Назначение систем вентиляции отопления и кондиционирования
Под вентиляцией понимают систему мероприятий и устройств, предназначенных для обеспечения на постоянных рабочих местах, в рабочей и обслуживаемой зонах помещений метеорологических условий и чистоты воздушной среды, соответствующих гигиеническим и техническим требованиям. Основная задача вентиляции — удалить с помещения загрязненный или нагретый воздух и подать свежий.
Вентиляция классифицируется по таким признакам:
- по способу перемещения воздуха: естественная, искусственная
(механическая) и совмещенная (естественная и искусственная одновременно);
- по направлению потока воздуха: приточная, вытяжная, приточновытяжная;
- по месту действия: общеобменная, местная, комбинированная.
Естественная вентиляция в помещениях происходит в результате теплового и ветрового напоров. Тепловой напор обусловлен разницей температур, а значит и плотностей внутреннего и наружного воздуха. Ветровой напор обусловлен тем, что при обдуве ветром здания, с ее наветренной стороны образовывается повышенное давление, а с подветренной — разрежение
Естественная вентиляция может быть неорганизованной и организованной. При неорганизованной вентиляции неизвестны объемы воздуха, которые поступают и удаляются из помещения, а сам воздухообмен зависит от случайных факторов (направления и силы ветра, температуры наружного и внутреннего воздуха). Неорганизованная естественная вентиляция включает инфильтрацию — просачивание воздуха через неплотности в окнах, дверях, перекрытиях и проветривание, которое осуществляется при открывании окон и форточек.
Организованная естественная вентиляция называется аэрацией. Для аэрации в стенах здания делают отверстия для поступления наружного воздуха, а на крыше или в верхней части здания устанавливают специальные устройства (фонари)'для удаления отработанного воздуха. Для регулирования поступления и удаления воздуха предусмотрено перекрытие на необходимую величину аэрационных отверстий и фонарей. Это особенно важно в холодный период года.
Для увеличения естественной тяги за счет энергии ветра над вытяжным каналом часто устанавливают специальную насадку, которая получила название дефлектор. Действие дефлектора основано на том, что при его обтекании ветром приблизительно н а 5/7 поверхности насадки образуется разрежение,
вследствие чего в вытяжном канале увеличивается тяга.
Дефлекторы необходимо располагать на наивысших участках кровли, выше конька крыши в зоне эффективного действия ветра.
Преимуществом естественной вентиляции является ее дешевизна и простота эксплуатации. Основной ее недостаток в том, что воздух поступает в помещение без предварительной очистки, а удаляемый отработанный воздух также не очищается и загрязняет окружающую среду.
Искусственная (механическая) вентиляция, в отличии от естественной, предоставляет возможность очищать воздух перед его выбросом в атмосферу, улавливать вредные вещества непосредственно около мест их образования, обрабатывать приточный воздух (очищать, подогревать, увлажнять), более целенаправленно давать воздух в рабочую зону. Кроме того, механическая вентиляция позволяет организовать воздухозабор в наиболее чистой зоне территории предприятия и даже за ее пределами.
Общеобменная искусственная вентиляция обеспечивает создание необходимого микроклимата и чистоту воздушной среды во всем объеме рабочей зоны помещения. Она применяется для удаления избыточного тепла при отсутствии значительных токсических выделений, а также в случаях, когда характер технологического процесса и особенности производственного оборудования исключают возможность использования местной вытяжной вентиляции.
Различают четыре основные схемы организации воздухообмена при общеобменной вентиляции: сверху вниз, сверху вверх, снизу вверх, снизу вниз
Схемы сверху вниз и сверху вверх целесообразно применять в случае, если приточный воздух в холодный период года имеет температуру ниже температуры воздуха в помещении. Приточный воздух прежде чем достичь рабочей зоны нагревается за счет воздуха помещения. Другие две схемы (рис. 2.5 в и 2.5 г) рекомендуется использовать тогда, когда приточный воздух в холодный период года подогревается и его температура выше температуры
внутреннего воздуха.
Если в производственных помещениях выделяются газы и пары с плотностью, превышающей плотность воздуха (например, пары кислот, бензина, керосина), то общеобменная вентиляция должна обеспечить удаление 60% воздуха из нижней зоны помещения и 40% — из верхней. Если плотность газов меньше плотности воздуха, то удаление загрязненного воздуха осуществляется в верхней зоне.
Схема приточной механической вентиляции включает: воздухозаборное устройство /; фильтр для очистки воздуха 2; воздухонагреватель (калорифер) 3; вентилятор 5; сеть воздуховодов 4 и приточные патрубки с насадками 6. Если нет необходимости в подогреве приточного воздуха, то его пропускают непосредственно в производственные помещения по обводному каналу 7.
