Уравнение воздушного баланса помещения в данном случае имеет вид

G_оп = G_ов + G_мо , (3.9)

где G_оп – расход воздуха в общеобменной приточной системе, требуемый для компенсации удаляемого из помещения воздуха, кг/с.

Подставив (3.8) в (3.9), после преобразований получим окончательное выражение для расчета требуемого воздухообмена промышленного помещения по условию удаления явных теплоизбытков

G_оп = . (3.10)

При отсутствии местных отсосов (G_мо = 0) формула (3.10) существенно упрощается и принимает вид

G_оп . (3.11)

В таком виде формула (3.11) часто используется для расчета воздухообмена помещений общественных и административно-бытовых зданий.

Расчет воздухообмена по условию удаления избыточных влаговыделений. Расчетным режимом для определения воздухообмена помещений в данном случае также является летний режим.

Влагосодержание приточного (наружного) воздуха d_п, г/кг, определяется путем построения на h-d диаграмме точки наружного воздуха “Н” по расчетным параметрам t , С, и h , кДж/кг, установленным для заданного населенного пункта. Предельно- допустимое влагосодержание воздуха рабочей зоны d_р.з, г/кг, определяется путем построения на h-d диаграмме точки параметров внутреннего воздуха “В” по допустимой температуре рабочей зоны t_р.з,С, и предельной относительной влажности _р.з, %, выбранным из СНиПа [10].

По аналогии с (3.7) уравнение материального баланса по влаге, отражающее равенство между влаговыделениями W г/с, и количеством влаги, ассимилирующейся в удаляемом воздухе, имеет вид:

W = G_ов(d_в.з - d_п) + G_мо(d_р.з - d_п) , (3.12)

где d_в.з – влагосодержание воздуха в верхней зоне помещения, г/кг.

Решив уравнение (3.12) относительно G_ов, получим выражение для расчета массового расхода воздуха в системе общеобменной вытяжной вентиляции, требуемого по условию борьбы с избыточными влаговыделениями

G_ов = . (3.13)

Подставив (3.13) в уравнение воздушного баланса (3.9), после преобразований получим окончательное выражение для расчета требуемого воздухообмена промышленного помещения по условию удаления влагоизбытков

G_оп = . (3.14)

Выражение (3.14) в частном случае при G_мо = 0, приобретает наиболее простой вид, использующийся при расчете воздухообмена в помещениях общественных и административно-бытовых зданий

. (3.15)

Расчет воздухообмена при совместном выделении избыточной теплоты и влаги. Как и в двух предыдущих случаях расчетным режимом для определения воздухообмена помещений при совместном выделении теплоты и влаги является летний режим.

Перед началом расчета определяется угловой коэффициент луча процесса изменения состояния внутреннего воздуха в данном помещении, , кДж/кг влаги, представляющий собой отношение суммарных избытков полной теплоты к суммарным влагоизбыткам,

 = 10³ , (3.16)

где Q - cуммарные избытки полной теплоты в данном помещении, кВт, определяемые по формуле

Q = Q + Q = Q + (2500 + 1,8t_п.и)W10^-3 , (3.17)

где Q - суммарные избытки скрытой теплоты, поступающей в помещение с испаряющейся влагой, кВт;

t_п.и – температура поверхности испарения, С.

Далее, также как и в предыдущем случае по расчетным параметрам t , С, и h , кДж/кг, на h-d диаграмме строится точка наружного воздуха “Н”. Через эту точку проводится луч процесса изменения состояния воздуха с соответствующим угловым коэффициентом . На пересечении луча процесса с температурой рабочей зоны строится точка “В”, характеризующая параметры воздуха в рабочей зоне данного помещения. На пересечении луча процесса с температурой верхней зоны строится точка “У”, характеризующая параметры воздуха удаляемого из верхней зоны данного помещения. В результате выполненных построений с h-d диаграммы считываются значения энтальпий приточного, внутреннего и уходящего воздуха h_п , h_в , h_у , кДж/кг.

