо с воздушно-эквивалентными полыми камерами, R-камерами, стеновыми камерами с тканевым эквивалентом, либо с небольшими камерами, изготовленными из любого легкого пластика или графита.Поскольку соотношение измеряется, коэффициенты поглощения массы-энергии, которые будут использоваться для преобразования дозы на стенку в дозу ткани, в уравнениях. 15.6 или 15.15, будут отменены.

Чтобы получить оценку максимальной дозы в ткани для луча, входящего в тело, TAR должен быть измерен или доступен на глубине d max максимального значения, где вторичные электроны (фотоэлектрические, комптоновские и образование пар), создаваемое, когда пучок фотонов входит в тело, достигает «равновесия заряженных частиц» (CPE).”Поскольку размер луча при определении TAR всегда находится на глубине измерения, то TAR на d max совпадает с коэффициентом обратного рассеяния (BSF) , полученным на глубине d max на глубине -таблицы дозировки. Коэффициент обратного рассеяния может быть определен как:

(15,17) BSF = доза на глубине максимального накопления в размере поля Допускается к небольшому объему ткани в воздухе

BSF зависит от энергетического спектра фотонов, а также от размера поля .Например, TAR при d max для поля 100 см 2 составляет 1,035 для 60 Co и 1,37 для рентгеновского спектра, имеющего первый слой половинного значения из 1 мм Cu. Таким образом, хотя максимальная доза внутри тела для однонаправленного пучка гамма-излучения 60 Co будет только на 3,5% больше, чем измеренная доза для небольшого объема ткани в воздухе, из-за в основном прямого рассеяния гамма-квантов высокой энергии, доза у поверхности тела из-за обратного рассеяния рентгеновских полей может быть на 40% больше, чем доза, измеренная прибором в воздухе.Трудно измерить BSF для рентгеновских спектров ниже нескольких сотен кэВ, поскольку глубина максимального накопления находится почти на поверхности, и нет места для размещения цилиндрической камеры обычного размера в горизонтальном пучке достаточно близко к поверхность стены фантома. Однако BSF в таких случаях можно измерить с помощью камеры с тонким торцевым окном, расположенной на верхней поверхности водяного фантома, при этом луч направлен вниз в воду.

Соотношение воздух-топливо, лямбда и характеристики двигателя — x-engineering.org

Тепловые двигатели используют топливо и кислород (из воздуха) для производства энергии путем сгорания. Чтобы гарантировать процесс сгорания, в камеру сгорания необходимо подавать определенное количество топлива и воздуха. Полное сгорание происходит, когда все топливо сгорает, в выхлопных газах не будет несгоревшего количества топлива. Соотношение воздух-топливо (AF или AFR) — это соотношение между массой воздуха m a и массой топлива m f , используемой двигателем при работе:

\ [\ bbox [# FFFF9D ] {AFR = \ frac {m_a} {m_f}} \ tag {1} \]

Обратное соотношение называется топливно-воздушным соотношением (FA или FAR) и рассчитывается как:

\ [FAR = \ frac {m_f} {m_a} = \ frac {1} {AFR} \ tag {1} \]

Идеальное (теоретическое) соотношение воздух-топливо для полного сгорания называется стехиометрическим соотношением воздух-топливо .Для бензинового (бензинового) двигателя стехиометрическое соотношение воздух-топливо составляет около 14,7: 1. Это означает, что для полного сжигания 1 кг топлива нам необходимо 14,7 кг воздуха. Возгорание возможно даже в том случае, если AFR отличается от стехиометрического. Для процесса сгорания в бензиновом двигателе минимальное значение AFR составляет около 6: 1, а максимальное может достигать 20: 1.

Когда соотношение воздух-топливо выше стехиометрического отношения, топливовоздушная смесь называется обедненной .Когда воздушно-топливное соотношение ниже стехиометрического, воздушно-топливная смесь называется богатая . Например, для бензинового двигателя AFR 16,5: 1 — обедненный, а 13,7: 1 — богатый.

В таблице ниже мы можем увидеть стехиометрическое соотношение воздух-топливо для нескольких видов ископаемого топлива.

Дизель
Топливо Химическая формула AFR
Метанол CH 3 OH 6.47: 1
Этанол C 2 H 5 OH 9: 1
Бутанол C 4 H 9 OH 11,2: 1
C 12 H 23 14,5: 1
Бензин C 8 H 18 14,7: 1
Пропан C 8 3 H 15.67: 1
Метан CH 4 17,19: 1
Водород H 2 34,3: 1

Источник:

000.org Чтобы полностью сжечь 1 кг этанола, нам нужно 9 кг воздуха, а чтобы сжечь 1 кг дизельного топлива, нам нужно 14,5 кг воздуха.

Двигатели с искровым зажиганием (SI) обычно работают на бензине (бензине). AFR двигателей SI варьируется в пределах от 12: 1 (богатая) до 20: 1 (бедная), в зависимости от условий эксплуатации двигателя (температура, частота вращения, нагрузка и т. Д.).). Современные двигатели внутреннего сгорания работают в максимально возможной степени со стехиометрическим AFR (в основном по причинам доочистки газа). В таблице ниже вы можете увидеть пример AFR двигателя SI, функцию частоты вращения и крутящего момента двигателя.

Изображение: Пример функции воздушно-топливного отношения (AFR) частоты вращения и крутящего момента двигателя

Воспламенение от сжатия (CI) Двигатели обычно работают на дизельном топливе. Из-за характера процесса сгорания двигатели CI всегда работают на обедненных смесях с AFR от 18: 1 до 70: 1.Основное отличие от двигателей SI заключается в том, что двигатели CI работают на слоистых (неоднородных) воздушно-топливных смесях, а SI работают на гомогенных смесях (в случае двигателей с распределенным впрыском).

Приведенная выше таблица вводится в скрипт Scilab и создается контурный график.

 EngSpd_rpm_X = [500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500];
EngTq_Nm_Y = [10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140];
EngAFR_rat_Z = [14 14,7 16.4 17,5 19,8 19,8 18,8 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1;
                14 14,7 14,7 16,4 16,4 16,4 16,5 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8;
                14 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 15,7 15,7 15,3 14,9 14,9 14,9;
                14,2 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 13,9 13,3 13,3 13,3;
                14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,5 12,9 12,9 12,9;
                14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,3 13,3 12,6 12,1 11,8;
                14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14.7 14,7 14,7 13,6 12,9 12,2 11,8 11,3;
                14,1 14,2 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 13,3 12,5 11,9 11,4 10,9;
                13,4 13,4 13,8 14,3 14,3 14,7 14,7 13,6 13,1 12,2 11,5 11,1 10,7;
                13,4 13,4 13,4 13,4 13,4 13,6 13,6 12,1 12,1 11,6 11,2 10,8 10,5;
                13,4 13,4 13,4 13,4 13,1 13,1 13,1 11,8 11,8 11,2 10,7 10,5 10,3;
                13,4 13,4 13,4 13,4 12,9 12,9 12,5 11,6 11,3 10,5 10,4 10,3 10,2;
                13,4 13,4 13,4 13,4 12,9 12,9 12,5 11.6 11,3 10,5 10,4 10,3 10,2;
                13,4 13,4 13,4 13,4 12,9 12,9 12,5 11,6 11,3 10,5 10,4 10,3 10,2];
контур (EngSpd_rpm_X, EngTq_Nm_Y, EngAFR_rat_Z ', 30)
xgrid ()
xlabel ('Скорость двигателя [об / мин]')
ylabel ('Крутящий момент двигателя [Нм]')
название ('x-engineer.org')
 

Выполнение приведенных выше инструкций Scilab сгенерирует следующий контурный график:

Изображение: контурный график воздух-топливо с помощью Scilab

Как вычисляется стехиометрическое соотношение воздух-топливо

Чтобы понять, как рассчитывается стехиометрическое соотношение воздух-топливо , нам нужно посмотреть на процесс сгорания топлива.Сжигание — это в основном химическая реакция (называемая окислением ), в которой топливо смешивается с кислородом и производит углекислый газ (CO 2 ), воду (H 2 O) и энергию (тепло). Учтите, что для протекания реакции окисления необходима энергия активации (искра или высокая температура). Кроме того, результирующая реакция сильно экзотермична (с выделением тепла).

\ [\ text {Топливо} + \ text {Кислород} \ xrightarrow [высокая \ text {} температура \ text {(CI)}] {искра \ text {(SI)}} \ text {Углекислый газ} + \ text {Water} + \ text {Energy} \]
Пример 1.

Для лучшего понимания давайте посмотрим на реакцию окисления метана . Это довольно распространенная химическая реакция, поскольку метан является основным компонентом природного газа (примерно 94%).

