2. Расчетная часть

Тема 1: Обеспечение комфортных условий жизнедеятельности. Качество воздушной среды. Микроклимат помещений расчет потребного воздухообмена при общеобменной вентиляции

Вентиляция – организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения воздуха, загрязненного вредными примесями (газами, парами, пылью), и подачу в него свежего воздуха.

По способу подачи в помещение свежего воздуха и удалению загрязненного системы вентиляции подразделяют на естествен­ную, механическую и смешанную. По назначению вентиляция может быть общеобменной и местной.

Методика расчета

При общеобменной вентиляции потребный воздухообмен оп­ределяют из условия удаления избыточной теплоты и разбавле­ния вредных выделений свежим воздухом до допустимых кон­центраций. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны устанавливают по ГОСТ 12.1.005-88.

1. Потребный воздухообмен, L_Q м³/ч, для отвода избыточной теплоты рассчитывается по формуле:

(1.1)

где Q – избыточное количество теплоты, кДж/ч;

с – теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К) (с = 1005,6 Дж/(кг·К);

 – плотность воздуха, кг/м³ ( = 1,29 кг/м³);

t_выт – температура вытяжного воздуха, удаляемого из помещения, °С;

t_прит – температура приточного воздуха, °С.

Температура вытяжного воздуха t_выт определяется по выражению:

(1.2)

где t_рз – температура воздуха в рабочей зоне, ⁰С;

t – температурный градиент по высоте, ⁰С/м (t=1 ⁰С/м);

Н – высота вытяжных отверстий над уровнем пола или рабочей площадки, м.

2. Потребный воздухообмен, L_ВВ м³/ч, для удаления вредных веществ рассчитывается по формуле:

(1.3)

где G – количество выделяемого вредного вещества мг/ч;

q_выт – концентрация вредного вещества в вытяжном воздухе, мг/м³;

q_прит – концентрация вредного вещества в приточном воздухе, мг/м³.

По санитарным нормам концентрация вредного вещества в вытяжном воздухе не должна превышать его предельно допустимую концентрацию, т.е. q_выт ≤ ПДК, а концентрация вредного вещества в приточном воздухе должна быть q_прит ≤ 0,3ПДК.

Следовательно,

(1.4)

В случае выделения в воздух помещений нескольких веществ потребный воздухообмен рассчитывается по каждому из них, а затем выбирается максимальное значение.

В случае выделения нескольких вредных веществ, обладающий однонаправленным действием на организм человека, вступает в силу так называемый эффект суммации. Для n веществ, обладающих эффектом суммации, окончательная величина потребного воздухообмена рассчитывается как .

Для определения потребного воздухообмена L необходимо сравнить величины L_Q и L_ВВ, рассчитанные по формулам (1.1) и (1.4), и выбрать наибольшую из них.

3. Кратность воздухообмена – число, показывающее сколько раз в течение часа происходит полная замена воздуха в помещении, К, 1/ч. К рассчитывается по выражению:

(1.5)

где L_ф – фактический воздухообмен в помещении, м³/ч;

V – объем поме­щения, м³.

Кратность воздухообмена помещений обычно составляет от 1 до 10 (большие значения для помещений со значительными выделениями теплоты, вредных веществ или небольших по объему).

Задание для самостоятельной работы

Оценить пригодность цеха (т.е. соответствие потребного и фактического воздухообмена) объемом V м³ для выполнения работ, в ходе которых выделяется G₁ г/ч моноксида угдерода СО , G₂ г/ч этилена С₂Н₂, G₃ г/ч аммиака NH_{3 ,} G₄ г/ч диоксида серы SO₂, а также Q Дж/ч избыточного тепла. Система общеобменной вентиляции обеспечивает полную замену воздуха в цехе 5 раз в течение часа. Температура приточного воздуха равна t₁ ⁰C, температура в рабочей зоне равна t₂ ⁰C. Вытяжные отверстия находятся на высоте 5 м от рабочей площадки.

Примечания: 1) ПДК_СО=20 мг/м³; ПДК_С2Н2 = 1 мг/м³; ПДК_NH3=20 мг/м³; ПДК_SО2=10 мг/м³;

2) аммиак и диоксид серы обладают эффектом суммации;

3) считать концентрацию каждой примеси в приточном воздухе равной 0,3ПДК.

