5. Снижение капитальных и энергетических затрат на вентиляцию

5.1 Уменьшения количества вентиляционного воздуха

Как известно, общая потеря давления, Па, в трубопроводах любого сечения определяется выражением:

(5.1)

или при

(5.2)

где λ - коэффициент, учитывающий шероховатость внутренних поверхностей воздуховодов; ℓ и d — длина и диаметр воздуховода, м; ∑ζ — сумма КМС в воздуховоде; ρ - плотность воздуха, кг/мЗ; υ - скорость воздуха в воздуховоде, м/с; F — площадь сечения воздуховода, м²; L — секундный расход воздуха, м³/с.

Величина ∆Р_ОБЩ ― включает энергетические затраты на транспортирование воздуха по воздуховодам. По имеющимся данным, только на вентиляцию расходуется ощутимая доля электрической энергии, вырабатываемой в стране. Интересы народного хозяйства требуют всемерного снижения энергоем­кости вентиляции.

Из (4.2) следует, что ∆Р_ОБЩ и все физические параметры воздуховодов связаны линейной зависимостью, а L м³/с ― расход воздуха - квадратичной. Поэтому для уменьшения и ∆Р_ОБЩ наиболее эффективно прежде всего уменьшить расход воздуха L.

На многих предприятиях технологические процессы и оборудование располагаются в рабочей зоне, представляющей собой часть производственного помещения высотой 2 м от пола. Над рабочей находится верхняя зона, в которой рабочих нет или пребывание их в ней кратковременно. В таком случае вполне логично дифференцировать требования к качеству воздуха в обеих зонах: иметь чистый, отвечающий всем санитарно-техническим нормам воздух в рабочей зоне; допустить в верхней зоне более высокое содержание вредных примесей по сравнению с рабочей зоной. Тогда неминуемо будет уменьшен расчетный воздухообмен для помещений. Такой подход нашел отражение в СНиП 2.04.05-86.

В общем виде воздухообмен, м³/ч, для общеобмённой вентиляции без учета местных отсосов определяется по сущест­вующей методике:

(5.3)

где Q_общ — количество выделяющихся вредных примесей, мг/ч; Х_уд и Х_пр ― концентрации вредных примесей в удаляемом и приточном воздухе, мг/м³; обычно принимают Х_уд = ПДК мг/м³ .

(5.4)

где (5.5)

Выражение (5.3) принимает условно равномерность распре­деления вредных примесей по всему объему помещения. Но тогда применительно к схеме помещения (рис. 2.1) можно записать

Рис. 5.1. Верхняя (7) „ работы, 0) зоны объема помещения

(5.6)

тогда

(5.7)

где L_Р.З и L_В.З - воздухообмены рабочей и верхней зон м³/ч;

Q_Р.З и Q_В.З – количество вредных веществ, приходящихся на рабочую и верхнюю зоны, мг/ч;

ПДК_Р.З и ПДК_В.З ― предельно допустимые концентрации вредных примесей в этих зонах, мг/м³ .

Обозначим

(5.8)

, (5.9)

тогда

(5.10)

(5.11)

Подставив (5.10)и(5.11)в(5.7), получим исходное равенство

(5.12)

, (5,13)

где Н и Н_р.з ― высота помещения и рабочей зоны,м; n ― число, показывающее во сколько раз ПДК_в.з больше ПДК_р.з.

Пусть Н=6м, Н_р.з=2м, х_пр =1/2мг/м³, ПДК_р.з=1мг/м³, n=2. Тогда по (5.13)

,

в то время как по (5.13)

Приведенные расчеты показывают, что увеличение ПДК_В.3 только в 2 раза по отношению к ПДК_Р.З уменьшает расчетную величину воздухообмена помещения на 45%.

Для значений n = 2; 3 и 6, Н_Р.3/Н = 2/6; 2/10 и 2/16 составлены графики (рис. 5.2, а) и б), анализ которых дает основание к следую­щим выводам.

