3. Системы вентиляции промпредприятий

Лекция 16. НАЗНАЧЕНИЕ И СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ

Основное назначение систем промышленной вентиляции – борьба с вредными выделениями, накапливающимися в воздушной среде помещений, путем удаления загрязненного внутреннего воздуха и замены его чистым – приточным. Источниками вредных выделений в производственных помещениях может являться технологическое оборудование, сырье и продукция, люди, животные и растения. Вредными выделениями от этих источников могут быть: избыточные тепловыделения, влаговыделения, пыль, различные пары и газы. По степени воздействия на человека вредные вещества подразделяются на 4 класса: 1-чрезвычайно опасные, 2-высокоопасные, 3-умеренно опасные, 4-малоопасные. Данные о классе опасности и ПДК различных веществ приводятся в соответствующих санитарных правилах и нормах (СанПиН) и в ГОСТе 12.1.005-88*ССТБ “Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны”.

Источниками тепловыделений помимо людей и технологического оборудования может быть искусственное освещение и солнечная радиация. Для удаления из помещения всех перечисленных вредностей используются различные типы вентиляции.

Системы вентиляции классифицируются по назначению, принципу действия, зоне охвата, характеру привода, схеме подготовки приточного воздуха, по принципу воздухораспределения, по организации воздухообмена в рабочей зоне.

По назначению системы вентиляции подразделяются на основные (постоянно действующие) и аварийные. Основные вентиляционные системы предназначены для постоянной работы. Они обеспечивают удаление расчетного количества вредностей, выделяющихся при нормальном технологическом режиме производственного процесса. Аварийные вентсистемы предназначены для удаления аварийных выбросов. Они предусматриваются в помещениях, в которых возможно внезапное (аварийное) выделение вредных веществ в количествах значительно превышающих допустимые пределы. Эти установки включаются только в аварийных ситуациях. Одним из видов аварийной вентиляции является противодымная вентиляция, предназначенная для обеспечения возможности эвакуации людей из здания на начальной стадии пожара.

По принципу действия системы вентиляции подразделяются на приточные, вытяжные и приточно-вытяжные. Приточные системы обеспечивают подачу наружного воздуха внутрь помещения. Вытяжные – удаление внутреннего воздуха из помещения, а приточно-вытяжные объединяют в себе две указанных системы, действующие одновременно.

По зоне охвата системы вентиляции подразделяются на общеобменные, местные и активные. Общеобменная вентиляция предназначена для создания расчетных условий воздушной среды во всем объеме рабочей зоны помещения. Местная вентиляция предназначена для локализации и удаления вредных выделений непосредственно от источников загрязнения, а также для создания заданных параметров воздушной среды в отдельных локальных зонах помещения. Активная вентиляция предназначена для обеспечения заданных параметров воздушной среды не в помещении или его локальной зоне, а внутри вентилируемого слоя какого-либо материала. Примером активной вентиляции может служить типовая схема вентиляции картофелехранилищ насыпного типа.

По характеру привода системы вентиляции подразделяются на естественные и механические. В естественных системах движение воздуха осуществляется под действием гравитационного давления, возникающего в результате разности плотностей наружного и внутреннего воздуха, а в механических – за счет работы вентиляторов.

По схеме подготовки приточного воздуха системы вентиляции подразделяются на прямоточные и с рециркуляцией (частичной или полной). В прямоточных схемах для притока используется только наружный воздух, в схемах с полной рециркуляцией – только внутренний воздух, прошедший соответствующую обработку. В схемах с частичной рециркуляцией, после соответствующей обработки, на приток подается смесь внутреннего и наружного воздуха. Рециркуляция воздуха в системах вентиляции является наиболее эффективным энергосберегающим мероприятием. Однако применение рециркуляционных схем не всегда возможно из-за нормативных ограничений. В частности, согласно СНиП [10] рециркуляция не допускается из помещений с выделением вредных веществ 1 и 2-го классов опасности; помещений, в воздухе которых имеются болезнетворные бактерии, грибки или резко выраженные неприятные запахи; из помещений в которых имеются вредные вещества, возгоняемые при соприкосновении с нагретыми поверхностями вентиляционных калориферов, если не предусмотрена предварительная очистка воздуха; из помещений категории А и Б (по пожароопасности); из систем местных отсосов вредных веществ и взрывоопасных смесей; из тамбур-шлюзов и ряда других помещений.