Уравнение теплового баланса, отражающее равенство между полными теплоизбытками Q , кВт, и количеством теплоты, ассимилирующимся в удаляемом воздухе, имеет вид

Q = G_ов(h_у - h_п) + G_мо(h_в - h_п) . (3.18)

Решив уравнение (3.18) относительно G_ов, получим выражение для расчета массового расхода воздуха в системе общеобменной вытяжной вентиляции, требуемого по условию борьбы с избыточными тепловлаговыделениями

G_ов = . (3.19)

Подставив (3.19) в уравнение воздушного баланса (3.9), после преобразований получим окончательное выражение для расчета требуемого воздухообмена промышленного помещения по условию удаления тепловлагоизбытков

G_оп = . (3.20)

Выражение (3.20) в частном случае при G_мо = 0, приобретает наиболее простой вид, использующийся при расчете воздухообмена в помещениях общественных и административно-бытовых зданий

. (3.21)

Расчет воздухообмена по условию удаления вредных или взрывоопасных веществ (паров, газов или пыли), не обладающих эффектом суммации действия. Концентрация i-го вещества в приточном (наружном) воздухе k_н,i , мг/м³, принимается по данным натурных измерений или, как предельно допустимая для населенных пунктов по нормам, установленным в соответствующих СанПиНах. Предельно-допустимая концентрация горючих или взрывоопасных веществ в воздухе рабочей зоны помещения k_р.з,i , мг/м³, в соответствии со СНиПом [10] принимается равной 10% от нижнего концентрационного предела распространения пламени по газо-, паро- и пылевоздушным смесям, а – вредных веществ принимается равной ПДК.

Уравнение материального баланса по массе выделяющихся в помещении вредных или взрывоопасных веществ в данном случае имеет вид

M_i = G_ов(k_в.з,i - k_п,i) + G_мо(k_р.з,i - k_п,i) , (3.22)

где k_в.з,i – концентрация i-го вещества в верхней зоне помещения, мг/м³.

Решив уравнение (3.22) относительно G_ов, получим выражение для расчета массового расхода воздуха в системе общеобменной вытяжной вентиляции, требуемого по условию борьбы с вредными или взрывоопасными паро-, газо- и пылевыделениями

G_ов = . (3.23)

Подставив (3.23) в уравнение воздушного баланса (3.9), после преобразований получим окончательное выражение для расчета требуемого воздухообмена промышленного помещения по условию удаления вредных или взрывоопасных паро-, газо- и пылевыделений

G_оп = . (3.24)

Выражение (3.24) в частном случае при G_мо = 0, приобретает наиболее простой вид, использующийся при расчете воздухообмена в помещениях общественных и административно-бытовых зданий

. (3.25)

При одновременном выделении в помещении нескольких вредных веществ, обладающих эффектом суммации действия, водухообмен следует определять, суммируя расходы воздуха, рассчитанные по каждому веществу.

Лекция 18. СИСТЕМЫ МЕСТНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

В отличие от общеобменной вентиляции, охватывающей всю рабочую зону помещения, системы вентиляции с ограниченной зоной действия называются местными. Главным достоинством местных систем является возможность локализации вредных выделений и удаления загрязненного воздуха непосредственно из места образования вредности. При такой организации воздухообмена возможность распространения вредностей по объему помещения существенно ограничивается, и для достижения допустимых концентраций выделяющихся веществ в рабочей зоне требуются значительно меньшие объемы вентиляционного воздуха. Поэтому устройство местной вентиляции в промышленных зданиях является одним из наиболее радикальных, надежных и экономичных методов борьбы с вредными выделениями.

Местная вентиляция бывает вытяжная и приточная. Вытяжная -обеспечивает удаление воздуха из места выделения вредностей, а приточная - обеспечивает требуемые параметры микроклимата в определенных локальных зонах помещения. Системы местной вытяжной вентиляции называются местными отсосами.