Шаг 1 . Запишите химическую реакцию (окисление)

\ [CH_4 + O_2 \ rightarrow CO_2 + H_2O \]

Шаг 2 . Сбалансируйте уравнение

\ [CH_4 + {\ color {Red} 2} \ cdot O_2 \ rightarrow CO_2 + {\ color {Red} 2} \ cdot H_2O \]

Шаг 3 .Запишите стандартный атомный вес для каждого атома.

\ [\ begin {split}
\ text {Hydrogen} & = 1.008 \ text {amu} \\
\ text {Carbon} & = 12.011 \ text {amu} \\
\ text {Oxygen} & = 15.999 \ text {amu}
\ end {split} \]

Шаг 4 . Вычислите массу топлива, равную 1 моль метана, состоящему из 1 атома углерода и 4 атомов водорода.

\ [m_f = 12.011 + 4 \ cdot 1.008 = 16.043 \ text {g} \]

Шаг 5 . Вычислите массу кислорода, состоящую из 2 моль, каждый моль состоит из 2 атомов кислорода.

\ [m_o = 2 \ cdot 15.999 \ cdot 2 = 63.996 \ text {g} \]

Шаг 6 . Вычислите необходимую массу воздуха, который содержит расчетную массу кислорода, учитывая, что воздух содержит около 21% кислорода.

\ [m_a = \ frac {100} {21} \ cdot m_o = \ frac {100} {21} \ cdot 63.996 = 304.743 \ text {g} \]

Шаг 7 . Рассчитайте соотношение воздух-топливо с помощью уравнения (1)

\ [AFR = \ frac {m_a} {m_f} = \ frac {304.743} {16.043} = 18.995 \]

Расчетная AFR для метана не совсем такая, как указано в литература.Разница может быть связана с тем, что в нашем примере мы сделали несколько предположений (воздух содержит только 21% кислорода, продуктами сгорания являются только углекислый газ и вода).

Пример 2.

Тот же метод можно применить для сжигания бензина. Учитывая, что бензин состоит из изооктана (C 8 H 18 ), рассчитайте стехиометрическое соотношение воздух-топливо для бензина .

Шаг 1 . Запишите химическую реакцию (окисление)

\ [C_ {8} H_ {18} + O_2 \ rightarrow CO_2 + H_2O \]

Шаг 2 .Сбалансируйте уравнение

\ [C_ {8} H_ {18} + {\ color {Red} {12.5}} \ cdot O_2 \ rightarrow {\ color {Red} 8} \ cdot CO_2 + {\ color {Red} 9} \ cdot H_2O \]

Шаг 3 . Запишите стандартный атомный вес для каждого атома.

\ [\ begin {split}
\ text {Hydrogen} & = 1.008 \ text {amu} \\
\ text {Carbon} & = 12.011 \ text {amu} \\
\ text {Oxygen} & = 15.999 \ text {amu}
\ end {split} \]

Шаг 4 . Вычислите массу топлива, равную 1 моль изооктана, состоящему из 8 атомов углерода и 18 атомов водорода.

\ [m_f = 8 \ cdot 12.011 + 18 \ cdot 1.008 = 114.232 \ text {g} \]

Шаг 5 . Вычислите массу кислорода, которая состоит из 12,5 моль, каждый моль состоит из 2 атомов кислорода.

\ [m_o = 12,5 \ cdot 15,999 \ cdot 2 = 399,975 \ text {g} \]

Шаг 6 . Вычислите необходимую массу воздуха, который содержит расчетную массу кислорода, учитывая, что воздух содержит около 21% кислорода.

\ [m_a = \ frac {100} {21} \ cdot m_o = \ frac {100} {21} \ cdot 399.975 = 1904.643 \ text {g} \]

Шаг 7 . Рассчитайте соотношение воздух-топливо с помощью уравнения (1)

\ [AFR = \ frac {m_a} {m_f} = \ frac {1904.643} {114.232} = 16.673 \]

Опять же, рассчитанное стехиметрическое соотношение воздух-топливо для бензина равно немного отличается от приведенного в литературе. Таким образом, результат приемлем, поскольку мы сделали множество предположений (бензин содержит только изооктан, воздух содержит только кислород в пропорции 21%, единственными продуктами сгорания являются углекислый газ и вода, сгорание идеальное).

Коэффициент эквивалентности воздушно-топливного отношения — лямбда

Мы видели, что такое стехиометрическое (идеальное) соотношение воздух-топливо и как рассчитать его. На самом деле двигатели внутреннего сгорания работают не с идеальным AFR, а с близкими к нему значениями. Таким образом, у нас будет идеальный и реальный АСО на воздушном топливе. Соотношение между фактическим воздушно-топливным соотношением (AFR , фактическое ) и идеальным / стехиометрическим соотношением воздух-топливо (AFR , идеальное ) называется эквивалентом воздушно-топливного отношения или лямбда (λ).

\ [\ bbox [# FFFF9D] {\ lambda = \ frac {AFR_ {actual}} {AFR_ {ideal}}} \ tag {3} \]

Например, идеальное соотношение воздух-топливо для бензина (бензин ) двигатель 14,7: 1. Если фактический / реальный AFR равен 13,5, лямбда-коэффициент эквивалентности будет:

\ [\ lambda = \ frac {13.5} {14.7} = 0,92 \]

В зависимости от значения лямбда двигателю предлагается работать с бережливым двигателем. , стехиометрическая или богатая топливовоздушная смесь.

Коэффициент эквивалентности Тип топливовоздушной смеси Описание
λ <1.00 Rich Недостаточно воздуха для полного сжигания топлива; после сгорания в выхлопных газах остается несгоревшее топливо
λ = 1,00 Стехиометрический (идеальный) Масса воздуха точна для полного сгорания топлива; после сгорания в выхлопе нет избытка кислорода и несгоревшего топлива
λ> 1,00 Бедная Кислорода больше, чем требуется для полного сжигания топлива; после сгорания в выхлопных газах присутствует избыток кислорода

В зависимости от типа топлива (бензин или дизельное топливо) и типа впрыска (прямой или непрямой) двигатель внутреннего сгорания может работать с обедненным, стехиометрическим или богатым воздухом -топливные смеси.

Изображение: 3-цилиндровый бензиновый двигатель Ecoboost с прямым впрыском (лямбда-карта)
Кредит: Ford

Например, 3-цилиндровый двигатель Ford Ecoboost работает со стехиометрическим соотношением воздух-топливо для холостых и средних оборотов двигателя и полного диапазона нагрузок. и с богатой топливовоздушной смесью на высоких оборотах и ​​нагрузках. Причина, по которой он работает на богатой смеси при высоких оборотах двигателя и нагрузке, охлаждения двигателя . Дополнительное топливо (которое останется несгоревшим) впрыскивается для поглощения тепла (за счет испарения), таким образом снижая температуру в камере сгорания.

Изображение: Дизельный двигатель (лямбда-карта)
Кредит: wtz.de

Двигатель с воспламенением от сжатия (дизельный) постоянно работает на бедной топливовоздушной смеси , значение коэффициента эквивалентности (λ) зависит от рабочая точка двигателя (частота вращения и крутящий момент). Причина этого — принцип работы дизельного двигателя: управление нагрузкой не через массу воздуха (которая всегда в избытке), а через массу топлива (время впрыска).

Помните, что коэффициент стехиометрической эквивалентности (λ = 1.00) означает соотношение воздух-топливо 14,7: 1 для бензиновых двигателей и 14,5: 1 для дизельных двигателей.

Влияние воздушно-топливного отношения на характеристики двигателя

Характеристики двигателя с точки зрения мощности и расхода топлива сильно зависят от воздушно-топливного отношения. Для бензинового двигателя наименьший расход топлива достигается при обедненном AFR. Основная причина в том, что имеется достаточно кислорода, чтобы полностью сжечь все топливо, что переводится в механическую работу. С другой стороны, максимальная мощность получается на богатых топливовоздушных смесях.Как объяснялось ранее, подача большего количества топлива в цилиндр при высокой нагрузке и скорости двигателя охлаждает камеру сгорания (за счет испарения топлива и поглощения тепла), что позволяет двигателю создавать максимальный крутящий момент двигателя, а значит, максимальную мощность.

Изображение: мощность двигателя и функция расхода топлива воздушно-топливного отношения (лямбда)

На рисунке выше мы видим, что мы не можем получить максимальную мощность двигателя и самый низкий расход топлива при том же соотношении воздух-топливо. . Самый низкий расход топлива (лучшая экономия топлива) достигается при использовании обедненных топливовоздушных смесей с AFR 15.4: 1 и коэффициент эквивалентности (λ) 1,05. Максимальная мощность двигателя достигается при использовании богатых топливовоздушных смесей с AFR 12,6: 1 и коэффициентом эквивалентности (λ) 0,86. При стехиометрической топливовоздушной смеси (λ = 1) существует компромисс между максимальной мощностью двигателя и минимальным расходом топлива.

Двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные) всегда работают на обедненных топливовоздушных смесях (λ> 1,00). Большинство современных дизельных двигателей работают с λ от 1,65 до 1,10. Максимальный КПД (наименьший расход топлива) достигается около λ = 1.65. Увеличение количества топлива выше этого значения (до 1,10) приведет к образованию большего количества сажи (несгоревших частиц топлива).

Есть интересное исследование, выполненное Р. Дугласом на двухтактных двигателях. В своей докторской диссертации «Исследования замкнутого цикла двухтактного двигателя » Р. Дуглас дает математическое выражение функции коэффициента эквивалентности (λ) полноты сгорания λ ).

Для искрового зажигания (бензиновый двигатель) с коэффициентом эквивалентности от 0.3; сюжет (lmbd_g, eff_lmbd_g, ‘b’, ‘LineWidth’, 2) держать сюжет (lmbd_d, eff_lmbd_d, ‘r’, ‘LineWidth’, 2) xgrid () xlabel (‘$ \ lambda \ text {[-]} $’) ylabel (‘$ \ eta _ {\ lambda} \ text {[-]} $’) название (‘x-engineer.org’) легенда (‘бензин’, ‘дизель’, 4)

При выполнении приведенных выше инструкций Scilab выводится следующее графическое окно.

Изображение: Функция эффективности сгорания от коэффициента эквивалентности

Как вы можете видеть, двигатель с воспламенением от сжатия (дизельный) при стехиометрическом соотношении воздух-топливо имеет очень низкую эффективность сгорания.Наилучшая полнота сгорания достигается при λ = 2,00 для дизельных двигателей и λ = 1,12 для двигателей с искровым зажиганием (бензиновых).

Калькулятор соотношения воздух-топливо (лямбда)

Наблюдение : КПД сгорания рассчитывается только для дизельного и бензинового (бензинового) топлива с использованием уравнений (4) и (5). Для других видов топлива расчет эффективности сгорания недоступен (NA).

Влияние воздушно-топливного отношения на выбросы выхлопных газов двигателя

Выбросы выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания сильно зависят от воздушно-топливного отношения (коэффициента эквивалентности).Основные выбросы выхлопных газов в ДВС сведены в таблицу ниже.

9018 NOx 9018 NOx частицы
Эмиссия выхлопных газов Описание
CO окись углерода
HC hidrocarbon
NOx

Для бензиновых двигателей выбросы CO, HC и NOx в выхлопных газах сильно зависят от соотношения воздух-топливо .CO и HC образуются в основном из богатой топливовоздушной смеси, а NOx — из бедных. Таким образом, не существует фиксированной воздушно-топливной смеси, для которой мы можем получить минимум для всех выбросов выхлопных газов.

Изображение: функция эффективности катализатора бензинового двигателя в соотношении воздух-топливо

Трехкомпонентный катализатор (TWC), используемый для бензиновых двигателей, имеет наивысшую эффективность, когда двигатель работает в узком диапазоне около стехиометрического отношения воздух-топливо. TWC преобразует от 50… 90% углеводородов до 90… 99% окиси углерода и окислов азота, когда двигатель работает с λ = 1.00.

Лямбда-регулирование сгорания с обратной связью

Чтобы соответствовать требованиям по выбросам выхлопных газов, для двигателей внутреннего сгорания (особенно бензиновых) критически важно иметь точный контроль воздушно-топливного отношения. Таким образом, все современные двигатели внутреннего сгорания имеют замкнутый контур управления воздушно-топливным соотношением (лямбда) .

Изображение: Лямбда-регулирование с обратной связью двигателя внутреннего сгорания (бензиновые двигатели)

  1. датчик массового расхода воздуха
  2. первичный катализатор
  3. вторичный катализатор
  4. топливная форсунка
  5. передний лямбда-зонд
  6. нижний лямбда-датчик (кислород) датчик
  7. цепь подачи топлива
  8. впускной коллектор
  9. выпускной коллектор

Критическим компонентом для работы системы является лямбда-зонд .Этот датчик измеряет уровень молекул кислорода в выхлопных газах и отправляет информацию в электронный блок управления двигателем (ЭБУ). На основе значения показания датчика кислорода ЭБУ бензинового двигателя регулирует уровень массы топлива, чтобы поддерживать соотношение воздух-топливо около стехиметрического уровня (λ = 1,00).

Например (бензиновые двигатели), если уровень молекул кислорода выше порогового значения для стехиметрического уровня (следовательно, у нас бедная смесь), при следующем цикле впрыска количество впрыскиваемого топлива будет увеличено, чтобы использовать избыток воздуха.Имейте в виду, что двигатель всегда будет переходить с бедной смеси на богатой смеси между циклами впрыска, что будет давать «среднее» стехиометрическое соотношение топливовоздушных смесей.

Для дизельных двигателей, поскольку они всегда работают на обедненной смеси воздух-топливо, лямбда-регулирование выполняется по-другому. Конечная цель остается прежней — контроль выбросов выхлопных газов.

Для любых вопросов или замечаний относительно этого руководства, пожалуйста, используйте форму комментариев ниже.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

Каково влияние соотношения воздух-топливо на эффективность сгорания?

Во второй части этой серии статей, посвященной контролю сгорания промышленных источников тепла, мы рассматриваем соотношение воздух-топливо и баланс использования избыточного воздуха для потребления горючих веществ при минимизации энергии от восходящего потока в промышленных источниках тепла. В Части I, Стехиометрическое горение и его влияние на КПД котла, мы обсудили стехиометрическое горение, то теоретическое положение, в котором оптимальное количество кислорода и топливной смеси для производства максимально возможного тепла при достижении максимальной эффективности сгорания.

Спросите, как наш расходомер может улучшить ваше управление энергопотреблением.

Соотношение воздух-топливо и избыток воздуха

Эффективность сгорания зависит от использования правильного количества воздуха для потребления топлива.

При технологическом обогреве, работающем на топливе, самый большой источник потерь энергии — через выхлопную трубу, поэтому управление воздушным потоком имеет важное значение для эффективности сгорания. Когда топливо горит в присутствии кислорода, оно превращается в углекислый газ, воду и тепло. Рассмотрим сжигание метана (CH 4 ).

CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O + Тепло (1013 БТЕ / фут 3 )

Воздух содержит примерно 21% кислорода и 79% азота. В этом случае реакция полного сгорания становится:

CH 4 + 2O 2 + 7,53N 2 → CO 2 + 2H 2 O + 7,53 N 2 + Тепло (1013 БТЕ / фут. 3 )

Требуемое количество воздуха зависит от типа топлива.В идеале вы хотели бы добавить достаточно кислорода, чтобы израсходовать все топливо, чтобы не было исчерпания горючего, при минимальном избытке воздуха, чтобы предотвратить потерю энергии из дымовой трубы.

Соотношение воздух-топливо определяет количество воздуха, необходимого для сжигания определенного топлива.

Соотношение воздух-топливо определяет количество воздуха, необходимого для сжигания определенного топлива. Обычными видами топлива, используемыми в процессе сгорания, являются нефть (№ 2, 4 и 6), дизельное топливо, бензин, природный газ, пропан и древесина — соотношения для обычных газов, жидкого и твердого топлива указаны в таблице 1.1 и 1.2.

Оптимизация соотношения воздух-топливо

Существует баланс между потерей энергии из-за использования слишком большого количества воздуха и потерей энергии из-за слишком большого количества энергии в любом процессе сгорания. Наилучшая полнота сгорания достигается при оптимальном соотношении воздух-топливо, и регулирование этого параметра обеспечивает наивысшую эффективность. В большинстве сценариев горелка, работающая на жидком и газовом топливе, достигает этого желаемого баланса, работая при 105–120% оптимального теоретического количества воздуха. Для горелок, работающих на природном газе, требуется стехиометрический воздух 9.4-11 футов 3 / 1,0 фут 3 природного газа или соотношение воздуха и газа приблизительно 10: 1. В этом случае имеется избыток кислорода на 2%.

В зоне горения сложно измерить избыток воздуха. Однако в штабеле его можно легко измерить с помощью анализаторов кислорода. При работе с 5-20% избытком воздуха это соответствует измерению содержания кислорода в дымовой трубе от 1% до 3%.

Идеальное соотношение воздуха и топлива будет изменяться при различных рабочих нагрузках. Настройка — это процесс установления желаемого соотношения воздух-топливо при различных условиях эксплуатации. Это может быть выполнено при оценке конкретных характеристик дымовой трубы: температуры, концентрации кислорода, оксида углерода и выбросов NO x .

