Понятие вентиляции, ее назначение и основные задачи

Воздух, находящийся внутри помещений, может изменять свой состав, температуру и влажность под действием самых разнообразных факторов: изменений параметров наружного (атмосферного) воздуха, выделения тепла, влаги, пыли и вредных газов от людей и технологического оборудования. В результате воздействия этих факторов воздух помещений может принимать состояния, неблагоприятные для самочувствия людей или препятствующие нормальному протеканию технологического процесса. Чтобы избежать чрезмерного ухудшения качества внутреннего воздуха, требуется осуществлять воздухообмен, то есть производить смену воздуха в помещении. При этом из помещения удаляется загрязненный внутренний воздух и взамен подается более чистый, как правило, наружный, воздух.

Таким образом, основной задачей вентиляции является обеспечение воздухообмена в помещении для поддержания расчетных параметров внутреннего воздуха.

Вентиляцией называется совокупность мероприятий и устройств, обеспечивающих расчетный воздухообмен в помещениях.

Вентиляция (ВЕ) помещений обычно обеспечивается при помощи одной или нескольких специальных инженерных систем – систем вентиляции (СВЕ), которые состоят из различных технических устройств. Эти устройства предназначены для выполнения отдельных задач: нагревание воздуха (воздухонагреватели), очистка (фильтры), транспортирование воздуха (воздуховоды), побуждение движения (вентиляторы), распределение воздуха в помещении (воздухораспределители), открывание и закрывание каналов для движения воздуха (клапана и заслонки), снижение уровня шума (шумоглушители), снижение вибрации (виброизоляторы и гибкие вставки), и многое другое. Кроме применения технических устройств для нормального функционирования вентиляции требуется реализация некоторых технических и организационных мероприятий. Так, для снижения уровня шума требуется соблюдение нормируемых скоростей воздуха в воздуховодах, для снижения утечек воздуха из воздуховодов качественное их изготовление и монтаж, а также использование герметизирующих материалов. Требуется обеспечить правильное управление работой СВЕ, что достигается использованием средств автоматики в совокупностьи с ручным управление и настройкой.

Особо следует отметить, что ВЕ должна обеспечивать не просто воздухообмен (ВО), а расчетный воздухообмен(РВО). Таким образом, устройство ВЕ требует обязательного предварительного проектирования, в процессе которого определяется РВО, конструкция системы и режимы работы всех ее устройств. Поэтому ВЕ не следует путать с проветриванием, которое представляет неорганизованный воздухообмен. Когда житель открывает форточку в жилой комнате, это еще не вентиляция, так как неизвестно, сколько воздуха требуется, и сколько его в действительности поступает в помещение. Если же выполнены специальные расчеты, и определено, сколько воздуха надо подать в данное помещение и на какой угол надо открыть форточку, чтобы именно такое количество его и поступало в помещение, то можно говорить об устройстве вентиляции с естественным побуждением движения воздуха.

СВЕ относятся к системам обеспечения микроклимата помещений. Общая иерархия СОМК выглядит следующим образом:

1) Ограждающие конструкции зданий (НОК);

2) Системы отопления (СО);

3) Системы вентиляции (СВЕ);

4) Системы кондиционирования воздуха (СКВ).

Таким образом, в общей иерархии СОМК СВЕ занимают место между СО и СКВ.

НОК являются основой для создания микроклимата (МК). Именно за счет их и формируется определенный ограниченный объем, называемый зданием (помещением). Без НОК нет помещения и, следовательно, бессмысленно говорить о понятии МК.

НОК способны защитить от или ослабить воздействие следующих факторов:

- атмосферные осадки;

- воздействие ветра;

- воздействие прямых солнечных лучей;

- резкие изменения температуры.

Лишь в отдельных случаях, при наличии тепловых поступлений в помещение, НОК способны обеспечить в холодное время требуемый температурный режим в помещении. В подавляющем большинстве случаев использования только НОК недостаточно для поддержания требуемой температуры в помещении, поэтому для этого требуется использование дополнительных систем — ОТ, СВЕ, СКВ или их сочетания.

СО является инженерной системой, предназначенной для поддержания в помещениях только требуемой температуры. Поддержание на должном уровне других параметров МК эта система обеспечить не может. Поддержание заданной температуры обеспечивается системой СО за счет дополнительного притока тепла в помещение от нагревательных приборов или за счет подачи нагретого воздуха, как правило, в режиме рециркуляции (РЦ).

