Оздоровление воздушной среды: промышленная вентиляция и отопление производственных помещений

Основной нормативный документ:

ГОСТ 12.1.005 88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

Вопросы

1 Классификация систем вентиляции

2 Принцип устройства и расчёт естественной вентиляции

3 Принцип устройства и расчёт механической вентиляции

4 Система отопления, методика расчёта

Прежде чем перейти к следующему вопросу нашей лекции мне бы хотелось ещё раз обратить ваше внимание на важность решения вопросов, связанных с очисткой воздуха, особенно в бурный век научно-технического прогрева. Дело в том, что научно установлено: человек без пищи может прожить около 5 недель, без воды - около 5 дней, без воздуха - около 5 минут.

За сутки потребляет:

? 20 кг воздуха,

? 2 кг воды,

? 1 кг пищи.

Кроме того, надо учесть, что кислород, как составная часть воздуха необходим индустрии, транспорту, является сырьём. Так, например, автомобиль «Жигули» за пробег 900 км сжигает количество О₂, которое достаточно человеку для дыхания в течение года.

Отсюда и жизненная важность вопросов охраны природы, проблемы зелёного строительства. Для сведения США потребляет кислорода больше, чем вырабатывается растениями на их территории. Другими словами они дышат за счёт других территорий.

1 Классификация систем вентиляции

Задачей вентиляции является обеспечение чистоты воздуха и заданных параметров метеорологических условий в производственных помещениях путём удаления загрязнённого или нагретого воздуха из помещения и подачей в него свежего воздуха.

Определение: Классификация вентиляционных систем:

1. По способу перемещения воздуха вентиляция бывает естественной и механической. Возможно также сочетание естественной и механической вентиляции (смешанная вентиляция) в различных вариантах.

2. По назначению в зависимости от того, для чего служит система вентиляции, - для подачи - приточная, для удаления - вытяжная, для того и другого одновременно, приточно-вытяжная.

3. По месту действия вентиляция бывает обще обменной и местной. Действие общеобменной вентиляции основано на разбавлении выделяющихся вредных веществ свежим воздухом до предельно-допустимых концентраций или температур. Эту систему вентиляции наиболее часто применяют в тех случаях, когда вредные вещества выделяются равномерно по всему помещению. При такой вентиляции обеспечивается поддержание необходимых параметров воздушной среды во всём его объёме.

Если помещение очень велико, а количество людей, находящихся в нём мало, причём место их нахождения фиксировано, не имеет смысла (по экономическим соображениям) оздоровлять все помещения полностью. Можно ограничиться оздоровлением воздушной среды, только в местах нахождения людей. Примером такой организации вентиляции могут служить кабины наблюдения и управления в прокатных цехах, в которых устраивается местная приточно-вытяжная вентиляции, рабочие места в горячих цехах, оборудованных установками воздушного душирования, и т.д.

Определение: (местная вытяжная вентиляция) Воздухообмен можно резко сократить, если улавливать вредные вещества в местах их выделения, не допуская распространения по помещению. С этой целью технологическое оборудование, являющееся источником выделения вредных веществ, снабжают специальными устройствами, от которых производится отсос загрязнённого воздуха. Такая вентиляция называется местной вытяжной или локализирующей.

Местная вентиляция по сравнению с обще обменной вентиляцией требует значительно меньших затрат на устройство и эксплуатацию.

4. По времени действия вентиляция бывает рабочая при нормальном режиме работы и аварийная, включается вручную или автоматически от датчиков концентрации. Устанавливается там, где возможно внезапное поступление в воздух рабочей зоны большого количества вредных паров или газов.

На производстве часто устраивают комбинированные системы вентиляции (обще обменную с местной, обще обменную с аварийной и т.д.).

Основные требования к устройству вентиляции

Для успешной работы системы вентиляции важно, чтобы ещё в стадии проектирования были выполнены следующие санитарно-гигиенические и технические требования.

1. Объём притока воздуха в помещение V_пр должен соответствовать объёму вытяжки V_выт; разница между этими объёмами не должна превышать 10-15%.

В ряде случаев необходимо так организовывать воздухообмен, чтобы один из них обязательно был больше другого. Например, при проектировании вентиляции двух смежных помещений в одном из которых выделяются вредные вещества объём вытяжки из этого помещения делается больше объёма притока, т.е. V_выт >V_пр в результате чего в этом помещении создаётся небольшое раздражение и безвредный воздух из помещения 2 с небольшим избыточным давлением ДP будет подсасываться в помещение 1, не давая возможности вредным веществам попадать в помещение 2.

