19. Основные законы движения воздуха в вентиляционных системах. Определение необходимого для проветривания количества воздуха. Естественное и искусственное проветривание производственных помещений.

Определение необходимого для проветривания количества воздуха

Потребность в воздухе для вентиляции зависит от комплекса факторов, включающих способ и схему проветривания, архитектурно-планировочные решения, компоновку производственных помещений и их размеры, характеристику технологического процесса и организации работ. Способы проветривания предусматривают использование естественных или искусственных сил для осуществления воздухообмена. Естественный способ основан на управлении тепловыми потоками с целью обеспечения направления перемещения воздуха в помещении и удаление воздуха из него. При искусственном способе проветривания для обеспечения подачи необходимых объемов воздуха по определенным путям используется энергия работающих вентиляторов. Проветривание с помощью вентиляторов можно осуществлять нагнетательным, всасывающим и комбинированным способами.

Схема проветривания определяет основные пути и направления движения воздуха в пределах производственного объекта. Архитектурно-планировочные решения производственных помещений в сочетании с технологическим оборудованием, работающем в этих помещениях, позволяет установить место выделения вредных примесей, тепла и влаги, что при любой схеме проветривания определяет характер загрязнения помещений, распространение примесей и тепловых потоков. Характеристика технологического процесса обуславливает возможное количество и динамику выделения тепла, влаги и примесей в воздухе производственных помещений, а также интенсивность источников, что в конечном итоге может стать решающим не только в установлении количества воздуха, но также схемы, способа проветривания и вызвать необходимые изменения планировки помещения. Организация производственного процесса с учетом факторов определяющих объем воздуха необходимого для проветривания позволяет осуществлять вентиляцию наиболее экономично и в соответствии с потребностями в разные периоды времени.

В соответствии с санитарными нормами все произ­водственные помещения должны вентилироваться. Необ­ходимое количество воздуха при этом может быть опре­делено различными методами в зависимости от назна­чения помещения и вида вредных выделений.

1. При выделении паров или газов в помещении не­обходимое количество воздуха определяют, исходя из их разбавления до допустимых концентраций. Предпо­ложим, что в помещении с внутренним объемом V (м³) выделяются вредные пары или газы в количе­стве G (мг/ч) '. Для обеспечения нормальных санитарно-гигиенических условий труда в помещение долж­но поступать и одновре­менно удаляться L (м³/ч) воздуха.

Допуская, что вредные вещества распределяются равномерно по помеще­нию и при длительной ра­боте вентиляции измене­ния их содержания не происходит, искомое количество воздуха определяем из условия баланса поступающих в помещение и удаляемых из него вредных веществ: G+Lq_np=Lq_выт, где q_np и q_выт— концентрация вредных веществ в приточном и удаляемом воздухе; L — количе­ство приточного или удаляемого воздуха, L = G/(q_выт — q_пр). Если наружный воздух не содержит вредных ве­ществ, то L = G/q_выт.

Концентрация q_выт не должна превышать предельно допустимую концентрацию, т. е. q_выт<q_пдк (иначе будет нарушение санитарных норм), а концентрация q_прдолжна быть по возможности минимальной (тогда ко­личество воздуха будет относительно небольшим); по санитарным нормам q_пр=O,3q_пдк.

При одновременном выделении в воздух рабочей зо­ны нескольких вредных веществ, не обладающих одно­направленным действием, количество воздуха допус­кается принимать по тому вредному веществу, для кото­рого требуется подача чистого воздуха в наибольшем количестве.

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

С₁/ q_пдк1 +С₂/ q_пдк2+…+С_n/ q_пдкn < 1.

2. При выделении избыточной явной теплоты коли­чество воздуха определяют из условий ассимиляции избытков этой теплоты. Количество приточного воздуха (м³/ч)

L_пр = Q_изб / cρ_пр (t_выт – t_пр),

где Q_изб — избыточное выделение явной теплоты, с — удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, равная 1 кДж/(кгК); t_выт — температура удаляемого воздуха, °С; t_пр — тем­пература приточного воздуха, °С.

Температуру воздуха, удаляемого из помещения, оп­ределяют по формуле

t_выт = t_рз + t (Н – 2),

где t_рз — температура в рабочей зоне, которая не должна превы­шать допустимую по нормам, т. е. t_рз< t_доп, t — темпе­ратурный градиент по высоте помещения, t =0,5 ..., 1,5° С/м; Н — расстояние от пола до центра вытяжных проемов, м; 2 — высота рабочей зоны, м.

Температура приточного воздуха при наличии из­бытка явной теплоты должна быть на 5 — 8° С ниже температуры воздуха в рабочей зоне.