СВЕ является более развитой инженерной системой. Она способна обеспечивать поддержание на требуемом уровне более широкого набора параметров воздуха:

- температура (не во всех случаях);

- подвижность (скорость);

- относительная влажность (не во всех случаях);

- запыленность;

- концентрация вредных веществ.

СВЕ, как правило, не имеет устройства для охлаждения воздуха и осушения. Поэтому в теплое время года она не всегда способна обеспечить поддержание температуры и влажности в помещении на оптимальном уровне. Учитывая это, СВЕ обычно рассчитывается на поддержание не оптимальных, а допустимых параметров внутреннего воздуха. Тем не менее, при определенных состояниях наружного воздуха, СВЕ не способна обеспечить даже допустимые параметры. Например, летом при высокой влажности наружного воздуха (около 100%) невозможно обеспечить в помещении с избытками влаги относительную влажность внутреннего воздуха в пределах 75%.

СКВ является наиболее сложной, совершенной и мощной системой, которая в комплексе с НОК способна обеспечить в помещении поддержание всех заданных параметров воздуха на требуемом уровне с заданной степенью обеспеченности (надежности).

Четкой границы между СВЕ и СКВ нет. В традиционном понимании СКВ отличается от СВЕ только наличием источника искусственного холода (холодильная машина ХМ) и воздухоохладителя той или иной конструкции. В некоторых случаях (в жарком и сухом климате) возможен промежуточный вариант испарительного (адиабатического) охлаждения воздуха без использования ХМ. В этом случае говорят о неполном кондиционировании или вентиляции с испарительным охлаждением.

Кроме того, системы СВЕ и СКВ часто выполняют роль систем воздушного отопления, подавая в помещение перегретый воздух. В этом случае говорят о воздушном отоплении, совмещенном с вентиляцией.

При выполнение основной задачи ВЕ – создание воздухообмена в помещениях здания – СВЕ связаны определенным образом с самим помещением и с наружным воздухом. Воздух при работе СВЕ перемещается из атмосферы снаружи здания внутрь его через отверстия и проемы в НОК, каналы и воздуховоды СВЕ, и поступает внутрь помещений через воздухораспределительные устройства (ВР), а затем аналогичным образом удаляется из помещения в атмосферу. Весь этот процесс объединяется понятием воздушный режим здания (ВРЗ). Вопросы, связанные с ВРЗ делят на три задачи (группы): внутреннюю, краевую и внешнюю.

Вопросы внутренней задачи касаются моментов, связанных с расчетом параметров воздуха и его движения в самом помещении:

- расчет выделения вредных веществ, тепла и влаги в помещении;

- расчет работы местных отсосов от технологического оборудования и местной приточной вентиляции (душирование);

- расчет требуемого воздухообмена, то есть количества подаваемого воздуха;

- расчет параметров воздуха в помещении, равномерности их распределения по площади или объему помещения;

- расчет параметров приточных и вытяжных струй, создаваемых вентиляционными отверстиями, решетками и воздухораспределителями.

Вопросы краевой задачи касаются моментов, связанных с расчетом движения воздуха из атмосферы в помещение через различные устройства:

- расчет инфильтрации воздуха в помещения и эксфильтрации его из помещений через неплотности в НОК (неорганизованный воздухообмен);

- расчет площади приточных и вытяжных проемов при аэрации;

- расчет размеров вентиляционных каналов и потерь давления при движении воздуха пол ним;

- выбор способа обработки воздуха и расчет требуемого вентиляционного оборудования;

- расчет воздушной завесы для защиты проемов от чрезмерного проникновения наружного воздуха.

Вопросы внешней задачи касаются моментов, связанных с расчетом движения воздуха в атмосфере и около НОК:

расчет ветровых давлений, создаваемых на наружной поверхности НОК;

выбор мест расположения воздухозаборных, приточных и вытяжных проемов;

расчет максимально-допустимого количества выбросов, не приводящего к загрязнению площадки;

расчет концентраций вредных веществ в приземном слое, проветривания территории площадки, выбор оптимального расположения здания.

