Лекции по “Промышленная вентиляция и кондиционирование воздуха ”

Раздел 1. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха.

 

1.1. Общие положения.

       Основным условием нормальной жизнедеятельности человека является определенное состояние окружающей среды и, в первую очередь, воздуха. Атмосферный воздух представляет собой механическую смесь газов, состоящую в основном из азота, кислорода и водяных паров. Сухой воздух вблизи Земли содержит 78,09% азота (N₂), 20,95% кислорода (O₂), 0,95% аргона (Аr), 0,03 % углекислого газа (СО₂). На долю остальных газов (водорода, гелия, неона, криптона, ксенона, метана и др.) приходится всего лишь 0,01 %. Без преувеличения можно сказать, что по степени важности состав воздуха является приоритетным даже относительно состава продуктов питания. В подтверждение этого можно отметить, что человек потребляет в сутки продуктов питания примерно 3 кг, а воздуха 15 кг, в том числе 15 литров кислорода в час. В то же время человек выделяет в час углекислого газа 18-36 л, влаги – 40-415 г, тепла – 300-1000 кДж.

       Накопление  выделений различного вида и изменение температуры воздуха сильно сказывается на самочувствии людей. Так, при увеличении температуры окружающей среды с 20 до 36^оС производительность работы человека снижается в 5 раз. Особенно это проявляется в промышленных городах, где воздух загрязнен отходами производств, выхлопными газами автомобилей, пылью и т.п. Частицы пыли поглощают водяной пар, вследствие чего уменьшается прозрачность воздуха, увеличивается число пасмурных дней, ушудшается прохождение солнечных лучей, необходимых для нормальной жизни на Земле.

       Технологические  процессы во многих отраслях  промышленности также не могут  быть реализованы без создания  строго определенной воздушной  среды.

       Основными  нормируемыми параметрами воздуха  в помещении являются: температура, влажность, скорость движения, газовый состав, наличие механических частиц пыли.

       Создание  оптимального состава воздушной  среды в помещении может осуществляться  путем удаления образовавшихся  тепло-, газо- и влагоизбытков, пыли  и добавления необходимого количества свежего воздуха с предварительной его подготовкой (охлаждение или нагрев, осушка или увлажнение, фильтрация и др.). Эти процессы обеспечиваются с помощью систем вентиляции (СВ) и систем кондиционирования воздуха (СКВ).

       Вентиляция – (от лат. ventilatio – проветривание) – это организованный воздухообмен, предназначенный для создания водушной среды, благоприятной (комфортной) для здоровья человека, а также отвечающей требованиям технологических процессов, сохранения оборудования, материалов, продуктов и др.

       Кондиционирование воздуха – это создание и автоматическое поддержание в закрытых помещениях температуры, влажности, чистоты, состава, скорости движения воздуха, которые являются наиболее благоприятными для самочувствия людей (комфортное кондиционирование) или ведения технологических процессов, работы оборудования и приборов (техническое кондиционирование).

       В  соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями наиболее благоприятная температура в общественных, административно-бытовых помещениях должна быть 20-22^оС, а допустимые колебания в теплый период – от 20 до 28^оС, в холодный и переходной периоды – от 18 до 22^оС.

       Относительная влажность считается  оптимальной в диапазоне от 30 до 60% в теплый период и 30-45% в холодный и переходной периоды. Верхняя допустимая граница относительной влажности – 65%.

        Чтобы разрушить создаваемую  телом человека оболочку газовых  выделений, необходимо организовать движение воздушной среды. Однако чрезмерно увеличивать скорость движения воздушной среды недопустимо из-за возникающего чувства дискомфорта и возможности простудных заболеваний. При температуре воздуха 20-25^оС допустимой скоростью движения воздуха является 0,2-0,3 м/с – для легких работ, 0,4-0,5 м/с – для работ средней тяжести и 0,6 м/с – для тяжелых работ.

       В обычных условиях человек  выделяет около 18 литров углекислого газа в час. Избыток, как и недостаток, углекислого газа вредно воздействует на состояние человека. Допустимые значения концентрации углекислого газа в помещении составляют: 0,03-0,07% – для пребывания детей и больных; 0,07-0,1% –  для продолжительного пребывания людей.