3. При выделении влаги количество приточного воздуха L_пр=G_вп/ρ_пр(d_выт–d_пр), где G_вп — масса водяных паров, выделяющихся в помещении, г/ч; d_выт — содержание влаги в воздухе, удаляемого из помещения, г/кг; d_пр — содержание влаги в наружном воздухе, г/кг.

Санитарными нормами не предусматривается допу­стимое влагосодержание, а указываются только относи­тельная влажность воздуха и температура помещения, на основании которых и определяют d_выт с помощью i — d-диаграммы.

При одновременном выделении в помещении вред­ных веществ, теплоты и влаги принимают наибольшее количество воздуха, полученное в расчетах для каждо­го вида производственных выделений.

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

Кратность воздухообмена к (1/ч) показывает, сколь­ко раз в час меняется воздух в помещении. Количество воздуха L = kV

Величина k обычно составляет 1—10 (большие ве­личины для помещений небольшого объема).

Необходимо подчеркнуть, что проектируемое на ос­нове этих четырех методов количество приточного воз­духа при возможности естественного проветривания по­мещения должно быть не менее 30 м³/ч на одного че­ловека при объеме помещения, приходящегося на него, менее 20 м³; не менее 20 м³/ч соответственно при объеме 20 м³ и более. Если же в помещениях невозможно есте­ственное проветривание; то в такие помещения нужно подавать не менее 60 м³/ч воздуха на одного человека.

Естественное проветривание производственных помещений.

Воздухообмен при естественной вентиляции происхо­дит вследствие разности температур воздуха в поме­щении и наружного воздуха, а также в результате дей­ствия ветра.

Разность температур воздуха внутри (более высокая температура) и снаружи помещения, а следовательно, и разность плотностей вызывают поступление холодно­го воздуха в помещение и вытеснение из него теплого воздуха. При действии ветра с заветренной стороны зданий создается пониженное давление, вследствие чего происходит вытяжка теплого или загрязненного воздуха из помещения; с наветренной 'стороны здания создается избыточное давление, и свежий воздух поступает в по­мещение на смену вытягиваемому воздуху. Работа вы­тяжных вентиляционных устройств в большой степени также зависит от обдува их ветром.

Естественная вентиляция производственных помеще­ний может быть неорганизованной и организованной.

При неорганизованной вентиляции поступление и удаление воздуха происходит через неплотности и поры наружных ограждений (инфильтрация), через окна, форточки, специальные проемы (проветривание).

Организованная (поддается регулировке) естествен­ная вентиляция производственных помещений осуще­ствляется аэрацией и дефлекторами.

Аэрация. Она осуществляется в холодных цехах за счет ветрового давления, а в горячих цехах за счет совместного или раздельного действия гравитационного и ветрового давлений. Аэрация осуществляется следую­щим образом. В здании цеха, оборудованном тремя ря­дами проемов со створками, в летнее время от­крываются проемы. Свежий воздух по­ступает в помещение через нижние проемы, распола­гаемые на небольшой высоте от пола (1 —1,5 м), а уда­ляется через проемы в фонаре здания.

Поступление наружного воздуха в зимнее время осуществляется через проемы, расположенные на вы­соте 4—7 м от пола. Высота принимается с таким расчетом, чтобы холодный наружный воздух, опускаясь до рабочей зоны, успел достаточно нагреться за счет перемешивания с теплым воздухом помещения. Меняя положение створок, можно регулировать воздухообмен.

Температура воздуха внутри цеха вследствие выде­ления избытков явной теплоты бывает, как правило, вы­ше температуры наружного воздуха t_n. Следовательно, плотность наружного воздуха р_н больше плотности воз­духа внутри цеха, что обусловливает наличие разности давлений наружного и внутреннего воздуха. На опре­деленной высоте помещения, в так называемой плоско­сти равных давлений, расположенной примерно на сере­дине высоты здания цеха, эта разность равна нулю.

Под напором воздуха с наветренной стороны наруж­ный воздух будет поступать через нижние проемы и, распространяясь в нижней части здания, вытеснять бо­лее нагретый и загрязненный воздух через проемы в фо­наре здания наружу. Таким образом, дей­ствие ветра усиливает воздухообмен, происходящий за счет гравитационного давления, а в ряде случаев (в жаркие дни) является основным действующим фак­тором.

При задувании ветра в верхние проемы в фонаре здания потоки наружного воздуха опускаются вниз, где смешиваются с пылью и газами и попадают в рабочую зону. В этом случае уменьшается воздухообмен, повы­шается температура воздуха в рабочей зоне, т. е. заду­вание ветра приводит к ухудшению условий труда. Для исключения этого явления устраивают так называемые незадуваемые фонари, в которых используют ветрозащитные щиты. За счет срыва струй ветра с за­ветренной стороны щита (у проема) всегда имеет место разрежение и тем большее, чем выше скорость ветра. Поэтому незадуваемые фонари работают на вытяжку при любых направлениях ветра.

