6. Устройство систем вентиляции

Естественная вентиляция. Аэрация.

Естественный неорганизованный воздухообмен в помещении обусловлен действием двух факторов: теплового давления и вет­рового давления.

Тепловое давление создается разностью весов столбов воздуха вне и внутри помещения. Таким образом, возникает перепад дав­лений, вызывающий воздухообмен.

Рис. 2. Схема естественной вентиляции здания:

а—при безветрии; б —при ветре; /—вытяжные отверстия и приточный отверстия- 2 — тепло­выделяющий агрегат.

Под действием ветра на наветренных поверхностях здания воз­никает избыточное давление, а на заветренных сторонах —раз­режение. Величина давления или разрежения зависит от скорости ветра. Поэтому наружный воздух может поступать в помещение через открытые проемы с наветренной стороны здания и выходить через отверстия на противоположной заветренной стороне и от­верстия в крыше (рис. 2). Поскольку ветровые потоки, а также тепловыделения в помещениях могут изменяться, естественная вен­тиляция является неорганизованной системой.

Аэрацией называется организованный естественный воздухо­обмен, осуществляемый в заранее рассчитанных объемах и регу­лируемый в соответствии с внешними метеорологическими усло­виями.

При аэрации большие объемы свежего воздуха распространяют­ся по всему объему помещения при незначительных давлениях [орядка десятков паскалей 1Па = 0,1 кгс/м2)]). Преимущество аэрации —воз­можность подачи больших объемов воздуха без применения вентиляторов и воздуховодов; недостаток аэрации состоит в том, что приточный воздух вводится в помещение без предварительной очистки и подогрева, а удаляемый — не очищается от выбросов и загрязняет наружный воздух.

Аэрация является важным средством борьбы с избытком тепла в производственных помещениях и успешно применяется в хими­ческой промышленности. Например, в печных цехах производства карбида кальция кратность воздухообмена, достигаемая аэрацией, летом составляет 40—60. При таком воздухообмене и устройстве воздушных душей на постоянных рабочих местах обеспечиваются метеорологические условия, требуемые санитарными нормами. Чтобы достигнуть расчетной кратности воздухообмена при аэра­ции, здания должны быть устроены соответствующим образом: должны быть предусмотрены открывающиеся проемы для притока свежего и удаления загрязненного воздуха.

Принцип размещения аэрационных проемов основан на сле­дующем соотношении, определяющем тепловой напор ∆р, завися­щий от плотности наружного воздуха р_н и воздуха внутри помеще­ния р_в и от расстояния между серединами нижних и верхних от­верстий проемов h:

∆p = h (р_н — р_в)

Тепловой напор и соответственно объем перемещаемого воздуха возрастают с увеличением разности температур воздуха снаружи и внутри помещения и расстояния между местами при­тока и вытяжки. Поскольку летом эта разность температур, а следовательно и тепловой напор, меньше, чем зимой, для поддер­жания необходимого воздухообмена площадь проемов в летний период должна быть увеличена. Летом следует открывать нижний ряд окон, начиная с высоты 1 м от пола. Зимой разность темпе­ратур воздуха больше, воздухообмен же требуется меньший, по­этому необходимо уменьшать площадь приточных и вытяжных проемов и расстояние по высоте между ними. Для притока воз­духа зимой делают приточные проемы на высоте 5—6 м от пола так, чтобы холодный воздух извне не попадал в зону рабочих мест. Расчетную площадь проемов делят на участки. Закрывая часть проемов, уменьшают приток или вытяжку. Эти устройства должны удобно управляться с пола вручную или при помощи меха­низированного привода.

Следует отметить, что применение аэрации в зимнее время возможно только в цехах с большим тепловыделением, когда из­быток тепла превышает потребность в нем на отопление в 4—5 раз и составляет не менее 60—80 Вт/м³ [50—70 ккал/(м³-ч)].

Воздействие ветра (рис. 3) может ослабить или усилить аэра­цию, создаваемую тепловым давлением. Открытие створок (фра­муг) на наветренной стороне аэрационного фонаря приводит к задуванию воздуха через фонарь и опрокидыванию в рабочую зону движущегося кверху нагретого и загрязненного воздуха. Однако если исключить задувание аэрационных фонарей и, на­оборот, обеспечить из них вытяжку воздуха, создав отрицательное ' давление, то ветровой напор может усилить действие теплового напора.

