Расчет механической общеобменной вентиляции для производственных помещений

1.1.1 Определение воздухообмена по кратности. Количество воздуха, подаваемого или удаляемого из помещения за 1 час, отнесенное к внутренней кубатуре помещения, называется кратностью воздухообмена. Кратность воздухообмена рассчитывается по фактическому и допустимому содержанию вредных веществ:

(1.1)

где Р_ф – фактическое содержание газов, пыли, паров в воздухе, мг/м³;

Р_ПДК - предельно допускаемая концентрация этих веществ в воздухе (ПДК), мг/м³.

Зная кратность воздухообмена К, можно рассчитать необходимый воздухообмен по формуле (м²/ч):

L=K × V, (1.2)

где k – кратность воздухообмена;

L – объем подаваемого или удаляемого воздуха (воздухообмен), м /ч;

V – внутренняя кубатура (объем) помещения, м .

Значение кратностей воздухообмена приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1 – Кратность воздухообмена (К) для различных производственных помещений

Категория помещений	К	Категория помещений	К
Административные помещения	1,5	Отделение ремонта топливной аппаратуры	1,5-2
Моторно-ремонтное отделение	1,5-3	Станочное отделение Моечное отделение Отделение испытания двигателей Склад хранения муки Тесторазделочное отделение	2-3
Машинное и аппаратное отделение Аммиачные холодильные установки Столярные мастерские		Фреоновые холодильные установки Цех убоя и разделки туш Залы заседаний
Моечное отделение Медницко-заливочное отделение Пивобезалкогольное производство Консервный цех Маслоцех, творожный цех	3-4	Сварочное отделение Кузнечный цех Колбасный цех Бродильный цех	4-6
Цех готовой продукции хлебокомбината Пекарный зал	10-12	Курительные комнаты Топочное отделение

1.1.2 При нормальном микроклимате и отсутствии вредных веществ (содержанием их в пределах допустимых норм) воздухообмен L (м³/ч) можно определить по формуле:

L = n×L₁, (1.3)

где n – число работающих в помещении;

L₁ - расход воздуха на одного работающего, принимаемый в зависимости от объёма помещения, приходящегося на каждого работающего (при объёме менее 20м³ L₁ = 30м³/ч; при объёме от 20 до 40м³ L₁ = 20м³/ч; в помещениях без окон L₁ = 40м³/ч).

1.1.3 Воздухообмен для удаления избыточного тепла:

, (1.4)

где L_Q -воздухообмен, /ч;

- избыточное количество тепла, поступающего в помещение, Дж/ч;

С- средняя удельная теплоёмкость воздуха, принимается равной 1005,5 Дж/кг град (0,24 ккал/(кг град));

- температура воздуха, удаляемого из помещения, ;

- температура наружного воздуха, поступающего в помещение, ;

- плотность наружного воздуха, кг/ .

1.1.4 Воздухообмен для удаления избытка водяных паров:

(1.5)

где L_G - воздухообмен, /ч;

G_вп - масса водяных паров, выделяющихся в помещении, г/ч;

- плотность наружного воздуха, кг/ .

q_вн - содержание паров в 1 кг воздуха в помещении при относительной влаж­ности в, соответствующей температуре помещения t_в, г;

q_н - содержание паров в 1 кг воздуха, подаваемого в помещение при его отно­сительной влажности н и температуре t_н, г.

1.1.5 Воздухообмен для удаления вредных газов, паров и пыли:

(1.6)

где L _г- воздухообмен, м³/ч;

Р- скорость поступления газов, пыли и паров в помещении, мг/ч;

Р_ПДК - предельно допустимая концентрация газов, пыли и паров (таблица 1.2, 1.3), мг/м³;

Р_н– содержание вредных веществ в наружном (приточном) воздухе, мг/м³ (можно принять Р_н £ 0,3Р_ПДК);

