Тема: Производственная вентиляция

Время 8/6/2

1. Производственная вентиляция: назначение, классификация.
2. Естественная вентиляция: конструктивное исполнение и принципы расчета.
3. Механическая вентиляция: конструктивное исполнение и принципы расчета.
4. Кондиционирование воздуха.

Вентиляция предназначена для обеспечения чистоты воздуха и заданных метеоусловий в производственных помещениях.

Вентиляцией называется комплекс взаимосвязанных устройств и процессов для создания требуемого воздухообмена в производственных помещениях. Основное назначение вентиляции – удаление из рабочей зоны загрязненного или перегретого воздуха и подача чистого воздуха. Одна из главных задач при устройстве вентиляции – определение требуемого воздухообмена, необходимого для обеспечения оптимальных санитарно-гигиенических параметров воздушной среды в производственных помещениях.

По способу перемещения воздушных масс различают системы естественной и механической вентиляции. Может быть смешанной, комбинированной.

По способу организации воздухообмена вентиляция бывает приточной, вытяжной и приточно-вытяжной.

По месту действия вентиляция может быть общеобменной и местной.

Перемещение воздушных масс вентиляцией происходит благодаря возникающей разности давлений между наружным и находящимся внутри здания воздухом, как при естественной вентиляции или за счет напора воздуха, создаваемого вентиляторами как при механической вентиляции. Поэтому механическая вентиляция требует дополнительных затрат при эксплуатации, которые могут составлять до 2,6% потребляемой производством электроэнергии.

2. Естественная вентиляция может быть организованной и неорганизованной.

Неорганизованная естественная вентиляция – инфильтрация происходит за счет поступления воздуха в помещение через неплотности в ограждениях и элементах строительных конструкций благодаря разности давления снаружи и внутри помещения. Последнее возникает в результате перепада температур снаружи и внутри помещения и ветрового напора. Этот вид воздухообмена зависит от целого ряда случайных факторов – направления и силы ветра, температуры воздуха внутри и снаружи здания, вида ограждений и качества строительных работ.

Промежуточное положение между неорганизованной и организованной вентиляцией занимает проветривание через окна, форточки, двери, которое имеет большое значение при устройстве жилых домов и общественных зданий. При задаваемой для жилых помещений кратности воздухообмена не менее 1,0 площадь форточки должна составлять 1/40 от площади пола.

Организованная естественная вентиляция может быть выполнена в виде:

- канальной вентиляции – вытяжной без организованного притока воздуха;

- аэрации;

- с помощью дефлекторов – вытяжная безканальная и канальная.

Канальная естественная вытяжная вентиляция широко применяется в жилых и административных зданиях. Расчетное гравитационное давление таких систем вентиляции определяют при температуре наружного воздуха +5ºС, считая, что все давление падает в тракте вентиляционного канала, при этом сопротивление входу воздуха в здание не учитывается.

При расчете сети воздуховодов производят ориентировочный подбор их сечений исходя из допустимых скоростей движения воздуха в каналах верхнего этажа 0,5-0,8 м/с, в каналах нижнего этажа – 1 м/с и в вентиляционной шахте - 1÷1,5 м/с.

Аэрацией называется организованная естественная общеобменная вентиляция зданий и помещений большого объема, организуемая поступлением и удалением воздуха через открывающиеся окна и фонари.

Она устраивается в производственных зданиях с приточными тепловыделениями и решается конструктивной схемой здания.

		Рис. 1   Схема аэрации здания за счет разной плотности воздуха в теплый период года. 1, 2 – оконные проемы 3 – аэрационный фонарь
		Рис. 2   Схема аэрации здания за счет разной плотности воздуха в холодный период года. 1, 2 – оконные проемы 3 – аэрационный фонарь
		Рис. 3   Схема аэрации здания при ветре в летнее время.

В ограждающих конструкциях зданий делается три ряда светоаэрационных проемов. Нижний ряд устраивается на высоте 1,5-2,0 м и используется в летнее время, верхний на высоте 4,5 м – для зимнего проветривания и ряд фрамуг в светоаэрационных фонарях, работающих на вытяжку.