       При  проектировании систем вентиляции  и кондиционирования воздуха  предусматривают технические решения, обеспечивающие перечисленные выше нормируемые параметры воздушной среды. Конкретные требования к воздушной среде для объектов различного назначения излагаются в строительных нормах и правилах. Перечень основных стандартов в области вентиляции и кондиционирования воздуха, действующих в Украине, приведен в Приложении 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Классификация  систем вентиляции.

        Нормативной классификации СКВ  не существует, но на практике  и в технической литературе сложились определенные терминология и классификация, которой мы будем придерживаться.

1. В зависимости от способа, вызывающего движение воздуха, системы вентиляции подразделяются на естественные (гравитационные) и исксственные (с механическим побуждением).
2. По назначению – на приточные, вытяжные и смешанные.
3. По зоне обслуживания – на общеобменные и местные.
4. По конструктивному исполнению – на канальные и бесканальные.

       Воздухообмен  при естественной вентиляции (аэрация)  происходит за счет разности  плотностей внутреннего и наружного  воздуха или разности температур атмосферного воздуха и воздуха в помещении.

       В  помещениях с большими тепловыделениями  воздух всегда теплее наружного. Более тяжелый наружный воздух, поступая в помещение, вытесняет из него менее плотный воздух, Вледствие этого в помещении возникает циркуляция воздуха, аналогичная той, которую искусствено создают вентилятором.

       В  системах с естественной вентиляцией, в которых перемещение воздуха создается за счет разности давлений воздушного столба, минимальный перепад по высоте между уровнем забора воздуха из помещения и его выбросом через дефлектор должен быть не менее 3 м. При этом рекомендуемая длина горизонтальных участков не должна превышать 3 м, а скорость воздуха в воздуховодах – 1 м/с.

       Аэрацию  применяют в цехах, если концентрация  пыли и вредных газов в приточном воздухе не превышает 30 % от предельно допустимой в рабочей зоне. Если требуется предварительная обработка приточного воздуха, аэрацию не используют.

       Иногда  для организации потока воздуха  в помещении используется явление ветрового давления, которое заключается в том, что на стороне здания, обращенной к ветру, образуется повышенное давление, а на противоположной – разрежение.

       Системы  с естественной вентиляцией просты, не требуют сложного дорогостоящего оборудования и эксплуатационных затрат. Однако зависимость эффективности этих систем от внешних факторов (температуры наружного воздуха, направления и скорости ветра), а также небольшое давление не позволяют решать с их помощью все сложные и многообразные задачи в области вентиляции. Поэтому применяют системы с механическим побуждением.

       В  системах с механическим побуждением  используется оборудование (вентиляторы), позволяющие перемещать воздух на нужные расстояния. При необходимости воздух подвергают различным видам обработки: очистке, нагреванию, охлаждению, увлажнению, осушке. Вентиляцию с механическим побуждением можно разделить на местную и общеобменную.

       Местной вентиляцией называется такая, которая обеспечивает подачу воздуха на определенные места (местная приточная вентиляция) и загрязненный воздух удаляют только от мест образования вредных выделений (местная вытяжная вентиляция).

       Местная вентиляция обеспечивает воздухообмен только в рабочей зоне, а общеобменная – во всем помещении.

       К  местной вентиляции относятся воздушные души (сосредоточенный приток воздуха с повышенной скоростью). Они должны подавать чистый воздух к постоянным рабочим местам, снижать в их зоне температуру воздуха и обдувать рабочих, подвергающихся тепловому облучению.

       К местной приточной вентиляции относятся воздушные оазисы – участки помещений, отгороженные от остального помещения перегородками высотой 2-2,5 м, в которые нагнетается воздух с пониженной температурой. Местную приточную вентиляцию применяют также в виде воздушных завес (у ворот, входов, печей и пр.), которые создают как бы воздушные перегородки или изменяют направление потоков воздуха. Местная вентиляция требует меньших затрат, чем общеобменная. В производственных помещениях при наличии вредных выделений (газов, влаги, тепла и пр.) обычно применяют смешанную систему вентиляции: общую – для устранения вредных выделений во всем объеме помещения и местную (местные отсосы и приток) – для обслуживания рабочих мест.