В третьей части этой серии из пяти частей мы рассматриваем анализ кислорода и горючих газов в дымовых газах, а также различные потоки воздуха и топлива перед сгоранием для повышения эффективности сгорания промышленных котлов, парогенераторов, печей, печей, плавильных печей и технологических процессов. обогреватели.

Если вы хотите полностью прочитать официальный документ Sage Metering по этой теме, см. «Измерители эффективности сгорания и массового теплового расхода».

Стехиометрическое влияние горения на КПД котла

Анализ дымовых газов и поток воздуха / топлива — эффективность сгорания

Измерители массового расхода, дифференциального давления и расхода воздуха

Расходомер воздуха для определения эффективности сгорания | Промышленные котлы

Основы двигателя

— смесь воздуха и топлива


Основы соотношения воздух / топливо, стехиометрии и лямбда

Для выработки энергии двигателю необходимы воздух, топливо и искра.Чтобы оптимизировать работу вашего двигателя, вам нужна правильная смесь воздуха и топлива.

Соотношение воздух / топливо (AFR)

AFR означает соотношение воздух-топливо. Топливо не горит само по себе. Его нужно смешать с воздухом. AFR сообщает вам, сколько частей воздуха смешано с каждой частью топлива. Например, AFR 14,7: 1 (или просто 14,7) означает, что смесь составляет 14,7 частей воздуха на одну часть топлива.

Стехиометрическое соотношение (Stoich)

Когда AFR идеален, смесь сгорает полностью во время горения.Это называется стехиометрическим соотношением или просто «стехиометрическим».

Различные виды топлива содержат разное количество энергии. Их стич тоже будет другой:

Тип топлива Стоич
Бензин

14,7

E85 9,8
Метанол 6,4

Лямбда (λ)

Еще один способ взглянуть на топливно-воздушную смесь — это значение лямбда.Он представлен греческим символом «λ». Лямбда равна AFR, деленному на стеич.

При измерении топливовоздушной смеси с использованием лямбда, stoich всегда будет равняться единице (1) для любого топлива.

Бедные или богатые смеси

Когда в топливно-воздушной смеси слишком много топлива, она богатая . Когда не хватает топлива, это бедная смесь.

  • AFR выше, чем стех. = Обедненная.
  • AFR ниже, чем stoich = богатый.
  • Значение лямбда выше 1 = обедненная.
  • Значение лямбда ниже 1 = богатое.

Как это измеряется?

Воздухо-топливную смесь можно проанализировать, просмотрев данные датчика O2 вашего ЭБУ. Еще один способ контролировать вашу топливно-воздушную смесь — использовать датчик соотношения воздух / топливо. Многие датчики AFR также отображают значение лямбда.

Как это влияет на производительность?

Контроль воздушно-топливной смеси — это точный способ максимизировать производительность, экономичность и избежать поломки двигателя.

Может показаться, что стойкость всегда является целью.Это не так. Максимальная мощность обычно достигается при слегка богатой смеси. Управляемость лучше на круизных оборотах со слегка бедной смесью. Холостой ход, как правило, лучше и с немного бедной смесью, но большой кулачок будет лучше работать на холостом ходу с немного богатой смесью.

В следующей таблице перечислены некоторые рекомендации AFR:


Бензин AFR E85 AFR Метанол AFR Лямбда
Круиз 14.7-15,5 9,8-10,3 6,4-6,8 1.0–1.07
Холостой ход 13,5-15,0 9,0-10,0 6,0-6,6 0,92–1,03
Стоич 14,7 9,8 6,4 1,0
WOT 11,5-13,3 7,7-8,8 5,1-5,8 0,79–0,92

ID ответа 5230 | Опубликовано 09.10.2019 11:52 | Обновлено 15.05.2020 12:22

соотношение воздух-топливо

Соотношение воздух-топливо ( AFR ) — это массовое отношение воздуха к топливу, присутствующего во время сгорания.Когда все топливо объединяется со всем свободным кислородом, обычно в камере сгорания транспортного средства, смесь химически сбалансирована, и этот AFR называется стехиометрической смесью (часто сокращенно stoich ). AFR — важная мера по причинам защиты от загрязнения и настройки производительности. Лямбда (λ) — это альтернативный способ представления AFR.

В промышленных обогревателях, парогенераторах электростанций и больших газовых турбинах более распространенным термином является процента избыточного воздуха для горения .Например, избыток воздуха для горения на 15 процентов означает, что используется на 15 процентов больше необходимого стехиометрического воздуха.

Смесь — это рабочая точка, которую современные системы управления двигателем, использующие впрыск топлива, пытаются достичь в условиях крейсерского режима с небольшой нагрузкой. Для бензинового топлива стехиометрическая смесь воздух / топливо примерно в 14,7 раз превышает массу воздуха, необходимого для топлива. Любая смесь менее 14,7: 1 считается богатой смесью, любая смесь более 14,7: 1 — обедненной смесью — при условии идеального (идеального) «испытательного» топлива (бензин, состоящий только из н-гептана и изооктана).На самом деле, большинство видов топлива состоит из комбинации гептана, октана, нескольких других алканов, а также добавок, включая детергенты и, возможно, оксигенаторов, таких как МТБЭ (метил-трет-бутиловый эфир) или этанол / метанол. Все эти соединения изменяют стехиометрическое соотношение, при этом большинство добавок толкают соотношение вниз (оксигенаторы приносят дополнительный кислород к месту сгорания в жидкой форме, который выделяется во время сгорания; для топлива, содержащего МТБЭ, стехиометрическое соотношение может быть очень низким. как 14.1: 1). Транспортные средства, использующие кислородный датчик (и) или другой контур обратной связи для управления соотношением топлива к воздуху (обычно путем управления объемом топлива), обычно автоматически компенсируют это изменение стехиометрической скорости топлива путем измерения состава выхлопных газов, в то время как автомобили без таких средств управления (например, большинство мотоциклов до недавнего времени и автомобили, выпущенные до середины 1980-х годов) могут испытывать трудности с использованием некоторых стандартных смесей топлива (особенно зимнего топлива, используемого в некоторых областях), и может потребоваться повторная установка двигателя (или иное изменение топливных соотношений) для компенсации использования специальных топливных смесей.Производители транспортных средств не предоставляют средств для изменения предустановленных топливных карт, что делает такие изменения невозможными без замены стандартного ЭБУ настраиваемой системой. Транспортные средства, использующие кислородные датчики, позволяют контролировать соотношение воздух-топливо с помощью измерителя соотношения воздух-топливо.

Бедные смеси производят более холодные газы сгорания, чем стехиометрические смеси, в первую очередь из-за чрезмерного разбавления неизрасходованным кислородом и связанным с ним азотом. Богатые смеси также производят более холодные дымовые газы, чем стехиометрическая смесь, в первую очередь из-за чрезмерного количества углерода, который окисляется с образованием моноксида углерода, а не диоксида углерода.Химическая реакция окисления углерода с образованием моноксида углерода выделяет значительно меньше тепла, чем аналогичная реакция с образованием диоксида углерода. (Окись углерода сохраняет значительную потенциальную химическую энергию. Она сама по себе является топливом, а двуокись углерода — нет.) Бедные смеси и богатые смеси при потреблении в двигателе внутреннего сгорания производят меньше энергии, чем стехиометрическая смесь. Точно так же бедные смеси и богатые смеси имеют меньшую топливную эффективность, чем лучшая смесь.(Смесь для лучшей топливной экономичности немного отличается от стехиометрической.)

Рекомендуемые дополнительные знания

Сводка

Теоретически в стехиометрической смеси достаточно воздуха, чтобы полностью сжечь имеющееся топливо. На практике это никогда полностью не достигается, в первую очередь из-за очень короткого времени, доступного в двигателе внутреннего сгорания для каждого цикла сгорания.Большая часть процесса сгорания завершается примерно за 4-5 миллисекунд при частоте вращения двигателя 6000 об / мин. Это время, которое проходит от момента зажигания искры до полного завершения сгорания топливно-воздушной смеси после примерно 80 градусов вращения коленчатого вала.

Каталитические нейтрализаторы предназначены для наилучшей работы, когда выхлопные газы, проходящие через них, показывают, что произошло почти идеальное сгорание.