Преимуществом аэрации является то, что большие объемы воздуха (до нескольких миллионов кубических метров в час) подаются и удаляются без применения вентиляторов и воздуховодов. Система аэрации значи­тельно дешевле механических систем вентиляции; она является мощным средством для борьбы с избытками выделения явной теплоты в горячих цехах.

Наряду с преимуществами аэрация имеет существен­ные недостатки, а именно: в летнее время эффектив­ность аэрации может значительно снижаться вследствие повышения температуры наружного воздуха, особенно в безветренную погоду; кроме того, поступающий в по­мещение воздух не обрабатывается (не очищается, не охлаждается).

Вентиляция с помощью дефлекторов. Дефлекторы представляют собой специальные насадки, устанавливаемые на вытяжных воздуховодах и исполь­зующие энергию ветра. Дефлекторы применяют для уда­ления загрязненного или перегретого воздуха из поме­щений сравнительно небольшого объема, а также для местной вентиляции, например, для вытяжки горячих газов от кузнечных горнов, печей и т. д.

В настоящее время наибольшее распространение по­лучил дефлектор ЦАГИ. Он состоит из диффу­зора, верхнюю часть которого охватывает цилиндрическая обечайка. Колпак служит для защиты от по­падания атмосферных осадков в патрубок, а конус — для предохранения от задувания ветром внутрь дефлектора.

Ветер, обдувая обечайку дефлектора, создает на большей части его окружности разрежение, вследствие чего воздух из помещения движется по воздуховоду и патрубку и затем выходит наружу через две кольцевые щели между обечайкой и краями колпака и конуса. Эффективность работы дефлекторов зависит главным образом от скорости ветра, а также высоты установки их над коньком крыши.

Искусственная механическая вентиляция, осуществляемая за счет вентиляторов и эжекторов, позволяет в отличие от естественной вентиляции, подавать воздух в любую зону помещения или удалять его из мест образования различных вредностей: пыли, влаги, тепла, газов. В системах механической вентиляции можно предусматривать устройства для подогрева, увлажнения и очистки воздуха от пыли, а также его ионизацию. Механическая вентиляция может применяться как для подачи воздуха в помещение, тогда она называется приточной, так и для удаления воздуха из помещения, тогда она называется вытяжной. Приточно-вытяжная вентиляция обеспечивает приток воздуха в помещение и одновременно его удаление из помещения. По месту действия вентиляция может быть общеобменной, местной и комбинированной. Общеобменная вентиляция осуществляет воздухообмен во всем помещении, а местная — лишь в определенных местах. Системы механической вентиляции состоят из вентиляторов, устройств для забора и подачи воздуха, воздуховодов, фильтров и т.д.

Выброс загрязненного воздуха не следует допускать в непроветриваемые участки прилегающей территории. Общеобменная механическая вентиляция применяется при равномерном расположении источников вредностей в помещении, а также при одно- или двустороннем их расположении. Местная приточная вентиляция служит для создания требуемых условий воздушной среды в ограниченной зоне производственного помещения. К установкам местной приточной вентиляции относятся воздушные души, оазисы и завесы. Воздушное душирование применяется в горячих цехах на рабочих местах, характеризуемых воздействием лучистого тепла интенсивностью 300 ккал/м2⋅ч и более. Скорость обдува должна составлять от 1,0 до 3,5 м/с.

Установки воздушного душирования бывают стационарные и передвижные. Воздушные оазисы позволяют улучшить метеорологические условия на ограниченной площади помещения, которая для этого отделяется со всех сторон легкими передвижными перегородками и затапливается воздухом более холодным и чистым, чем воздух помещения. Воздушные и воздушно-тепловые завесы устраиваются для защиты людей от охлаждения, проникающим через ворота холодным воздухом. Местная вытяжная вентиляция служит для улавливания и удаления вредных веществ непосредственно у источника их образования и для предотвращения их распространения по всему помещению. Устройства местной вытяжной вентиляции делают в виде укрытий или местных отсосов (вытяжные шкафы, кабины, камеры, боковые отсосы и т.п.).

Внутри укрытия создается разрежение, благодаря которому вредные вещества не попадают в воздух помещения. Такой способ предотвращения попадания вредных выделений в помещение называется аспирацией. Местные отсосы способны удалить до 75% всех выделений вредных веществ, значительно снижая их поступление в зону дыхания работающих. Наиболее распространенными системами промышленной вентиляции являются комбинированные, при которых совместно с общеобменной вентиляцией используется и местная вентиляция. В этом случае за счет снижения воздухообмена достигается значительное снижение затрат