По принципу воздухораспределения вентсистемы подразделяются на системы с сосредоточенной и рассредоточенной подачей воздуха. Сосредоточенная подача используется в основном для вентиляции фиксированных рабочих мест или же при необходимости установки распределительных устройств на значительном удалении от рабочей зоны (например, под перекрытием) для обеспечения заданного направления движения приточных струй. Рассредоточенная подача осуществляется в рабочей зоне или в непосредственной близости к ней с целью обеспечения наибольшей равномерности параметров воздушной среды. Для рассредоточенной подачи используются в основном воздуховоды равномерной раздачи, перфорированные подшивные потолки, а также устанавливаемые с определенным шагом веерные или вихревые распределительные плафоны.

Организация воздухообмена в рабочей зоне помещения возможна по одной из трех схем: “cверху-вверх”, “cверху-вниз” и “cнизу-вверх”. Выбор рациональной схемы организации воздухообмена зависит от особенностей проектируемого объекта. В частности, удаление воздуха системами общеобменной вытяжной вентиляции из верхней зоны помещения предусматривается при теплоизбытках; выделении водяных паров или газов, плотность которых меньше плотности воздуха; при выделении пыли с одновременным выделением теплоты от сосредоточенных высокотемпературных источников, а также при выделении газов любой плотности в помещениях с избытками явной теплоты в зимний период ( параметры Б ). Одновременное удаление воздуха из верхней и нижней зон предусматривается при выделении газов, плотность которых больше плотности воздуха, в случае отсутствия теплоизбытков в зимний период при расчетных температурах, соответствующих параметрам Б . Удаление воздуха из нижней зоны предусматривается при выделении в помещении пыли. Основной принцип рациональной организации воздухообмена заключается в том, что удаление воздуха следует производить из мест наибольшей концентрации вредности, а приток следует подавать в места, где концентрация вредностей наименьшая. При этом необходимо учитывать специфику технологической схемы данного производства, располагая вентоборудование так, чтобы оно не мешало работе основного технологического оборудования.

Общеобменная механическая приточно-вытяжная вентиляция является наиболее распространенным типом промышленной вентиляции. Основными достоинствами вентсистем этого типа являются: стабильность работы вне зависимости от изменения параметров наружного воздуха, скорости ветра и других факторов, определяющих интенсивность естественной вентиляции (аэрации) промышленных зданий; возможность перемещения воздуха на значительные расстояния, обеспечивая этим требуемую равномерность раздачи или локализацию вредных выделений; возможность обработки воздуха (нагрева или охлаждения, очистки от пыли, увлажнения или осушения). Принципиальная схема механической общеобменной приточной системы вентиляции показана на рис. 3.1. Эта система состоит из следующих основных элементов: воздухоприемного устройства 1 в виде наружной жалюзийной решетки; приточной камеры 2 с набором оборудования для обработки и перемещения воздуха; сети каналов или воздуховодов 3 для транспортировки нагнетаемого вентилятором воздуха и распределения его между воздухораспределительными насадками 4, устанавливаемыми в вентилируемых помещениях, а также регулирующих устройств 5, использующихся для наладки и регулировки системы. В качестве регулирующих устройств могут использоваться дроссель-клапаны, ш иберы, поворотные створки или регулируемые решетки.

Рис. 3.1. Принципиальная схема общеобменной

механической приточной системы вентиляции

На рис. 3.2. показана принципиальная схема общеобменной механической вытяжной системы вентиляции

Рис. 3.2. Принципиальная схема общеобменной

механической вытяжки

Эта система состоит из жалюзийных решеток или специальных воздухозаборных насадок 1, через которые внутренний воздух засасывается внутрь вытяжных каналов 2; регулирующих устройств 3; сборных (магистральных) воздуховодов 4; вытяжного вентилятора 5 и вытяжной шахты 6, закрытой грибком от дождя. В том случае, когда выбрасываемый в атмосферу воздух сильно загрязнен, в схему добавляется воздухоочиститель (фильтр или циклон) для предварительной очистки выброса. Если выбрасываемый воздух содержит в своем составе вредные вещества, не поддающиеся улавливанию или очистке, оголовок вытяжной шахты оборудуется факельным выбросом. Факельный выброс представляет собой сужающееся сопло, позволяющее выбрасывать воздух с большой скоростью на большую высоту, рассеивая его в атмосфере до получения концентраций, удовлетворяющих нормам.

В системах механической вентиляции воздух перемещается вентиляторами с электроприводом. По принципу действия вентиляторы подразделяются на радиальные (центробежные), осевые и крышные [15].

