3.3. Вентиляция производственных помещений

Одним из эффективных методов создания благоприятных условий труда в производственных помещениях является вентиляция.

Воздухообмен в помещениях, создаваемый вентиляцией, снижает концентрацию токсичных веществ до предельно допустимых, ассимилирует тепло, влагу и поддерживает в рабочей зоне чистый воздух задан­ных температур и влажности.

Вентиляция может быть естественной искусственной (механической). По признаку места действия вентиляцию подразделяют на общую и местную. Общая (общеобменная) вентиляция предназначена для обмена воздуха во всем помещении, местная  для удаления вредных веществ непосредственно с тех мест, где они образуются.

Естественная вентиляция находит широкое применение из-за ее очевидных преимуществ: не требуется дополнительных эксплуата­ционных расходов на обслуживание технических устройств, плату за расход электрической энергии при работе двигателей механичес­ких вентиляторов и др.

Естественный воздухообмен в помещении происходит под действи­ем разности температур воздуха внутри и снаружи здания, а также за счет наличия разности давлений от действия ветра на здание.

Поток воздуха, встречая на своем пути препятствие (например, стену здания), теряет свою скорость. За счет этого перед препят­ствием на наветренной стороне здания создается повышенное дав­ление, воздух частично поднимается вверх и частично обтекает зда­ние с двух сторон. На обратной, заветренной, стороне здания обте­кающая его струя воздуха за счет потери скорости создает разреже­ние. Эта разница давлений с разных сторон здания при обтекании его ветром носит название ветрового напора и является одной из составляющих естественного воздухообмена в помещениях. Схема аэрации промышленного здания представлена на рис. 3.5.

В отличие от этого разность давлений, возникающая за счет раз­ности величин масс теплого (более легкого) и холодного (более тя­желого) воздуха, называют тепловым напором.

Нагретый воздух поднимается в верхнюю часть помещения и вытесняется через имеющиеся там вытяжные проемы (фрамуги окна, вытяжные шахты, трубы и т.п.) более тяжелым холодным возду­хом, входящим через приточные проемы (открытые двери, окна и т.п.) в нижней части здания. За счет этого процесса и возникает век­тор давления, называемый тепловым напором.

Рис. 3.5. Схема аэрации промышленного здания

1 – типовое; 2 – имеющее кровлю с фонарем;

3 – имеющее трубу (шахту) с дефлектором

Тепловой напор Н_т определяется из выражения

Н_т = h(_пр–_в), (3.14)

где h – высота по вертикали между осями приточных и вытяжных проемов, м;

_пр, _в – плотность соответственно приточного и вытяжного воздуха, кг/м³.

Скорость воздуха в проеме V определяется на основании соотношения для скоростного напора, полученного из уравнения швейцарского ученого Д. Бернулли

, (3.15)

где Н – скоростной напор, определяется суммой теплового и ветрового напоров, кг/м²,

g – ускорение силы тяжести, м/с²,

_ср – средняя плотность воздуха, кг/м³.

Ветровой напор Н_в (кг/м²) в приближенных расчетах может быть определен из соотношения

, (3.16)

где Р_в – ветровое давление, Па;

V_в – скорость ветра, м/с;

_ср – средняя плотность воздуха, кг/м³;

k_а – аэродинамический коэффициент здания:

с наветренной стороны k_а= 0,7…0,85;

с заветренной стороны k_а= 0,3…0,45.

После определения скорости воздуха в проемах переходят к заключительному этапу расчета естественной вентиляции – расчету суммарной площади приточных и вытяжных проемов.

В случаях, когда в производственных помещениях необходимо создание больших воздухообменов, требуется специальная органи­зация воздухообмена и управление им. Естественная, организованная и управляемая, вентиляция назы­вается аэрацией.

Основными элементами естественной, организованной и управ­ляемой, вентиляции (аэрации) являются:

• створные переплеты (створки), которые применяют с верхней,средней и нижней осью вращения; если направление воздуха не имеет значения, то применяют створки с верхней или средней осью вращения, а когда поток воздуха необходимо направить вверх, – с нижней осью вращения;

• фонари – специальные конструкции кровли здания, значи­тельно повышающие высоту вытяжных проемов, что в значи­тельной мере усиливает действие теплового и ветрового потока;

• вытяжные шахты и трубы используют с целью повышения высоты вытяжных проемов при отсутствии фонарей;

• дефлекторы устанавливают на кровле на вытяжных трубах и шахтах, они усиливают тепловой и ветровой напор (рис. 3.6).

