Расчет естественной и механической вентиляции

а) Естественная вентиляция

По характеру действия естественная вентиляция может быть организованной и неорганизованной. Неорганизованную естественную вентиляцию осуществляют через открытые окна, двери, форточки, неплотности в конструкции помещения. Организованная вентиляция имеет устройства регулирования направления воздушных потоков и воздухообмена.

Организационная вентиляция подразделяется на канальную (воздух проходит по специальным каналам) и аэрацию (воздух поступает через верхние окна фонарей высотных помещений).

Естественное движение воздуха в помещении происходит вследствие разностей его плотностей, а также за счет разности давления наружного воздуха с наветренной и заветренной сторон здания (рисунок 4.6).

Рисунок 4.6 – Схема аэрации производственных помещений в теплый период года

Расчет естественной вентиляции проводится в такой последовательности:

1. Определяют воздухообмен L по приведенным формулам.

2. Определяют плотность наружного g_н и внутреннего g_в (кг/м³) воздуха:

(4.10)

3. Определяют напор, обеспечивающий движение воздуха:

(4.11)

где h – высота между серединами приточных и вытяжных проемов, м.

4. Рассчитывают скорость воздушного потока v_в, м/с:

(4.12)

где j – коэффициент, учитывающий сопротивление воздуха в канале; для деревянных каналов j = 0,5.

5. Определяют суммарную площадь каналов:

(4.13)

6. Определяют число вытяжных устройств:

(4.14)

где f – площадь сечения вытяжного канала или проема, м².

Для повышения эффективности естественной вентиляции применяют специальные устройства – дефлекторы, которые устанавливают в верхних частях каналов (рисунок 4.7). Поток ветра, обтекая дефлектор, создает в канале некоторое разряжение, за счет этого скорость движения воздуха по каналу увеличивается.

Рисунок 4.7 – Дефлектор ЦАГИ

Расчет дефлектора конструкции ЦАГИ сводится к определению диаметра d патрубка:

(4.15)

где L_д – производительность дефлектора, м³/ч.

Скорость воздуха в канале v_к зависит от скорости ветра v_в. В приближенных расчетах принимают v_к = (0,2…0,4)v_в.

Производительность одного дефлектора

(4.16)

где n_д – число дефлекторов.

б) Механическая вентиляция

В системах механической вентиляции движение воздуха осуществляется специальными устройствами – вентиляторами или эжекторами. Механическая вентиляция применяется там, где естественная вентиляция не обеспечивает требуемую чистоту воздуха. Она позволяет также подавать чистый воздух в любую зону помещения или удалять загрязненный воздух. В системе механической вентиляции в необходимых случаях предусматриваются устройства для очистки приточного или вытяжного воздуха, его подогрева или увлажнения.

Расчет системы искусственной вентиляции проводится следующим образом:

1. На плане помещения в масштабе вычерчивают схему вентиляционной сети, разбивают ее на участки и подбирают диаметры воздуховодов.

2. Определяют необходимый воздухообмен L по вышеуказанным формулам.

3. Рассчитывают производительность вентилятора:

(4.17)

где К_з – коэффициент запаса (1,3…2,0).

4. Рассчитывают потери напора на прямых участках воздуховодов:

(4.18)

где a – коэффициент, учитывающий сопротивление воздуховодов (для железных труб a = 0,02); _I, d_i – длина и диаметр участка, м; v_в – средняя скорость воздуха на рассматриваемом участке воздушной сети; для прилегающих к вентилятору участков принимается 8…12 м/с; для удаленных – 1…4 м/с; g_в – плотность воздуха, кг/м³; n – количество прямых участков сети.

5. Рассчитывают местные потери напора:

(4.19)

где j_м – коэффициент местных потерь напора; для колена с углом 90° j_м = 1,1; для суживающихся воздуховодов j_м = 0,2-0,3; при установке жалюзей на входе j_м = 0,5, на выходе – 3,0.