Возможны и такие случаи организации воздухообмена, когда во всём помещении поддерживается избыточное, по отношению к атмосферному, давление. Например, в цехах электровакуумного производства, для которого особенно важно отсутствие пыли, проникающей через различные не плотности и ограждения, объём притока воздуха делается больше объёма вытяжки, за счёт того и создаётся некоторый избыток давления (P_пом > P_атм).

2. Свежий воздух необходимо подавать в те части помещения, где количество вредных выделений минимально (или нет их вообще), а удалять, где выделения максимальны.

Принцип устройства и расчёт естественной вентиляции

(Естественная вентиляция)

Определение: (естественная вентиляция) В вентиляции с естественным побуждением воздухообмен происходит вследствие разного объёмного веса воздуха внутри и вне помещения или воздействия ветра, т.е. за счёт теплового или ветрового напора.

Естественная вентиляция может быть:

а) неорганизованной, осуществляемой через не плотности в строительных конструкциях;

б) организованной (канальной или без канальной).

Определение: (неорганизованная естественная вентиляция) Неорганизованная, или нерегулируемая, естественная вентиляция помещений осуществляется за счёт неплотности конструкций (притворы окон, дверей), а также через поры стен и перегородок.

Определение: В организованной естественной вентиляции удаление загрязнённого воздуха из помещения и подача свежего может осуществляться через специальные проёмы, сделанные в стенах и фонарях или по специальным воздуховодам.

В первом случае её называют без канальной (аэрация), а во втором - канальной (дефлекторами).

При аэрации естественный обмен воздуха в зданиях осуществляется за счёт теплового напора. Рассмотрим, как он образуется.

Изобразим разрез производственного помещения, имеющего нижние и верхние проёмы.

Рисунок 3.1

Температура воздуха внутри цеха (t_{ср вн}) вследствие выделения избытков явной теплоты бывает, как правило, выше температуры наружного воздуха t_н. Следовательно, объёмный вес наружного воздуха больше объёмного веса воздуха внутри цеха. Это обуславливает наличие разности давлений наружного и внутреннего воздуха.

На основании чего мы так говорим? Известно, что:

(3.7)

где: Р_б - барометрическое давление в мм. рт . ст.

Т - абсолютная температура воздуха ОК

На определённой высоте помещения, примерно на средине высоты здания цеха, находиться плоскость равных давлений. Здесь давления воздуха внутри и снаружи помещения равны.

Ниже плоскости равных давлений существует разряжение, обуславливающее поступление наружного воздуха:

ДH₁ = h₁ (г_н - г_{ср вн}), (3.8)

где г_{ср. вн.} - средний объёмный вес воздуха в помещении, кг/м³ соответствующая средней температуре воздуха в помещении:

t_{ср. вн.} = (t_{р. з} + t_выт)/2 (3.9)

h₁ - расстояние от середины нижних отверстий до плоскости равных давлений, м

Выше плоскости равных давлений существуют избыточные давления, которые на уровне центра верхних отверстий составляет

ДH₂ = h₂(г_н - г_{ср. вн.}) (3.10)

где:

h₂ - расстояние от плоскости равных давлений до центра верхних отверстий, м.

Это давление направлено наружу цеха, вызывают вытяжку. Общая величина гравитационного давления под влиянием, которого происходит воздухообмен в помещении, равна сумме давлений на уровне нижних и верхних проёмов.

H = ДH₁ + ДH₂ = h (г_н - г_{ср вн}) (3.11)

Величина Н - сумма давлений на уровне нижних и верхних проёмов называется тепловым напором. Он зависит от расстояния между нижними и верхними проёмами и разности объёмного веса воздуха снаружи и внутри здания.

Скорость движения воздуха - V_в, например в верхнем проёме рассчитывается по формуле:

2gДH₂

V_в = г_{ср вн} , м/сек (3.12)

где: g - ускорение земного притяжения, м/сек²;

ДH₂ - разность давлений внутри здания и вне его, кг с/м²

Объём воздуха, проходящего через верхний проём определяется по формуле:

L_b = F Ч V_в Ч µ Ч 3600 м³/час (3.13)

где: F - площадь проёма, м²;

µ - коэффициент расхода, зависящий от конструкции створок переплёта в проёме и угла открытия створки (0,3 + 0,8), для створных переплётов открытых на 90° - µ = 0,65, на 30° - µ = 0,32;

V - скорость движения воздуха, м/сек.