Поступление наружного воздуха в зимнее время осуществляется через проемы 2, расположенные на высоте 4-7 м от пола, чтобы холодный наружный воздух, опускаясь до рабочей зоны, успел нагреться за счет перемешивания с теплым воздухом помещения. Воздухообмен регулируют разной степенью открывания фрамуг на фасадах здания.

Преимуществом аэрации является то, что большие объемы воздуха (до нескольких миллионов кубических метров в час) подаются и удаляются без применения вентиляторов. Кроме того, система аэрации является мощным средством для борьбы с избытком выделения теплоты в производственных помещениях.

Недостатками аэрации являются ее низкая эффективность при высоких температурах наружного воздуха и безветренной погоде; отсутствие подаваемого и удаляемого воздуха.

Расчет аэрации ведется по гравитационному давлению, хотя используется при эксплуатации главным образом ветровой напор. Регулирование открывания и закрывания фрамуг осуществляется дистанционно. Расчет аэрации сводится к определению площади (S, м²) аэрационных проемов по формуле:

, (1)

где L μ υ

- потребный воздухообмен при теплоизбытках, м^3/час; - коэффициент расхода, зависящий от конструкции створок и угла их открытия; - скорость движения воздуха в проемах, м/с, определяемая по формуле 2.

, (2)

где Δ Ρ ρ

- гравитационный напор, м; - плотность воздуха, кг/см^3.

Расчет аэрации при действии теплового давления (разрежения) сводится к следующему (при этом расход воздуха – L задается заранее):

Рис. 4     Плоскость равных давлений принимается равной H h1= 0,3 h 0

1. Избыточное давление Δ Р ₁= h ₁ g (ρ_н - ρ_ср) определяет поступление воздуха в помещение (ρ_н и ρ_ср – плотности воздуха наружного и среднего по помещению); ρ_н определяется по справочникам (СНиП 2.04.05-91 «Вентиляция и кондиционирование воздуха») для самого жаркого месяца.

При этом

,

где tp ·3 и tyx

- температура воздуха рабочей зоны, задаваемая ГОСТом и температура воздуха, уходящего из фонарей

t_yx = t_p ·3 + Δ t (H - 2),

где Δ t

- температурный градиент для горячих цехов с q ≥23 Вт/м^3 равный 0,7-1,5ºС/м; - расстояние от пола до зоны дыхания.

2. Избыточное давление Δ Р ₂= h ₂ g (ρ_н – ρ_ср) определяет выход воздуха из помещения.

3. Общая величина гравитационного давления, определяющего воздухообмен:

P = Δ P ₁ + Δ P ₂ = h ₀ g (P_н – P_ср)

Ориентировочное количество воздуха (L, м³/час) выходящего из помещения через 1 м² площади отверстия с учетом только теплового давления и равенстве площадей отверстий в стенах и фонарях при коэффициенте расхода μ =0,6 можно определить по упрощенной формуле:

L = 420 ,

где h 0 Δ t

- расстояние между центрами нижних и верхних отверстий, м; - разность температур, ºС средней и наружной (Δ t=tср – tн).

4. Далее расчет сводится к определению скорости воздуха в нижних и верхних аэрационных проемах (, м/с) и площади их сечения (S, м²).

Поскольку

Δ P ₁= ρ_н и V ₁=, то

; ,

где μ

- коэффициент расхода воздуха, зависящий от конструкции створок и степени их раскрытия μ= 0,15÷0,65. Определяется как μ= 0,03 sinα, где α – угол поворота створок.

; .

Расчет ведется для самого неблагоприятного летнего времени года.

Вентиляция с помощью дефлекторов применяется в том случае, если неорганизованного воздухообмена (проветривание или инфильтрация) для удаления вредных выделений из помещения недостаточно. В настоящее время наибольшее распространение получил дефлектор ЦАГИ (рис. 5). Он состоит из диффузора 1, верхнюю часть которого охватывает цилиндрическая обечайка 2. Колпак 3 служит для защиты от попадания атмосферных осадков в патрубках 5, а конус 4 – для предохранения от задувания ветром внутрь дефлектора.

