Вопрос 3. Назначение и классификация систем вентиляции.
Окружающий воздух представляет собой смесь газов, состоящую в основном из азота, кислорода и водяных паров (влаги). Воздух, не содержащий водяных паров, называется сухим, а содержащий их – влажным. В состав сухого воздуха входят (% по объему): азот – 78,08; кислород – 20,9; инертные газы – 0,94; углекислый газ – 0,03.
Практически в вентиляции приходится иметь дело только с влажным воздухом. В зависимости от метеорологических условий содержание водяных паров колеблется от 0,5 до 25 г на 1 кг воздуха.
Состояние воздуха характеризуют его основные параметры:
- температура;
- относительная влажность;
- подвижность (скорость);
- барометрическое давление.
Относительная влажность – это отношение массы водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, к массе водяных паров, насыщающих (максимально возможных) этот же объем воздуха при той же температуре. Относительную влажность выражают в процентах.
Человек хорошо себя чувствует только в довольно узком диапазоне сочетаний различных параметров воздуха. В связи с этим, в рабочей зоне помещений необходимо поддерживать определенные параметры воздуха с учетом категории тяжести работы (легкой, средней тяжести и тяжелой), времени года и количества избыточного тепла, выделяющегося в помещениях.
Технологические процессы производств сопровождаются выделением в воздух водяных паров, избыточной теплоты, токсичных и горючих паров, газов, аэрозолей и пылей.
При этом в производственных помещениях нет необходимости поддерживать требуемые параметры воздуха по всему объему. Важно, чтобы только в зоне, где находятся люди, называемой рабочей зоной (высота ее принимается 2 м), или в местах у технологического оборудования параметры воздуха не отклонялись от нормируемых переделов.
Параметры воздуха могут быть оптимальными, при которых человек не ощущает ни тепла, ни холода, чувствует себя комфортно, и допустимыми, при которых самочувствие человека и производительность его труда незначительно отличаются от оптимальных.
Так, для производственных помещений в холодный период года при работе средней тяжести установлены следующие:
оптимальные параметры воздуха:
температура 18 – 20 °С;
относительная влажность 40–60 %;
подвижность не более 0,2 м/с;
допустимые параметры воздуха для тех же условий имеют более широкий диапазон:
температура 17 – 23 °С;
относительная влажность не выше 75 %;
подвижность не более 0,3 м/с.
В производственных помещениях наиболее часто предусматривается поддержание допустимых параметров воздуха.
Производственные процессы могут сопровождаться выделением в воздух рабочих помещений вредных для человека газов и паров, количество которых зависит от особенностей технологического процесса, степени герметизации оборудования и пр.
Содержание вредных газов и паров в воздухе рабочей зоны не должно превышать предельно допустимой концентрации (ПДК).
Предельно допустимая концентрация – это максимально возможное количество вредного вещества, мг/м3, в единице объема воздуха, которое в течение всего рабочего стажа не вызывает заболеваний или отклонений в состоянии здоровья людей, работающих в данных условиях и не сказывается на последующих поколениях.
Кроме того, от технологического оборудования может поступить большое количество тепла, влаги, пыли и углекислого газа. При легкой работе теплоотдача одного рабочего в окружающую среду составляет около 150 Вт, при тяжелой – 300 Вт и более. Каждый час с поверхности тела человека испаряется 60 – 400 г водяных паров, а от органов дыхания поступает 20 – 40 л углекислого газа.
Воздух обладает способностью усваивать поступающие в него избыточное тепло, влагу, пары, газы, пыль, т.е. ассимилировать вредности, но при этом повышается его температура, увеличиваются влагосодержание, загазованность, запыленность. Происходит изменение химического состава и физических свойств воздуха, что неблагоприятно отражается на самочувствии находящихся в этом помещении людей и отрицательно влияет на ход технологических процессов. Такой воздух должен быть удален из помещения.
Итак, для поддержания в помещениях нормальных условий воздушной среды, соответствующих санитарно-гигиеническим и технологическим требованиям, устраивают вентиляцию, которая создает организованный воздухообмен – удаляет загрязненный воздух и подает вместо него обработанный (нагретый или охлажденный, увлажненный или осушенный) свежий и чистый воздух, а также поддерживает в помещении предельно допустимую концентрацию горючих газов, паров и пылей.
Классификация систем вентиляции.
Приточные системы вентиляции обеспечивают подачу воздуха в помещения, а вытяжные - удаление загрязненного воздуха из помещений.
Общеобменную вентиляцию предусматривают в тех случаях, когда какие-либо взрывоопасные и вредные вещества распространяются по всему помещению или нет возможности уловить их в местах выделения.
Местную вытяжную вентиляцию устраивают, когда нужно и возможно удалить вредные выбросы непосредственно от того места, где они образуются. Местная вытяжная вентиляция намного эффективнее общеобменной, так как удаляет воздух у мест образования вредностей с более высокой их концентрацией.
Рис. Система удаления вредных веществ с рабочих мест.
В помещениях различного назначения может применяться местная приточная вентиляция, если свежий воздух требуется лишь в определенных местах и нет необходимости поддерживать заданные параметры воздуха во всем помещении.