Воздухозаборные устройства необходимо располагать в местах, где воздух не загрязнен пылью и газами. Они должны находиться не ниже 2 м от уровня земли, а от выбросных шахт вытяжной вентиляции: по вертикали — ниже 6 м и по горизонтали — не ближе 25 м.
Приточный воздух направляется в помещение, как правило, рассеянным потоком для чего используются специальные насадки.
Вытяжная вентиляция состоит из очистительного устройства, вентилятора, центрального и отсасывающего воздуховодов.
Воздух после очистки необходимо выбрасывать на высоте не меньше чем 1 м над коньком крыши. Запрещается делать выбросные отверстия непосредственно в окнах.
В условиях промышленного производства наиболее распространена приточно-вытяжная система вентиляции с общим притоком в рабочую зону и местной вытяжкой вредных веществ непосредственно от мест их образования.
В производственных помещениях, где выделяется значительное количество вредных газов, паров, пыли вытяжка должна быть на 10% большей чем приток, чтобы вредные вещества не вытеснялись в смежные помещения с
меньшей вредностью.
В системе приточно-вытяжной вентиляции возможно использование не только наружного воздуха, но и воздуха самих помещений после его очистки. Такое повторное использование воздуха помещений называется рециркуляцией и осуществляется в холодный период года для экономии тепла, необходимого для подогрева приточного воздуха. Однако возможность рециркуляции оговаривается целым рядом санитарно- гигиенических и противопожарных требований.
Местная вентиляция может быть приточной и вытяжной.
Местная приточная вентиляция, при которой осуществляется концентрированная подача приточного воздуха заданных параметров (температуры, влажности, скорости движения), выполняется в виде воздушных душей, воздушных и воздушно-тепловых завес.
Воздушные души используются для предотвращения перегрева рабочих в горячих цехах, а также для образования так называемых воздушных оазисов (участков производственной зоны, которые резко отличаются своими физико-химическими характеристиками от остального помещения).
Воздушные и воздушно-тепловые завесы предназначены для предотвращения проникновения в помещения значительных масс холодного наружного воздуха при необходимости частого открывания дверей или ворот. Воздушная завеса создается струей воздуха, которая направляется из узкой длинной щели, под некоторым углом навстречу потока холодного воздуха. Канал с щелью размещают сбоку или внизу ворот или дверей.
Местная вытяжная вентиляция осуществляется при помощи местных вытяжных зонтов, всасывающих панелей, вытяжных шкафов, бортовых отсосов и других устройств.
Конструкция местного отсоса должна обеспечить максимальное улавливание вредных выделений при минимальном количестве удаляемого воздуха. Кроме того, она не должна быть громоздкой и мешать
обслуживающему персоналу работать и следить за технологическим процессом.
Основными факторами при выборе типа местного отсоса являются характеристика вредных выделений (температура, плотность паров, токсичность), положение рабочего при выполнении работы, особенности технологического процесса и оборудования.
По степени изоляции области действия местной вытяжной вентиляции от окружающего пространства различают отсосы открытого типа и отсосы от полых укрытий.
В случаях, когда источник производственных вредных веществ можно поместить внутри пространства, ограниченного стенками, местную вытяжную вентиляцию устраивают в виде вытяжных шкафов, фасонных укрытий, вытяжных камер. Если по условиям технологии или обслуживания источник вредных выделений нельзя изолировать, тогда, как правило, устанавливают вытяжной зонт или всасывающую панель. При этом поток воздуха, который удаляется, не должен проходить через зону дыхания рабочего.
Отдельным случаем местного вытяжного отсоса открытого типа являются бортовые отсосы, которыми оборудуют ванны (гальванические, травильные) или другие емкости с токсическими жидкостями, поскольку необходимость использовать при их загрузке подъемно-транспортного оборудования делает невозможным использование вытяжных зонтов и всасывающих панелей. При ширине ванны 1 м и больше необходимо устанавливать бортовой отсос с передувом (рис. 2.9 г), у которого с одной стороны ванны воздух отсасывается, а с другой — нагнетается. При этом движущийся поток воздуха как будто экранирует поверхность испарения токсических жидких продуктов.
Основная цель расчета общеобменных систем искусственной вентиляции — определить количество воздуха, которое необходимо подать и удалить из помещения. При расчете вентиляции в цехах, воздухообмен, как правило, определяют расчетным путем по конкретным данным о количестве вредных
выделений (тепла, влаги, паров, газов).
Для цехов, где выделяются вредные вещества, воздухообмен определяют по количеству вредных газов, паров, пыли, которые поступают в рабочую зону, с целью разбавления их приточным воздухом до предельно допустимых концентраций:
L = U / (k1 - k2) (м3/ч) (2.5)
U - количество вредных выделений в цехе, мг/ч;
k1 - предельно допустимая концентрация вредных выделений в воздухе цеха, мг/м3;
k2 — концентрация вредных выделений в приточном воздухе, мг/м3.
