Создание комфортной воздушной среды

Для создания комфортной воздушной среды в производственных помещениях применяют вентиляцию и кондиционирование воздуха, а также производят отопление помещений.

Вентиляция – это организованный воздухообмен, обеспечивающий удаление загрязненного воздуха и подачу на его место чистого. Вентиляция и кондиционирование воздуха также является основным способом нормализации параметров микроклимата в производственных помещениях.

Вентиляция может быть естественной и механической в за­висимости от способа перемещения воздуха. В зависимости от объема вен­тилируемого помещения различают общеобменную и местную вентиля­цию. Общеобменная вентиляция обеспечивает удаление воздуха из всего объема помещения. Местная вентиляция обеспечивает замену воздуха в месте его загрязнения. По способу действия различают вентиляцию при­точную, вытяжную и приточно-вытяжную, а также аварийную. Аварийная предназначена для устранения загазованности помещения в аварийных си­туациях.

Независимо от типа вентиляции к ней предъявляются следующие общие требования: объем приточного воздуха должен быть равен объему вы­тяжного воздуха; элементы системы вентиляции должны быть правильно размещены в помещении; потоки воздуха не должны поднимать пыль и не должны вызывать переохлаждения работающих; шум от системы вентиля­ции не должен превышать допустимого уровня.

Основной характеристикой вентиляции является воздухообмен, то есть объем воздуха помещения, заменяемый в единицу времени L (м³/ч). Потребный воздухообмен определяется в соответствии со СНиП 2.04.05-86 расчетным путем из условий удаления из воздуха помещения избыточных вредных веществ, теплоты и влаги:

а) при выделении в воздух помещения вредных веществ

,

где: L_рз – количество воздуха, удаляемого местной вентиляцией;

М – количество вредных веществ, поступающих в помещение, мг/ч;

С_рз – концентрация вредных веществ в воздухе, удаляемом местной вентиляцией, мг/м³;

С_п, С_ух – концентрация вредных веществ в воздухе, подаваемом в помещение и уходящем из него, мг/м³.

б) при удалении избыточной явной теплоты, повышающей температу­ру воздуха:

,

где: Q_н – поступление избыточной явной теплоты в помещении, Дж/с;

Т_рз – температура воздуха, удаляемого местной вентиляцией, ^ОС;

Т_п, Т_ух – температура воздуха, подаваемого в помещение и уходящего из него, ^ОС;

в) при удалении избытка влаги:

,

где: W – поступление избытка влаги в помещение, г/ч;

d_рз – влагосодержание воздуха, удаляемого местной вентиляцией, г/кг;

d_п, d_ух – влагосодержание воздуха, подаваемого в помещение и ухо­дящего из него, г/кг.

Механическая вентиляция распределяет воздух по всему производ­ственному помещению. В общем случае в ее состав входят: воздухоприемное устройство, фильтр, калорифер, вентилятор и сеть воздуховодов (рис. 10).

Рис. 10. Схема механической вентиляции

Расчет механической вентиляции включает:

1. Определение на плане производственного помещения конфигура­ции вентиляционной системы, расположение ее элементов (рис. 11).

Рис. 11. Расположение элементов вентиляции в производственном помещении

2. Определение проходного сечения воздуховодов (скорость движения воздуха в воздуховодах принимается V = 6-12 м/с)

F = L/(3600 V),

где: L – потребный воздухообмен, м³/ч.

3. Определение потерь давления в воздуховодах на участке воздухо­вода:

Р_{общ j} = Р_{тр j} + P_{м j},

где: Р_{тр j} – сопротивление на преодоление сил трения воздуха при переме­щении по воздуховодам; P_м – местное сопротивление воздуховодов.

Общие потери в сети воздуховодов

,

где h – число участков, на которые разбита система воздуховодов вентиля­ции.

4. Подбор вентилятора для системы вентиляции по величине потреб­ного воздухообмена и потерям давления в сети воздуховодов. Полное дав­ление Р, которое должно создаваться вентилятором, принимается Р = Р_общ, а производительность вентилятора G (м³/ч) принимается G = L.

5. Определение потребной мощности электродвигателя вентилятора N:

N = G P_к (3, 6 × 10⁶ h_Б h_П),

где: К – коэффициент запаса мощности электродвигателя (1, 05-1, 5);

Р – потери полного давления в сети, Па; h_Б h_П – КПД вентилятора и передачи от электродвигателя к вентилято­ру.

