Вентиляционная система производственного помещения создает и поддерживает климатические показатели, нормы которых регламентируются инструкциями санэпиднадзора.

Влажность, температура и скорость воздушного потока важны для здоровья сотрудников предприятия и соблюдения технологического процесса. В отличие от бытовых объектов, на производствах контролируются и такие показатели, как количество механических и химических примесей в воздухе.

В некоторых случаях микроклимат в помещении должен обеспечивать оптимальные условия для хранения (например, в хранилищах музеев или библиотек), тогда удобство персонала отходит на второй план.

Классификация систем вентиляции на производстве

Промышленные вентиляционные системы и установки можно разделить по следующим свойствам:

• Способ передвижения воздушных масс: на свободное и принудительное;
• Характер действия: вытяжная или приточная;
• Обслуживаемая зона: локальная или общеобменная;
• Особенности конструкции: бесканальная или канальная.

Естественное побуждение

Вентиляция с естественным движением потока обладает следующими свойствами:

• перемещение воздушных потоков обеспечивается методом аэрации;
• за счет разности давления между цехом и концом вытяжного канала, находящимся выше кровли строения;
• за счет напора ветра.

Согласно основам вентиляции помещений производственного типа, естественное побуждение реализуют на производствах с мощным выделением тепла и содержанием механических примесей не более 30% ПДН в местах работы персонала.

Если перед подачей воздуха его необходимо обработать, такой метод, как аэрация не подходит.

Для стабильного движения воздушных масс за счет разности давления перепад высот между точками забора и выброса должен составлять от 3 метров. В такого вида максимальная продолжительность горизонтальных вентканалов составляет 3 метра. Воздух в системе двигается со скоростью, не превышающей один метр в секунду.

Сооруженная по такому принципу вентиляционная система помещений дешева, просто монтируется и эксплуатируется. Однако эффективность ее нестабильна и варьируется от множества внешних факторов.

Механическое побуждение

В системах вентиляции помещений, работающих на механической тяге, применяются устройства, переправляющие массы воздуха на необходимые расстояния.

Воздух подается и отводится из рабочей зоны в нужных объемах при любых окружающих условиях. Если требуется, приточный воздух можно отфильтровать, охладить, нагреть, осушить или увлажнить. Естественная вентиляция не позволяет обеспечить оптимальные показатели воздуха. Параметры притока аналогичны показателям атмосферного воздуха.

Наиболее распространены системы вентиляции со смешанным побуждением.

Приточное оборудование подает в обслуживаемое здание свежий воздух. Одновременно с этим вытяжные механизмы вытягивают загрязненные, горячие или влажные пары.

При расчетах вентиляции помещений важно правильно сбалансировать объем подаваемого и отводимого использованного воздуха.

Локальная вентиляция

Принципиальное отличие локальной схемы воздухообмена в том, что воздух подается точечно в определенное место (локальная приточка) и отводится таким же способом (локальная вытяжка).

Вот перечень компонентов местной приточной вентиляции, используемых в помещениях промышленного назначения:

• воздушные души (потоки воздуха, идущие в определенное место с большой скоростью);
• отгороженные от общей площади участки, где создается особая атмосфера;
• воздушные завесы.

В связи с высокой эффективностью и экономичностью локальной вентиляции, она очень широко применяется на различных видах производств.

Вытяжная локальная вентиляция необходима, когда ядовитые вещества либо жар выделяются точечно и нужно предотвратить их распространение.

Элементы местной вытяжной вентиляции:

• вытяжные зонты;
• бортовые вытяжки;
• кожухи над оборудованием;
• воздушные завесы.

При расчетах вентиляции помещения учитываются следующие требования:

• локальная вытяжка не должна мешать ходу технологического процесса;
• вся поверхность выделения вредностей должна быть охвачена;
• выделения отводятся по ходу их физического движения (холодные направляются вниз, а горячие, согласно законам физики – вверх).

Отработанный воздух перед выпуском в окружающую среду обязательно очищается. Иногда достаточно лишь одного фильтра грубой очистки, при необходимости устанавливается каскад фильтров разной степени очистки. Несмотря на эффективность локальных систем, они не всегда справляются с поддержанием необходимого микроклимата.