К сожалению, стехиометрическая смесь горит очень горячо и может повредить компоненты двигателя, если двигатель находится под большой нагрузкой при этой топливно-воздушной смеси.Из-за высоких температур этой смеси при высокой нагрузке возможна детонация топливовоздушной смеси вскоре после достижения максимального давления в цилиндре (это называется детонацией или свистом). Детонация может вызвать серьезное повреждение двигателя, поскольку неконтролируемое сгорание топливовоздушной смеси может создать очень высокое давление в цилиндре. Как следствие, стехиометрические смеси используются только в условиях небольшой нагрузки. В условиях ускорения и высоких нагрузок более богатая смесь (более низкое соотношение воздух-топливо) используется для получения более холодных продуктов сгорания и, таким образом, предотвращения детонации и перегрева головки блока цилиндров.

В типовой горелке для сжигания воздуха и природного газа используется стратегия двойного перекрестного ограничения для обеспечения контроля соотношения. (Этот метод использовался во время Второй мировой войны). Стратегия включает добавление обратной обратной связи по потоку в ограничивающий контроль соответствующего газа (воздуха или топлива), что обеспечивает регулирование соотношения в приемлемом диапазоне.

Используемые другие термины

Есть и другие термины, обычно используемые при обсуждении смеси воздуха и топлива в двигателях внутреннего сгорания.Однако «Стоич» также известно как сленговое слово.

AFR

Соотношение воздух-топливо — это наиболее распространенный эталонный термин, используемый для смесей в двигателях внутреннего сгорания. Это соотношение между массой воздуха и массой топлива в топливно-воздушной смеси в любой данный момент.

Для чистого октана стехиометрическая смесь составляет приблизительно 14,7: 1 или λ, равную точно 1,00.

В двигателях без наддува с октановым числом максимальная мощность часто достигается при AFR от 12.5 — 13,3: 1 или λ 0,85 — 0,90.

FAR

Топливо-воздух часто используется в правительственных исследованиях двигателей внутреннего сгорания и относится к соотношению топлива и воздуха, это 1 / AFR.

Лямбда

Большинство практичных устройств AFR фактически измеряют количество остаточного кислорода (для бедных смесей) или несгоревших углеводородов (для богатых смесей) в выхлопных газах. Лямбда (λ) — это мера того, насколько далеко эта смесь от стехиометрии. Лямбда 1.0 соответствует стехиометрии, богатые смеси меньше 1,0, а бедные смеси больше 1,0.

Между лямбда и AFR существует прямая связь. Чтобы вычислить AFR по заданной лямбде, умножьте измеренную лямбду на стехиометрическую AFR для этого топлива. В качестве альтернативы, чтобы восстановить лямбда из AFR, разделите AFR на стехиометрический AFR для этого топлива. Это последнее уравнение часто используется как определение лямбда:

Поскольку состав обычных видов топлива меняется в зависимости от сезона и поскольку многие современные автомобили могут работать с разными видами топлива, при настройке имеет смысл говорить о значениях лямбда, а не о AFR.

Коэффициент эквивалентности

Коэффициент эквивалентности системы определяется как отношение отношения топлива к окислителю к стехиометрическому соотношению топлива к окислителю. Математически,

где м представляет собой массу, n представляет количество молей, суффикс s t обозначает стехиометрические условия.

TLALI Соотношение по отношению к соотношению топливо-окислитель состоит в том, что оно не имеет такой же зависимости, как отношение топливо-окислитель, от используемых агрегатов.Например, отношение количества топлива к окислителю, основанное на массе топлива и окислителя, отличается от того, которое определяется на основе количества молей. Это не относится к соотношению эквивалентности. Следующий пример может помочь прояснить суть дела. Рассмотрим смесь одного моля этана ( C 2 H 6 ) и одного моля кислорода ( O 2 ).

Отношение топлива к окислителю этой смеси, основанное на массе топлива и воздуха, составляет
Отношение топлива к окислителю этой смеси, основанное на количестве молей топлива и воздуха, составляет

Очевидно, что эти два значения являются не равный.Чтобы сравнить это с отношением эквивалентности, нам необходимо определить отношение топлива к окислителю смеси этана и кислорода. Для этого необходимо рассмотреть стехиометрическую реакцию этана и кислорода,

Это дает,

Таким образом, мы можем определить коэффициент эквивалентности данной смеси как,

или аналогично,

Еще одно преимущество использования отношения эквивалентности состоит в том, что отношения, превышающие единицу, всегда представляют избыток топлива в смеси топливо-окислитель, чем то, что требуется для полного сгорания (стехиометрическая реакция), независимо от используемого топлива и окислителя. .В то время как отношения менее 1 представляют собой дефицит топлива или эквивалентный избыток окислителя в смеси. Это не тот случай, если используется соотношение топлива и окислителя, которое будет принимать разные значения для разных смесей.

Следует отметить, что коэффициент эквивалентности связан с λ (определенным ранее) следующим образом:

См. Также

Анализ и прогнозирование взаимосвязи между соотношением воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и процентными показателями выбросов выхлопных газов автомобилей с бензиновым двигателем с использованием универсальной и переносной системы измерения выбросов

Для целей настоящего исследования данные были собраны данные о соотношении воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и выбросах выхлопных газов с использованием анализатора E INSTRUMENTS Model F5000-5GAS для 125 автомобилей на контрольно-пропускном пункте, расположенном на главной автомагистрали на юге провинции Сулеймания в регионе Курдистан. К северу от Ирака (см. Рис.4, 5). Собранные данные для каждого транспортного средства включали в себя компанию-производителя, размер двигателя, год выпуска, соотношение воздух-топливо (AFR), лямбду (λ), а также процент и значения выбросов выхлопных газов.

Рис. 4

Карта Ирака с местом исследования — город Калар (Google Maps)

Рис. 5

Сбор данных, измерение воздушно-топливного отношения (AFR), лямбда (λ) и выбросов выхлопных газов

Измерения воздушно-топливного отношения (AFR), лямбда (λ) и выбросов выхлопных газов включали 6 транспортных средств с бензиновыми двигателями (1.6, 1,8, 2,0, 2,4, 2,5 и 2,7 л бензиновых двигателей) с разными годами выпуска. Измеренные выхлопные газы для каждого транспортного средства включали кислород (O 2 ), диоксид углерода (CO 2 ), монооксид углерода (CO), оксид азота (NO) и углеводороды (CxHy). Для целей данного исследования были выбраны наиболее часто используемые автомобили с двумя двигателями объемом 1,6 и 2,5 л.

Чтобы отдельно проанализировать и спрогнозировать взаимосвязь между соотношением воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и процентами выбросов выхлопных газов и значениями транспортных средств, работающих на бензине, для каждого из двух выбранных размеров двигателя (1.6 и 2,5 л бензиновых двигателей) собранные данные, воздушно-топливное соотношение (AFR), лямбда (λ) и измерения выбросов были классифицированы, изучены и обсуждены следующим образом:

Анализировать и прогнозировать взаимосвязь между воздухом и воздухом. топливное соотношение (AFR), лямбда (λ) и процентные значения и значения выбросов выхлопных газов для бензинового двигателя объемом 1,6 л

Для изучения взаимосвязи между соотношением воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и процентами выбросов выхлопных газов и значениями для Объем бензинового двигателя 1,6 л, собранные данные для каждого транспортного средства, включая компанию-производителя, год выпуска, соотношение воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и процент и значения выбросов выхлопных газов, были обобщены и проиллюстрированы в таблице 3.

Таблица 3 Компания-производитель, год выпуска, соотношение воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и процент выбросов выхлопных газов и значения для автомобилей с объемом двигателя 1,6 л

Соотношение между воздушно-топливным соотношением (AFR) и воздушно-топливным эквивалентом или лямбда (λ)

Для автомобиля с объемом двигателя 1,6 л измеренные значения λ находились в диапазоне от 1 до 5,14 (см. Таблицу 3), при этом теоретически, λ = 1,0 соответствует стехиометрическому AFR, а бедные смеси имеют λ> 1,0. Измеренные значения AFR варьировались от 14.От 71: 1 до 75,60: 1 (см. Таблицу 3), где теоретическая AFR для бензинового двигателя для полного сгорания, стехиометрическая AFR составляет около 14,7: 1, а AFR> 14,7: 1 — обедненная. Измерения λ и AFR показывают, что все автомобили, эксплуатируемые на топливовоздушных смесях, находились в диапазоне от стехиометрических до бедных смесей.

Лямбда — это отношение фактического AFR к стехиометрическому AFR, согласно которому измерения показывают, что стехиометрическое AFR составляет 14,71: 1, где все измеренные значения AFR, соответствующие измеренному λ = 1, равны 14.{2} {-} \, 2.0128 \, \ lambda \, + \, 21.493 $$

(3)

где AFR = соотношение воздух-топливо, λ = соотношение воздух-топливо или лямбда

Рис. 6

Связь между соотношением воздух-топливо или лямбда (λ) и соотношением воздух-топливо (AFR) для транспортных средств с объемом двигателя 1,6 л

Связь между соотношением воздушно-топливного эквивалента или лямбда (λ) и процентами и значениями выбросов выхлопных газов

Связь между измеренной лямбдой (λ) и выхлопными газами, которые включают кислород (O 2 ), диоксид углерода (CO ) 2 ), оксид углерода (CO), оксид азота (NO) и углеводороды (CxHy) изучались и обсуждались следующим образом:

  1. 1.