Требования, предъявляемые к вентиляции

При проектировании СВЕ приходится стремиться, чтобы они как можно лучше удовлетворяли самым различным требованиям: санитарно-гигиеническим, экономическим, энергетическим, пожарной безопасности и другим. К сожалению, как и для любого технического решения, создание идеальной системы, абсолютно полно удовлетворяющей всем требованиям одновременно, в принципе невозможно. Например, установка дополнительного оборудования повышает возможности системы, однако растет ее стоимость, увеличиваются затраты энергии при эксплуатации, усложняется ремонт. Установка современных систем автоматики облегчает эксплуатацию систем. однако ремонт становится доступным только высококвалифицированному персоналу. Примеры можно продолжать до бесконечности. Поэтому следует всегда помнить, что любое техническое решение, в том числе и СВЕ, есть определенный компромисс между выполнением противоречивых требований, предъявляемых к нему.

Разберем подробнее, какие же основные требования предъявляются к СВЕ. Вначале дадим их общий перечень:

1) санитарно-гигиенические;

2) технологические;

3) энергетические;

4) экономические;

5) конструктивно-технологические;

6) эксплуатационные;

7) пожарной безопасности;

8) экологические;

9) архитектурно-строительные;

10) строительно-монтажные.

1.2.1. Санитарно-гигиенические требованиязаключаются в том, что вентиляция должна обеспечивать в помещениях состояние воздуха, соответствующее требованиям санитарных норм. В помещениях должны поддерживаться установленные значения температуры, влажности, концентрации вредных веществ. Особое внимание следует обратить на запыленность воздуха, так как многие СВЕ в нашей стране эксплуатируются без фильтров, состояние покрытий приточных камер, вентиляционных шахт и холодных камер не соответствуют современным требованиям. Современные конструкции установок предусматривают обязательную очистку воздуха. Специальные покрытия внутренней поверхности приточных камер допускают их влажную уборку, а иногда и полную промывку водой. Предпочтение отдается гладким металлическим и пластмассовым поверхностям. Современные фильтры позволяют производить очистку от любых пылей и микроорганизмов, производить озонирование и одорироваание воздуха.

1.2.2. Технологические требования заключаются в том, что вентиляция должна обеспечивать в помещениях состояние воздуха, соответствующее требованиям протекающего технологического процесса. Многие технологические процессы, особенно связанные с обработкой гигроскопических материалаов, весьма чувствительны к температуре и влажности внутреннего воздуха. типичным примером являются предприятия легкой (текстильные. прядильные и трикотажные фабрики, полиграфические предприятия и др.) и пищевой промышленности. В этом случае внутренние параметры назначаются, исходя из требований именно технологического процесса а не комфортного ощущения людей. Во многих случаях для обеспечения требуемых параметров приходится использовать СКВ, а не СВЕ.

1.2.3. Энергетические требования заключаются в том, что СВЕ должны выполнять возложенные на них функции при минимальном потреблении тепловой и электрической энергии. Выполнение данного требования обеспечивается внедрением современных методов конструирования оборудования и современных технологий его изготовления, правильным выбором размеров оборудования и вентиляционных каналов, использованием более эффективного и экономичного оборудования, использованием вторичных энергетических ресурсов (в первую очередь использованием теплоты удаляемого вентиляционного воздуха), применением современных цифровых систем автоматического регулирования (САР). Использование современных САР позволяет оптимизировать работу оборудования в самых различных режимах и эффективно управлять даже очень сложными системами, добиваясь минимума потребления энергии. Тщательное конструирование поверхностей, обтекаемых воздушным потоком позволяет также существенно снизить аэродинамическое сопротивление отдельных элементов систем, улучшить энергетические характеристики вентиляторов и насосов. Применение современных электродвигателей с внешним ротором, использование инверторных преобразователей для регулирования скорости вращения колес вентиляторов и насосов, разработка новых конструкций подшипников, улучшение тепловой изоляции оборудования – все это меры, направленные на снижение энергопотребления СВЕ.

1.2.4. Экономические требованиязаключаются в том, что стоимость самой СВЕ и стоимость ее эксплуатации должны быть как можно ниже. Иными словами, вентиляция должна быть доступна по цене, иначе просто от нее откажутся. К сожалению, это требование является наиболее сложно выполнимым. особенно в наши дни. Стоимость качественного оборудования достаточно высока, стоимость тепловой и электрической энергии непрерывно растет – все это приводит к тому, что современные системы вентиляции недоступны малообеспеченному потребителю. И, несмотря на заведомо более низкое качество оборудования, заказчик часто приобретает именно его, ориентируясь на более низкую цену. В некоторых случаях СВЕ сооружаются чисто номинально, для отвода глаз, с целью приема их службами санитарного надзора, чтобы получить разрешение на пуск предприятия. О дальнейшей их эксплуатации заказчик даже не думает. При таком подходе заказчик покупает, разумеется, самое дешевое оборудование, часто негодное к эксплуатации. Результатом становится абсолютно неприемлемое состояние воздушной среды на некоторых предприятиях.

