Тема лекции 9. Обеспечение комфортных условий жизнедеятельности

Промышленная вентиляция и кондиционирование.

Эффективным средством обеспечения надлежащей чистоты и допустимых параметров микроклимата воздуха рабочей зоны является промышленная вентиляция. Вентиляцией называется организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязненного воздуха и подачу на его место свежего.

По способу перемещения воздуха различают системы естественной и механической вентиляции. Система вентиляции, перемещение воздушных масс в которой осуществляется благодаря возникающей разности давлений снаружи и внутри здания, называется естественной вентиляцией. Разность давлений обусловлена разностью плотностей наружного и внутреннего воздуха (гравитационное давление, или тепловой напор Р_Т) и ветровым напором Р_В, действующим на здание. Расчетный тепловой напор (Па).

Неорганизованная естественная вентиляция – инфильтрация, или естественное проветривание, - осуществляется сменой воздуха в смешениях через неплотности в ограждениях и элементах строительных конструкций благодаря разности давлений снаружи и внутри помещения. Такой воздухообмен зависит от случайных факторов – силы и направления ветра, температуры воздуха внутри и снаружи здания, вида ограждения и качества строительных ограждений. Инфильтрация может быть значительной для жилых зданий и достигать 0,5…0,75 объема помещения в час, а для промышленных предприятий до 1…1,5 ч^-1.

Для постоянного воздухообмена, требуемого по условиям поддержания чистоты воздуха в помещении, необходима организованная вентиляция. Организованная естественная вентиляция может быть вытяжной без организованного притока воздуха (канальная) и приточно-вытяжной с организованным притоком воздуха (канальная и бесканальная). Канальная естественная вытяжная вентиляция без организованного притока воздуха широко применяется в жилых и административных зданиях. Расчетное гравитационное давление систем вентиляции определяют при температуре наружного воздуха +5 ^оС, считая, что все давление падает в тракте вытяжного канала, при этом сопротивление входу воздуха в здание не учитывается. При расчете сети воздуховодов прежде всего 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 и сборных каналах верхнего этажа – 1,0 м/с и в вытяжной шахте – 1…1,5 м/с.

Для увеличения располагаемого давления в системах естественной вентиляции на устье вытяжных шахт устанавливают насадки-дефлекторы. Наибольшее распространение получили дефлекторы типа ЦАГИ (рисунок 1), которые представляют собой цилиндрическую обечайку, укрепленную над вытяжным патрубком, заканчивающимся плавным диффузором.

1 – патрубок, 2 – диффузор, 3 – цилиндрическая обечайка, 4 – зонт

Рисунок 1 – Принципиальная схема дефлектора ЦАГИ

Поток ветра, обтекая обечайку, создает вокруг большей части ее периметра разряжение, обеспечивающее подсос воздуха из вытяжного патрубка. Разрежение, создаваемое дефлектором, и количество удаляемого воздуха зависят от скорости ветра и могут быть определены с помощью номограмм.

Аэрацией называется организованная естественная общеобменная вентиляция помещений в результате поступления и удаления воздуха через открывающиеся фрамуги окон и фонарей. Воздухообмен в помещении регулируют различной степенью открывания фрамуг (в зависимости от температуры наружного воздуха, скорости и направления ветра). Как способ вентиляции аэрация нашла широкое применение в промышленных зданиях, характеризующихся технологическими процессами с большими тепловыделениями (прокатных цехах, литейных, кузнечных). Поступление наружного воздуха в цех в холодный период года организуют так, чтобы холодный воздух не попадал в рабочую зону. Для этого наружный воздух подают в помещение через проемы, расположенные не ниже 4,5 м от пола (рисунок 2), в теплый период года приток наружного воздуха ориентируют через нижний ярус оконных проемов (h=1…1,5 м).

При расчете аэрации определяют требуемую площадь проходного сечения проемов и аэрационных фонарей для подачи и удаления необходимого количества воздуха. Исходными данными являются конструктивные размеры помещений, проемов и фонарей, величины теплопродукции в помещении, параметры наружного воздуха. Согласно СНиП 2.04.05-91, расчет рекомендуется выполнять на действие гравитационного давления. Ветровой напор надлежит учитывать только при решении вопросов защиты вентиляционных проемов от задувания.

h₁ – нижний ярус окон; h₂ – верхний ярус окон

Рисунок 2 – Схема естественной канальной вытяжной вентиляции

Основным достоинством аэрации является возможность осуществлять большие воздухообмены без затрат механической энергии (рисунок 3). К недостаткам аэрации следует отнести то, что в теплый период года эффективность аэрации может существенно падать вследствие повышения температуры наружного воздуха и того, что поступающий в помещение воздух не очищается и не охлаждается.

Рисунок 3 – Схема аэрации промышленного здания

Вентиляция, с помощью которой воздух в производственные помещения подается или удаляется из них по системам вентиляционных каналов с использованием для этого специальных механических побудителей, называется механической вентиляцией.

Механическая вентиляция по сравнению с естественной имеет ряд преимуществ: большой радиус действия вследствие значительного давления, создаваемого вентилятором; возможность изменять или сохранять необходимый воздухообмен независимо от температуры наружного воздуха и скорости ветра; подвергать вводимый в помещении воздух предварительной очистке, осушке или увлажнению, подогреву или охлаждению; организовать оптимальное воздухораспределение с подачей воздуха непосредственно к рабочим местам; улавливать вредные выделения непосредственно в местах их образования и предотвращать их распространение по всему объему помещения, а также возможность очищать загрязненный воздух перед выбросом его в атмосферу. К недостаткам механической вентиляции следует отнести значительную стоимость сооружения и эксплуатации ее и необходимость проведения мероприятий по борьбе с шумом.

