14. Вентиляция и кондиционирование. Виды естественной и механической вентиляции. Общеобменная вентиляция. Приточная вытяжная и приточно-вытяжная вентиляции.

Вентиляция и кондиционирование

Эффективным средством обеспечения надлежащей чистоты и допустимых параметров микроклимата воздуха в помещениях является вентиляция. Вентиляцией называется организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязненного воздуха и подачу на его место свежего.

По способу перемещения воздуха различают системы естественной и механической вентиляции. Система вентиляции, перемещение воздушных масс в которой осуществляется благодаря возникающей разности давления снаружи и внутри здания, называется естественной вентиляцией.

Неорганизованная естественная вентиляция - инфильтрация, или естественное проветривание, осуществляется сменой воздуха в помещениях через неплотности в ограждениях и элементах строительных конструкций благодаря разности давления снаружи и внутри помещения. Такой воздухообмен зависит от случайных факторов: силы и направления ветра, температуры воздуха внутри и снаружи здания, вида ограждений и качества строительных работ. Инфильтрация может быть значительной для жилых зданий и достигать 0,5-0,75 объема помещения в час, а для промышленных предприятий - до 1-1,5 ч .

Для постоянного воздухообмена, требуемого по условиям поддержания чистоты воздуха в помещении, необходима организованная вентиляция (аэрация).

Аэрацией называется организованная естественная общеобменная вентиляция помещений в результате поступления и удаления воздуха через открывающиеся фрамуги окон и фонарей. Воздухообмен в помещении регулируют различной степенью открывания фрамуг в зависимости от температуры наружного воздуха, скорости и направления ветра. Как способ вентиляции аэрация нашла широкое применение в промышленных зданиях, характеризующихся технологическими процессами с большими тепловыделениями (прокатных, литейных, кузнечных цехах).

Основным достоинством аэрации является возможность осуществлять большие воздухообмены без затрат механической энергии. К недостаткам аэрации следует отнести то, что в теплый период года эффективность аэрации может существенно падать вследствие повышения температуры наружного воздуха и того, что поступающий в помещение воздух не очищается и не охлаждается.

Вентиляция, с помощью которой движение воздуха осуществляется по системам каналов с использованием побудителей, называется механической вентиляцией.

Механическая вентиляция по сравнению с естественной имеет ряд преимуществ: большой радиус действия вследствие значительного давления, создаваемого вентилятором; возможность изменять или сохранять необходимый воздухообмен независимо от температуры наружного воздуха и скорости ветра; возможность подвергать вводимый в помещение воздух предварительной очистке или увлажнению, подогреву или охлаждению; возможность организовать оптимальное воздухораспределение с подачей воздуха непосредственно к рабочим местам; возможность улавливать вредные выделения непосредственно в местах их образования и предотвращать их распространение по всему объему помещения, а также возможность очищать загрязненный воздух перед выбросом его в атмосферу. К недостаткам механической вентиляции следует отнести значительную стоимость сооружения и ее эксплуатации и необходимость проведения мероприятий но борьбе с шумом.

Системы механической вентиляции подразделяются на общественные, местные, смешанные, аварийные и системы кондиционирования.

Естественная вентиляция.

Перемещение воздуха в системах естественной вентиляции происходит: - вследствие разности температур наружного (атмосферного) воздуха и воздуха в помещении, так называемой аэрации; - вследствие разности давлений «воздушного столба" между нижним уровнем (обслуживаемым помещением) и верхним уровнем — вытяжным устройством (дефлектором), установленным на кровле здания; - в результате воздействия так называемого ветрового давления.

Аэрацию применяют в цехах со значительными тепловыделениями, если концентрация пыли и вредных газов в приточном воздухе не превышает 30% предельно допустимой в рабочей зоне. Аэрацию не применяют, если по условиям технологии производства требуется предварительная обработка приточного воздуха или если приток наружного воздуха вызывает образование тумана или конденсата.

В помещениях с большими избытками тепла воздух всегда теплее наружного. Более тяжелый наружный воздух, поступая в здание, вытесняет из него менее плотный теплый воздух. При этом в замкнутом пространстве помещения возникает циркуляция воздуха, вызываемая источником тепла, подобная той, которую вызывает вентилятор.

