Для поддержания требуемых параметров чистоты воздуха и параметров микроклимата производственного помещения применяют различные виды вентиляции и отопления.
Вентиляция — это организованный воздухообмен, заключающийся в удалении из рабочего помещения загрязненного воздуха и подаче вместо него свежего наружного (или очищенного) воздуха. В зависимости от назначения вентиляция может быть приточной и вытяжной. Вытяжная вентиляция служит для удаления из помещении загрязненного воздуха и выброса его за пределы цеха или корпуса, а приточная — для подачи в помещение чистого воздуха взамен удаленного.
В зависимости от способа перемещения воздуха вентиляция может быть естественной (аэрация) или механической.
Естественная вентиляция осуществляется за счет разности температур воздуха в помещении и наружного воздуха (тепловой напор) или действия ветра (ветровой напор). Естественная вентиляция может быть организованной и неорганизованной. Наиболее распространенным видом, организованной вентиляции является аэрация.
Схема аэрации 1— уровень равных давлений наружного и внутреннего воздуха
При этом воздух подается в зоны I—II в места с наименьшим выделением вредных веществ, влаги или тепла (на высоте 1,2—1,5 м над полом) и удаляется из наиболее загрязненных зон III. В зимнее время наружный воздух подается через верхний ярус створок в стенах на высоте 5—7 м с таким расчетом, чтобы, опускаясь до рабочей зоны, он успел нагреться.
При неорганизованной естественной вентиляции воздухообмен осуществляется за счет вытеснения наружным холодным воздухом через окна, щели и двери теплого воздуха.
Естественная вентиляция экономична, проста в эксплуатации, но имеет существенные недостатки: во-первых, применима в основном там, где нет больших выделений вредных веществ; во-вторых, приточный воздух поступает в производственные помещения необработанным: не подогревается, не увлажняется и не очищается от вредных примесей.
Механическая вентиляция устраняет недостатки естественной вентиляции. При механической вентиляции воздухообмен достигается за счет напора, создаваемого центробежным или осевым вентилятором.
В зависимости от способа создания воздухообмена различают местную и общеобменную механическую вентиляцию (по месту действия). Общеобменная вентиляция применяется, когда вредные вещества, теплота, влага выделяются равномерно по всему помещению. Местная вытяжная вентиляция, улавливающая вредные вещества в местах их выделения, позволяет значительно сократить воздухообмен в помещении. На производстве часто устраивают комбинированные системы вентиляции (общеобменную с местной, общеобменную с аварийной и т.п.).
Установки приточной, вытяжной и приточно-вытяжной механической общеобменной вентиляции представлены на рисунке.
Схемы обобщенной механической вентиляции: а — приточная, б — вытяжная, в — приточно-вытяжная установки: 1 — воздухоприемник, 2 — воздухоотвод, 3 — фильтр, 4 — калорифер, 5 — вентилятор, 6 — приточное отверстие или насадка, 7 — вытяжное отверстие, 8 — очистное устройство, 9 — устройство выброса воздуха, 10 — помещение, 11 — воздухоотвод (рециркуляция), 12 — регулирующие клапаны
Расчет необходимого количества воздуха для помещений с тепловыделениями производится по избыткам явного тепла, для помещений с тепло- и влаговыделениями — по избыткам явного тепла, влаги и скрытого тепла; для помещений с газовыделениями — по количеству выделяющихся вредных веществ (из условия обеспечения предельно-допустимых концентраций).
Количество воздуха, подаваемого в помещение, следует определять отдельно для теплого, холодного и переходного периода года с учетом его плотности, соответствующей нормальным условиям.
Расчет проводится в зависимости от количества работающих; наличия в воздухе рабочей зоны вредных веществ; влаговыделения; избытка тепла. При расчете учитывается нормируемое значение объема и количества воздуха на одного работающего. Если на одного работающего приходится объем помещения менее 20 м3, то необходимое количество воздуха на каждого работающего — не менее 30 м3/ч, а при объеме помещения 20 м3 и более — не менее 20 м3/ч. Данное нормирование производится при нормальном микроклимате и наличии вредных веществ в воздухе рабочей зоны, не превышающем ПДК.
Количество воздуха (м3/ч), необходимое для нормального воздухообмена в зависимости от количества работающих:
где n — число работающих, L — нормируемый расход воздуха на одного работающего, м3/ч.
При наличии вредных веществ в воздухе рабочей зоны необходимый воздухообмен, (м3/ч):
где ψ — коэффициент неравномерности распределения вредных веществ по помещению (1,2—2,0); GBB — количество вредных веществ, поступающих в воздух рабочей зоны, кг/ч; к1 — концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе (к1 ≥ ПДК), мг/м3; к2 — концентрация вредных веществ в поступающем в помещение воздухе (кг ≤ ПДК), мг/м3.
В случае поступления в воздух помещения одновременно нескольких вредных веществ однонаправленного действия расчет воздухообмена производится суммированием объемов воздуха, необходимых для удаления каждого вредного вещества в отдельности до ПДК.
Для помещений с большим избытком влаги в воздухе необходимый воздухообмен, (м3/ч):
U = GBЛ(Ky — Кп) • 103, (3.6)
где GBЛ — избыточная влага в помещении, кг/ч; Ку — количество влаги, содержащейся в воздухе, удаляемом из помещения, г/м3; Кп — количество влаги в воздухе, поступающем в помещение, г/м3.
Необходимый воздухообмен (м3/ч) при избытках явного тепла:
Lm = 3600QИЯ /[Cp(ty — tn)] (3.7)
где Qm — избыточное тепло, кВт; С — теплоемкость воздуха, кДж/(кг-К); ty — температура удаляемого воздуха, поступающего в помещение, К; р — плотность воздуха, кг/м3.
Часовой объем нагнетаемого или отсасываемого воздуха вентиляторами из помещения, (м3/ч):
Lотс= Lпр= 360 FBv, (3.8)
где FB — сечение воздухоотвода вентилятора, м2; v — скорость движения воздуха в канале воздухоотвода, м/с.
Расчет избытков явного тепла и влаги, поступающих в помещение, необходимых для пользования приведенными формулами, производится по или же их величины по видам оборудования берутся из отраслевых табличных данных.
Параметры воздуха, поступающего в приточные отверстия вентиляционных, технологических и других устройств, принимаются по ГОСТ 12.1.005—88.
При расчете воздухообмена вентиляторы выбирают из специальных каталогов по подсчитанному расходу воздуха L и общему гидравлическому сопротивлению вентиляционной системы (полному напору) Нпол:
где ΔРпотер — полные потери в сети. Они складываются из потерь давления на трение в воздухе, а также в отводах, уголках, сужениях и расширениях воздуха, кг/м2; Рск — скоростное (динамическое) давление в нагнетательном (выходном) сечении воздуха, кг/м2; ΔРцикл — потери давления в циклоне, кг/м2; ΔРфильтр — потери давления в фильтре, кг/м2.
Необходимые формулы и рекомендации по определению величин, входящих в формулу (3.9).
Потребляемая мощность вентилятора NВЕН (кВт) определяется:
где ηвент — коэффициент полезного действия вентилятора (выбранного из каталога), составляющий 0,5…0,85.