Нормальное управление фрамугами в значительной мере опре­деляется климатическими условиями. В местах с длительной низ­кой температурой воздуха фрамуги, особенно работаю­щие на вытяжку, обледене­вают и плохо работают, главным образом при за­крывании.

Чтобы отказаться от ре­гулировки действия фона­рей при частых переменах направления и силы ветра и чтобы избежать трудоем­кой и опасной работы по поддержанию в порядке фрамуг и устройств для управления ими, применяют специальные конструкции незадуваемых ветром фона­рей. Задувание в них пред­отвращается либо формой фонаря, либо устройством специальных ветрозащит­ных щитов, заслоняющих вытяжные отверстия от давления лобо­вого ветра. В результате срыва струй ветра с наветренной сто­роны ветрозащитного щита создается разрежение, и фонарь ра­ботает на вытяжку при любом направлении ветра. На рис. 4 показаны схемы незадуваемых фонарей различной кон­струкции.

Чтобы использовать кинетическую энергию ветра для усиле­ния вытяжки, помимо аэрационных фонарей устанавливают деф­лекторы различной конструкции.

Рис. 3. Распределение воздушных потоков около обдуваемого ветром здания:' а —распределение потоков в вертикальной пло­скости и в плане; б —распределение ветровых давлений на различных сторонах здания; знаком + указаны давления, превышающие атмосферное, знаком — давления меньше атмосферного

Рис. 4. Схемы незадуваемых ветром аэрационных фонарей:

А - московского института охраны труда (МИОТ); б — Пром-стальконструкции; в—ГИПРОТИС; г—Ленпромстройпроекта Госстрой СССР; б —В. В. Батурина.

Дефлектором называется оголовок, которым заканчивается труба, предназначенная для удаления воздуха из верхней зоны помещения. Поток ветра, ударяясь о дефлектор и обтекая его, создает вокруг большей части его периметра разрежение, обес­печивающее подсос воздуха из канала дефлектора.

В химической промышленности наибольшее распространение получил дефлектор типа ЦАГИ, его схема показана на рис. 5.

Дефлектор представляет собой цилиндрическую обечайку 2, укрепленную над вытяжной трубой. Чтобы облегчить выход воз­духа, на конце трубы имеется диффузор. Колпак / не допускает попадания дождя в дефлектор.

Дефлекторы следует устанавливать в местах, где они обду­ваются ветром. Перед или за высокими частями здания дефлек­торы ставить не следует.

Рис. 5. Схема дефлектора типа ЦАГИ

1/ — колпак; 2—обечайка; 3 —диффузор; 4—конус; 5 — лапки, удерживающие колпак и обечайку.

Механическая вентиляция

Механическая вентиляция имеет ряд преимуществ по сравне­нию с аэрацией. При механической вентиляции возможно обра­батывать как вводимый, так и удаляемый воздух. Вводимый воз­дух можно очищать, нагревать (охлаждать), увлажнять (подсу­шивать), удаляемый воздух — очищать или выбрасывать через высокие трубы для рассеивания. Требуемый воздухообмен при ме­ханической вентиляции не зависит от наружных метеорологиче­ских условий и стабилен в любое время года, поскольку объем подаваемого и удаляемого воздуха можно менять в желаемом на­правлении. Локальная механическая вентиляция может обеспе­чить отсос или приток воздуха в любых местах тепловых или токсичных выделений.

Недостатком механической вентиляции является значительная затрата энергии на ее осуществление: считается, что около 4% производимой в стране энергии расходуется на вентиляцию. В хи­мической промышленности наиболее распространена приточно-вытяжная общеобменная механическая вентиляция, комбинируе­мая с локальной механической вентиляцией.

Приточные вентиляционные системы обычно состоят из следую­щих элементов: воздухоприемного устройства, по которому воздух поступает в вентиляционную систему; устройств, предназначенных для придания воздуху необходимых качеств;воздуховодов,обудителей движения воздуха (вентиляторов, эжекторов); воздухораспределительных устройств (насадок, патрубков) для подачи и распределения воздуха в помещении, регулирующих устройств – шиберов (заслонок, жалюзей).

Вытяжные вентиляционные устройства предназначены для удаления загрязненного воздуха из помещений к месту выброса. Состав устройств аналогичен приточной вентиляции.

Вентиляция может работать в режиме рециркуляции, то есть в заборе и очистке загрязненного воздуха из помещения и подачи его в очищенном виде вновь в рабочее помещение.