Ветер, обдувая обечайку дефлектора, создает на большей части его окружности разрежение, вследствие чего воздух из помещения по воздуховоду и патрубку 5 выходит наружу через две кольцевые щели между обечайкой 2 и краями колпака 3 и корпуса 4. Эффективность работы дефлекторов зависит от скорости ветра, а также от высоты установки их над коньком крыши (рис. 6).

Рис. 5 Схема дефлектора типа ЦАГИ		Рис. 6 Расположение дефлекторов: 1 – правильно; 2, 3 – неправильно.

Вентиляция с помощью дефлекторов применяется для небольших помещений безканальная или канальная, когда дефлекторы устанавливаются на вытяжных каналах от кузнечных горнов, печей и т.п.

4. Механическая вентиляция по сравнению с естественной имеет ряд преимуществ:

- большой радиус действия вследствие значительного создаваемого давления;

- возможность изменять или сохранять необходимый воздухообмен независимо от температуры наружного воздуха и скорости ветра;

- подвергать вводимый в помещение воздух необходимой очистке, осушке, подогреву или охлаждению;

- организовывать оптимальные воздухораспределение с подачей воздуха непосредственно к рабочим местам;

- улавливать вредные выделения непосредственно в местах их образования и предотвращать их распространение по всему объему помещения;

- очищать загрязненный воздух перед выбросом его в атмосферу.

К недостаткам механической вентиляции следует отнести:

- значительную стоимость ее содержания и эксплуатации;

- необходимость проведения мероприятий по борьбе с шумом.

Механическая вентиляция осуществляется с помощью вентиляторов, а иногда эжекторами.

По месту расположения механическая вентиляция бывает общеобменная – схема воздуха происходит во всем объеме помещения, местная (локальная), когда обмен воздуха происходит в местах образования вредных выбросов, смешанная (комбинированная) – наряду с общим воздухообменом локально удаляет загрязненный воздух от источника выделения.

По способу подачи воздуха механическая вентиляция бывает приточной, вытяжной, и приточно-вытяжной.

Общеобменная вентиляция предназначена для ассимиляции избыточной теплоты, влаги и вредных веществ во всем объеме рабочей зоны помещения.

Чтобы система вентиляции была эффективной необходимо выполнить следующие условия:

а) Количество приточного воздуха – L_пр должно соответствовать количеству удаляемого воздуха L_выт.

Иногда при вентиляции двух смежных помещений, в одном из которых выделяются вредные вещества специально предусматривается выполнение условия:

L_{пр 1} < L_{выт 1} и L_{пр 2} > L_{выт 2}.

Чтобы в помещение не проникала пыль, например в электровакуумном производстве, в нем создается разрешение: L_пр < L_выт, чтобы вредности из одного помещения не распространялись в другое, в нем или создается разрешение (L_пр < L_выт) или между помещениями устраивают тамбур-шлюзы с подпором воздуха.

б) Необходимо правильно размещать места подачи и забора воздуха: свежий воздух следует подавать туда, где нет вредностей, а удалять из тех мест, где их выделение максимально.

Приток должен располагаться в рабочей зоне, а забор – из верхней зоны помещения, если плотность вредного газа невелика и из нижней зоны, если плотность вредного газа больше плотности воздуха (60-70% всего удаляемого воздуха). При разбавлении влаговыделений 60% воздуха подается в рабочую, 40% – в верхнюю зону.

в) Система вентиляции не должна создавать шум на рабочем месте выше предельно допустимого (ПДУ) 5 дБ.

г) Система вентиляции должна быть электро-, пожаро-, взрывобезопасна.

Различают четыре схемы подачи воздуха:

1) сверху – вниз

2) сверху – вверх

3) снизу – вверх

4) снизу – вниз

Кроме приточной, приточно-вытяжной и вытяжной систем существуют системы с рециркуляцией воздуха (до 90% от объема подаваемого воздуха). Устанавливаемые на системе клапаны позволяют осуществлять частичную рециркуляцию воздуха для экономии тепла зимой.