6. Определяют полные потери напора:

(4.20)

7. Зная величины Q_в и Н, по аэродинамической характеристике вентиляторов находят номер вентилятора N (диаметр рабочего органа, дм), коэффициент полезного действия h_в и безразмерное число А.

8. Определяют частоту вращения вентилятора:

(4.21)

9. Рассчитывают мощность электродвигателя для вентилятора:

(4.22)

где h_п – КПД передачи; Н_в – полное давление вентилятора, Па.

На практике часто нужно повысить производительность вентилятора, при этом необходимо знать, что производительность вентилятора прямо пропорциональна частоте вращения, давление – квадрату частоты, а потребная мощность – кубу частоты вращения.

Кондиционирование воздуха

Для достижения наиболее комфортных условий на рабочем месте применяют специальные устройства – кондиционеры. Кондиционер поддерживает в заданных пределах температуру, влажность, чистоту и скорость движения воздуха. Процессом кондиционирования можно управлять, обеспечивая независимость параметров микроклимата от внешних условий.

Кондиционеры бывают центральными (на несколько помещений) и местными (на одно помещение, кабину и т.д.). По принципу действия в кабинах мобильных машин наиболее широкое распространение получили кондиционеры испарительного и компрессионного (хладонового) типа.

В испарительных кондиционерах подаваемый воздух поступает в орошаемую насадку, где охлаждается, увлажняется, очищается от мелкодисперсной пыли и затем подается в кабину.

Процесс работы хладонового кондиционера показан на рисунке 4.8. Система кондиционирования включает в себя компрессор 1, конденсатор 6, испаритель 2, ресивер 5 и соединительные шланги. Хладагент (хладон, фреон) сжимается в компрессоре, нагревается, и горячие пары под высоким давлением поступают в конденсатор. За счет его обдува вентилятором пары охлаждаются и конденсируются. Далее хладон поступает через ресивер в испаритель, где, расширяясь, испаряется и поглощает большое количество тепла. Воздух, проходящий через испаритель, отдает тепло и тем самым охлаждается, после чего поступает в кабину трактора или комбайна. Из испарителя пары хладона отсасываются компрессором, и цикл повторяется.

Рисунок 4.8 – Схема хладонового кондиционера

4.1.8. Механизация уборки помещений по ремонту и техническому
обслуживанию сельскохозяйственной техники

Ремонт и техническое обслуживание мобильных сельскохозяйственных машин является неотъемлемой частью процесса сельскохозяйственного производства. В воздухе помещений и рабочих зон, где производятся указанные работы, присутствуют различные виды пыли (почвенная, цементная, наждачная, древесная и др.), выделяются вредные газообразные вещества. При этом использование имеющихся средств (веников, метел, швабр и т.д.) для уборки не снижает содержание пыли в воздухе, а применение сеток и фильтров в очистительных установках требует их частой смены и непосредственного контакта с ними, что может вызвать заболевания аллергического характера. Поэтому для предупреждения возникновения недопустимой концентрации пыли или газов и создания соответствующих санитарно-гигиенических условий в помещениях для ремонта и техобслуживания сельскохозяйственных машин предлагается специальная установка, схема которой представлена на рисунке 4.9.

Установка работает следующим образом. Под действием вакуумного насоса пыль засасывается через щетку 2 (от обычного промышленного пылесоса) и по гофрированному шлангу 3 через воздухопровод, по направляющему желобу, поступает в циклон 5. Циклон представляет собой бункер с нижней заслонкой и датчиком для контроля уровня наиболее крупных частиц пыли. Внутри циклона находятся неподвижная цилиндрическая часть и направляющий желоб, проходя по которым смесь пыли и воздуха получает центробежное вращение.