Возрастание n = ПДК_В.3/ПДК_Р.З от 2 до 6 (см. рис. 5.2, а) приводит в целом к уменьшению L_ОБЩ ^на 45- 80%, в частности при Н_Р.З/Н= 2/6 на 45-60 %, при Н_Р.З/Н = 2/10 - на 53-73 %, при Н_Р.З-3/Н= 2/16 - на 58-80 %. Наибольший эффект наблюдается для n = 3, так как в дальнейшем при росте n от 3 до 6 интенсив­ность уменьшения L_ОБЩ снижается и составляет для Н_Р.З/Н = = 2/6; 2/10; 2/16 соответственно 7; 8,5; 9%. С точки зрения эконо­мических последствий по L_ОБЩ достаточно и целесообразно принять n = ПДК_В.З/ПДК_Р.З = 3. Очевидно, по показателям для кратковременного пребывания людей это также допустимо, что необходимо узаконить для помещений с пылегазовыделениями.

Высота помещений влияет прямо пропорционально на уменьшение L_ОБЩ (см. Рис 4.2, (б), кривые 4- 6), однако этот параметр не является преобладающим в величине L_ОБЩ.

Таким образом, дифференцированный подход к ПДК рабо­чей и верхней зон позволяет сократить воздухообмен помеще­ний на 45- 80 % со всеми вытекающими из этого экономически­ми возможностями.

В помещениях с теплоизбытками также различают рабочую и верхнюю зоны, однако воздухообмен, кг/ч, определяют, для помещения в целом

, (5.14)

где G_ОБЩ - количество приточного воздуха, необходимого для ассимиляции теплоизбытков; кг/ч; Q_ИЗБ — теплоизбытки помещения, кДж/ч; t_УХ и t_ПР — температуры удаляемого и приточного воздуха, °С; С_в — удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг • град).

Для помещений высотой более 4 м температура удаляемого воздуха, °С, определяется расчетом

(5.15)

где t_Р.З – температура воздуха в рабочей зоне,⁰С; ∆ — температурный градиент,°С/м; принимают ∆ = 0,5-1,5 ⁰С/м; 2 - высота рабочей зоны, м; Н - высота помещения, м.

Рис.5.2. Уменьшение расхода воздуха α_РАСЧ/α_ОБЩ взависимости от отношения ПДК_В.З/ПДК_Р.З(а) и Н_Р.З/Н (б)

1,2,3.- Н_Р.З/Н = 2/6; 2/10; 2/16;

4.5,6.-n- ПДК_В.З/ПДК_Р.З = 2; 3; 6

Например, для исходных данных: высота цеха Н = 6 м, его теплоизбытки Q_ИЗБ кДж/ч; холодный период, легкая работа, диапазон температуры Δt_Р.З = 19-25 ^оС; t_ПР = 14 ^оС; С_В = 1кДж/(кг·град.); t_Р.З=20^оС;

Коэффициент m = 0,3/ Из формулы (4.15) имеем t_УХ =20+1(6-2)=24^оС.

По (4.14) получается

Если принять t_УХ=45^оС,то по(4,14)

(5.16)

Следовательно, допустив t_УХ=45°С, уменьшаем расчетную величину воздухообмена 2,5 раза.

Рабочая зона - часть объема помещения. При подаче возду­ха снизу его температура по высоте зоны меняется за счет ассимиляции части теплоизбытков от t_ПP до предельно допусти­мой на границе с верхней зоной. Следовательно, воздухообмен рабочей зоны следует определять не по t_P.3, а именно по пре­дельной для нее температуре. Наибольшая из допустимых температур и является предельной для рабочей зоны. Тогда воздухообмен для этой зоны, кг/ч, следует определять так:

, (5.17)

где m — коэффициент, учитывающий долю теплоты, ассимилируемой атмосферой рабочей зоны, принимается из табл. 5.1; (t_Д - наибольшая из допустимых темпера­тура воздуха в рабочей зоне, °С.