Общеобменная вентиляция

Общеобменная вентиляционная система нужна тогда, когда вредные примеси, влага и тепло распределяются по всему объему помещения.

Приточная общеобменная система уменьшает концентрацию вредных веществ и вытесняет загрязненные воздушные массы.

Вытяжная общеобменная вентиляция представляет собой систему воздуховодов и вентилятор. Если протяженность вентканала не более 40 м, устанавливается осевой вентилятор, в противном случае – центробежный, как более мощный.

Особенности расчетов систем вентиляции

Расчеты и вид вентиляции помещения зависят от его назначения. должна удалять следующие виды загрязнений, выделяющиеся в процессе работы оборудования и людьми:

• горячий воздух;
• взрывоопасные и ядовитые примеси в воздухе;
• пары воды.

Расчет вентиляции помещения осуществляется по каждому из видов загрязнений, присутствующих в воздухе.

Расчет ведется по количеству приточного воздуха, необходимого для нормальных условий работы.

Расчет вентиляции по излишкам тепла:

Q=Qu + (3,6V – cQu(Tz – Tp)/c(T1 – Tp),

где Qu – объем воздуха, отводимый локальными отсосами, в куб.м\ч, V – количество теплоты, выделяемое оборудованием и продукцией, в ваттах, c – теплоемкость, берется из справочников, равна 1,2 кДж, Tz – температура отработанного воздуха, отводимого от рабочих мест, в градусах Цельсия, Tp – температура приточного воздуха, в градусах Цельсия, T1 – температура удаляемого общеобменной вентиляцией воздуха.

Расчет для взрывоопасных и токсичных производств

При расчете вентиляции для производств с взрывоопасными или отравляющими выделениями, задача стоит в разбавлении их до предельно допустимого уровня.

Q = Qu + (M – Qu(Km – Kp)/(Ku – Kp),

где М – масса ядовитых веществ, выделяемых в воздух за 1 час, в мг, Km – содержание ядовитых веществ, в отводимом местными системами воздухе, в мг\куб.м, Kp – содержание отравляющих веществ в приточном воздухе, мг\кубометр, Ku – содержание отравляющих веществ, в воздухе, отводимом общеобменной системой, мг\кубометр.

Расчет при повышенном содержании влаги

Q = Qu + (W – 1,2(О m – О p )/(О1 – О p )),

здесь W – количество влаги, попадающей в воздух цеха за 1 час, в мг\ч, Оm – количество пара, отводимого локальной системой, в гр\кг, Оp – влажность приточного воздуха, гр\кг, О1 – количество пара в воздухе, отводимом общеобменной системой, гр\кг.

Расчет выделений от персонала

При расчете вентиляции некоторых помещений важно учитывать каждый грамм влаги, попадающий в воздух. Тогда расчет осуществляется по числу сотрудников:

Q = N *m,

здесь N – число сотрудников, m – расход атмосферного воздуха в расчете на 1 чел в час.

Категории помещений по пожарной безопасности

монтаж вентиляции ангараKONICA MINOLTA DIGITAL CAMERA

Помещения любого назначения: производственные, складские, жилые или общественные делятся на категории по вентиляции и пожарной безопасности:

• А – повышенная опасность взрывов, возгораний. Здания, в которых используются или выделяются легковоспламеняющиеся газы и субстанции или вещества, которые при контакте с воздухом (водой) могут загораться или взрываться с температурой вспышки до 28 градусов;
• Б – опасность возгораний или взрывов. Здания, в атмосфере которых присутствуют пыль или пар, легко воспламеняющиеся и имеющие температуру вспышки выше 28 градусов;
• В1 – В4 – опасность возгораний. Здания, в которых выделяются или присутствуют жидкости, твердые или летучие вещества, трудно воспламеняющиеся при контакте с воздухом, водой или иными веществами;
• Г – умеренная опасность возгораний. Помещения, в которых присутствуют вещества в нагретом или расплавленном виде, выделяется обилие тепла, пламени. А также используемые в виде топлива или утилизируемые методом сжигания вещества;
• Д – слабая вероятность возгораний. Здания, в которых присутствуют не воспламеняющиеся вещества при температуре окружающей среды.