Системы механической вентиляции подразделяются на общеобменные, местные, смешанные, аварийные и системы кондиционирования.

Общеобменная вентиляция предназначена для ассимиляции избыточной теплоты, влаги и вредных веществ во всем объеме рабочей зоны помещений. Она применяется в том случае, если вредные вещества выделения поступают непосредственно в воздух помещения, рабочие места не фиксированы, а располагаются по всему помещению. Обычно объем воздуха L_пр, подаваемого в помещение при обще обменной вентиляции, равен объему воздуха L_в, удаляемого из помещения.

Существенное влияние на параметры воздушной среды в рабочей зоне оказывают правильная организация и устройство приточных и вытяжных систем.

Воздухообмен, создаваемый в помещении вентиляционными устройствами, сопровождается циркуляцией воздушных масс в несколько раз больших объема подаваемого или удаляемого воздуха. Возникающая циркуляция является основной причиной распространения и перемешивания вредных выделений и создания в помещении разных по концентрации и температуре воздушных зон. Так, приточная струя, входя в помещение, вовлекает в движение окружающие массы воздуха, в результате чего масса струи в направлении движения будет возрастать, а скорость падать.

Местная вентиляция характеризуется тем, что ее с помощью загрязненный воздух удаляется непосредственно из зоны выделения вредных веществ.

Система местной вытяжной вентиляции предназначается для локализации и предотвращения распространения по всему помещению вредных веществ, образующихся на отдельных участках производства. Устройства местной вытяжной вентиляции очень разнообразны и зависят от метода удаления (отсоса) загрязненного воздуха из зоны загрязнения.

По степени изоляции зоны образования вредных веществ отсосы подразделяются на отсосы открытого типа и отсосы от полных укрытий.

Отсосы открытого типа – это отсосы, находящиеся на некотором удалении от зоны образования вредных веществ. Такие отсосы могут быть расположены соосно с источником выделения вредных веществ и сбоку от него. К первому виду открытых отсосов можно отнести вытяжные зонты и вытяжные (всасывающие) панели. Ко второму – бортовые отсосы.

Местные отсосы от полных укрытий. Наиболее эффективно для удаления вредных веществ полное укрытие источника. К местным отсосам относятся вытяжные шкафы, вытяжные камеры, фасонные укрытия.

Для очистки загрязненного воздуха применяются аппараты различных конструкций, использующие различные методы очистки от вредных веществ.

Основными параметрами газоочистных аппаратов и систем очистки являются эффективность и гидравлическое сопротивление. Эффективность определяет концентрацию вредной примеси на выходе из аппарата, а гидравлическое сопротивление – затраты энергии на пропуск очищаемых газов через аппараты. Чем выше эффективность и меньше гидравлическое сопротивление, тем лучше.

Эффективность очистки аппарата или системы аппаратов рассчитывается по формуле:

С_вых

 = 1 –  ,

С_вх

где С_вх и С_вых – массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата или системы аппаратов, мг/м³.

Если эффективность одного аппарата недостаточно для обеспечения требуемой чистоты отходящего воздуха, последовательно ставят несколько ступеней газоочистных аппаратов, суммарную эффективность которых можно определить по формуле:

 = 1 – (1-₁)(1-₂)…(1-_n),

где ₁, ₂, … _n – эффективность каждого аппарата в системе газоочистки.

Если очищенный в аппарате воздух направляется в рабочую зону, то требуемую эффективность аппарата или системы очистки рассчитывают по формуле:

0,3 ПДК_

_треб = 1 –  ,

С_вх

Если выброс очищенного воздуха на территории промышленного предприятия осуществляется через трубы, то устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ), определяющий то количество вредного вещества, которое может быть выброшено в единицу времени, чтобы с учетом рассеивания вредной примеси в атмосфере ее приземная концентрация не превышала предельно допустимую концентрацию для населенных мест.

Зная концентрацию каждого вредного вещества в очищаемых газах С_вх (мг/м³) и установленный для него ПДВ (9 мг/с), можно определить требуемую эффективность очистки газоочистного аппарата или их системы для этого вещества:

ПДВ

_треб = 1 –  ,

QС_вх

где Q – объем очищаемых газов в единицу времени (м³/с).

Для очистки отходящих газов от пыли имеется широкий выбор аппаратов, которые можно разделить на две группы: сухие и мокрые – орошаемые водой.

Для удаления из отходящего воздуха вредных газовых примесей применяют следующие методы: абсорбция, хемеосорбция, адсорбция, термическое дожигание, каталитическая нейтрализация.

Термическое дожигание – это процесс окисления вредных веществ кислородом воздуха при высоких температурах. Различают прямое сжигание и термическое окисление. Прямое сжигание используют, когда отходящий из технологического процесса поток газа содержит кислород, а вредные примеси относятся к горючим и выделяют при горении энергию, достаточную для поддержания реакции.

Каталитическая нейтрализация позволяет снизить энергетический порог для начала окислительных реакций до 250…400 ^оС.

Централизованная система очищает загрязненный воздух, удаляемый от источников и из зон загрязнения цеха, предприятия централизованной системой вентиляции.

Основная литература: 1 [6-17].

Контрольные вопросы:

1. Что называется аэрацией?

2. Что определяют при расчете аэрации?

3. Что называется механической вентиляцией?

4. На сколько подразделяются системы механической вентиляции?

5. Неорганизованная естественная вентиляция?