3.3.6 Естественная вентиляция

Естественная вентиляция в помещениях происходит под действием

теплового и ветрового напоров. Тепловой напор обусловлен разницей температур, а значит, и плотностей внутреннего и наружного воздуха (см. рис. 2 а). Ветровой напор обусловлен тем, что при обдуве здания ветром с его наветренной стороны образуется повышенной давление, а с подветренной стороны - пониженное (разрежение, рис.2 б).

а б

1 и 2 – соответственно, приточные и вытяжные отверстия; 3 – нагретый объект

Рисунок 2 - Естественная вентиляция

Естественная вентиляция может быть неорганизованной и организованной.

При неорганизованной вентиляции объем неизвестен объем поступающего (удаляемого) воздуха, а сам воздухообмен зависит от случайных факторов (скорость и направления ветра, температур наружного и внутреннего воздуха). Неорганизованная естественная вентиляция включает инфильтрацию (просачивание воздуха через щели в окнах, дверях и перекрытиях) и проветривание, которое осуществляется при открывании окон и форточек.

Организованная вентиляция называется аэраций. Для аэрации в стенах здания делают специальные отверстия для поступления приточного воздуха, а на крыше или в верхней части здания делают специальные устройства (фонари) для скапливания и удаления отработанного воздуха. Для регулирования поступления (удаления) воздуха предусматривается перекрытие аэрационных отверстий на необходимую величину, что особенно важно в холодный период года.

Для увеличения естественной тяги за счет энергии ветра над воздуховодом устанавливают специальную насадку - дефлектор, которая в простейшем случае имеет форму усеченного конуса (см. рис. 3).

1 – дефлектор; 2 – воздуховод; 3 – регулируемая заслонка

Рисунок 3. Простейший дефлектор

Действие такого дефлектора основано на законе Бернули: при движении воздуха в канале переменного сечения (S) его давление (P) обратно пропорционально скорости (V)

. (3)

С уменьшением площади поперечного сечения в канале увеличивается скорость и как, следствие, снижается давление. Это способствует повышению тяги.

Наиболее эффективной конструкцией дефлектора является дефлектор ЦАГИ (разработка центрального аэрогидродинамического института, основанного проф. Н. Е. Жуковским, СССР).

Дефлекторы располагают на наивысших участках здания в зоне эффективного действия ветра.

Преимуществом естественной вентиляции является ее дешевизна и простота в эксплуатации. Недостатками являются: зависимость от случайных (см. выше) факторов и невозможность очистки (фильтрации) поступающего и удаляемого воздуха из-за низкой тяги.

3.3.7 Искусственная вентиляция

Искусственная (механическая) вентиляция, в отличие от естественной, имеет ряд преимуществ, к числу которых относятся:

- возможность обрабатывать воздух перед его подачей в помещение или перед выбросом в атмосферу (очистка, подогрев, охлаждение, увлажнение или осушение);

- более направлено подавать его в рабочую зону;

- организовать воздухозабор в экологически чистой зоне, например, в сосновом лесу.

К недостаткам искусственной вентиляции в отличие от естественной вентиляции можно отнести более высокую себестоимость, плату за электроэнергию, сложность обслуживания, дополнительный шум и вибрацию.

Общеобменная вентиляция обычно применяется для разбавления избыточно теплого воздуха холодным (ассимиляции) при отсутствии значительных токсических выбросов, а также в тех случаях, когда затруднено применение местной вентиляции. Например, выделяемым веществом (выбросом) является выдыхаемый людьми воздух или влага на операциях мойки изделий.

По направлению воздушного потока общеобменная вентиляция делится на приточную, вытяжную и приточно-вытяжную. В зависимости от температуры наружного воздуха и плотности выброса используют одну из пяти основных схем общеобменной вентиляции:

- полного перемешивания (см. рис. 4). Эта схема обычно применяется при небольших размерах помещения (длина – не более 15 м), а также, когда выброс имеет одинаковую плотность с воздухом рабочих зон (например, выдыхаемый воздух);

- сверху вниз (рис. 5 а). Применяется в холодное время года при выбросах с плотностью выше плотности воздуха (тяжелых выбросах, например, пары кислот, бензина, ацетона);

- снизу вверх (рис. 5 б). Применяется в теплое время года при выбросах с плотностью меньше воздуха (легких выбросах, например, аммиака);

- сверху вверх (рис. 6 а). Применяется в теплое время года при легких выбросах;

- снизу вниз (рис. 6 б). Применяется в холодное время года при тяжелых выбросах.

Рисунок 4 - Полное перемешивание

а б

Рисунок 5 - Сверху вниз (а) и снизу вверх (б)

а б

Рисунок 6 - Сверху вверх (а) и снизу вниз (б)

Каждая из рассмотренных схем обеспечивает наиболее эффективное удаление отработанного воздуха в месте его естественного скопления с минимальными затратами электроэнергии.

Местная вентиляция позволяет удалять загрязненный воздух непосредственно в месте его загрязнения или подавать чистый воздух непосредственно в рабочую зону. При этом за пределами рабочих зон воздух в помещении остается относительно чистым. Таким образом, местная вентиляция является более эффективной и требует меньших расходов электроэнергии по сравнению с общеобменной, что является ее преимуществом. К ее недостаткам относятся: более высокая стоимость, сложность конструкции, большее занимаемое пространство.

На рис. 7 показаны наиболее распространенные конструкции местных вытяжных устройств.

а б

в г

а - вытяжной зонт; б - вытяжная панель; в - вытяжной шкаф; г - бортовой отсос с передувом

Рисунок 7 - Примеры устройств местной вытяжной вентиляции

Вытяжной зонт обычно имеет форму пирамиды, расположенную вертикально. Используется в тех случаях, когда требуется постоянное присутствие человека в рабочей зоне, а выбросы легче воздуха (например, при горении).

Вытяжная (всасывающая) панель обычно имеет форму пирамиды, расположенную горизонтально. Используется в тех случаях, когда требуется постоянное присутствие человека в рабочей зоне, а выброс имеет примерно одинаковую плотность с воздухом или направлен горизонтально (например, на операциях пайки или шлифовки).

Вытяжной шкаф обычно представляет собой закрытый объем с окнами для наблюдения за ходом технологического процесса или лабораторного исследования. Применяется при использовании особо опасных и чрезвычайно опасных веществ.

Бортовой отсос с передувом обычно применяется на операциях мойки и в гальванических цехах, когда требуется частый доступ человека к изделиям внутри ванны.