Таблица 1.2 - ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны

Наименование вещества	ПДК мг/м3	Класс опасности	Наименование вещества	ПДК мг/м3	Класс опасности
Алюминий и его сплавы (в пересчете на алюминий)			Аммиак
Бензин топливный (в пересчете на углерод)			Бензин-растворитель, лигроин, ми­ неральные масла (в пересчете на углерод)
Бензол			Окислы азота
Окись углерода			Керосин (в пересчете на углерод)
Кислота серная			Кислота соляная
Кислота борная			Сероводород
Хлор			Хлористый водород

Таблица 1.3 - Допустимая концентрация пыли в производственных помещениях

Род пыли	ПДК, мг/м3	Класс опасности
Пыль цемента, глин, минералов, не содержащих двуокиси кремния
Асбестовая пыль
Пыль стекломинерального волокна
Пыль искусственных абразивов (коруднд, карборунд)
Пыль угольная, не содержащая двуокиси кремния
Пыль растительного происхождения с примесью двуокиси кремния: - более 10% (хлопковая, льняная); - от 2 до 10% (зерновая); - менее 2% (мучная, древесная)
Пыль табачная
Пыль чая
Пыль, содержащая 70% двуокиси кремния
Пыль алюминия
Пыль меди
Пыль свинца, ртути	0,01
Пыль металлическая, сварочный аэрозоль
Пыль чугуна

1.1.5.1 Скорость выделения вредных веществ при окрасочных работах Р_окр определяют по формуле:

(1.7)

где G_лк – расход лакокрасочных материалов, г/м²;

S – площадь окрашиваемой поверхности, м²

q -доля летучих растворителей в краске, %, (60…90 г/м²– при распылении; 100…180 г/м² – при нанесении кистью).

1.1.5.2 Скорость выделения оксида углерода Р_со при работе двигателя определяют по формуле:

(1.8)

где К – количество отработанных газов при сгорании 1 кг топлива, кг/кг; (К=15…16 кг/кг);

G_т – часовой расход топлива, кг/ч;

q- содержание вредных веществ в отработанных газах, %.

1.1.5.3 Скорость выделения вредных примесей при сварке Р_св рассчитывают по формуле:

(1.9)

где К_св – содержание вредных компонентов на 1 кг электродов, г/кг (табл. 1.4);

G_э – масса израсходованных электродов, кг;

q-содержание вредных компонентов, % (q = 3% - марганец, q= 0,4% - хром, q=3,4% - фтористые соединения).

Таблица 1.4 – Содержание токсичных веществ в сварочных электродах

Токсичные вещества	Содержание токсичных веществ, г на 1 кг электрода марки
УОНИ 13/45	УОНИ 13/55	СМ - 11	К-5	ОЗС-2	К-70, К-80	ОММ-5, ЦМ-7
Марганец	8,8			17,2			67,2
Хром	1,1	1,1	1,1	1,2	1,1	1,2	1,1
Фтористые соединения	49,5		47,5				-

1.1.6 Требуемую производительность вентиляторов рассчитывают по формуле:

L_вен=L_расч × k, (1.10)

где L_расч - полученный по расчёту суммарный воздухообмен для всех вентилируемых помещений, м³/ч;

k – коэффициент запаса, k= 1,1 для стальных воздуховодов длиной до 50 м; k=1,15 для стальных воздуховодов длиной более 50 м.

1.1.7 Давление для подбора вентилятора (Р_вент) определяют по формуле:

Р_вент = Р_расч × k, (1.11)

где Р_расч – давление, подсчитанное для всей системы вентиляции, Па;

k- коэффициент запаса, k =1,1.

1.1.7.1 Расчётное давление (напор) определяется из выражения:

(1.12)

где P – напор, Па;

R – потери давления на трение в воздуховоде длиной 1 м, Па;

l - длина участка воздуховода, м (рис. 1.1);

z - потери давления в местных сопротивлениях в том же воздуховоде, Па;

, (1.13)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассматриваемом участке воздуховода (табл. 1.5);

- динамическое давление, Па (табл. 1.6).