Радиальный вентилятор состоит из трех основных частей: рабочего колеса с лопатками, называемого ротором, улиткообразного (спирального) кожуха и станины. Принцип его работы заключается в том, что при вращении рабочего колеса в осевой зоне создается разрежение, а в периферийной области (у внешнего края колеса) возникает зона избыточного давления. Всасывающее отверстие у такого вентилятора расположено в осевой части, напротив вала рабочего колеса, а выходное отверстие, расположенное тангенциально по отношению к оси, смещено к самому краю кожуха и находится в периферийной зоне. Таким образом, при вращении колеса воздух засасывается внутрь кожуха в направлении оси вращения, а выбрасывается в направлении, перпендикулярном оси, то есть в радиальном. Отсюда название – радиальный.

Вентиляторы, у которых вращение рабочего колеса осуществляется по часовой стрелке (при наблюдении со стороны всасывания) называются вентиляторами правого вращения, а против часовой стрелки – левого. Правильным является вращение колес по ходу разворота спиральных корпусов. При обратном вращении расход воздуха, нагнетаемый вентилятором, резко падает (примерно на 70-80%). Поэтому вентиляторы правого и левого вращения нельзя путать.

По назначению вентиляторы подразделяются на вентиляторы в обычном исполнении, пылевые, коррозионно-стойкие и искрозащищенные.

По развиваемому давлению радиальные вентиляторы подразделяются на вентиляторы низкого давления (до 1000 Па), среднего – (до 3000 Па) и высокого давления (более 3000 Па).

Однотипные вентиляторы выпускаются сериями, состоящими из геометрически подобных изделий различных размеров, образующих стандартный типоряд. Каждый член стандартного типоряда характеризуется номером. Номер вентилятора соответствует наружному диаметру рабочего колеса, измеренному в дециметрах. Чем больше номер вентилятора, тем больший расход воздуха он способен нагнетать при прочих равных условиях.

Осевые вентиляторы состоят из винтообразного рабочего колеса, насаженного на вал электродвигателя, и обечайки (кожуха). При вращении колеса создается поток воздуха, направленный вдоль оси вращения, что определяет название вентиляторов данного типа. Осевые вентиляторы по сравнению с радиальными - способны перемещать гораздо большие расходы воздуха. Однако эти вентиляторы не могут развивать давление выше 150-200 Па. Поэтому в разветвленных системах с достаточно высоким аэродинамическим сопротивлением следует использовать только радиальные вентиляторы. Осевые же - могут вставляться в стены или проемы здания и использоваться в тех случаях, когда требуется обеспечить большие объемы вытяжки непосредственно из примыкающих помещений без устройства воздуховодов.

Крышные вентиляторы представляют собой вентагрегаты, изготовленные на базе радиальных или осевых вентиляторов и специально приспособленные для установки на бесчердачном покрытии промышленных зданий. Такие вентиляторы отличаются от обычных радиальных или осевых вентиляторов лишь конструкцией опорного потшипника, которая позволяет рабочему колесу вращаться в горизонтальной плоскости, всасывая воздух непосредственно из верхней зоны помещения. Осевые крышные вентиляторы, как правило, применяются для осуществления общеобменной механической вытяжки из верхней зоны без использования воздуховодов. В отличие от них радиальные крышные вентиляторы допускают использование сети воздуховодов и могут использоваться даже для удаления воздуха из под укрытий местных отсосов, если не требуется предварительная очистка выброса и температура выброса не превышает 70С.

Лекция 17. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТРЕБУЕМОГО ВОЗДУХООБМЕНА

ПРИ УСТРОЙСТВЕ ОБЩЕОБМЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

При устройстве общеобменной вентиляции используют один из двух методов расчета требуемого воздухообмена помещений: расчет по удельным нормативам или расчет по вредности.

Расчет по удельным нормативам используется в том случае, когда не известен характер и количество вредности, выделяющейся в данном конкретном помещении. В разных случаях нормироваться может один из трех показателей: кратность воздухообмена, удельный расход приточного воздуха на единицу площади помещения или удельный расход приточного воздуха на 1 человека.

Кратностью воздухообмена называется отношение часового воздухообмена L, м³/ч, к объему вентилируемого помещения V, м³,

n = L / V , (3.1)

где n – кратность вентиляции, ч^-1.

Величина кратности нормируется для каждого помещения соответствующими СНиПами отдельно по притоку и вытяжке. По нормативному значению кратности расчетный воздухообмен помещения определяется в одно действие, как

L = V  n . (3.2)

Для ряда помещений установлены нормативы удельного воздухообмена на единицу площади k, м³/(чм²). Например, в жилых зданиях СНиПом [10] установлена удельная норма вентиляционного воздухообмена k = 3,0 м³/ч на 1 м² площади жилых помещений и кухонь. Расчетный воздухообмен при этом определяется, как

L = F  k , (3.3)

где F – площадь вентилируемого помещения, м².