    Соотношение между измеренной лямбда (λ) и процентным содержанием выделяемого выхлопными газами (O 2 ): результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) увеличивается выброс кислорода (O 2 ) (см. Таблицу 3 и рис.7). При идеальном или полном сгорании весь кислород (O 2 ) будет потребляться с топливом и производить только диоксид углерода (CO 2 ) и воду. Для измеренных значений λ и процентных соотношений O 2 определена линейная зависимость с высоким R-квадрат (R 2 ) = 95.67%, что означает относительно высокую точность (см. Уравнение 4 и рис. 7).

    Рис. 7

    Связь между соотношением воздух-топливо или значениями лямбда (λ) и процентными показателями выбросов кислорода (O 2 ) в выхлопных газах — двигатель объемом 1,6 л

    $$ Кислород \, \ left ({O_ {2}} \ right) \, \% \, = \, 0.631 \, \ lambda \, {-} \, 2.7889 $$

    (4)

    , где кислород (O 2 )% = выбросы кислорода в выхлопных газах (O 2 ), λ = соотношение воздух-топливо или лямбда

  2. 2.

    Соотношение между измеренной лямбда (λ) и выбросами углекислого газа (CO 2 ) в процентах: результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) выбросы углекислого газа (CO 2 ) уменьшаются (см. Таблица 3 и Рис. 8). При полном сгорании топлива выделяют только углекислый газ (CO 2 ) и воду. Для измеренных значений λ и процентного содержания CO 2 линейная зависимость, определенная с высоким R-квадрат (R 2 ) = 95.33%, что означает относительно высокую точность (см. Уравнение 5 и рис. 8).

    Рис. 8

    Связь между соотношением воздух-топливо или значениями лямбда (λ) и выбросом двуокиси углерода (CO 2 ). выбросы в процентах — объем двигателя 1,6 л

    $$ Углерод \, диоксид \, \ left ({{\ text {CO}} _ {2}} \ right) \, \% \, = \, — \, 0.4687 \, \ lambda \, + \, 17,545 $$

    (5)

    , где диоксид углерода (CO 2 )% = выбросы диоксида углерода в выхлопных газах (CO 2 ) в процентах, λ = соотношение воздух-топливо или лямбда

  3. 3.

    Связь между измеренным значением лямбда (λ) и процентным содержанием оксида углерода (CO) в выхлопных газах: результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) выброс оксида углерода (CO) уменьшается (см. Таблицу 3 и рис. 9). ). Наличие кислорода (O 2 ) способствует лучшему сгоранию топлива и снижает выбросы окиси углерода (CO), образующейся при неполном сгорании топлива. При полном сгорании топлива выделяют только углекислый газ (CO 2 ) и воду.

    Рис. 9

    Связь между соотношением воздух-топливо или значениями лямбда (λ) и процентным содержанием окиси углерода (CO) в выхлопных газах — двигатель объемом 1,6 л

  4. 4.

    Связь между измеренными значениями лямбда (λ) и выбросов углеводородов в выхлопных газах (CxHy): результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) выброс углеводородов (CxHy) уменьшается (см. Таблицу 3 и Рис.10). Наличие кислорода (O 2 ) способствует лучшему сгоранию топлива и снижает выбросы углеводородов (CxHy), образующихся в результате неполного сгорания топлива. При полном сгорании топлива выделяют только углекислый газ (CO 2 ) и воду.

    Рис. 10

    Связь между соотношением воздух-топливо или значениями лямбда (λ) и выбросами углеводородов (CxHy) и оксида азота (NO) в выхлопных газах — двигатель объемом 1,6 л

  5. 5.

    Связь между измеренной лямбда (λ) и выбросом оксида азота (NO) выхлопными газами: результаты измерений показывают, что увеличение значений лямбда (λ) не оказывает полного влияния на значения выбросов оксида азота (NO), поскольку азот в основном происходит от двух Источники — воздух, который смешивается с бензином внутри двигателя или / и с самим топливом (бензин, обогащенный азотом) (см. Таблицу 3 и Рис. 10).

Проанализируйте и спрогнозируйте взаимосвязь между соотношением воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и процентами выбросов выхлопных газов и значениями для 2.Бензиновый двигатель объемом 5 л

Для изучения взаимосвязи между соотношением воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и процентами выбросов выхлопных газов и значениями для бензинового двигателя объемом 2,5 л собранные данные для каждого транспортного средства, включая компанию-производителя, год выпуска , соотношение воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и проценты и значения выбросов выхлопных газов были обобщены и проиллюстрированы в таблице 4.

Таблица 4 Компания-производитель, год выпуска, соотношение воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) а также процент и значения выбросов выхлопных газов для автомобилей с 2.Объем двигателя 5 л

Соотношение между воздушно-топливным отношением (AFR) и воздушно-топливным эквивалентом или лямбда (λ)

Для автомобиля с объемом двигателя 2,5 л измеренные значения λ находились в диапазоне от 0,99 до 2,51 (см. Таблицу 4), при этом теоретически, λ = 1,0 соответствует стехиометрическому AFR, а бедные смеси имеют λ> 1,0. Измеренные значения AFR варьировались от 14,56: 1 до 36,92: 1 (см. Таблицу 4), где теоретический AFR для бензинового двигателя, для полного сгорания, стехиометрический AFR составляет около 14.7: 1 и AFR> 14,7: 1 — обедненный. Измерения λ и AFR показывают, что все автомобили, эксплуатируемые на топливовоздушных смесях, находились в диапазоне почти или почти стехиометрических и бедных смесей.

Лямбда — это отношение фактического AFR к стехиометрическому AFR, согласно которому измерения показывают, что стехиометрическое AFR составляет 14,71: 1, где измеренное значение AFR, соответствующее измеренному λ = 1, было 14,71: 1 (см. Таблицу 4). Для измеренных значений AFR и λ полиномиальное соотношение, определенное с высоким R-квадрат (R 2 ) = 95.{2} {-} \, 0.5799 \, \ lambda \, + \, 16.646 $$

(6)

, где AFR = соотношение воздух-топливо, λ = соотношение воздух-топливо или лямбда

Рис. 11

Связь между соотношением воздух-топливо или лямбда (λ) и соотношением воздух-топливо (AFR) для транспортных средств с объемом двигателя 2,5 л

Связь между соотношением воздушно-топливного эквивалента или лямбда (λ) и процентами и значениями выбросов выхлопных газов

Связь между измеренной лямбдой (λ) и выхлопными газами, которые включают кислород (O 2 ), диоксид углерода (CO ) 2 ), оксид углерода (CO), оксид азота (NO) и углеводороды (CxHy) изучались и обсуждались следующим образом:

  1. (1)

    Соотношение между измеренным лямбда (λ) и процентным содержанием выделяемого выхлопными газами (O 2 ): результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) увеличивается выброс кислорода (O 2 ) (см. Таблицу 4 и рис.12). При идеальном или полном сгорании весь кислород (O 2 ) будет потребляться с топливом и производить только диоксид углерода (CO 2 ) и воду. Для измеренных значений λ и процентных соотношений O 2 определена линейная зависимость с высоким R-квадратом (R 2 ) = 94,05%, что означает относительно высокую точность (см. Уравнение 7 и рис. 12).

    Рис. 12

    Связь между коэффициентом воздушно-топливного эквивалента или значениями лямбда (λ) и процентным содержанием кислорода (O 2 ) выхлопных газов-2.Объем двигателя 5 л

    $$ Кислород \, \ left ({O_ {2}} \ right) \, \% \, = \, 0.5144 \, \ lambda \, {-} \, 1.761 $$

    (7)

    , где кислород (O 2 )% = выбросы кислорода в выхлопных газах (O 2 ), λ = соотношение воздух-топливо или лямбда

  2. (2)

    Соотношение между измеренной лямбда (λ) и выбросами углекислого газа (CO 2 ) в процентах: результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) выбросы углекислого газа (CO 2 ) уменьшаются (см. Таблица 4 и Рис.13). При полном сгорании топлива выделяют только углекислый газ (CO 2 ) и воду. Для измеренных значений λ и процентов CO 2 определена линейная зависимость с высоким R-квадрат (R 2 ) = 92,62%, что означает относительно высокую точность (см. Уравнение 8 и рис. 13).