Разновидностью местной приточной вентиляционной системой является воздушное душирование, которое обеспечивает подачу сосредоточенного потока воздуха на рабочее место. Такая подача воздуха необходима при интенсивном тепловом облучении рабочих, например, около промышленных печей, при работе с нагретым или расплавленным металлом и т.д., либо при открытых производственных процессах с выделением вредных газов и паров и когда невозможно устроить местные укрытия.
Воздушные и воздушно-тепловые завесы предназначены для защиты ворот и открытых проемов промышленных зданий от поступления холодного воздуха в зимний период.
Различают два типа завес:
шибирующие, у которых плоская струя воздуха подается либо снизу, либо с боков проемов и ворот под некоторым углом навстречу холодному воздуху;
смесительные, когда воздух из здания или цеха подается в тамбур между двойными входными дверями. Смесительные завесы применяют в административно-общественных зданиях, в проходных и т.д.
Завесы, в которых воздух предварительно нагревается в воздухонагревателе, называются воздушно-тепловыми, а завесы, подающие воздух без нагрева — просто воздушными.
В системах воздушного отопления часто используют воздушно-отопительные агрегаты с полной либо частичной рециркуляцией воздуха. Воздух подогревается в воздухонагревателе и вентилятором через направляющую решетку подается в цех. Иногда системы воздушного отопления совмещают с приточными вентиляционными системами.
По способу побуждения движения воздуха системы вентиляции подразделяются на системы с искусственным (механическим) и естественным побуждением.
В системах механической вентиляции воздух перемещается вентилятором, приводимым в действие электродвигателем, либо другим оборудованием (дымососом, воздуходувкой, эжектором и т.д.). Механические системы вентиляции применяются значительно чаще, чем естественные, так как радиус действия механических систем намного больше, а сечения воздуховодов меньше, чем в естественных системах вентиляции той же производительности, за счет высокой скорости движения воздуха. Так, в воздуховодах естественных систем вентиляции скорость движения воздуха 0,5 — 2 м/с, а в воздуховодах механических систем 3 — 20 м/с. (рис. 3).
При естественном побуждении вентиляция происходит под действием гравитационного или ветрового давления. Гравитационное давление возникает вследствие разности плотностей наружного и внутреннего воздуха. При этом удаление воздуха может осуществляться по воздуховодам (каналам) или через проемы в наружных ограждениях.
Плотность воздуха в большой степени зависит от температуры. Так, при температуре 0°С и обычном барометрическом давлении плотность воздуха 1,29 кг/м3, при температуре 16°С— 1,22 кг/м3, а при 100 °С — всего 0,95 кг/ м3.
Рис. Естественная вентиляция жилого дома.
В производственных помещениях устраивают обычно как искусственную, так и естественную вентиляцию, возможна также комбинация указанных видов.
Кондиционирование воздуха.
Параметры воздуха, строго определенные по температуре и влажности, в том числе и оптимальные, обеспечиваются применением систем кондиционирования воздуха.
В этом случае, когда невозможно обеспечить санитарно-гигиенические требования к воздушной среде системами вентиляции, применяют системы кондиционирования воздуха. Для поддержания заданных температурно-влажностных условий в помещении необходимо подавать в него приточный воздух с определенными параметрами. Параметры наружного воздуха в разные периоды года существенно отличаются, поэтому, прежде чем подать наружный воздух в помещение, его обрабатывают: очищают от пыли, нагревают или охлаждают, осушают или увлажняют, ароматизируют и др.
Процесс создания и автоматического поддержания определенных параметров воздушной среды (температуры, влажности, чистоты и скорости воздуха) называют кондиционированием воздуха. Кондиционирование воздуха, осуществляемое для создания и поддержания, допускаемых или оптимальных условий воздушной среды, носит название комфортного, а искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями - технологического.
В помещениях категорий А и Б, в которых возможно внезапное выделение при аварии технологического оборудования горючих паров или газов в количествах, достаточных для образования взрывоопасных концентраций, предусматривается устройство аварийной вентиляции.
Аварийная вентиляция может обеспечиваться как обычными системами вытяжной вентиляции, так и специальными системами вентиляции, которые используются только при аварии. Пуск аварийных систем вентиляции осуществляется автоматически и вручную.
В производственных и складских помещениях категории В, связанных с хранением или переработкой горючих веществ и материалов, в общественных и административно-бытовых зданиях с целью обеспечения безопасной эвакуации людей и создания условий для успешного тушения пожара предусматриваются системы противодымной приточной и вытяжной вентиляции.
Приточные системы противодымной защиты подают воздух в лестничные клетки, лифтовые шахты и холлы, создавая избыточное давление воздуха на путях эвакуации и исключая возможность их задымления. Вытяжные системы удаляют дымовые газы из помещения, в котором произошел пожар, обеспечивая незадымляемость соседних помещений и путей эвакуации.
Переходя ко второму вопросу следует отметить еще один показатель приточной или вытяжной систем вентиляции.
Кратностью воздухообмена называется отношение объема воздуха, подаваемого в помещение или удаляемого из него за 1 час, к объему помещения. Значения кратности для помещений различного назначения приводятся в ведомственных нормативных документах.