Исходные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Данные для расчета потребного воздухообмена по вариантам

№ вар.	G1	G2	G3	G4	Q2	t1	T2	V
1	100	2	4,5	70	7,95 ×107	18	26	1500
2	95	2,2	5	112	7,12 ×106	20	28	1550
3	98	2,3	6	55	6,91 ×106	23	27	1600
4	110	2,3	8	90	6,28 ×106	21	25	1580
5	88	2,5	4	40	6,07 ×106	21	26	1600
6	95	2	5,5	105	5,65 ×106	22	25	1550
7	95	2,2	6,5	120	7,12 ×106	20	25	1700
8	88	2,3	4	110	7,95 ×106	22	25	1550
9	85,5	2,5	4,5	105	7,75 ×106	18	26	1500
10	95,5	2,4	5,5	95,5	7,33 ×106	24	27	1600
11	90	2,1	5	98	7,54 ×106	21	24	1450
12	101	2,1	6	97,5	7,12 ×106	23	26	1400
13	110	2,5	6,4	35	6,91 ×106	20	24	1700
14	115	2,4	5,1	115	6,70 ×106	23	28	1650
15	95	2,2	4,6	105,5	6,49 ×106	20	26	1450
16	85	2,1	4	90,5	7,95 ×106	22	27	1650
17	87	1,9	5	110	7,75 ×106	24	25	1600
18	78	2,3	6	90	7,33 ×106	22	27	1650
19	79	22	4,5	89,5	6,91 ×106	23	28	1450
20	79,5	2	6,5	115	6,49 ×106	21	26	1500
21	120	8,4	5,3	250	7,54 ×106	20	24	1550
22	110	22,5	5,3	125	7,95 ×106	21	25	1650
23	105	2,3	5,1	112	6,28 ×106	20	26	1600
24	105,5	2,2	6,3	114	7,12 ×106	20	24	1550
25	95	1,5	4,6	97	6,91 ×106	23	26	1450
26	98	1,7	5,1	96	7,33 ×106	22	28	1450
27	94	1,9	5,6	100	7,54 ×106	22	27	1550
28	91	2,5	6	100,5	7,95 ×106	21	27	1550
29	90	3,2	5,5	113	7,95 ×106	20	26	1500
30	103	3,5	4,5	93	7,75 ×106	21	28	1600

Пример расчета:

Оценить пригодность цеха (т.е. соответствие потребного и фактического воздухообмена: цех пригоден для работы, если рассчитанное значение фактического воздухообмена не меньше значения потребного воздухообмена) объемом 1000 м³ для выполнения работ, в ходе которых выделяется 1 г/ч этилена С₂Н₂, 5 г/ч аммиака NH₃ и 30 г/ч диоксида серы SO₂, а также 2100 кДж/ч избыточного тепла. Система общеобменной вентиляции обеспечивает полную замену воздуха в цехе 3 раза в течение часа. Температура приточного воздуха равна 18 ⁰C, температура в рабочей зоне равна 21 ⁰C. Вытяжные отверстия находятся на высоте 3, м от рабочей площадки.

Примечания: 1) ПДК_С2Н2 = 1 мг/м³; ПДК_NH3=20 мг/м³; ПДК_SО2=10 мг/м³;

2) аммиак и диоксид серы обладают эффектом суммации;

3) считать концентрацию каждой примеси в приточном воздухе равной 0,3ПДК.

Решение:

1. Потребный воздухообмен при выделении в воздух рабочей зоны вредных примесей (L_ВВ,м³/ч) рассчитываем по формуле (1.3):

где G – количество выделяемого вредного вещества, мг/ч;

q_выт – концентрация вредного вещества в вытяжном воздухе, мг/м³;

q_прит – концентрация вредного вещества в приточном воздухе, мг/м³.

По санитарным нормам концентрация вредного вещества в вытяжном воздухе не должна превышать его предельно допустимую концентрацию, т.е. q_выт ≤ ПДК, а концентрация вредного вещества в приточном воздухе должна быть q_прит ≤ 0,3ПДК.

Тогда по выражению (1.4):

Таким образом, потребный воздухообмен для удаления вредных веществ составит:

- по этилену:

- по аммиаку:

- по диоксиду серы:

Поскольку аммиак и диоксид серы обладают эффектом суммации, то:

2. Расчет потребного воздухообмена при выделении в рабочей зоне избыточного тепла (L_Q,м³/ч) осуществляем по формуле (1.1):

где Q – избыточное количество теплоты, кДж/ч (Q = 2100 кДж/ч);

с – теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К) (с = 1005,6 Дж/(кг·К);

 – плотность воздуха, кг/м³ ( = 1,29 кг/м³);

t_выт – температура вытяжного воздуха, удаляемого из помещения, °С;

t_прит – температура приточного воздуха, °С (t_прит = 18 °С).

Температура вытяжного воздуха t_выт определяем по выражению (1.2):

где t_рз – температура воздуха в рабочей зоне, ⁰С (t_рз = 21⁰С);

t – температурный градиент по высоте, ⁰С/м (t = 1 ⁰С/м);

Н – высота вытяжных отверстий над уровнем пола или рабочей площадки, м (Н=3 м).

Тогда .

Таким образом,

Тогда потребный воздухообмен в цехе составит:

, т.е.

Из выражения (1.5) определим фактический воздухообмен в цехе:

где К – кратность воздухообмена в помещении, 1/ч (К = 3 1/ч);

V – объем поме­щения, м³ (V = 1000 м³).

Тогда

Сравним потребный и фактический воздухообмен в цехе. Т.к. потребный воздухообмен составляет L=4643 м³/ч, а фактический L_ф=3000 м³/ч, т.е. L_ф< L, следовательно, цех не пригоден для работы.