    Рис. 13

    Связь между соотношением воздушно-топливного эквивалента или значениями лямбда (λ) и процентами выбросов углекислого газа (CO 2 ) в выхлопных газах — двигатель объемом 2,5 л

    $$ Углерод \, диоксид \, \ left ({CO_ {2}} \ right) \, \% \, = \, — \, 0.3864 \, \ лямбда \, + \, 16.892 $$

    (8)

    , где диоксид углерода (CO 2 )% = выбросы диоксида углерода в выхлопных газах (CO 2 ) в процентах, λ = соотношение воздух-топливо или лямбда

  3. (3)

    Связь между измеренной лямбда (λ) и процентным содержанием оксида углерода (CO) в выхлопных газах: в целом результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) выбросы оксида углерода (CO) снижаются (см. Таблицу 4 и Инжир.14). Наличие кислорода (O 2 ) способствует лучшему сгоранию топлива и снижает выбросы монооксида углерода (CO), образующегося при неполном сгорании топлива. При полном сгорании топлива выделяют только углекислый газ (CO 2 ) и воду.

    Рис. 14

    Связь между соотношением воздух-топливо или значениями лямбда (λ) и процентным содержанием окиси углерода (CO) в выхлопных газах — двигатель объемом 2,5 л

  4. (4)

    Связь между измеренными значениями лямбда (λ) и выбросов углеводородов в выхлопных газах (CxHy): в целом результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) выброс углеводородов (CxHy) имеет тенденцию к уменьшению, за исключением некоторых аномальных значений ( см. Таблицу 4 и Рис.15). Наличие кислорода (O 2 ) способствует лучшему сгоранию топлива и снижает выброс углеводородов (CxHy), который образуется в результате неполного сгорания топлива. При полном сгорании топлива выделяют только углекислый газ (CO 2 ) и воду.

    Рис. 15

    Связь между соотношением воздух-топливо или значениями лямбда (λ) и выбросами углеводородов (CxHy) и оксида азота (NO) в выхлопных газах — двигатель объемом 2,5 л

  5. (5)

    Связь между измеренной лямбда (λ) и выбросом оксида азота (NO) выхлопными газами: результаты измерений показывают, что увеличение значений лямбда (λ) не оказывает полного влияния на значения выбросов оксида азота (NO), поскольку азот в основном происходит от двух источников, воздух, который смешивается с бензином внутри двигателя или / и с самим топливом (бензин, обогащенный азотом) (см. Таблицу 4 и Рис.15).

Контроль соотношения

и процессы сгорания с дозированным воздухом — Control Guru

Аллен Хаутц 1 и Дуг Купер

Стратегия регулирования соотношения может сыграть фундаментальную роль в безопасной и прибыльной эксплуатации топочных обогревателей, котлов, печей и аналогичных процессов сжигания топлива. Это связано с тем, что соотношение воздуха и топлива в зоне сгорания этих процессов напрямую влияет на эффективность сгорания топлива и выбросы в окружающую среду.

Требование к реализации управления соотношением состоит в том, что скорость подачи топлива и скорость подачи воздуха для горения измеряются и доступны как сигналы технологической переменной (PV). Ниже (щелкните, чтобы увеличить) показана концептуальная стратегия управления соотношением воздух / топливо.

В этой типичной архитектуре расход топлива регулируется для поддержания температуры теплоносителя, выходящего из печи. В других процессах расход топлива можно регулировать для поддержания давления в паровом коллекторе, температуры в воздуховоде после горелки или аналогичных переменных, которые необходимо регулировать для эффективной работы.

Скорость подачи воздуха для горения затем регулируется регулятором доли потока (соотношения) для поддержания желаемого соотношения воздух / топливо. Хотя выше показаны простой датчик и клапан, мы будем расширять и модифицировать эту концептуальную архитектуру по мере продвижения в этом обсуждении, потому что:
▪ Последний элемент управления (FCE) для потока воздуха для горения, а не клапан, чаще используется воздуходувка с регулируемой скоростью, возможно, с регулируемыми заслонками или жалюзи.
▪ Измерение расхода воздуха для горения является сложной задачей и может включать измерение перепада давления на части пути потока отработавших газов.
▪ В различных приложениях расход воздуха может быть дикой подачей, а расход топлива — контролируемой подачей.
▪ Стековые газоанализаторы повышают ценность и изощренность, поскольку они контролируют химический состав, связанный с эффективностью сгорания и выбросами в окружающую среду.

Почему важно соотношение воздух / топливо
В процессах сгорания соотношение воздух / топливо обычно выражается на основе массы. Максимально полезную тепловую энергию мы получаем, если подаем воздух в зону горения с массовым расходом (т.е.g., фунт / мин, кг / час), который должным образом согласован с массовым расходом топлива на горелку.

Рассмотрим это общее уравнение для химического процесса сгорания топлива:


Где:
CO 2 = диоксид углерода
CO = монооксид углерода
H 2 O = вода
Воздух = 21% кислорода (O 2 ) и 79% азота (N 2 )
Топливо = углеводороды, такие как природный газ или жидкое топливо

Воздух в основном состоит из кислорода и азота. Это кислород в воздухе, который соединяется с углеродом в топливе в высокоэнергетической реакции, называемой сгоранием.При сжигании углеводородов природа сильно предпочитает углерод-кислородные двойные связи диоксида углерода и будет выделять значительную тепловую энергию в экзотермической реакции для достижения этой формы CO 2 .

Таким образом, двуокись углерода является обычным парниковым газом, получаемым при полном сгорании углеводородного топлива. Водяной пар (H 2 O) также является обычным продуктом сгорания углеводородов.

Кроме того: загрязнители оксида азота (NOx) и оксида серы (SOx) не включены в наше уравнение химии горения.Они производятся в процессах промышленного сжигания в основном из азота и серы, образующихся в топливе. При повышении температуры в зоне горения часть азота в воздухе также может превращаться в NOx. Химия горения NOx и SOx выходит за рамки данной статьи, но подробное обсуждение можно найти здесь.

Слишком мало воздуха увеличивает загрязнение и приводит к потере топлива
Кислород, необходимый для сжигания топлива, поступает из воздуха, который мы загружаем в технологический процесс.Если соотношение воздух / топливо в нашем нагревателе, котле или печи слишком мало, кислорода не хватит для полного преобразования углеводородного топлива в диоксид углерода и воду.

Слишком низкое соотношение воздух / топливо приводит к неполному сгоранию нашего топлива. Когда доступность кислорода уменьшается, в первую очередь образуются вредные выхлопные газы, включая монооксид углерода. При дальнейшем уменьшении соотношения воздух / топливо частично сгоревшее и несгоревшее топливо может появляться в выхлопной трубе, часто проявляясь в виде дыма и сажи.Окись углерода, частично сгоревшее и несгоревшее топливо — все это яды, выброс которых регулируется правительством (Агентство по охране окружающей среды США).

Неполное сгорание также означает, что мы тратим дорогое топливо. Топливо, которое не горит для получения полезной тепловой энергии, в том числе окись углерода, которая может давать энергию при преобразовании в двуокись углерода, буквально течет по нашей выхлопной трубе как упущенную выгоду.

Слишком много воздуха расходуется с отходами топлива
Проблема, которая делает процесс сгорания настолько интересным, заключается в том, что если мы подаем слишком много воздуха в зону сгорания (если соотношение воздух / топливо слишком высокое), мы также тратим впустую топливо, хотя совершенно иначе.

Как только у нас будет достаточно кислорода, доступного в зоне горения для полного сгорания углеводородного топлива до диоксида углерода и воды, мы обратились к части загрязнения нашего уравнения химического состава горения. Любой воздух, подаваемый в процесс сверх этого количества, становится дополнительной технологической нагрузкой, которую необходимо нагреть.

Когда соотношение воздух / топливо превышает необходимое для полного сгорания, дополнительный азот и ненужный кислород поглощают тепловую энергию, снижая температуру пламени и газов в зоне сгорания.Когда рабочая температура падает, мы теряем способность извлекать полезную тепловую энергию для предполагаемого применения.

Таким образом, когда соотношение воздух / топливо слишком велико, мы производим избыток горячего воздуха. И этот горячий воздух просто уносит свою тепловую энергию вверх и из выхлопной трубы как упущенную выгоду.

Теоретический (стехиометрический) Воздух
Взаимосвязь между соотношением воздух / топливо, образованием загрязняющих веществ и потерянной тепловой энергией является основой для проектирования системы управления. В кропотливом лабораторном эксперименте с точными измерениями, идеальным смешиванием и неограниченным временем мы смогли определить точное количество воздуха, необходимое для завершения преобразования углеводородного топлива в диоксид углерода и воду.Это минимальное количество называется «теоретическим» или «стехиометрическим» воздухом.