1.1.7.2 Потери давления в расчётной ветви воздуховодов составляют сумму потерь давления в участках, составляющих рассчитываемую ветвь.

, (1.14)

I, II, III, IV, V, VI - участки сети;1, 2, 4, 5, 6,7,9, 10 - изгибы воздуховодов;3, 8 -переходы

Рисунок 1.1 — Схема вентиляционной сети

Таблица 1.5 - Значения коэффициентов местных сопротивлений воздуховодов

Наименование местного сопротивления	Коэффициент ε
Внезапное расширение	при
Внезапное сужение	при
Диффузор круглого сечения	ε=0,61
Тройники под углом 900: - проход - ответвление	ε =4,4 ε = 9,4
Соединение вентилятора с воздухом	ε = 0,44
Отводы круглые	ε = 0,21

Таблица 1.6 – Данные для расчета круглых стальных воздуховодов

Динамиче-ское давление	Скорость движения воздуха, м/с	Количество проходящего воздуха и сопротивление трения на 1м воздуховода при внутренних диаметрах, мм
2,403	2,0	183 0,353	226 0,265	286 0,265	353 0,235	443 0,206	561 0,176	712 0,147	904 0,128	1145 0,108	1413 0,098	1772 0,088	2243 0,078
3,453	2,4	220 0,490	271 0,432	343 0,373	424 0,324	532 0,284	673 0,245	865 0,206	1085 0,176	1373 0,157	1696 0,137	2127 0,118	2692 0,098
4,709	2,8	256 0,647	317 0,559	401 0,490	495 0,432	620 0,373	785 0,324	997 0,275	1266 0,235	1602 0,206	1978 0,176	2481 0,157	3141 0,137
6,141	3,2	293 0,824	362 0,716	458 0,628	465 0,549	709 0,471	897 0,412	1140 0,353	1447 0,304	1831 0,265	2261 0,226	2836 0,196	3589 0,176
7,779	3,6	330 1,020	407 0,892	515 0,775	636 0,677	798 0,589	1009 0,510	1282 0,441	1628 0,373	2060 0,324	2543 0,284	3190 0,245	4038 0,216
9,604	4,0	366 1,236	452 1,079	572 0,932	706 0,814	886 0,706	1122 0,608	1426 0,530	1809 0,451	2289 0,391	2826 0,343	3534 0,296	4481 0,255
11,576	4,4	403 1,472	497 1,285	629 1,108	777 0,971	975 0,853	1234 0,736	1567 0,628	1990 0,540	2518 0,471	3109 0,412	3899 0,353	4935 0,304
13,83	4,8	440 1,426	543 1,510	687 1,305	848 1,148	1063 0,991	1346 0,853	1710 0,736	2170 0,638	2747 0,549	3391 0,481	4254 0,422	5384 0,363
15,01	5,0	458 1,854	565 1,619	715 1,402	883 1,236	1108 1,069	1402 0,922	1781 0,795	2261 0,589	2861 0,589	3532 0,520	4431 0,451	5608 0,392
17,462	5,4	494 2,138	610 1,874	773 1,619	954 1,422	1196 1,236	1514 1,060	1923 0,912	2442 0,785	3090 0,677	3815 0,598	4786 0,520	6057 0,451
20,21	5,8	531 2,443	656 2,129	830 1,844	1024 1,619	1285 1,4031	1626 1,216	2066 1,050	2623 0,902	3319 0,775	4098 0,677	5140 0,589	6506 0,510
21,582	6,0	549 2,600	678 2,266	858 1,962	1060 1,726	1329 1,491	1682 1,296	2137 1,108	2713 0,961	3434 0,824	4239	5317 0,628	6730 0,540
24,623	6,4	586 2,923	724 2,560	916 2,217	1130 1,942	1418 1,687	1795 1,452	2279 1,256	2894 1,079	3662 0,932	4522 0,814	5672 0,706	7178 0,608
27,762	6,8	623 3,276	769 2,864	973 2,472	1201 2,168	1501 1,884	1907 1,628	2422 1,403	3075 1,207	3892 1,040	4804 0,912	6026 0,795	7627 0,687
29,42	7,0	641 3,453	791 3,021	1000 2,609	1236 2,286	1551 1,991	1963 1,717	2493 1,481	3165 1,275	4006 1,099	4945 0,961	6204 0,834	7851 0,726
33,746	7,5	687 3,924	848 3,434	1075 2,972	1325 2,600	1662 2,256	2103 1,952	2571 1,678	3391 1,452	4292 1,246	5299 1,099	6647 0,952	8412 0,824
38,357	8,0	733 4,424	904 3,856	1145 3,345	1413 2,933	1772 2,551	2243 2,217	2849 1,893	3617 1,628	4578 1,402	5652 1,236	7090 1,069	8973 0,922
43,36	8,5	778 4,954	961 4,326	1216 3,747	1501 3,286	1885 2,855	2383 2,462	3027 2,119	3843 1,824	4864 1,579	6005 1,383	7533 1,197	8534 1,030
48,56	9,0	824 5,513	1017 4,817	1288 4,169	1590 3,659	1994 3,169	2524 2,737	3205 2,364	4069 2,031	5150 1,756	6359 1,540	7976 1,334	10095 1,148
54,151	9,5	870 6,102	1074 5,327	1359 4,611	1678 4,042	2105 3,512	2664 3,031	3383 2,609	4296 2,246	5437 1,942	6712 1,697	8419 1,472	10656 1,275
60,04	10,0	916 6,71	1130 5,866	1431 5,072	1766 4,454	2216 3,865	2804 3,335	3561 2,874	4522 2,472	5723 2,139	7065 1,874	8862 1,619	11216 1,403