Основой вентиляции помещений с теплоизбытками являет­ся воздух рабочей зоны. Поднимаясь вверх от границы этой зоны, он ассимилирует также теплоту верхней зоны и удаляет­ся из помещения. Возможны два положения: количество воздуха G_P.З достаточно для этого и воздух удаляется с темпе­ратурой, не выше предельной (например, 45 °С); величина G_Р.З мала и не обеспечивает предельной температуры удаляемого воздуха.

В первом случае для вентиляции помещения достаточно воздуха рабочей зоны и тогда следует принять G_ОБЩ = G_Р.З зависимость (5.17). Во втором - после подсчета

G_Р.З и G _ОБЩ по (4.15) при t_УХ = 45°С принять окончательно G_ОБЩ и направить весь воздух в рабочую зону. Используя приведенные выше исходные данные, из (5.17) находим

Таблица 5.1.

Значения коэффициента m

Производственные помещения и их характеристика

Металлообрабатывающие заводы

Чугунолитейные цехи с рассеянным режимом литья средней

высоты 0,5

Конвейерные литейные средней высоты 0,5

Выбивные отделения 0,4

Термические цехи средней высоты 0,5

Кузнечные цехи высокие с фонарями 0,4

Газогенераторные на втором этаже 0,6

Стале- и меднолитейные с электропечами, высокие 0,5

помещения

Литейные алюминия 0,4

Кузницы с печным оборудованием 0,3

Механические цехи средней высоты и низкие 0,7

Разливочные пролеты мартеновских цехов, высокие 0,3-0,4

с фонарями

Конвертерные пролеты высокие с фонарями 0,4

Печные пролеты высокие с фонарями и электропечами 0,5

Нагревательные помещения колодцев и блюмингов 0,5

Пролеты обжимных станов 0,4

Помещения нагревательных печей 0,3-0,5

Машинные залы станов, пролеты замедленного охлаждения 0,6

высокие

Помещения прокатных станов высокие 0,5-0,6

Алюминиевые заводы

Цехи кальцинации высокие с фонарями 0,5-0,6

Электролизные цехи средней высоты 0,7—0,8

Химические заводы

Стеклоплавильные цехи 0,6

Реакторные отделения 0,35

Серно-кислотные цехи 0,4

Фильтровальные отделения средней высоты 0,5

Аппаратные отделения средней высоты 0,6

Печные отделения высокие с фонарями и вращающимися 0,5—0,6 печами

Сушильные отделения низкие 0,5

Насосные и компрессорные низкие 0,8

Абразивные заводы

Отделения спекания средней высоты 0,5

Литейные лаборатории средней высоты 0,5

Отделения разборки и охлаждения средней высоты 0,6

Электротермические отделения средней высоты 0,6

Отделения плавки электрокорунда и корунда средней 0,3 высоты

Отделения остывания и разборки печей средней высоты 0,5

Заводы общего приборостроения

Механосборочные цехи и испытательные станции высокие 0,7

Пищевые предприятия

Пекарные залы хлебозаводов средней высоты с фонарями 0,6

Варочные отделения низкие 0,6

Нефтегазодобывающая промышленность

Насосный цех 0,5

Агрегатный цех 0,6

в то время как по (5.16) =0,032Q_ИЗБ. Поскольку G_P.З < , окончательно для вентиляции помещения следует принять воздухообмен =0,032Q_ИЗБ.

Таким образом, при рекомендуемой методике расчета необходимый для помещения воздухообмен будет равен или 0,027Q_изб или 0,032Q_изб, в то время как по существующей методике - 0,08Q_изб, при этом необходимо помнить, чтобы в верхней зоне не было людей (т.е. при указанных выше исходных данных снижение воздухообмена составляет 68- 73%.

Воздух в верхней части помещений всегда загрязнен. Если при этом применять верхнюю раздачу приточного воздуха, то чистой атмосферы в рабочей зоне не получить никогда. Чистый приточный воздух должен поступать к местам потребления кратчайшим путем, а для этого его необходимо подавать непосредственно в рабочую зону. При этом не менее чем на 45% уменьшается потребность в вентиляционном воздухе вообще.