Рисунок 4.9 – Установка для уборки пыли в ремонтных мастерских сельскохозяйственного производства: 1 – вакуумный насос; 2 – щетка; 3 – гофрированный шланг; 4 – воздухопровод; 5 – циклон; 6 – ловушка с водой; 7 – мешок

Крупные частицы под действием силы тяжести выпадают в конусную часть циклона, а более мелкие вместе с воздухом втягиваются в цилиндрическую часть и вылетают через воздухопровод, попадая в ловушку с водой 6. По достижению определенного уровня смесь пыли и воды сливается в канализацию. Очищенный воздух через канал выходит в атмосферу. Как только конусная часть бункера заполняется, срабатывает датчик контроля уровня крупных частиц пыли и вакуум-насос отключается. С помощью соленоида нижняя заслонка открывается, и пыль, находящаяся в нижней части ловушки циклона, разгружается в закрепленный мешок 7. Одновременно с датчиком контроля уровня крупных частиц срабатывает датчик контроля уровня воды в водяной ловушке. В последней с помощью соленоида заслонка открывается – и вода вместе с частицами пыли сливается в канализацию, а в ловушку наливается чистая вода.

Вместо обычной щетки от промышленного пылесоса можно использовать специальную тележку с вращающейся чистящей цилиндрической щеткой (рисунок 4.10.).

Рисунок 4.10 – Специальная тележка с вращающей чистящей цилиндрической щеткой:
1 – рама с пневматическими колесами; 2 – электродвигатель; 3 – цилиндрическая щетка;
4 – гофрированный шланг; 5 – рукоятка; 6 – пульт управления

Тележка состоит из следующих основных деталей и узлов: рамы с пневматическими колесами 1, электродвигателя 2, специальной цилиндрической щетки 3 (волосяной, капроновой, металлической), гофрированного шланга 4, рукоятки 5 с пультом управления 6.

При включенном электродвигателе вращается цилиндрическая специальная щетка (фреза). Последняя счищает с поверхности пола пыль и грязь.

Эта смесь крупных и мелких частиц под действием вакуумного насоса засасывается в гофрированный шланг и всасывающий тракт и далее поступает по воздуховодам в циклон по касательной к внутренней стенке циклона и под действием центробежной силы разделяется на фракции.

Наряду с функцией очистки полов помещений от пыли, грязи и др. описанное выше устройство может использоваться как вентиляционная установка для очистки воздуха, забора наружного чистого воздуха и обогрева помещения. Для этого в систему установки можно включить калорифер или какой-либо другой нагревательный элемент.

Для уборки участков, имеющих относительно небольшую площадь, также может быть использована модернизированная мобильная механизированная тележка, схема которой представлена на рисунке 4.11.

Производственное освещение

Освещение играет исключительно важную роль в жизни человека. Более 90 % информации об окружающем мире человек получает через органы зрения. Освещение на рабочих местах является важнейшим показателем гигиены труда, неотъемлемой частью его научной организации и культуры производства. Рациональное производственное освещение обеспечивает психологический комфорт, предупреждает развитие зрительного и общего утомления, исключает профессиональные заболевания глаз, способствует увеличению производительности и улучшению качества труда, снижает опасность травматизма.

Рисунок 4.11 – Механизированная тележка для уборки полов помещений от грязи и пыли:
1 – приемник; 2 – вентилятор; 3 – пункт управления; 4 – рукоятка тележки; 5 – съемный мешок для улавливания грязи и пыли; 6 – рама тележки; 7 – пневматическое колесо тележки;
8 – электродвигатель; 9 – цилиндрическая щетка.

Степень усталости глаза зависит от напряженности трудового процесса. Для сохранения надлежащей чувствительности органам зрения приходится приспосабливаться к изменяющейся освещенности, что возможно благодаря особым свойствам глаза – аккомодации и адаптации.

Аккомодация – способность глаза ясно видеть предметы, находящиеся от него на различных расстояниях. Это достигается посредством изменения кривизны хрусталика глаза.

Адаптация – свойство глаза приспосабливаться к восприятию света при различных его яркостях. При переходе от света к темноте возникает состояние слепоты, а от темноты к свету – ослепления, и лишь постепенно человек начинает различать окружающие предметы. Время адаптации – 2…10 мин от темного к светлому и до 45 мин от светлого к темному. Конечно, это приводит к неправильным действиям человека, создает большую опасность.