Создавая вентиляцию складских или производственных помещений, единую систему предусматривают в следующих случаях:

• для жилых домов;
• для административных зданий, бытовых, общественных или промышленных помещений с категорией по вентиляции Д;
• промышленных с категорией помещений по вентиляции Б или А, занимающих до 3 этажей;
• промышленных с единственной категорией Д, Г или В;
• складских, занимающих до 3 этажей, имеющих категорию В, А или Б.

Особенности вентиляции складов

Подбирая вентиляцию складского помещения, необходимо руководствоваться СНиП “Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны”, “Складские здания”, “Пожарная безопасность зданий и сооружений”.

Если типовая вентиляция помещения с естественной тягой не в состоянии создать требуемый микроклимат, используется механическое побуждение. Например, для вентилирования складских помещений с хранением продуктов питания не рекомендуется использовать аэрацию. Уличный воздух загрязнен, а очищать его зачастую нет возможности.

В некоторых случаях организовать аэрацию нельзя из-за архитектуры здания или его расположения. Тогда прибегают к механическому типу вентиляции помещения склада.

Если на складе хранятся вещества, выделяющие вредные или взрывоопасные газы (пары), устраивается механическая вентиляция.

Тем не менее, в подавляющем большинстве хранилищ организовывается общеобменная система с естественной тягой и однократным воздухообменом.

Инфильтрация

Как правило, склады не герметичны. Процесс воздухообмена между помещением склада и улицей называется инфильтрацией. При большой разнице температур инфильтрация может составлять 1,5 – 2 воздухообмена. Этот параметр непременно учитывается при проектировании основ вентиляции хранилища.

Если для склада достаточно 1-кратного воздухообмена, можно организовать лишь выдув отработанного воздуха. Приток восполнится инфильтрацией.

Чаще в складах устанавливаются бесканальные системы. Каналы при естественной тяге целесообразно применять в небольших вспомогательных зданиях с расчетным воздухообменом не более 1.

При аэрации приток воздуха обеспечивается за счет открытых форточек. Если концентрация примесей в воздухе составляет более трети от ПДК, аэрация не применяется.

В теплое время года воздух подается в складское помещение через проемы в стенах, расположенных на высоте не более 1,5 метров от земли. Это могут быть ворота, окна, раздвижные перегородки.

Зимой проемы для притока оборудуют на высоте 3 – 4 метров от земли. Их обязательно прикрывают козырьками от дождя и снега.

Отвод отработанного воздуха производится через вытяжные шахты или форточки. Усиливается тяга в системе с помощью установки на выходе вытяжной шахты дефлектора. А интенсивность тяги регулируют различными заслонками, шиберами, жалюзи.

Высота оголовка вытяжной шахты должна превышать высоту конька крыши на 50 см и более. В противном случае при сильных ветрах наблюдается обратная тяга.

Расчет объема приточного воздуха:

Опр=3600* S * m * n ,

где S – площадь форточек в кв.м, m – скорость движения воздуха в м\сек, составляет 1 – 1,5 при естественной тяге, n – коэффициент расхода, зависит от угла открытия окна: при 90 градусах 0,65, при 45 – 0,44, при 30 градусах – 0,32.

Таблица 1. Объем воздуха, проникающий через 1 кв.м форточки

Особенности вентиляции торговых помещений

Все торговые помещения можно условно разделить на 2 типа:

• Магазины-склады (крупные гипермаркеты типа Метро);
• Зонированные торговые комплексы (моллы типа Мега).

Магазины-склады

В первом случае не требуется подавать воздух в отдельные помещения. Потому вентиляция торгового помещения первого типа чаще всего представляет собой мощную приточно-вытяжную установку без зонирования климатических показателей.

Стандартным решением для магазинов-складов являются крышные кондиционеры. Это моноблочное оборудование, которое устанавливается на крыше здания и соединено с залом воздуховодами. Воздуховоды распределяются под навесным потолком. Кроме вентиляции руфтоп выполняет функцию отопления и кондиционирования.