Местные отсосы подразделяются на открытые, полуоткрытые и полностью закрытые. Наиболее эффективными являются полностью закрытые местные отсосы. Такие отсосы, как правило, являются составной частью кожуха машины или аппарата, под которым происходит какой-либо технологический процесс, сопровождающийся выделением вредностей. Воздух засасывается под кожух через неплотности или специальные отверстия и тем самым не позволяет вредностям выбиваться из под кожуха и проникать в рабочую зону помещения.

Полная локализация технологических процессов внутри защитных кожухов не всегда представляется возможной. В случае невозможности полной локализации источника вредных выделений применяют полуоткрытые местные отсосы, то есть отсосы с одним открытым проемом или отверстием. Примером таких отсосов могут служить вытяжные шкафы.

В случае, когда по условиям технологического процесса укрытие источника вредных выделений в принципе невозможно, используют открытые местные отсосы. Такие отсосы располагаются в стороне от источника вредных выделений. Примером открытых местных отсосов могут служить вытяжные зонты, бортовые отсосы от ванн, всасывающие панели, устраиваемые на сварочных постах.

При устройстве открытых местных отсосов необходимо учитывать следующие требования:

1. Местный отсос должен располагаться на линии распространения потока вредных выделений.

2. Он должен быть максимально приближен к источнику вредного выделения и наиболее полно изолировать его от окружающего воздуха.

3. Местный отсос должен обеспечивать максимальное улавливание вредностей при минимальном расходе воздуха.

4. Удаляемый воздух не должен проходить через зону дыхания рабочего.

5. Конструкция отсоса не должна мешать работе.

6. Конструкция отсоса должна быть простой, аэродинамическое сопротивление должно быть минимальным.

7. При подаче приточного воздуха вблизи от местных отсосов должна быть исключена возможность раздувания вредных выделений по помещению.

Вытяжные зонты. Устанавливаются над источником вредных выделений и применяются, как правило, в случаях, когда выделяющаяся вредность легче окружающего воздуха. Зонты относятся к полностью открытым местным отсосам, так как расположены в стороне от источника вредности. Пространство между зонтом и источником является не защищенным от воздушных течений и перетоков внутреннего воздуха, поэтому вытяжные зонты можно применять только при незначительной подвижности внутреннего воздуха.

Различают следующие типы зонтов [4], показанные на рис. 3.3.

а б в г д

Рис. 3.3. Принципиальные схемы вытяжных зонтов, согласно [4]:

а -простой зонт; б -зонт с вертикальным бортом; в -активный зонт со щелями по периметру; г -зонт с поддувом (для уменьшения влияния подвижности воздуха); д - модульный зонт, совмещающий в одной конструкции приточную и вытяжную часть

Зонты могут применяться в трех следующих принципиально различных случаях: для улавливания ненаправленного потока вредностей; для улавливания направленного изотермического потока; для улавливания направленного неизотермического потока. Во всех перечисленных случаях могут использоваться зонты одинаковой конструкции. Различия заключаются в методах их расчета и подбора.

Одной из наиболее распространенных конструктивных модификаций зонтов являются зонты-козырьки, устанавливаемые у загрузочных отверстий и примыкающие к боковым стенкам печей, показанные на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Схема зонта-козырька у загрузочного отверстия печи

Зонты-козырьки предназначены для улавливания вырывающихся из загрузочного отверстия высокотемпературных продуктов сгорания и, следовательно, используются для улавливания неизотермического потока вредностей. По конструктивным соображениям такие зонты устраиваются несимметричными.

Расчет любых зонтов заключается в определении размеров всасывающего отверстия, скорости всасывания и объема отводимого воздуха [15].

Бортовые отсосы. Устраиваются для удаления вредностей, выделяющихся с поверхностей производственных ванн. Производственные ванны представляют собой открытые резервуары, чаще всего четырехугольной формы, наполненные жидкостью с различными растворами, нередко весьма ядовитыми. Вредности могут выделяться с поверхности таких ванн в виде паров, газов или “полых капель”, представляющих собой частицы газа, заключенные в жидкую оболочку. При отсутствии местных отсосов перечисленные вредности, поднимаясь вверх, выносятся из ванны и смешиваются с воздухом помещения.