Для обеспечения рационального освещения необходимо знать основы светотехники, учитывать специфические особенности производственного процесса, правильно применять действующие нормы и уметь проводить надлежащие расчеты.

К числу основных светотехнических величин, используемых для оценки качества освещения, относятся световой поток Ф, сила света J, освещенность Е.

Мощность лучистой энергии оценивается световым потоком Ф и измеряется в люменах (лм).

Световой поток, отнесенный к телесному углу w в один стерадиан, называется силой света J:

(4.23)

За единицу силы света принята канделла (кд) – сила света, испускаемого с поверхности в 1/60000 м² полного излучателя в перпендикулярном направлении при температуре затвердевания платины 2046,6 К, при давлении 10132,5 Па (760 мм. рт. ст.).

Освещенность – плотность светового потока на освещаемой поверхности:

(4.24)

где S – площадь поверхности, на которую падает световой поток.

Единица освещенности – люкс, световой поток в 1 лм на площади 1 м².

В качестве производственного на предприятиях применяется освещение естественное, искусственное, совмещенное (в светлое время суток наряду с естественным применяется искусственное освещение).

а) Естественное освещение

В соответствии с санитарными нормами все производственные помещения должны иметь естественное освещение, т.к. оно оказывает наиболее благоприятное физиологическое воздействие на зрение. Замена естественного освещения искусственным допускается в исключительных случаях.

В зависимости от конструкции производственных помещений различают следующие системы естественного освещения: 1) боковое – через окна в наружных стенах здания: одностороннее; двухстороннее; 2) верхнее – через световые фонари; 3) комбинированное – через окна и световые фонари.

Распределение освещенности по помещению в зависимости от вида освещения характеризуется кривыми, показанными на рисунке 4.12.

Рисунок 4.12 – Виды естественного освещения

Источником дневного света являются солнце и рассеянный свет (небосвод), яркость которого зависит от многих факторов (положения солнца, облачности, времени дня и года, чистоты воздуха и т.д.). Освещенность, создаваемая дневным светом, не постоянна. Поэтому естественное освещение принято характеризовать не абсолютными единицами (люксами), а относительной величиной – коэффициентом естественной освещенности (сокращенно к.е.о., обозначается буквой е):

(4.25)

где Е – освещенность в данной точке внутри помещения, лк; Е_н – освещенность снаружи рассеянным светом небосвода, лк.

Коэффициент естественной освещенности показывает в процентах, на сколько используется освещенность всего небосвода (рисунок 4.13). При боковом освещении коэффициент естественной освещенности нормируется как минимальный (е_min), а при верхнем и комбинированном – как средний (е_ср).

Рисунок 4.13 – К расчету к.е.о.

Расчет естественной освещенности сводится к определению площади окон F_о или фонарей F_ф. Для бокового освещения:

(4.26)

для верхнего освещения:

(4.27)

где е_min, е_ср – нормированные значения к.е.о., %; S – площадь пола помещения, м²; η_о, η_ф – световая характеристика окна, фонаря (зависит от размеров помещения); к – коэффициент запаса (зависит от степени загрязненности воздушной среды); t_о, t_ф – коэффициенты светопропускания; r_о, r_ф – коэффициенты, учитывающие отраженный свет.

Согласно СНиП 23-05-95 коэффициент естественной освещенности установлен для шести разрядов зрительной работы в зависимости от размеров объекта различения для пяти климатических поясов.

Для ориентировочных расчетов можно использовать и приближенные формулы (для бокового освещения):

(4.28)

где к_с – минимальный световой коэффициент; для ремонтных мастерских к_с = 0,12…0,16; для животноводческих помещений к_с = 0,06…0,10; для гаражей, складов к_с = 0,10…0,12.

б) Искусственное освещение

По назначению искусственное освещение может быть следующих видов:

- рабочее (для обеспечения нормальной работы);

- аварийное (используется при внезапных отключениях рабочего освещения. Наименьшая освещенность должна составлять 5 % нормативной освещенности, но не менее 2 лк внутри здания);

- охранное (освещение территории предприятия в ночное время);

- дежурное (для освещения помещения вне рабочего времени).