Рециркуляция запрещается при наличии в удаляемом воздухе токсических веществ 1, 2 и 3 классов опасности, радиоактивных веществ 1 и 2 классов, болезнетворных бактерий, неприятных запахов.

Подаваемый в помещение воздух не должен содержать вредных веществ более 30% от их ПДК.

Установки приточной вентиляции обычно состоят из:

- воздухозаборного устройства чистого воздуха;

- воздуховодов;

- фильтров для очистки воздуха;

- калорифера;

- вентилятора;

- увлажнителя-осушителя воздуха;

- приточных отверстий или насадок, через которые воздух распределяется по помещению.

Установки вытяжной вентиляции состоят из:

- вытяжных отверстий или насадок;

- вентилятора;

- воздуховодов;

- устройств для очистки воздуха от пыли или газов;

- устройства для выброса воздуха, которое должно располагаться на 1÷1,5 м выше конька крыши.

Вентиляторы бывают осевые и радиальные (центробежные), по типу привода – с непосредственным соединением с электродвигателем (или через муфту) и с клиноременной передачей.

Местная приточная вентиляция осуществляется устройством воздушных душей, воздушных завес, оазисов.

Воздушный душ представляет собой поток воздуха определенных параметров, направленный на человека. Воздушная завеса позволяет предотвратить проникновение холодного воздуха в помещение. Воздушные оазисы улучшают метеоусловия на ограниченной площади помещения, отделенной со всех сторон перегородками.

Местная вытяжная вентиляция выполняется как правило в виде вытяжных шкафов (рис. 7), вытяжных зонтов, всасывающих панелей, бортовых отсосов, эжекционных установок.

Рис. 7   Установка вытяжных шкафов:   а – правильная;   б – неправильная

Для удаления пыли от различных станков применяют защитно-обеспечивающие кожухи, воронки. У гальванических ванн могут использоваться воздушно-струйные передувки.

Вытяжные шкафы и зонты устраивают с естественной и механической вытяжкой.

Вытяжные зонты применяют, когда выделяющиеся вредные пары и газы легче окружающего воздуха (например, нагреты) при незначительной его подвижности в помещении. Приемное отверстие зонта располагают над тепловым источником, размеры – несколько больше, чем размеры источников в плане, высота кромки зонта – 1,7-1,9 м над полом.

Эжекторы применяют в тех случаях, когда необходимо удалить очень агрессивную среду, пыль или газы.

Принцип действия эжектора (рис. 8) заключается в создании в специальной камере вытекающим воздухом разрежения, с помощью которого подсасывается воздух из помещения.

Рис. 8 Эжектор: 1 – сопло подводного патрубка; 2 – камера разрежения; 3 – камера смешивания эжектрующего и эжектируемого воздуха.

Расчет механической общеобменной вентиляции сводится к определению необходимого качества вентиляционного воздуха L для того, чтобы разбавить вредные выделения до значений, не превышающих предельно допустимых концентраций.

При определении потребного воздухообмена для борьбы с теплоизбытками составляется уравнение теплового баланса помещения и определяется избыточное количество теплоты Δ Q.

Расчет общеобменной вентиляции сводится к определению потребного воздухообмена – L, м³/час:

L =,

где Q tyx, tпр

- избыточные тепловыделения в помещении, Дж/час; - температура удаляемого и приточного воздуха, ºС.

(вместо С в формуле может быть использована С_р * ρ удельная теплоемкость воздуха × его плотность).

При определении необходимого воздухообмена (L, м³/час) для борьбы с избыточными влаговыделениями необходимый воздухообмен для удаления избыточной влаги определяется исходя из уравнения материального баланса по формуле:

L =,

где Gпр ρпр dyx и dпр

- масса водяного пара, выделяющегося в помещение, г/с; - плотность приточного воздуха, кг/м^3; - соответственно допустимое влагосодержание удаляемого воздуха при нормативных параметрах температуры и относительной влажности и влагосодержание приточного воздуха, к/кг.

При определении необходимого воздухообмена для борьбы с вредными парами и газами составляют уравнение материального баланса поступления вредных веществ в помещение и накапливающихся в нем веществ.