В системах естественной вентиляции, в которых перемещение воздуха создается за счет разности давлений воздушного столба, минимальный перепад по высоте между уровнем забора воздуха из помещения и его выбросом через дефлектор должен быть не менее 3 м. При этом рекомендуемая длина горизонтальных участков воздуховодов не должна быть более 3 м, а скорость воздуха в воздуховодах — не превышать 1 м/с.

Воздействие ветрового давления выражается в том, что на наветренных (обращенных к ветру) сторонах здания образуется повышенное, а на подветренных сторонах, а иногда и на кровле, — пониженное давление (разрежение).

Если в ограждениях здания имеются проемы, то с наветренной стороны атмосферный воздух поступает в помещение, а с заветренной — выходит из него, причем скорость движения воздуха в проемах зависит от скорости ветра, обдувающего здание, и соответственно от величин возникающих разностей давлений.

Системы естественной вентиляции просты и не требуют сложного дорогостоящего оборудования и расхода электрической энергии. Однако зависимость эффективности этих систем от переменных факторов (температуры воздуха, направления и скорости ветра), а также небольшое располагаемое давление не позволяют решать с их помощью все сложные и многообразные задачи в области вентиляции.

Механическая вентиляция.

В механических системах вентиляции используются оборудование и приборы (вентиляторы, электродвигатели, воздухонагреватели, пылеуловители, автоматика и др.), позволяющие перемещать воздух на значительные расстояния. Затраты электроэнергии на их работу могут быть довольно большими. Такие системы могут подавать и удалять воздух из локальных зон помещения в требуемом количестве, независимо от изменяющихся условий окружающей воздушной среды. При необходимости воздух подвергают различным видам обработки (очистке, нагреванию, увлажнению и т. д.), что практически невозможно в системах с естественным побуждением.

Следует отметить, что в практике часто предусматривают так называемую смешанную вентиляцию, т. е. одновременно естественную и механическую вентиляцию. В каждом конкретном проекте определяется, какой тип вентиляции является наилучшим в санитарно-гигиеническом отношении, а также экономически и технически более рациональным.

При приточной системе вентиляции производится забор воздуха извне с помощью вентилятора через калорифер, где воздух нагревается и при необходимости увлажняется, а затем подается в помещение. Количество подаваемого воздуха регулируется клапанами или заслонками, устанавливаемыми в ответвлениях. Загрязненный воздух выходит через двери, окна, фонари и щели неочищенным.

При вытяжной системе вентиляции загрязненный и перегретый воздух удаляется из помещения через сеть воздуховодов с помощью вентилятора. Загрязненный воздух перед выбросом в атмосферу очищается. Чистый воздух подсасывается через окна, двери, неплотности конструкций.

Приточно-вытяжная система вентиляции состоит из двух отдельных систем — приточной и вытяжной, которые одновременно подают в помещение чистый воздух и удаляют из него загрязненный. Приточные системы вентиляции также возмещают воздух, удаляемый местными отсосами и расходуемый на технологические нужды: огневые процессы, компрессорные установки, пневмотранспорт и др.

Для определения требуемого воздухообмена необходимо иметь следующие исходные данные: количество вредных выделений (тепла, влаги, газов и паров) за 1 ч, предельно допустимое количество (ПДК) вредных веществ в 1 м³ воздуха, подаваемого в помещение.

Для помещений с выделением вредных веществ искомый воздухообмен L, м³/ч, определяется из условия баланса поступающих в него вредных веществ и разбавления их до допустимых концентраций. Условия баланса выражаются формулой:

,

где G — скорость выделения вредного вещества из технологической установки, мг/ч; G_пр — скорость поступления вредных веществ с притоком воздуха в рабочую зону, мг/ч; G_уд — скорость удаления разбавленных до допустимых концентраций вредных веществ из рабочей зоны, мг/ч.

Заменив в выражении G_пр и G_уд на произведение  и , где  и  — соответственно концентрации (мг/м³) вредных веществ в приточном и удаленном воздухе, a  и  объем приточного и удаляемого воздуха в м³ за 1 час, получим

=

Для поддержания нормального давления в рабочей зоне должно выполняться равенство , тогда

-

Необходимый воздухообмен, исходя из содержания в воздухе водяных паров, определяют по формуле:

,

где  — количество удаляемого или приточного воздуха в помещении, м³/ч; G_п — масса водяного пара, выделяющегося в помещении, г/ч;  — влагосодержание удаляемого воздуха, г/кг, сухого воздуха;  — влагосодержание приточного воздуха, г/кг, сухого воздуха; r — плотность приточного воздуха, кг/м3.