По расположению светильников искусственное освещение подразделяется на:

- общее (для помещения в целом);

- местное (для освещения рабочего места);

- комбинированное (общее + местное).

Использование только местного освещения не допускается, так как резкий контраст между ярко освещенными и мало освещенными местами вредно действует на зрение.

Для искусственного освещения применяются дампы накаливания и газоразрядные люминесцентные лампы. Лампы накаливания несложны в изготовлении, просты и надежны в эксплуатации, однако имеют существенные недостатки: спектр света отличается от спектра солнечных лучей; низкий КПД (до 12 %); малый срок службы.

Применяемые лампы накаливания могут быть следующих типов: НВ (вакуумные), НБ (газонаполненные), КГ (галогенные, т.е. с парами йода).

Основными преимуществами газоразрядных ламп являются: более близкий к солнечному спектр, большая световая отдача, больший срок службы. Недостатки: при рассмотрении быстро вращающихся деталей из-за пульсации светового потока возникает стробоскопический эффект (вместо одного предмета видно несколько, искажаются направление и скорость движения), что может привести к опасности травмирования.

Для стабилизации светового потока применяется дополнительное сопротивление. Газоразрядные лампы чувствительны к температуре (при t = 2 °C световой поток снижается в два раза). Наиболее распространены люминесцентные лампы: ЛД – дневного света, ЛБ – белого света, ЛХБ – холодно-белого света, ЛДЦ – дневного света с улучшенной цветоотдачей.

Для рационального перераспределения светового потока и защиты глаз от чрезмерной яркости лампы применяются вместе со светильниками. Для направленного распространения светового потока применяют светильники «Универсаль», «Глубокоизлучатель», для жилых помещений – «Люцетта», «Молочный шар», для взрыво- и пожароопасных помещений – ПУ-100 (200), ВЗГ.

Искусственное освещение рассчитывают в такой последовательности:

1. Выбирают тип источника света (лампы накаливания или газоразрядные).

2. Выбирают систему освещения (общее или комбинированное).

3. Выбирают тип светильника.

4. Распределяют светильники и определяют их количество.

Необходимая равномерность освещения обеспечивается при отношении расстояния между лампами к высоте подвеса Н_р, равном 1,4…1,8 (при параллельном расположении ламп) и 1,8…2,5 (при шахматном расположении ламп).

Зная расстояние между лампами, можно определить площадь f, приходящуюся на одну лампу.

Тогда количество ламп:

(4.29)

где S – площадь пола (потолка) м².

5. Устанавливают нормируемую освещенность Е_min на рабочем месте по СНиП 23-05-95.

6. Определяют потребный световой поток Ф лампы:

(4.30)

где S – площадь пола, м²; к – коэффициент запаса, к = 1,2…2,0; z – коэффициент неравномерности, z = 1,1…1,5; h – коэффициент использования осветительной установки, h = 0,2…0,6 (зависит от типа светильника, размеров помещения, высоты подвеса лампы, коэффициента отражения).

По найденному значению Ф светового потока по таблицам выбирают ближайшую стандартную лампу и определяют ее мощность.

Для ориентировочных расчетов используют наиболее простой метод – метод удельной мощности. Мощность одной лампы:

(4.31)

где w – удельная мощность, Вт/м².

Можно принимать w = 10…12 Вт/м² – для участков ремонтной мастерской; 3…8 – для животноводческих помещений; 12…14 Вт/м² – для административных помещений.

В сельскохозяйственном производстве ряд полевых и транспортных работ может выполняться в ночное время с использованием искусственного освещения мобильных машин. Фактическая освещенность пространства перед машиной должна быть не менее 15 лк, а освещенность рабочего органа – 20 лк при номинальном напряжении источника тока.

Для измерения освещенности применяются люксметры Ю-16, Ю-17 и др. Принцип их действия основан на явлении фотоэлектрического эффекта. При освещении поверхности фотоэлемента возникает ток, который регистрируется измерительным устройством.