Для цехов с выделением избыточного тепла количество приточного воздуха определяется из условия ассимиляции этого тепла:
L = Qизб / (Cy * (ty - tn)) (2.6)
где,
Qизб — избыточное тепло в цехе, кДж/ч;
С — удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, равная 1 кДж/кгК;
у — плотность приточного воздуха, кг/м3;
ty — температура воздуха, удаляемого из цеха;
tn — температура приточного воздуха.
Для цехов с влаговыделениями воздухообмен определяют по избыткам влаги:
L = G / ((dy - dn) * y) (2.7)
где,
G — масса водяных паров, выделяемых различными источниками в помещение, г/ч;
dy — влагосодержание удаляемого из помещения воздуха, г/кг;
dn — влагосодержание наружного (приточного) воздуха, г/кТ;
у— плотность приточного воздуха, кг/м3.
Для помещений, где вредные выделения отсутствуют (или количество их незначительно) приток (вытяжку) воздуха можно определить по кратности воздухообмена (к) — отношения объема вентиляционного воздуха L (м3/час) к объему помещения Vn (м3):
k = L / Vn (2.8)
Кратность воздухообмена показывает сколько раз в течение часа необходимо поменять весь объем воздуха в данном помещении для создания нормальных условий воздушной среды. Определив по справочнику кратность воздухообмена, при известном объеме помещения можно рассчитать объем приточного воздуха или вытяжки.
Для помещений, в которых отсутствуют вредные выделения и избыточное тепло и нет необходимости в создании метеорологического комфорта можно использовать формулу:
L = l * n (2.9)
где l — минимальная подача воздуха на одного работающего в соответствии с санитарными нормами (при объеме помещения на одного работающего, до 20 м3 — 30 м3/ч, а при объеме больше 20 м3 — 20 м3/ ч);
п — количество работающих в помещении.
При расчете местной вытяжной вентиляции количество воздуха, удаляемое местным отсосом (зонт, панель, шкаф) можно определить по формуле:
L = F х v x 3600 (м3/ч) (2.10)
где,
F — площадь сечения отверстия местного отсоса, м2;
v — скорость движения удаляемого воздуха в этом отверстии (принимается от 0,5 до 1,7 м/с в зависимости от токсичности и летучести газов и паров).
Естественная и искусственная вентиляции должны отвечать следующим санитарно-гигиеническим требованиям:
- создавать в рабочей зоне помещений соответствующие нормам метеорологические условия труда (температуру, влажность и скорость движения воздуха);
- полностью удалять из помещений вредные газы, пары, пыль и аэрозоли или растворять их до предельно допустимых концентраций;
- не вносить в помещение загрязненный воздух снаружи или путем засасывания из смежных помещений;
- не создавать на рабочих местах сквозняков или резкого охлаждения;
- быть доступными для управления и ремонта в процессе экплуатации;
- не создавать в процессе эксплуатации дополнительных неудобств (например, шума, вибраций, попадания дождя, снега).
Следует учесть, что к вентиляционным системам, установленным в пожаро - и взрывоопасных помещениях предъявляется целый ряд дополнительных требований, которые в этом разделе не рассматриваются.
Кондиционирование воздуха — это создание и автоматическое поддержание в помещениях постоянных или изменяющихся по программе определенных метеорологических условий, наиболее благоприятных для работающих или требуемых для нормального протекания техно-логического процесса. Кондиционирование воздуха может быть полным и неполным. Полное кондиционирование воздуха предусматривает регулирование температуры, влажности, подвижности и чистоты воздуха, а также, в ряде случаев, возможность его дополнительной обработки (обеззараживания, ароматизации, ионизации). При неполном кондиционировании регулируется только часть параметров воздуха.
Кондиционирование воздуха осуществляется кондиционерами, которые подразделяются на центральные и местные. Центральные кондиционеры предназначены для обслуживания больших за размерами помещений.
Обработка воздуха производится в одном центре, расположенном вне кондиционируемых помещений и связанного с ними каналами для подачи и
рециркуляции воздуха. Местные кондиционеры имеют незначительную производительность и устанавливаются непосредственно в небольших помещениях. Эти кондиционеры, обычно, работают только на наружном воздухе, по так называемой приточной схеме.
Кондиционер состоит из трех основных частей: отделения смешения воздуха, промывной камеры и отделения второго подогрева. В отделении смешения наружный воздух смешивается в определенных соотношениях с воздухом из помещений, а в холодный период года подогревается калорифером первого подогрева. В промывной камере воздух очищается, увлажняется и охлаждается (в теплый период) водой, распыляемой форсунками. В отделении второго подогрева очищенный воздух вновь подогревается калорифером, его относительная влажность снижается до заданной, после чего воздух при помощи вентилятора направляется по воздуховоду в помещения.