Влагосодержание d (г/кг) воздуха, т.е. отношение массы водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, к единице массы сухого воздуха определяют по формуле:

где  — соответственно массы (г) водяного пара и сухого воздуха. Необходимо иметь в виду, что значения  и  принимаются по таблицам физической характеристики воздуха в зависимости от значения нормируемой относительной влажности вытяжного воздуха.

15. Охарактеризовать виды местной вентиляции, назвать условия их использования. Дать понятие терминам «кратность воздухообмена». Какое количество воздуха при общеобменной вентиляции регламентируется на 1 человека на производстве.

Местная вентиляция

Местная вентиляция – это система воздухообмена в ограниченной части пространства, микроклимат которого отличается от общей его атмосферы. То есть фактически этот вид вентиляции предназначен для установки на отдельно рассматриваемом рабочем месте.

Если задачи вентиляции, которые ставит перед специалистами ООО «ВеерВент» помещение и его назначение, можно решить способом общеобменной и местной вентиляции, всегда выбирают последний вариант, поскольку он не только обладает высокой эффективностью, но по сравнению с общеобменным аналогом намного экономнее в плане потребляемой электроэнергии.

В помещениях с локальным выбросом вредностей использование местной вентиляции позволяет уменьшить количество подаваемого и отсасываемого воздуха в несколько раз!

Виды местной вентиляции

Для создания системы вентиляции на рабочем месте формируют один из двух видов – вытяжную или приточную местную вентиляцию.

Вытяжная местная вентиляция применяется для локализованных очагов вредных веществ, когда имеется возможность недопущения распространения их по всему производственному помещению. Она состоит в улавливании и отводе выбрасываемых в воздух помещения вредных выделений. С ее помощью организовывается выброс пыли, дыма, газов.

Приточная местная вентиляция предназначена для интенсивной подачи непосредственно к рабочему месту свежего воздуха, его охлаждении при необходимости, а также обдувания охлажденными воздушными потоками, если имеет место значительное тепловое облучение.

Но не стоит считать местную вентиляцию панацеей для всех типов зданий. Наши специалисты при оценке помещения, выявлении задач, которые ставятся перед вентиляцией, и проектировании вентиляционной системой в первую очередь руководствуются предполагаемой эффективностью, экономностью и целесообразностью использования того или иного метода. Так, местная вентиляция не всегда в состоянии на должном уровне удалять из помещения и ликвидировать выделяемые вредности; в этом случае оптимальным вариантом будет сочетание элементов общеобменной и местной вентиляции.

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.

В соответствии с санитарными нормами все производственные и вспомогательные помещения должны вентилироваться. Необходимый воздухообмен при этом может быть определен различными методами, в зависимости от конкретных условий каждого помещения.

1. При нормальном микроклимате и отсутствии вредных веществ или содержании их в пределах норм воздухообмен (м3/ч) можно определить по формуле

L=NL',

где N — число работающих;

L' — расход воздуха на одного работающего, припимаемый в зависимости от объема помещения, приходящегося на каждого работающего.

В производственных помещениях с объемом воздуха на каждого работающего менее 20 м3 расход воздуха на одного работающего должен быть не менее 30 м3/ч, т. е. L' ≥ 30 м3/ч, а в помещениях с объемом от 20 до 40 м3 — L ≥ 20 м3/ч.

В помещениях с объемом воздуха па каждого работающего более 40 м3 и при наличии естественной вентиляции (открывание створок переплета окон и дверей) воздухообмен не рассчитывается. В тех же случаях, когда естественная вентиляция отсутствует, расход воздуха на одного работающего должен составлять не менее 60 м3/ч, т. е. L' ≥ 60 м3/ч.

2. При выделении паров или газов в помещении необходимый воздухообмен определяется исходя из их разбавления до допустимых концентраций.