Приведённые формулы справедливы лишь для зданий, хорошо защищённых от ветра или для условий безветренной погоды.

При обдувании здания ветром с наветренной стороны образуется повышенное давление воздуха, а на заветренной стороне здания - разрежение. Ниже показан не задуваемый вытяжной фонарь.

Рисунок 3.2.

Величина давления, образующегося на наветренной стороне здания и величина разряжения, которое образуется на заветренной стороне здания - м.б. подсчитаны по формуле:

(3.14)

где: Н_в - ветровое давление или разряжение; (кг с/м²);

V_в - скорость движения ветра, м/сек;

А - аэродинамический коэффициент, зависящий от конфигурации здания и определяемый опытным путём (0,7 - 0,85 - на наветренной стороне; 0,3 - 0,45 на заветренной стороне).

Преимущества естественной вентиляции

Экономичность, простота устройства и эксплуатации.

Недостатки: невозможность подготовки поступающего воздуха; очистки удаления воздуха.

3 Принцип устройства и расчёт механической вентиляции

Определение: (механическая общеобменная вентиляция)_ Вентиляция с механическим побуждением может быть общеобменной и местной (локальной). Механическая общеобменная вентиляция бывает без канальной и канальной.

Механическая вентиляция осуществляется принудительно за счёт:

1) механической тяги осевыми или центробежными вентиляторами;

2) эжекторными установками, перемещающими воздух по специальным каналам (воздуховодам), применяются во взрыво и пожароопасных производствах, где искрение недопустимо.

Коротко об эжекторном побуждении.

Определение: Эжекторное побуждение основано на следующем: воздух, создающий побуждение нагнетается от вентиляторов, (расположенных вне здания) к соплу. Выходя из сопла с большой скоростью, создаётся разрежение в вытяжной камере, вызывающее подсос воздуха из вытяжного воздуховода. В основном этот способ применяется в вытяжных системах для удаления из помещения взрывоопасных газов и паров, где не должно быть искрения, там где нельзя применить традиционные воздуходувки.

Рисунок 3.3.

Основные элементы механической вентиляции:

воздухозаборник;

воздуховоды;

вентиляторы;

циклоны;

воздухоочистители;

калориферы;

увлажнители;

насадки.

Местная приточная вентиляция (воздушные души, завесы и др.)

Определение: Воздушные души устраиваются для уменьшения вредного влияния тепло излучения от оборудования и установок, нарушающего нормальный теплообмен организма (рабочие места кузнечных, термических, литейных, сушильных цехов). Оно может осуществляться стационарными, переносными, передвижными установками. Струя направляется на верхнюю часть туловища горизонтально или наклонно, но с учётом соседних рабочих мест.

Определение: Воздушные завесы устраивают для защиты рабочих от переохлаждения при проникновении в помещения большого количества холодного воздуха.

Определение: Если вентиляция устроена таким образом, что в помещении поддерживают постоянные заранее определённые условия температуру, влажность, чистоту воздуха независимо от наружных условий и колебаний технологического режима, - такие вент системы называются кондиционерами воздуха.

Определение: (расчет механической вентиляции) Расчёт механической вентиляции сводится к определению необходимого воздухообмена

Возможны следующие конкретные условия:

При нормальном микроклимате и отсутствии вредных веществ: L=NЧL₁ м³/час

где:

N - число работающих в наиболее многочисленной смене;

L₁ - расход воздуха на одного рабочего в час, принимаемый в зависимости от объёма помещения, приходящегося на каждого работающего (при объёме на одного работающего менее 20м³ расход воздуха д.б. не менее L₁ = 30 м³/ч. При объёме более 40м³ на одного работающего и наличии окон и дверей воздухообмен не рассчитывается.

При выделении паров или газов в помещении необходимый воздухообмен определяется исходя из условия разбавления их до допустимых концентраций

G

L = g_пдк - g_пр м³/час (3.15)

где: G - количество выделяющихся паров, газов, пыли, мг/ч;

g_пр - концентрация вредных веществ в приточном воздухе, м²/м³;

g_пдк - концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе, м²/м³.