К сожалению, в реальных процессах сгорания воздух смешивается с топливом неидеально. Кроме того, газы имеют тенденцию течь так быстро, что воздух и топливная смесь имеют ограниченное время контакта в зоне сгорания. Таким образом, если мы подаем воздух в точной теоретической или стехиометрической пропорции к топливу, мы все равно будем иметь неполное сгорание и упущенную выгоду.

Настоящие горелки обычно работают аналогично приведенному ниже графику.Стоимость, связанная с работой с повышенным соотношением воздух / топливо, — это энергия, потраченная на нагрев дополнительного кислорода и азота. Тем не менее, когда соотношение воздух / топливо уменьшается, потери из-за неполного сгорания и образования загрязняющих веществ быстро увеличиваются.

Для любой конкретной конструкции горелки существует целевое соотношение воздух / топливо, которое уравновешивает конкурирующие эффекты, чтобы минимизировать общие потери и, таким образом, максимизировать прибыль. Как видно из приведенного выше графика (обратите внимание, что на вертикальной оси нет шкалы), газовая или жидкотопливная горелка обычно уравновешивает потери, работая где-то между 105% и 120% теоретического воздуха.Обычно это называют работой с 5-20% избытком воздуха.

Датчики должны быть быстрыми, дешевыми и простыми
Огневые нагреватели, котлы и печи в процессах с потоками, состоящими из газов, жидкостей, порошков, суспензий и расплавов, используются в широком диапазоне производственных, производственных и опытно-конструкторских работ. Знание того, что состав топлива, конструкция горелок, конфигурация зоны горения и цель процесса могут различаться для каждой реализации, намекает на головокружительный набор возможностей разработки и настройки стратегии управления.

Для разработки стандартной стратегии управления нам требуется гибкий метод измерения избыточного воздуха, чтобы мы могли контролировать целевое соотношение воздух / топливо. Как уже говорилось в этой статье, мы обычно ищем надежные, недорогие, простые в установке и обслуживании датчики, которые быстро реагируют. Если мы не можем получить эти качества с помощью прямого измерения интересующей переменной процесса (PV), тогда эффективной альтернативой является измерение связанной переменной, если это можно сделать с помощью датчика «быстро, дешево и просто».

Избыточный воздух — это пример фотоэлектрического преобразователя, который очень сложно измерить напрямую в зоне горения, однако содержание кислорода и энергии в дымовых газах является подходящей альтернативой. Как оказалось, работа с 5-20% избытком воздуха приравнивается к содержанию кислорода в дымовых газах от 1% до 3% по объему.

Измерение дымовых газов
Измеряя состав выхлопных газов, мы получаем информацию, необходимую для правильного мониторинга и регулирования соотношения воздух / топливо в зоне сгорания. Пакетные анализаторы делятся на две широкие категории:
Экстракционные анализаторы на сухой основе извлекает пробу газа из штабеля и охлаждает ее для конденсации воды из пробы. Затем проводится анализ сухого дымового газа.
Анализаторы мокрой основы in situ размещаются в непосредственной близости от штабеля. Измеряемый горячий образец все еще содержит водяной пар, образующийся при сгорании, что обеспечивает анализ влажного дымового газа.

Можно приобрести множество анализаторов дымовых газов (или дымовых газов), которые измеряют O 2 .Анализаторы влажной основы дают более низкое содержание кислорода, чем анализаторы сухой основы, примерно на 0,3% — 0,5% по объему.

Широко доступны инструменты, которые наряду с измерением кислорода также включают в себя измерение угарного газа. Обычный подход состоит в том, чтобы пропустить дымовой газ через камеру катализатора и измерить энергию, выделяемую при превращении монооксида углерода и несгоревшего топлива в диоксид углерода. Результаты анализатора выражаются как эквивалентный процент CO в пробе. Единое число, выраженное как измерение CO, но представляющее потери топлива из-за недостатка воздуха, упрощает разработку стратегии управления и технологический процесс.

С измерением O 2 и CO (представляющего все потерянное топливо) в дымовой трубе нашего процесса сгорания, у нас есть критические измерения PV, необходимые для реализации стратегии управления соотношением воздух / топливо. Обратите внимание на то, что производитель горелки и / или персонал, занимающийся проектированием технологического процесса, несут ответственность за определение целевых значений уставки для конкретной системы сгорания до настройки контроллера.

Измерение расхода воздуха
В процессах горения воздух для горения обычно подается одним из трех способов:
▪ В процессе принудительной тяги используется вентилятор для подачи воздуха в зону горения.
▪ В процессе принудительной тяги за горелкой установлен нагнетатель, который втягивает или втягивает воздух через зону горения.
▪ Процесс естественной тяги основан на образовании пустоты, поскольку горячие выхлопные газы естественным образом поднимаются вверх по дымовой трубе и втягивают воздух в зону горения.

Для этого обсуждения мы предполагаем, что нагнетатель используется либо для принудительной подачи воздуха для горения, либо для стимулирования подачи воздуха для горения, поскольку системы естественной тяги не предназначены для активного управления воздушным потоком.

Даже с помощью воздуходувки измерить скорость подачи воздуха при низком давлении через изгибы и повороты воздуховодов неправильной формы и огнеупорного кирпича не дешево и не просто.Популярной альтернативой является измерение падения давления в некоторой части потока выхлопных газов. Основную часть выхлопных газов составляет азот, который поступает вместе с воздухом для горения. Пока регулировка соотношения воздух / топливо невелика, расход выхлопных газов будет довольно точно отслеживать скорость подачи воздуха для горения.

Таким образом, правильно выполненное измерение перепада давления является «быстрым, дешевым и простым» методом определения скорости подачи воздуха для горения. На рисунке ниже (щелкните, чтобы увеличить изображение) показано такое измерение в секции теплопередачи и вверх по выхлопной трубе.

Также показано, что выходной сигнал контроллера от регулятора доли (соотношения) потока, COC, регулирует жалюзи для модуляции потока через зону сгорания. Когда жалюзи открываются и закрываются, чтобы пропускать больший или меньший поток, измерение перепада давления будет увеличиваться или уменьшаться соответственно.

Как обсуждалось в статье об архитектуре регулятора соотношения, сигнал от датчиков дикого и контролируемого потока должен изменяться линейно с расходом. Датчик перепада давления, подключенный поперек части тракта выхлопных газов, становится датчиком линейного потока газа, распознавая, что общий поток газа F пропорционален квадратному корню из перепада давления (∆P), или.Таким образом, сигнал регулируемой переменной процесса подачи, PVC, является линейным с потоком, когда извлекается квадратный корень из сигнала перепада давления, как показано на диаграмме.

Примечание для практикующего специалиста: устройство измерения перепада давления не должно подключаться к той части пути потока газа, которая включает регулируемые жалюзи. Каждое изменение положения жалюзи изменяет соотношение F и ∆P. Для успеха потребуется, чтобы во время калибровки мы каким-то образом определяли разные коэффициенты a для каждого положения жалюзи.Эту нереалистичную задачу легко избежать, правильно разместив отводы перепада давления. Калибровка сигнала перепада давления на конкретную скорость подачи воздуха обычно достигается, когда топочный нагреватель, котел или печь работают с регулятором соотношения воздух / топливо в ручном режиме. Калибровка максимального или полного перепада давления определяется путем доведения расхода топлива до максимума (или настолько близкого, насколько это возможно), а затем регулировки скорости потока подаваемого воздуха до тех пор, пока расчетный уровень O 2 не будет измерен в дымовом газе.Перепад давления, измеряемый этими датчиками, очень мал, а выхлопные газы содержат водяной пар, который может конденсироваться в измерительных линиях. Даже один или два дюйма конденсата на одной стороне преобразователя дифференциального давления могут значительно исказить сигнал измерения.


Выбор воздуха или топлива для управления скоростью горения
Имея средства измерения как потока воздуха для горения, так и потока топлива, а также анализатора дымовой трубы для калибровки и мониторинга, мы можем реализовать простой воздух / топливо. регулировка соотношения, как показано на диаграмме выше.

Скорость подачи топлива, поскольку ее можно точно измерить, является популярным выбором в качестве параметра управления скоростью горения. Тем не менее, в некоторых применениях более желательно использовать расход воздуха для горения в этой емкости.

Если топливо является переменной управления скоростью горения, быстрое увеличение скорости горения с последующим во времени воздухом приведет к неполному сгоранию, как обсуждалось выше. С другой стороны, если в качестве переменной управления скоростью стрельбы будет выбран воздух, быстрое уменьшение скорости стрельбы приведет к той же ситуации.

Мы изучаем этот вопрос в другой статье, используя коммерческое моделирование печи.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*