Рис. 3. 6. Принципиальная схема

дефлектора ЦАГИ:

1 – патрубок; 2 – диффузор; 3 – кольцо;

4 – зонт

Усиление тяги происходит благодаря разрежению, возникающему при обтекании дефлектора. Разреже­ние, создаваемое дефлектором, и количество удаляемого воздуха зависят от скорости ветра и могут быть определены с помощью номограмм.

Механическая вентиляция

По функциональному признаку вентиляцию подразделяют на три системы  приточную, вытяжную и приточно-вытяжную (рис. 3.7). Приточная система вентиляции подает воздух в по­мещения механическим способом, удаление происходит естест­венным путем через специально устроенные вентиляционные от­верстия. Вытяжная система, наоборот, удаляет воздух с по­мощью вентиляторов, а воздух поступает естественным путем через вентиляционные отверстия. Наиболее совершенна приточно-вытяжная система, в которой и подача, и удаление воздуха осуществляются с помощью вентиляторов.

Рис. 3.7. Схема механической вентиляции (а – приточной, б – вытяжной, в – приточно-вытяжной):

1 – воздухоприемник (воздухозаборник); 2 – воздуховод; 3 – фильтр (Ф); 4 – калорифер (К); 5 – вентилятор; 6 – приточные насадки; 7 – вытяжные насадки; 8 – пылегазоочиститель воздуха (О); 9 – устройство для выброса воздуха; 10 – вентилируемое помещение; 11 – рециркуляционный трубопровод; 12 – клапан для регулирования расхода воздуха

Необходимый для воздухообмена расход свежего воздуха (Q) определяют по формуле

Q = G/(n₁ – n₂), м³/с, (3.17)

где G – количество вредных газов или паров, выделяющихся в проветриваемых помещениях, мг/с; n₁ – предельно допустимая концентрация газов или паров в воздухе рабочих помещений, мг/м³, n₂ – концентрация вредных веществ в приточном воздухе, мг/м³.

Местная вытяжная вентиляция предназначена для удаления загрязненного воздуха от источников образования вредных ве­ществ (газов, паров, аэрозолей и др.). Местные отсосы выпол­няются в виде различных укрытий, вытяжных шкафов, вытяж­ных зонтов, бортовых отсосов (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Устройства местной вентиляции:

а– укрытие-бокс; б– бортовые отсосы (1 – однобортовой: 2 – двухбортовой); в – боковые отсосы (1– односторонний: 2– угловой); г – отсос от рабочих столов; д – отсос витражного типа;е – вытяжные шкафы с отсосом (1– верхним; 2– нижним;3– комбинированным); ж – вытяжные зонты

(1 – прямой; 2 – наклонный)

Наиболее эффек­тивны закрытые отсосы. К ним относятся укрытия-боксы: кожухи, камеры, герметично или плотно укрывающие технологическое оборудование (рис.3.8 а). Если такие укрытия устроить невоз­можно, то применяют отсосы с частичным укрытием или откры­тые: вытяжные зонты, отсасывающие панели, вытяжные шкафы, бортовые отсосы.

Один из самых простых видов местных отсосов  вытяжной зонт (рис. 3.8ж). Он служит для улавливания вредных веществ, имеющих меньшую плотность, чем окружающий воздух. Зонты устанавливают над ваннами различного назначения, электро- и ин­дукционными печами и над отверстиями для выпуска металла и шлака из вагранок.

Зонты делают открытыми со всех сторон и частично открыты­ми: с одной, двух и трех сторон. Эффективность работы вытяжного зонта зависит от размеров, высоты подвеса и угла его раскрытия. Чем больше размеры и чем ниже установлен зонт над местом вы­деления веществ, тем он эффективнее. Наиболее равномерное вса­сывание обеспечивается при угле раскрытия зонта до 60°.

Вытяжные шкафы (рис. 3.8 е)  наиболее эффективные устройства по срав­нению с другими отсосами, так как почти полностью укрывают ис­точник выделения вредных веществ. Незакрытыми в шкафах оста­ются лишь проемы для обслуживания, через которые воздух из по­мещения поступает в шкаф. Форму проема выбирают в зависимо­сти от характера технологических операций.

Объем отсасываемого из вытяжного шкафа воздуха рассчи­тывается по формуле

Q = F, м³, (3.25)

где F–площадь рабочих проемов шкафа, м²; – средняя ско­рость движения воздуха в рабочих проемах, м/с (принимают в пределах 0,2…1,0 м/с и более в зависимости от плотности вы­деляющихся газов и их токсичности).