Следует отметить, что стоимость СВЕ и затраты на нее – это разные вещи. Приведенные годовые затраты складываются из капитальной стоимости, деленной на срок эксплуатации системы, и эксплуатационных затрат (годовая стоимость тепловой и электрической энергии, ремонта оборудования, зарплата обслуживающего персонала).

П = К / Т + Э

При таком способе оценки изначально более дорогая система, но имеющая больший срок эксплуатации, меньшее энергопотребление и не нуждающаяся в ремонтах, будет иметь меньшие приведенные годовые затраты.

1.2.5. Конструктивно-технологические требования заключаются в том, что конструкция СВЕ должна обеспечивать современные эффективные способы их производства. Элементы СВЕ должны изготавливаться на современном, уже достигнутом уровне технологии производства, с надлежащей степенью точности и соответствующим качеством. На передовых предприятиях производство элементов СВЕ осуществляется на автоматизированных и роботизированных линиях и отдельных станках, управляемых программно. Следует признать, что только такой уровень производства способен обеспечить высокую надежность и полную идентичность изготавливаемых элементов. Субъективный фактор максимально убран из самого процесса производства. Кроме того, такой подход в массовом производстве позволяет существенно снизить стоимость изготовления оборудования.

Совершенствование конструкции и технологии изготовления приводят к тому, что из конструкции оборудования по возможности максимально убираются дорогие и трудоемкие винтовые соединения, предпочтение отдается креплению на защелках. Тщательно отрабатываются конфигурации всех несущих панелей, каркасов и элементов корпусов. Большинство неответственных деталей изготавливается из пластмассы. Везде, где можно, используются штампованные детали. На наружные поверхности корпусов оборудования декоративные покрытия наносятся автоматическими линиями, что гарантирует их высокую прочность и стойкость.

1.2.6. Эксплуатационные требования заключаются в том, что в процессе функционирования СВЕ ее эксплуатация должна быть минимально трудоемкой. Это достигается в первую очередь увеличением ресурса работы оборудования, что исключает необходимость частого обслуживания или ремонта. Например, современные герметизированные подшипники не требуют обслуживания и смены смазки в течение всего срока службы вентиляторов. Доступ к обслуживаемым элементам оборудования должен быть максимально облегчен. Для этого в конструкции приточных установок предусматривают люки и дверцы, в некоторых случаях обслуживаемые фильтры и воздухонагреватели выдвигаются наружу на специальных салазках. Компоновка агрегатов выполняется таким образом, чтобы замена приводных ремней, смена фильтров или их чистка, проверка работы клапанов и другие операции не вызывали затруднений. Иногда предусматривают дополнительную подсветку внутри приточных установок для визуального контроля состояния оборудования. В больших установках допускается влажная уборка внутренней поверхности.

Несмотря на высокую ремонтнопригодность современного оборудования, сложность его конструкции приводит к тому, что техническое обслуживание и ремонт должны производить только специально обученные специалисты.

1.2.7. Требования пожарной безопасностизаключаются в том, что должна быть исключена возможность возникновения пожара при эксплуатация СВЕ. Это достигается применением специальных защитных отключающих устройств на воздухонагревателях и двигателях вентиляторов, насосов и компрессоров. Кроме того, если СВЕ обслуживает пожаро- или взрывоопасное помещение, используемое оборудование должно быть выполнено во взрывозащищенном исполнении. При необходимости на вентиляционных каналах устанавливаются специальные огнезадерживающие клапаны. Воздуховоды и конструкция корпусов оборудования должны обладать требуемой степенью огнестойкости, что достигается использованием негорючих материалов для воздуховодов, тепловой изоляции, герметизирующих материалов.

1.2.8. Экологические требования заключаются в том, что работа СВЕ не должна негативно сказываться на состоянии окружающей среды. Например, использование новых хладагентов в СКВ вместо хлорсодержащих фреонов 12 и 22 уменьшает выброс в атмосферу веществ. разрушающих озоновый слой. Для конструкции пластмассовых деталей выбираются синтетические материалы, не содержащие и не выделяющие вредных веществ. Производится очистка выбрасываемого в атмосферу воздуха, чтобы избежать ее загрязнения. Снижение энергопотребления уменьшает тепловое загрязнение окружающей среды.