Примечание: В числителе дано количество проходящего по воздуховоду воздуха, м³/час; в знаменателе сопротивления трения, Па.

1.1.8 Подбор вентиляционною агрегата осуществляют по потребляемой производительности и потребному давлению, пользуясь характеристиками (рис. 1.2), представляющими собой графическую зависимость давления, к.п.д. и числа оборотов от производительности вентилятора.

В состав вентиляционного агрегата входят вентилятор и электродвигатель, приводящий в движение рабочее колесо вентилятора.

Рисунок 1.2 Номограмма для выбора вентилятора

1.1.9 Пересчет производительности, давления и мощности вентилятора производится, если при подборе вентилятора полученные величины L_вент и P_вент не попадают на характеристику одного из вентиляторов, имеющихся на графике, (номограмме) то принимают ближайший подходящий вентилятор, и, изменяя число оборотов вентилятора, получают требуемую по расчёту производительность и давление:

, (1.15)

(1.16)

(1.17)

где n₁ – число оборотов по характеристике;

n₂ – число оборотов изменённое;

L₁, Р₁, N₁ – соответственно производительность, давление и мощность по характеристике;

L₂, Р₂, , N₂ - производительность, давление и мощность расчётные.

1.1.10 Необходимую мощность электродвигателя определяют по формуле:

(1.18)

где N_в –мощность, потребляемая вентилятором, кВт;

h – к.п.д. вентилятора (по характеристике);

h – к.п.д. привода, принимаемый:

- для электровентиляторов – h_п =1,0;

- для муфтового соединения – h_п =0,98

- для клиноремённой передачи – h_п = 0,95.

1.1.11 Установочную мощность электродвигателя определяют по формуле:

(1.19)

где m – коэффициент запаса мощности электродвигателей (табл. 1.7).

Таблица 1.7 – Коэффициент запаса мощности электродвигателей центробежных вентиляторов

Мощность на валу электродвигателя, кВт	До 0,5	От 0,5 до 1,0	От 1,0 до 2,0	Выше 2
Коэффициент запаса мощности, m	1,5	1,3	1,2	1,1

Электродвигатель подбирается по установочной мощности и числу оборотов вентилятора по таблице 1.8.