Потребный воздухообмен (L, м³/час) определяется по формуле:

L =,

где Gвр СПДК Спр

- масса вредно вещества, выделяющегося в помещение, мг/час; - предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны мг/час; - концентрация вредного вещества в приточном воздухе, которая не должна превышать 30% от ПДК, мг/м^3.

При одновременном выделении в воздух рабочей зоны вредных веществ, обладающих однонаправленным действием (например SO₃ и SO₂; NO₂ и CO) полученные для разбавления каждого из таких веществ объемы воздуха суммируются.

При одновременном выделении в рабочую зону вредных веществ, не обладающих однонаправленным действием на организм человека, а также теплоты и влаги, за основу принимается наибольший воздухообмен, полученный в расчетах для каждого вида вредных производственных факторов.

При расчете воздухообмена в жилых, общественных зданиях, вспомогательных помещениях используют кратность воздухообмена, т.е. отношение объема подаваемого воздуха к объему помещения за единицу 1 час:

L = K V,

где K V

- кратность воздухообмена, принимаемая от 1 до 10; - объем помещения, м^3.

В производственных помещениях в отсутствие вредных выделений объем подаваемого приточного воздуха на каждого работающего зависит от так называемого воздушного куба – объема воздуха, кубатуры приходящегося на него помещения V_i, м³:

- при V_i < 20 м³ расход подаваемого воздуха L, м³/час ≥ 30;

- при V_i = 20÷40 м³ расход подаваемого воздуха L, м³/час ≥ 20.

В помещениях с V_i > 40 м³ и при наличии естественной вентиляции воздухообмен не рассчитывают. В случае отсутствия естественной вентиляции (герметичные кабины):

- при V_i > 40 м³ расход подаваемого воздуха L, м³/час ≥ 60.

Необходимый воздухообмен для всего производственного помещения(L, м³/час) определяют по формуле:

L = n L_i,

где n

- число работающих в данном помещении.

Аналогично выполняются расчеты местной вентиляции, формулы расчетов приводятся в справочниках.

Например, расход воздуха удаляемый зонтом при механической вытяжке в общем случае определяется по формуле:

L = 3600 υ F,

где υ   F

- средняя скорость движения воздуха в сечении зонта, м/с. При удалении тепла и влаги может быть принята 0,15÷0,25 м/с; - площадь расчетного сечения зонта, м^2.

Расход воздуха, удаляемого из вытяжного шкафа, может быть определен по формуле:

L = 114,

где h Q F

- высота открытого проема шкафа, м^3; - количество тепла, выделяемого в шкафу, ккал/час; - площадь открытого (рабочего) проема шкафа, м^2.

Аварийная вентиляция предусматривается в тех производственных помещениях, где возможно внезапное поступление в воздух большого количества вредных и взрывоопасных веществ.

Производительность ее обосновывается в технологической части проекта, но не менее 8-кратного воздухообмена в час. Система аварийной вентиляции должна включаться автоматически:

- при достижении ПДК вредных веществ в воздухе помещений;

- при остановке одной из вентиляционных систем (общеобменной или местной).

Выброс воздуха аварийной системы должен осуществляться с учетом возможности максимального рассеивания в атмосфере.

4. Одной из мер предупреждения загрязнения воздуха пылью является пылеочистка. Аппараты, предназначенные для очистки наружного атмосферного воздуха, подаваемого в производственные помещения, называются фильтрами.

Аппараты, предназначенные для очистки выбрасываемых газов и воздуха вентиляционных систем называются пылеуловителями.

Промышленность выпускает фильтры:

- смоченные пористые (масляные, волокнистые);

- сухие пористые (волокнистые, губчатые);

- электрические.

Пылеуловители выпускаются пяти классов. По особенности принципа их действия и основному конструктивному признаку они подразделяются

на сухие:

- гравитационные (полые и полочные пылеосадочные камеры);

- инерционные (жалюзийные, циклонные, ротационные);

- фильтрационные (тканевые фильтры, каркасные и рукавные, волокнистые, зернистые, сетчатые);

- электрофильтры (однозонные, двухзонные);

и мокрые:

- инерционные (циклоны с водяной пленкой, скрубберы);

- фильтрационные (пенные пылеуловители, барботажные пылеуловители);

- электрические (однозонные и двухзонные).