Теоретически наиболее целесообразным решением вопроса локализации вредных выделений от ванн является полное укрытие, либо заключение ванны в кожух в виде вытяжного шкафа с отсосом от него такого количества воздуха, которое воспрепятствовало бы проникновению вредностей в помещение. Однако, по технологическим соображениям такое решение в большинстве случаев невозможно, поэтому в вентиляционной практике наибольшее распространение получило устройство отсоса в виде сплошной щели по бортам ванны, называемое бортовым отсосом.

Бортовые отсосы могут быть однобортовыми, двухбортовыми и с передувом. Кроме того, они могут быть обычными и опрокинутыми. Схемы бортовых отсосов различных типов показаны на рис. 3.5.

При ширине ванны В  0,7 м применяются однобортовые отососы, которые устанавливаются вдоль одной из продольных сторон. При ширине ванны от 0,7  В  1 м применяют двухбортовые отсосы. При большей ширине ванны применяют бортовые отсосы с передувом. Бортовые отсосы называются обычными, если плоскость щели вертикальна, или опрокинутыми, когда плоскость щели горизонтальна, то есть, обращена в сторону зеркала поверхности жидкости.

Обычные отсосы применяются при высоком уровне раствора в ванне, когда расстояние от щели до зеркала водной поверхности h  100 мм. Чем токсичнее вредные выделения, тем ниже к поверхности нужно приближать щель местного отсоса, чтобы не допустить попадания этих вредностей в зону дыхания рабочего, находящегося у ванны.

Рис. 3.5. Принципиальные схемы устройства бортовых отсосов от ванн

Верхний ряд – обычные отсосы; нижний ряд – опрокинутые;

1; 4 – однобортовые; 2; 5 – двухбортовые; 3; 6 – отсосы с передувом

Опрокинутые бортовые отсосы позволяют разместить воздухо-приемное отверстие на более близком расстоянии от поверхности жидкости. В связи с этим они требуют значительно меньшего расхода воздуха для удаления вредностей. Опрокинутые бортовые отсосы наиболее эффективны при низком уровне стояния жидкости в ванне, h  100 мм.

Расчет бортовых отсосов заключается в подборе типа отсоса, определении скорости всасывания и расхода отсасываемого воздуха. Указанные параметры должны быть подобраны таким образом, чтобы частицы восходящего от зеркала ванны потока замыкались на щель отсоса и удалялись системой вентиляции, не попадая в помещение. Расчет бортовых отсосов выполняется по методу Виварелли [4].

Вытяжные шкафы. Вытяжными шкафами называются местные отсосы, ограничивающие источник и зону распространения вредных выделений стенками. Принудительное всасывание воздуха во внутреннее пространство шкафа предотвращает распространение вредных выделений через неплотности и открытые проемы в помещение. По месту расположения отсоса различают шкафы с верхним, нижним или комбинированным отводом воздуха, как показано на рис. 3.6.

а б в г

Рис. 3.6. Принципиальные схемы вытяжных шкафов:

а -с верхним отводом воздуха и вертикальным проемом; б - то же с нижним отводом воздуха; в -то же с комбинированным отводом воздуха; г -с нижним отводом воздуха и наклонной плоскостью проема

Шкафы с верхним отводом воздуха применяют для улавливания восходящего (например, теплового) потока, обладающего подъемной силой. Шкаф с нижним отводом воздуха применяется в процессах, связанных с выделением пыли или тяжелых газов без повышения температуры в шкафу. Шкаф с комбинированным отводом воздуха может применяться во всех случаях, за исключением тех, когда технологический процесс сопровождается большими тепловыделениями.

Вытяжные шкафы могут работать с естественной и механической вытяжкой. Объем отсасываемого воздуха определяется исходя из площади открытого проема и нормативной скорости всасывания, которая выявляется по опытным данным и в большинстве случаев находится в пределах от 0,3 до 1,5 м/с.