Таблица 1.8– Электродвигатели односкоростные

Мощность, кВт	Число об/мин	Тип электродвигателя	Мощность, кВт	Число об/мин	Тип электродвига­теля
0,6		АиАЛ31-4	4,5		АиАЛ 51-4
0,6		АОиАОЛ31-4	4,5		АОиАОЛ 51-4
0,6		АОиАОЛ31,2	4,5		АиАЛ 42-2
1,0		АиАЛ41-6	4.5		АОиАОЛ 51-2
1.0		АОиАОЛ41-6	7,0		А 62-8
1,0		АиАЛ 32-4	7,0		АО 63-8
1,0		АОиАОЛ 32-4	7,0		А 61-6
1,0		АиАЛ 31-2	7,0		АО 62-6
1,0		АОиАОЛ 32-2	7,0		АиАЛ 52-4
1,7		АиАЛ 42-8	7.0		АиАОЛ 52-4
1,7		АОиАОЛ 42-8	7,0		АиЛЛ51-2
1,7		АиАЛ 41-4	7,0		АиАОЛ 52-2
1,7		АОиАОЛ 41-4	10,0		А 71-8
1,7		АиАЛ 32-2	10,0		АО 72-8
1,7		АОиАОЛ 41-2	10,0		А 62-6
2,8		ЛиАЛ 51-6	10,0		АО 63-6
2,8		АОиАОЛ 51-6	10,0		А 61-4
2,8		АиАЛ 42-4	10,0		АО 52-4
2,8		АОиАОЛ 42-4	10,0		АиАЛ 52-2
2,8		АиАЛ 41-2	10.0		АО 62-2
2,8		АОиАОЛ 42-2	14.0		А 72-8
4,5		А61-8	14,0		АО 73-8
4.5		АО 62-8	14,0		А 71-6
4,5		АиАЛ 52-6	14,0		АО 72-6
4,5		АОиАОЛ 52-6	14,0		А 62-4

Примечание:

1 Электродвигатели типа АО и АОЛ можно устанавливать вне зданий на открытом воздухе.

2 Электродвигатели типа А и АЛ можно устанавливать вне зданий под крышей.

1.2 Расчёт местной вентиляции. Местная приточная вентиляция служит для создания оптимального микроклимата в ограниченной зоне рабочего пространства. К ней относят воздушные души и оазисы, воздушные, воздушно-тепловые завесы, аспирационные кожухи, вытяжные зонты, шкафы (рис. 1.3).

Рисунок 1.3 Местные системы вентиляции

1.2.1 Производительность воздушного душа, оазиса, зонта, шкафа определяется по формуле:

L_душ =3600 ×b ×h × v_ср , (1.20)

где h, b – высота и ширина патрубка, подающего воздух, м;

v_ср – средняя скорость потока воздуха, м/с, v_ср = 1 – 3,5 м/с, в зависимости от интенсивности теплового излучения).

1.2.2 Количество воздуха (м³/ч), удаляемого аспирационным кожухом, определяется по формуле:

L_а = А × Д, (1.21)

где А – размерный коэффициент, зависящий от диаметра круга, м³/(ч × мм).

Для заточных и шлифовальных станков с диаметром круга до 250 мм – А = 2 м³/(ч × мм);

- от 250 до 600 мм – А = 1,8 м³/(ч × мм);

- свыше 600 мм – А = 1,6 м³/(ч × мм).

Для полировальных станков с войлочными и матерчатыми кругами А = 4…6 м³/(ч × мм).

1.2.3 Количество воздуха, удаляемого местным отсосом от сварочного стола, (м³/ч), можно определить по формуле:

(1.22)

где k- коэффициент для щелевого отсоса, k =12;

I - сила сварочного тока, А.