При борьбе с избыточным теплом воздухообмен определяется из условий ассимиляции тепло избытков объёмом приточного воздуха (м³/ч).

Q

L = 0.24g_н(t₁ - t₂) м³/час (3.16)

где: Q - избыточное тепловыделение, ккал/ч;

0,24 - теплоёмкость сухого воздуха, ккал/кг. Град;

g_н - плотность приточного воздуха, кг/м³;

t₁ - температура уходящего воздуха;

t₂ - температура приточного воздуха.

При влаговыделениях объём воздуха

W

L = d₁ - d₂ м³/час (3.17)

где: W - масса водяных паров, выделяющихся в помещении, г/час;

d₁ - влагосодержание воздуха, уходящего из помещения, г/м³;

d₂ - влагосодержание наружного воздуха, г/м³.

Метод определения воздухообмена по кратности применяется для ориентировочных расчётов (инспекторский метод).

L 1

L = V Ч K м³/час K = V час (3.18)

где: V - объём помещения;

K - кратность воздухообмена (обычно 1-10 смен в час) количество смен воздуха в час.

В зависимости от назначения помещения воздух, вводимый туда, подвергается подготовке:

а) очистке;

б) нагреванию, охлаждению, сушке или увлажнению;

в) озонированию;

некоторые газы имеют неприятный запах. В результате окисления газов озоном запах исчезает. Однако продолжительное пребывание человека в атмосфере с высокой концентрацией озона сопровождается головными болями и раздражением дыхательных путей;

г) ионизации;

Для искусственной ионизации воздуха используют ионизирующую способность альфа лучей, излучаемых радиоактивными веществами. Лёгкие ионы кислорода в воздухе придают ему положительное гигиеническое свойство. При нагревании, охлаждении и фильтрации резко уменьшается состав ионов в воздухе.

Ультрафиолетовая радиация осуществляется с помощью специальных ртутных бактерицидных электрических ламп. Эти лампы ставят внутри воздуховодов;

д) дезинфекции, для очистки воздуха от бактерий применяют наполненные масляные фильтры, в которых к маслу добавляют вещества, обладающие бактерицидными свойствами.

Воздух, удаляемый из помещений и подаваемый в помещения, очищают в устройствах различных конструкций.

Для очистки воздуха от твердых и жидких примесей применяют пыле- и туманоуловители.

Важным показателем работы этого оборудования является степень очистки воздуха, которую определяют по формуле:

g₁ - g₂

r = g₂ (3.19)

где: g₁ и g₂ - содержание примеси, соответственно до и после очистки, м₂/м³.

Универсальных пылеулавливающих устройств, пригодных для любых видов пыли и для любых начальных концентраций не существует.

Очистка воздуха м.б. 1-грубой (пыль > 50 мкм), 2- средней (от 10 до 50 мкм)

и тонкой менее 10 мкм.

Для грубой и средней очистки применяют пыле улавливатели, действие которых основано на использовании для осаждения частиц пыли сил тяжести или инерционных сил.

Определение: 1.Осадительные камеры простого действия:

Рисунок 3.4

Определение: 2. Лабиринтные пыле отделители:

Рисунок 3.5.

Определение: 3. Центробежные устройства:

Рисунок 3.6.

Применяют для осаждения тяжёлой пыли размером более 0,001 мм. Принцип - резкое уменьшение скорости движения загрязнённого воздуха на выходе (0,5 м/сек).

Принцип - за счёт внезапного резкого изменения направления движения запылённого воздуха. Степень очистки - 0,8 - 0,98.

Принцип - за счёт ц/б силы, под влиянием которой взвешенные частицы, прижимаются к стенкам, теряют скорость и опускаются вниз.

Мультициклоны - циклоны малых размеров. У них большой коэффициент очистки, но ограничена производительность. Их ставят в группы или батареи (мультициклоны).

Для тонко очистки применяют:

а) сухие фильтры (бумажные, тканные, сетчатые);

б) гидравлические фильтры (масляные, сетчатые и кассетные, водяные фильтры);

в) электрофильтры (ДВП - дымовые, вертикально пластичные);

г) ультразвуковой (акустический) фильтр.

4 Системы отопления

Отопление производственных, вспомогательных и других помещений можно подразделить по радиусу его действия на следующие системы:

А) районные; Б) центральные; В) местные.