Местные отсосы для улавливания пыли представляют собой кожухи-воздухоприемники, устраиваемые у заточных, шлифовальных, полировальных и обдирочных станков, а также - аспирационные укрытия в местах загрузки, выгрузки и пересыпки сыпучих материалов. Конструктивно такие отсосы представляют собой локализующее укрытие, из внутреннего пространства которого осуществляется принудительное удаление воздуха. Расход воздуха подбирается таким образом, чтобы создать внутри кожуха разрежение, достаточное для устранения выбивания пыли в помещение. Кожух-воздухоприемник не должен создавать неудобство в обслуживании агрегата и не должен препятствовать выполнению всех технологических операций. Принцип действия обеспыливающего местного отсоса показан на рис. 3.7. на примере заточного круга.

Рис. 3.7. Кожух - пылеприемник ВЦНИИОТ заточных станков

Всасывающие панели представляют собой открытый местный отсос, используемый для удаления увлекаемых тепловыми потоками вредных веществ и устраиваемый в том случае, когда никакое укрытие источника вредных выделений невозможно. Нижнюю кромку всасывающих отверстий панели располагают на уровне верха источника теплоты. Плоскость всасывающего отверстия размещают сбоку от источника либо вертикально на расстоянии b, как показано на рис. 3.8, либо наклонно с нависанием над источником, как показано на рис. 3.9.

а б в

Рис. 3.8. Схемы установки отсасывающих панелей

Рис. 3.9. Схема устройства наклонной отсасывающей панели у поста сварки

На этих рисунках показаны принципиальные схемы устройства всасывающих панелей у сварочных постов для удаления дыма и других веществ, выделяющихся в процессе сварки.

Местные приточные системы. К местным приточным системам относятся воздушные души и воздушно-тепловые завесы. Воздушное душирование устраивается для борьбы с избыточными лучистыми тепловыделениями. Особенно эффективно применение воздушных душей при тепловом облучении рабочих мест у промышленных печей, операциях с нагретыми слитками и заготовками, а также с расплавленными металлами.

Согласно нормам СНиПа [10] воздушное душирование наружным воздухом постоянных рабочих мест следует применять в двух случаях: а - при облучении тепловым потоком поверхностной плотностью 140 Вт/м² и более; б - при открытых технологических процессах, сопровождающихся выделением вредных веществ, и невозможности устройства укрытия или местной вытяжной вентиляции.

В последнем случае обязательно должны предусматриваться меры, предотвращающие распространение вредных выделений на постоянные рабочие места и - раздувание вредностей по помещению.

В плавильных, литейных, прокатных и других горячих цехах допускается душирование рабочих мест внутренним воздухом аэрируемых пролетов этих цехов с охлаждением или без охлаждения воздуха водой.

Системы воздушного душирования для подачи воздуха на рабочие места, облучаемые тепловым потоком, проектируются отдельными от систем другого назначения. В них может использоваться как наружный, так и внутренний воздух, обработанный в стационарных камерах (очищенный и охлажденный).

Охлаждающий эффект воздушного душирования зависит от двух параметров - температуры воздуха в струе и скорости обтекания воздухом охлаждаемого тела. Для создания направленной струи воздуха в системах воздушного душирования применяются специальные душирующие патрубки трех типов, показанные на рис. 3.10, 3.11 и 3.12.

Рис. 3.10. Патрубок душирующий ПДВ

(с верхним подводом воздуха)

Рис. 3.11. Патрубок душирующий ПДН

(с нижним подводом воздуха)

Рис. 3.12. Патрубок ППД

(поворотный душирующий)

Патрубки ПДВ и ПДН используются для душирования площадок, в пределах которых постоянно находятся рабочие. Патрубки ППД применяются для душирования фиксированных рабочих мест.