Естественная вентиляция производственных помещений осуществля­ется под воздействием разности температур наружного и внутреннего воздуха (тепловое давление) и ветра (ветровое давление) (рис. 12). Неорганизованная естественная вентиляция или инфильтрация или естественное проветривание – смена воздуха через неплотности конструкции здания за счет разности давления воздуха снаружи и внутри помещения. Организованная естественная вентиляция через окна и фонари называется аэрацией.

Рис. 12. Схема движения воздуха при естественной вентиляции: а) теплое время года; б) холодное время года; в) схема расчетных параметров

Расчет естественной вентиляции в соответствии со СНиП 2.04.05-86 заключается в определении площадей вентиляционных проемов здания и включает следующие этапы.

1. Определение скорости движения воздуха (м/с) в нижнем проеме V:

,

где: h – расстояние между центрами нижнего и верхнего проемов, м;

р_н, р_в – плотность наружного и внутреннего воздуха, кг/м³.

2. Определение площади (м²) нижних вентиляционных проемов:

F = L/(m₁ V₁),

где: m₁ – коэффициент расхода воздуха через нижние проемы (m₁ = 0, 15 – 0, 65).

3. Определение потери давления (Па) в нижних проемах .

4. Определение избыточного давления (Па) в верхних проемах:

Н₂ = Н_r – Н₁,

где: Н_r – гравитационное давление воздуха, Па,

Н_r = h(r_н – r_в)g.

5. Определение площади (м²) верхних вентиляционных проемов:

,

где: m₂ – коэффициент расхода воздуха через верхние проемы.

Для увеличения воздухообмена на крыше производственного здания устанавливают вытяжные шахты с дефлекторами, которые увеличивают воздухообмен за счет эффекта эжекции (рис. 13).

Рис.13. Схема дефлектора:

1 – патрубок; 2 – диффузор; 3 – зонт; 4 – кольцо.

Местная вентиляция используется для удаления выделяющихся вредных веществ от источников. Она может быть вытяжной и приточной. Разновидностями вытяжной вентиляции являются: защитные кожухи, вы­тяжные шкафы, кабины, аспирационные устройства (рис.14).

Рис. 14 Схема местной вытяжной вентиляции: а) вытяжной шкаф; б) всасывающая панель; в) кожух; г) зонт: b - угол раскрытия зонта; д) двусторонний бортовой отсос

К приточной местной вентиляции относятся воздушные души, воз­душные оазисы, завесы (рис. 15).

Рис. 15. Схемы местной приточной вентиляции: а) стационарный воздушный душ; б) подвижный воздушный душ; в) воздушно-тепловая завеса с боковой подачей воздуха; г) воздушно-тепловая завеса с нижней подачей воздуха.

Отопление предназначается для поддержания нормальных метеоро­логических условий в производственных помещениях. Система отопления необходима в помещении, где тепловые потери Q_п превышают выделение теплоты от технологического оборудования Q, то есть Q_п > Q. Для обогре­ва помещений используют паровые, воздушные, водяные, электрические системы отопления.

В основе расчета системы отопления лежит уравнение теплового ба­ланса

Q = Q_п = (Q_огр + Q_в + Q_м),

где: Q – суммарное поступление тепла в помещение;

Q _п – суммарные потери теплоты в помещении, Дж;

Q _огр – потери теплоты в строительных элементах здания, Дж;

Q _в – потери теплоты на нагрев воздуха, Дж;

Q _м – потери теплоты на нагрев материалов, машин, завозимых в помещение, Дж.

Потери теплоты в элементах здания

Q _огр = R F (t_в – t_н),

где: R – сопротивление теплопередаче конструкции, (м ^ОС)/Вт;

F – площадь поверхности ограждений, м²;

t_в, t_н – температура наружного и внутреннего воздуха, °С.

Потери теплоты на нагрев в помещении обычно принимаются Q_в = (0, 2 – 0, 3)Q_огр, на нагрев материалов и машин Q_м = (0, 05–0, 1)Q_огр.

Необходимая тепловая мощность (кВт) источника в системе отопле­ния

.

Кондиционирование воздуха – это его автоматическая обработка с целью обеспечения необходимых метеорологических условий в помещении, включая температуру, влажность и другие параметры воздушной среды.