Допустимая концентрация пыли в выбросе, при превышении которой необходимо устройство пылеочистки, определяется по формулам:

С₁ = 100 K, мг/м³ при объеме выброса до 15000 м³/час;

С₂ = (160 – 4 L) K, мг/м³ при объеме свыше 15000 м³/час.

где K L

- коэффициент, зависящий от ПДК пыли, принимаемый 0,3…1,0; - объем удаляемого воздуха, тыс.м^3.

Для очистки удаляемого из технологических процессов и систем вентиляции воздуха от газов и паров применяются методы:

- абсорбция, основанная на поглощении последних жидкостью (обычно водой), в которой газы и пары могут растворяться (эффективна для очистки от аммиака, хлор- и фторводородов);

- хемосорбция (химическое связывание), основанная на поглощении газов и паров жидкими и твердыми абсорбентами с образованием малорастворимых или малолетучих соединений эффективны для очистки от оксидов азота и паров кислот.

Оба эти метода реализуются в аппаратах типа насадочных башен, форсуночных барботажно-пенных скрубберов и т.п.

- адсорбция на поверхности некоторых поверхностно-активных веществ веществ (активированный уголь, силикагель, синтетические цеолиты и др.) отдельных компонентов газовой смеси.

Конструктивно адсорберы выполняются в виде емкостей – полых или полочного типа – заполненных адсорбентом. Эффективны для очистки от паров растворителей, эфира, ацетона, различных углеводородов.

Термическая нейтрализация в виде прямого сжигания или термического окисления или каталитического дожигания с образованием менее токсических веществ.

Прямое сжигание используют для газов, способных поддерживать горение в виде факельного или камерного сжигания.

Термическое окисление применяют в тех случаях, когда очищаемые газы имеют высокую температуру, но (или) не содержат достаточно кислорода или имеют низкую концентрацию горючего газа. Дожигание в первом случае проводят с подачей воздуха (СО, углеводороды) или природного газа.

Каталитическое дожигание проводят с применением катализаторов, такое сжигание является низкотемпературным (200-400 ºС). В качестве катализаторов используют платину, палладий, медь и др. Для реализации процесса, кроме катализаторов необходимо поддержание определенных параметров температуры и скорости газа.

Эффективны для обезвреживания оксида углеводорода, летучих углеводородов, растворителей, отработавших газов.

Для высокоэффективной очистки выбросов необходимо применять многоступенчатую очистку, в т.ч. в системах рециркуляции воздуха вентиляционных систем.

5. Кондиционирование – автоматическая обработка воздуха с целью поддержания в производственных помещениях заранее заданных метеорологических условий независимо от изменения наружных условий и режимов внутри помещения. Кроме заданной температуры воздуха, его относительной влажности и скорости движения в кондиционерах можно проводить специальную обработку: ионизацию, дезодорацию, озонирование и т.п. Устройство такого типа называется кондиционером.

Кондиционеры могут быть местными (для обслуживания отдельных помещений) и централизованными (для обслуживания нескольких отдельных помещений).

Система кондиционирования воздуха обычно включает в себя комплекс технических средств, осуществляющих требуемую обработку воздуха: фильтрацию, подогрев, охлаждение, осушку, увлажнение, транспортирование его и распределение в обслуживаемых помещениях; устройства для глушения шума; источники тепло- и хладоснабжения; средства автоматического контроля и регулирования; вспомогательное оборудование.

Установка кондиционирования воздуха обеспечивает в помещении необходимый микроклимат:

- для нормального протекания технологического процесса, особенно там, где требования к параметрам микроклимата очень велики, например, в радиоэлектронике;

- для создания комфортных условий жизнедеятельности, что положительно сказывается на социально-экономических показателях производительности труда персонала.

Основным нормативным документом при проектировании вентиляции является «СНиП 2.04.05-91. Вентиляция и кондиционирование воздуха».

Дата добавления: 2015-07-07