1.2.4 Количество воздуха, удаляемого бортовыми отсосами с зеркала ванн, определяется по формуле:

(1.23)

где В – ширина ванны, м;

b – ширина щели, м;

v_щ - скорость воздуха в щели бортового отсоса, м/с;

k₁ – коэффициент, учитывающий сопротивление движения воздуха от зеркала ванны к щели. При отсутствии штанг для подвеса деталей k₁ = 1; при наличии штанг k₁ = 1,7;

k₂ - коэффициент, учитывающий подвижность воздуха в помещении (рис. 1.4);

n – количество щелей, в однобортовых n= 1, в двубортовых n= 2.

а - двухбортовой отсос; б - однобортовой отсос

Рисунок 1.3 - Графики для расчета бортовых отсосов

Ширина щелей b принимается из конструктивных соображений, но она не может быть менее 0,1 ширины ванны В и менее 50 мм.

1.2.5 Производительность вентиляции находят по формуле (м³/ч):

L=3600 × F × v, (1.24)

где F – площадь сечения воздуховода, м²;

v – скорость движения воздуха в воздуховоде (м/с), измеряемая приборами контроля.

Качество вентиляции определяют сравнением установленной для данного производства нормы воздухообмена с фактической производительностью вентилятора.

1.2.6 Воздушные и воздушно-тепловые завесы устраивают для зашиты от проникнове­ния холодного воздуха в помещение. Подаваемый воздух к проемам, воротам подается через специальный воздуховод со щелью. Скорость воздуха 10-15 м/с. Поток направлен под углом к холодному воздуху. Количество холодного наружного воздуха, которое врывается в цех при без­действии воздушной завесы, можно рассчитать по формуле:

(1.25)

где H, В - высота и ширина ворот, проема, м;

v_B - скорость ветра, м/с.

1.2.7 Количество холодною воздуха, проникающего в цех при наличии воздуш­ной завесы, рассчитывают по формуле:

(1.26)

где h- высота воздушной завесы, м.

1.2.8 Количество воздуха, необходимое для ветровой завесы, определяют по формуле:

(1.27)

где φ - функция, зависящая от угла наклона струи завесы a и коэффициента тур­булентной структуры струи а,

(1.28)

где b- ширина щели, м;

a - угол наклона струи, a= 30...45°;

th - гиперболический тангенс;

а - коэффициент турбулентной структуры струи, а - 0,07...0,24.

1.2.9 Скорость воздуха при выходе из щели определяют по формуле:

(1.29)

где В - ширина ворот, м;

b - ширина щели, м.

1.2.10 Среднюю температуру воздуха, попадающего в помещение, рассчитывают по формуле:

(1.30)

где t_вн,t_н - температура внутреннего и наружного воздуха, °С.

1.2.11 Количество воздуха, удаляемое вытяжным зонтом, находят по формуле:

L_з = 3600× а×b×v (1.31)

где а и b - размеры широкой приемной части зонта в плане, м;

v - скорость отсасываемою воздуха в приемной части зонта, м/с (табл. 1.9).

Таблица 1.9 - Скорость воздуха вытяжного зонта

Число открытых сторон зонта	Скорость v, м/с
четыре три две одна	1,05...1,25 0,90... 1,06 0,75...0,90 0,50...0,75

1.2.12 Объем воздуха, удаляемого вытяжными шкафами (без тепловыделений), определяется по формуле:

(1.32)

где v_ш - скорость воздуха в открытом проеме шкафа, м/с;

F_n - площадь открытого проема, м².

Скорость воздуха v_ш рекомендуется принимать в зависимости от ПДК вредных выделений:

для ПДК меньше 10 мг/м³ v_ш = 1,1...1,5 м/с;

для ПДК от 10 до 50 мг/м³ v_ш = 0,7... 1,0 м/с;

для ПДК более 50 мг/м³ v_ш = 0,4...0,6 мс.

1.2.13 Объем воздуха, удаляемого вытяжными шкафами (с тепловыделениями) определяется по формуле:

(1.33)

где Н - высота рабочего проема, м;

Q - количество выделяющегося тепла, кДж/ч.