Место установки патрубка выбирается таким образом, чтобы ось струи была направлена на грудь человека. При этом скорости и температуры воздушного потока в струе, попадающей на голову, туловище и верхнюю часть ног рабочего (до колен), должны быть одинаковыми. Расстояние от кромки душирующего патрубка до рабочего места должно быть не менее 1 м. Принципиальная схема воздушного душирования показана на рис. 3.13.

Рис. 3.13. Принципиальная схема устройства

воздушного душа с верхним подводом воздуха

у загрузочного отверстия печи

В системах воздушного душирования может использоваться как наружный, так и внутренний воздух. При необходимости в каждом из этих случаев может быть либо предусмотрено, либо не предусмотрено предварительное охлаждение воздуха. Охлаждение воздуха может быть адиабатическим или искусственным. В каждом конкретном случае схема и технология предварительной обработки воздуха определяется расчетом. Установки с применением искусственного холода требуют значительных капитальных и эксплуатационных затрат, поэтому, по возможности следует применять адиабатическое охлаждение, обеспечивая гигиенические требования увеличением скорости и расхода воздуха, а также увеличением размеров душирующих патрубков.

Все перечисленные выше типы патрубков используются в системах воздушного душирования, работающих на наружном или охлажденном внутреннем воздухе. Для душирования необработанным внутренним воздухом используются поворотные аэраторы ПАМ-24, показанные на рис. 3.14 и состоящие из осевого вентилятора диаметром 800 мм с электродвигателем на одном валу и автоматического поворотного устройства, поворачивающего аппарат на угол до 60 11 раз в минуту. Дальнобойность струи такого агрегата достигает 20 м, поэтому агрегаты ПАМ-24 используются для душирования площадок, на которых работает несколько человек.

Рис. 3.14. Душирующий поворотный аэратор ПАМ – 24

Воздушно-тепловые завесы. Устраивают для предотвращения поступления холодного воздуха через открытые ворота и двери. В воздушных завесах используется воздух без подогрева, а в воздушно-тепловых – воздух подогретый в калориферах.

По принципу действия завесы могут быть шибирующего и смесительного типов. В первом случае завеса полностью перекрывает доступ холодного воздуха в помещение за счет направления истекающей с высокой скоростью плоской воздушной струи вдоль проема ворот. Скорость выхода воздуха из щелей завесы при этом может достигать 25 м/с. Шибирующие завесы устраивают при низкой температуре наруж-ного воздуха в случае необходимости частого открывания дверей или ворот. Такие завесы могут иметь различные конструкции и быть с нижним (а) или верхним (б, в, г) подводом воздуха, как показано на рис. 3.15.

в

а

б

г

Рис. 3.15. Схемы воздушно-тепловых завес шибирующего типа

Завесы с верхним подводом воздуха (рис. 3.15 б, в, г) не загромождают пространства у ворот и потребляют меньше теплоты, так как воздух в верхней зоне помещения имеет более высокую температуру.

В завесах смесительного типа происходит перемешивание врывающегося холодного воздуха с нагретым воздухом завесы. Как правило, смесительные завесы устанавливаются в тамбурах или шлюзах, в результате чего при открывании дверей в помещение поступает теплый воздух из тамбура, а не холодный – с улицы. Температуру воздуха в завесах рекомендуется принимать не более 50С для наружных дверей и 70С для ворот и открытых проемов.

Воздушные и воздушно-тепловые завесы включаются автоматически при открывании дверей или ворот и поэтому их не следует рассматривать в качестве постоянно действующих систем отопления и учитывать в тепловом балансе помещений.

Воздушные и воздушно-тепловые завесы устраиваются:

- у постоянно открытых проемов в наружных стенах, а также у ворот и проемов, не имеющих тамбуров и открывающихся более пяти раз или не менее, чем на 40 мин в смену при расчетной температуре наружного воздуха –15С и ниже (параметры Б);

• у наружных дверей помещений с мокрым режимом;

- у наружных дверей вестибюлей общественных и административно-бытовых зданий в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха и числа людей, проходящих через двери в течение часа, cогласно данным таблицы 3.1.

Таблица 3.1