Определение: Местной системой отопления называется печное отопление без искусственной передачи тепла на расстоянии (огневые, газовые, электрические печи).

Определение: Центральной системой отопления называется отопление, обслуживающее от одного генератора (центра тепловой энергии одного или несколько зданий в целом путём передачи тепла по трубопроводам с помощью теплоносителя).

По виду теплоносителя - различают: системы водяного, парового и воздушного отопления.

Определение: Системы водяного отопления подразделяются на системы:

а) с нормальной нагретой водой - до 100°С (70-95°С);

б) с перегретой водой - выше 100°С;

Определение: Системы парового отопления в зависимости от давления может быть:

а) низкого давления - до 0,7 кг с/см²;

б) высокого давления - свыше 0,7 кг с/см².

Определение: Воздушные системы отопления могут быть с огневыми, паровыми, водяными и электрическими воздухоподогревателями (калориферами), совмещаемыми обычно с приточными системами вентиляции здания.

Пожарная опасность систем отопления определяется температурой на поверхности подогревательных приборов - при температуре меньшей 100°С опасность воспламенения обычных сгораемых материалов не возникает.

В качестве нагревательных приборов применяют чугунные ребристые трубы или регистры из гладких труб и в отдельных случаях радиаторы.

Применение ребристых батарей в пыльных помещениях категорий А, Б, В по пожарной опасности не допускается.

Определение: Этапы проектирования системы отопления следующие:

Устанавливается степень пожарной и взрывной опасности сырья, вспомогательных материалов, готовой продукции.

Дают характеристику паров, газов и пыли, выделяемой в помещениях, а затем определяют допустимые концентрации этих загрязнений с точки зрения пожарной и взрывной опасности.

Дают характеристику проектируемому зданию, определяют отрицательную температуру, устанавливают необходимые гигиенические и технологические температуры в производственных помещениях согласно ГОСТ. На основании характеристик зданий, расчётных температур.

Расчёт системы отопления сводится к определению тепловых потерь, которые необходимо компенсировать.

Системы отопления должны компенсировать:

1) тепловые потери через строительные ограждения и конструкции - Q_огр;

2) расход тепла на нагрев воздуха, поступающего через открытые ворота, двери и другие проёмы и не плотности в ограждениях - Q_возд;

3) расход тепла на нагрев поступающих из вне материалов, оборудования и транспорта - Q_маг = 10%;

4) расход тепла на нагрев воздуха, поступающего в помещения из вне для замены воздуха удаляемого вытяжными системами в случаях когда этот воздух не компенсируется приточной вентиляцией - Q_вент до 30%.

Q_отоп = Q_огр + Q_воз + Q_мат + Q_вент + Q_исп (3.20)

Тепловые потери через ограждения определяют суммированием тепловых потерь через отдельные ограждения конструкции, подсчитанных по формуле:

Q = F (t₁ - t₂) Ч R_огр (3.21)

где:

F - поверхность ограждения, м²;

R_огр - сопротивление теплопередачи конструкций ограждения, вт/м² град;

t₁ , t₂ - расчётные температуры внутреннего и наружного воздуха для холодного периода, °С;

n - поправочный коэффициент расчётной разности температур.

Потери тепла рассчитывают отдельно для каждой конструкции, и затем данные суммируют. Сравнивают данные между потерями тепла и тепло притоками. Разница должна быть компенсирована теплогенерирующими установками.

Определение: Этапы расчёта механической вентиляции:

Выбрать или задаться необходимыми исходными данными:

а) размер помещения; б) вид выделяющейся вредности.

Определить нормативные значения по ГОСТ (требуемая температура, ПДК вредных веществ и т.д.).

Рассчитать количество выделяемых вредностей в помещении.

Определить необходимый воздухообмен для создания требуемых метеоусловий или чистоты воздуха раб. зоны.

В случае нескольких вредностей дальнейший расчёт вести по большему воздухообмену.

Составить расчётную схему сети воздуховодов учётом геометрических размеров вентилируемых помещений.

Рассчитать сопротивление сети воздуховодов Н.

По воздухообмену L и сопротивлению сети Н подобрать вентилятор.

Подобрать требуемые электродвигатели.

Список литературы

1. Юдин Е.Я..Белов С.В. Охрана труда в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1983., стр. 33-71.

2. Макаров Г.В. и др. Охрана труда в химической промышленности. - М.: Химия, 1977, стр. 79-104.