1.2.9. Архитектурно-строительные требования заключаются в том, что отдельные элементы СВЕ, расположенные внутри помещений (воздухораспределители, решетки, воздуховоды, местные отсосы от оборудования), не должны нарушать их внутренний интерьер. Сама СВЕ должна органически вписываться в конструкцию здания. Необходимость прокладки воздуховодов и размещения вентиляционного оборудования не должны существенно усложнять конструкцию здания. Желательно, чтобы оборудование СВЕ занимало как можно меньше места и не занимало бы полезной производственной площади. С этой целью его располагают на вспомогательных площадках и специально отведенных технических помещениях.

Предполагаемое расположение оборудования и воздуховодов не должно нарушать целостности строительных конструкций здания, потерю их несущей способности. Не допускается, например, при прокладке воздуховода через перекрытие пробивать отверстие по ребру плиты, так как это ослабляет ее несущую способность. Нагрузка от оборудования на колонны и плиты перекрытий должна быть в допустимых пределах, в противном случае следует предусматривать усиление конструкций. тяжелое оборудование предпочтительнее располагать в подвале во избежание больших нагрузок на конструкции и возникновения сильных вибраций при работе оборудования. Прокладка вытяжных воздуховодов и шахт через гидроизоляционное покрытие кровли не должна нарушать его целостность.

Следует отметить, что и архитектор при проектировании конструкции здания также должен обязательно учитывать предполагаемое расположение вентиляционного оборудования и возможную трассировку воздуховодов, чтобы облегчить будущее проектирование СВЕ и СКВ. Для этого помещения под вентиляционные камеры и оборудование следует размещать в удаленных от основных помещений местах (чтобы уменьшить уровень шума), но так, чтобы не затруднялась прокладка воздуховодов в вентилируемые помещения. Целесообразно иметь несколько вентиляционных камер в разных концах большого здания, чтобы исключить прокладку длинных воздуховодов. При прокладке воздуховодов по коридорам целесообразно иметь запас по высоте, чтобы расположить воздуховоды за подшивными потолками. Эффективным средством упрощения трассировки воздуховодов в многоэтажных зданиях является устройство специального технического этажа наверху здания, на котором без труда может быть размещено как приточное, так и вытяжное оборудование. Для прокладки вертикальных каналов и воздуховодов следует предусматривать специальные шахты, или закрывать воздуховоды фальш-стенами из легких материалов.

В настоящее время для внутренней отделки помещений широко применяются гипсоволокнистые листы, которые крепятся к стенам на специальные профили из стали. При использовании такой технологии декоративное укрытие любого воздуховода не представляет труда при условии, что имеется определенный запас размеров по высоте и ширине помещений.

1.2.10. Строительно-монтажные требования заключаются в том, что конструкция СВЕ должна предусматривать технологичные способы монтажа воздуховодов и оборудования на объекте, обеспечивающие надлежащее качество сборки системы. Особое внимание следует уделять герметизации уплотнений при соединении звеньев воздуховодов и присоединении элементов оборудования. Элементы крепления к конструкциям не должны их повреждать, должны быть унифицированы, их изготовление должно быть организовано в массовом производстве. При необходимости для монтажа может использоваться специализированный инструмент. Тяжелые элементы оборудования должны иметь раму или каркас с отверстиями для строповки. Габаритное оборудование должно быть по возможности разборным для облегчения транспортировки и доставки в помещения вентиляционных камер.

Современные фирмы-производителя разрабатывают детальные инструкции по монтажу с указанием последовательности и правил выполнения отдельных операций. При необходимости оборудование снабжается встроенными уровнями для контроля горизонтальности или вертикальности установки. Болтовые соединения все больше заменяются тщательно проработанными защелочными конструкциями, обеспечивающими быструю сборку. Для присоединения воздухораспределительных устройств, местных отсосов, ответвлений к магистралям все чаще используют гибкие воздуховоды, позволяющие эффективно компенсировать неточности монтажных размеров. Вместо прокладок интенсивно используются самозастывающие герметики. Тяжелые и трудоемкие фланцевые соединения заменяются более легкими и технологичными ниппельными и бандажными. для пробивки и сверления отверстий в стенах применяются мощные и производительные перфораторы. Для уменьшения количества соединений на прямых участках воздуховодов применяют спирально-шовные воздуховоды, которые могут быть изготовлены любой длины.