Для ряда помещений общественных зданий установлены нормативы удельного воздухообмена на 1 человека m, м³/(ччел). Например, в классных комнатах школ, актовых залах и залах заседаний установлены удельные нормы вентиляционного воздухообмена m = 1720 м³/ч на 1 человека. Расчетный воздухообмен в таких помещениях определяется, как

L = N  m , (3.4)

где N – расчетное количество людей, чел.

Расчет по удельным нормативам производится в основном при проектировании вентиляции гражданских, общественных и административно-бытовых зданий. При проектировании промышленной вентиляции расчет требуемого воздухообмена, как правило, выполняется по вредности.

При расчете воздухообмена по вредности прежде всего выявляется полный список вредных компонентов, выделяющихся в данном помещении. Затем определяется расчетное количество вредных выделений (отдельно по каждому компоненту) и рассчитываются воздухообмены, требуемые для удаления из помещения вредных выделений каждого вида.

Общим принципом расчета по вредности является то, что требуемые воздухообмены определяются из условий разбавления каждого выделяющегося компонента чистым воздухом до допустимых нормативов, установленных СНиПами или санитарными нормами. Так, например, при расчете по теплоизбыткам для определения воздухообмена используются нормы допустимой температуры в рабочей зоне помещения, при расчете по влаговыделениям – нормы допустимой относительной влажности, при расчете по выделениям вредных паров, газов или пыли – используются предельно-допустимые концентрации ПДК.

Из полученных воздухообменов, требуемых для удаления каждого компонента, выбирается наибольший, который и принимается в качестве расчетного - для данного помещения.

Расчет воздухообмена по условию удаления избытков явной теплоты. Расчетным режимом для определения воздухообмена помещений по избыткам явной теплоты является летний режим, так как ассимилирующая способность воздуха по теплоте в летний период становится минимальной из-за высоких значений температуры наружного (приточного) воздуха, а теплоизбытки максимальными из-за интенсивной солнечной радиации.

В соответствии с требования СНиПа [10] для большинства промышленных зданий в летний период допустимой является температура воздуха в рабочей зоне, не более чем на 4С превышающая расчетную наружную температуру (параметры А) и не превышающая 30С

t_р.з = t + 4С  30С . (3.5)

Температура воздуха в верхней зоне помещения t_в.з , С, всегда выше температуры рабочей зоны. Она рассчитывается с учетом градиента температуры по высоте t, С/м, по формуле

t_в.з = t_р.з + t(H - h) , (3.6)

где H – высота от уровня пола до центра вытяжных отверстий, м;

h – высота рабочей зоны ( при стоячих рабочих местах h = 2 м; при сидячих – h = 1,5 м ).

Значения температурного градиента t зависят от большого количества факторов, главные из которых: тип и высота здания, характер производства, интенсивность тепловыделений, кратность вентиляции и схема организации воздухообмена. Поэтому в каждом конкретном случае t должна определяться на основании результатов измерения. При отсутствии экспериментальных данных значения t можно принимать ориентировочно: в помещениях со значительными теплоизбытками (более 23,6 Вт/м³) t =1,01,5С/м; в помещениях с умеренными теплоизбытками (от 11,6 до 23,6 Вт/м³) t = 0,51,0С/м; в помещениях с незначительными теплоизбытками (менее 11,6 Вт/м³) t = 0,30,5С/м. Однако следует помнить, что принятые ориентировочные значения требуют последующего уточнения.

В большинстве промышленных зданий часть воздуха G_ов , кг/с, удаляется системой общеобменной вытяжки из верхней зоны, а другая часть G_мо , кг/с, удаляется местными отсосами из рабочей зоны. Расход воздуха, удаляемого местными отсосами G_мо, определяется заранее (при подборе местных отсосов) и, следовательно, при определении требуемого воздухообмена общеобменной вентиляции является величиной известной.

С учетом вышеизложенного запишем уравнение теплового баланса, определяющееся равенством между теплоизбытками Q , кВт, и количеством явной теплоты, ассимилирующемся в удаляемом воздухе

Q = G_овc(t_в.з – t_п) + G_моc(t_р.з – t_п) , (3.7)

где с – теплоемкость воздуха, равная 1,005 кДж/кг;

t_п – температура приточного воздуха, С, принимаемая в теплый период года равной температуре наружного воздуха по параметрам А.

Решив уравнение (3.7) относительно G_ов, получим следующее выражение для расчета массового расхода воздуха в системе общеобменной вытяжной вентиляции, требуемого по условию борьбы с избыточными явными тепловыделениями

G_ов = . (3.8)