       Местную  вытяжную вентиляцию применяют, когда места вредных выделений в помещении локализованы и нельзя допускать их распространения по всему помещению. Местная вытяжная вентиляция в производственных помещениях обеспечивает улавливание и отвод вредных выделений: газов, дыма, пыли и тепла. Для удаления вредных выделений применяют местные отсосы (укрытия в виде шкафов, зонты, ботовые отсосы и пр.).

       Вредные  выделения необходимо удалять  от места образования в направлении их естественного движения: горячие газы и пары следует удалять вверх, а холодные тяжелые газы и пыль – вниз. При устройстве местной вытяжной вентиляции для улавливания пылевыделений удаляемый из помещения воздух перед выбросом в атмосферу должен быть очищен с помощью фильтров. Если местной вентиляцией не удается обеспечить санитарно-гигиенические или технологические требования, применяют общеобменные системы вентиляции.

       Общеобменные вытяжные системы равномерно удаляют воздух из всего помещения, а общеобменные приточные – подают воздух и распределяют по всему объему вентилируемого помещения. При одновременной работе приточной и вытяжной вентиляции они должны быть сбалансированы по расходу воздуха.

       Если  воздух, подаваемый в помещение,  образуется путем смешивания  наружного воздуха и воздуха, забираемого из помещения, то такая система называется приточно-рециркуляционной.

       Системы  вентиляции, подающие и удаляющие  воздух по каналам или воздуховодам, называют канальными, а не имеющие каналов – бесканальными.

       Система,  предназначенная для удаления  пыли, которая образуется при технологических процессах, называется аспирационной.

       Аспирационные системы подразделяются на:

• индивидуальные, когда каждое рабочее место имеет отдельную вытяжную установку;
• центральные, когда одна установка обслуживает группу рабочих мест.

       Для  перемещения легковесных материалов (древесная стружка, отходы текстильных материалов, хлопок и др.) создают вентиляционные системы, называемые пневмотранспортом.

 

1.2.1. Естественная вентиляция

       Воздухообмен  в производственных помещениях осуществляется с помощью естественной вентиляции или механических вентиляционных установок.

       Организованный  воздухообмен при естественной  вентиляции (аэрации) обеспечивается вследствие разности температур (плотности) воздуха, а также в результате действия ветрового напора.

       Под  действием тепла, выделяемого  машинами и механизмами, нагретым углем (при сушке), людьми, а также нагретыми поверхностями повышается температура воздуха в производственных помкщениях и становится выше температуры наружного воздуха.

       Нагретый  воздух в производственных помещениях  поднимается кверху и через отверстия в перекрытиях (крыше) выходит наружу.

       Холодный  наружный воздух поступает в  помещение через открытые проемы в нижней или средних зонах. В результате создается естественный воздухообмен, называемый тепловым напором.

       Значение  теплового напора определяется  по формуле

 

                                              Н _m =  h (ρ_н – ρ_в )  g , Н/м² ,                                         (1)

 

где h – высота между центрами вытяжных и приточных отверстий, м; ρ_н и ρ_в – плотность наружного и внутреннего водуха, кг/м³; g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²_. 

 

Естественная вентиляция может быть неорганизованной и организованной. При неорганизованной вентиляции неизвестные объемы воздуха поступают и удаляются из помещения, а сам воздухообмен зависит от случайных факторов (направления и силы ветра, температуры внешнего и внутреннего воздуха). Неорганизованная естественная вентиляция включает инфильтрацию – просачивание воздуха через неплотности в окнах, дверях, перекрытиях и проветривание, которое осуществляется при открывании окон и форточек.

 

Организованная естественная вентиляция называется аэрацией. Для аэрации в стенах здания делают отверстия для поступления внешнего воздуха, а на крыше или в верхней части здания устанавливают специальные устройства (фонари) для удаления отработанного воздуха. Для регулирования поступления и удаления воздуха предусмотрены перекрытия на необходимую величину аэрационных отверстий и фонарей. Это  особенно важно в холодное время года.