Предположим, что в помещении с впутрепним объемом V м3 (рис. 3) выделяются вредные пары или газы в количестве G мг/ч.

Количество выделяющихся вредных веществ принимается по данным технологической части проекта или берется из справочной литературы.

Для обеспечения нормальных санитарно-гигиенических условий труда в помещение должно поступать и одновременно удаляться L м3/ч воздуха.

Рис. 3. Схема воздухообмена в помещении

Допуская, что вредные вещества выделяются равномерно по помещению и при длительной работе вентиляции изменения их содержания не происходит, искомый расход воздуха может быть определен из условия баланса поступающих в помещение и удаляемых из него вредных веществ:

G+Lqпр=Lqвыт,

где qпр и qвыт — концентрации вредных веществ в приточном и в удаляемом воздухе; L — объем приточного или удаляемого воздуха, равный L =G/(qвыт-qпр)м3/ч.

Если наружный воздух не содержит вредных веществ, то

L=G/qвыт м3/ч.

Концентрация qвыт не должна превышать предельно допустимую концентрацию, т. е. qвыт ≤ qпдк (иначе будет нарушение санитарных норм), а концентрация qпр должна быть по возможности минимальной (тогда потребный воздухообмен будет относительно небольшим); по санитарным нормам qпр ≤ 0,3 qпдк.

При одновременном выделении в воздух рабочей зоны помещения нескольких вредных веществ, не обладающих характером однонаправленного действия, количество воздуха допускается принимать по тому вредному веществу, для которого требуется подача чистого воздуха наибольшего объема.

В тех же случаях, когда происходит одновременное выделение нескольких вредных веществ однонаправленного действия (например, различные кислоты, щелочи, спирты), расчет общеобменной вентиляции выполняют путем суммирования объемов воздуха, необходимых для разбавления каждого вещества до его предельной допустимой концентрации С, при совместном действии вредных веществ (эти концентрации С меньше нормируемых qпдк). Такими допустимыми считаются концентрации С, отвечающие формуле

C1/(qпдк)+C2/(qпдк)+...+Cп/(qпдк)≤1.

3. При борьбе с избыточным теплом воздухообмен определяется из условий ассимиляции теплоизбытков. Объем приточного воздуха (м3/ч)

Lпр=Qизб/(0,24рпр(tвыт-tпр))

где 0,24 — теплоемкость сухого воздуха, ккал/(кг*град);

Qизб — избыточные тепловыделения (теплоизбытки), ккал/ч, определяемые по формуле (1); tвыт — температура уходящего воздуха, ° С; tпр — температура приточного воздуха, ° С; рпр — плотность приточного воздуха, кг/м3. Температура воздуха, уходящего из помещения, определяется по эмпирической формуле

tвыт = tрз + Δt(H-2),

где tрз — температура в рабочей зоне, которая не должна превышать допустимую по нормам температуру, т. е. tрз ≤ tдоп; Δt — температурный градиент по высоте помещения (Δt = 1 - 5° С/м); Н — расстояние от пола до центра вытяжных проемов, м; 2 — высота рабочей зоны, м.

Температура приточного воздуха при наличии избыточного тепла должна быть на 5—8° С ниже температуры воздуха в рабочей зоне.

4. При влаговыделениях объем воздуха (кг/ч)

L=Gвп/(d2-d1)

где Gвп — масса водяных паров, выделяющихся в помещении, г/ч; d2 — влагосо держание воздуха, уходящего из помещения, г/кг; d1 — влагосодержание наружного воздуха, г/кг.

Санитарными нормами не предусматривается допустимое влагосодержание, а указывается только относительная влажность воздуха и температура в помещении, откуда и определяется d2. При одновременном выделении в помещении вредных веществ, тепла и влаги принимается наибольшее количество воздуха, полученное в расчетах для каждого вида производственных выделений.

5. Метод определения необходимого количества воздуха по кратности воздухообмена применяется для ориентировочных расчетов, когда неизвестны виды и количество выделяющихся вредных веществ.

Кратность воздухообмена К показывает, сколько раз в час меняется воздух в помещении:

К=L/Vпом

где L — воздухообмен, м3/ч; VП0м — объем помещения, м3.

Величина К обычно составляет от 1 до 10 (большие величины для помещений небольшого объема).