Иногда устанавливают несколько руфтопов меньшей мощности вместо одного большого.

Крышные кондиционеры надежны, долговечны, тихо работают и достаточно экономичны. Единственный минус использования вентиляции торгового помещения этого типа – невозможность зонирования показателей воздуха.

Торговые комплексы

В торговых комплексах существуют зоны различного назначения: бутики, салоны красоты, кафе, склады. Которым требуется создавать разный микроклимат. Поэтому для каждого типа помещений делается расчет в зависимости от количества посетителей, выделения тепла, влаги (спа-салоны), дыма (залы для курящих).

Дополнительной сложностью является размещение торговых комплексов в нескольких уровнях, а также архитектурные особенности каждого помещения.

Стандартным выбором для вентиляции торговых помещений такого типа являются центральные кондиционеры. Это секционное оборудование, включающее секции:

• обогрева;
• шумоподавления;
• вентиляторов;
• увлажнения;
• фильтрации.

Модули заключены в общий корпус, который размещается в специальном отсеке здания. Так как центральный кондиционер не включает источники холода и тепла, его необходимо сочетать с чиллер-фанкойлом. Такая комбинация оборудования позволяет задавать индивидуальные параметры воздуха для каждого помещения, обслуживает здания любой площади. А еще этот вид оборудования для вентиляции помещений можно одновременно применять для подогрева воды в бассейне и замораживания льда на катке.

Такое сложное климатическое оборудование управляется только автоматизированно через центральный пульт.

Особенности вентиляции чистых помещений

Главной задачей является обеспечение таких показателей:

• Концентрации частиц пыли в 1 куб. м воздуха. Для этого воздух прогоняется через абсолютные фильтры, поддерживая заданный класс чистоты. Приточный воздух очищается на четырехступенчатых фильтрах, улавливающих включения до 0,01 микрон;
• Температура, влажность и скорость движения воздуха. Микроклимат важен не столько для работы персонала, сколько для технологического процесса. Если воздух слишком сух, он вызывает появление статического электричества. Если же слишком влажен – может оседать конденсат;
• Разница давлений между чистым и прилегающим помещениями. Чтобы из соседних залов в чистое помещение не попадала пыль и влага, внутри поддерживается немного повышенное давление. Вентиляция чистого помещения обеспечивает преобладание притока над вытяжкой;
• Наличие свежего воздуха. В помещении работают люди, поэтому они должны обеспечиваться чистым воздухом в объемах, регламентируемых санитарными нормами.

Создание “чистых зон”

С помощью направленного или ламинарного потока воздуха можно создать чистую зону в помещении. Двигающийся в одном направлении без завихрений воздух вытесняет пылевые частицы из необходимой зоны. Далее они вытягиваются за пределы по системе воздуховодов. Благодаря особой направленности движения потока частицы удаляются моментально. Эффект достигается за счет использования особых ламинарных распределителей воздуха.

Как правило, основа вентиляции чистого помещения – это центральный кондиционер особой модификации.

Управляется он автоматически. А поддерживаются необходимые параметры воздуха с помощью целой сети датчиков и диспетчерского узла, тоже полностью автоматизированного.

Проектирование и монтаж это сложнейший многоэтапный процесс. Многие фирмы предлагают комплексные услуги: от проектирования до сервисного обслуживания. Такое решение снимает с заказчика все проблемы с микроклиматом предприятия.

Видеоролик об автоматизации чистых помещений:

Аэродинамический расчет воздуховодов обычно сводится к определению размеров их поперечного сечения, а также потерь давления на отдельных участках и в системе в целом. Можно определять расходы воздуха при заданных размерах воздуховодов и известном перепаде давления в системе.

При аэродинамическом расчете воздуховодов систем вентиляции обычно пренебрегают сжимаемостью перемещающегося воздуха и пользуются значениями избыточных давлений, принимая за условный нуль атмосферное давление.

При движении воздуха по воздуховоду в любом поперечном сечении потока различают три вида давления: статическое, динамическое и полное.

Статическое давление определяет потенциальную энергию 1 м 3 воздуха в рассматриваемом сечении (р ст равно давлению на стенки воздуховода).

Динамическое давление – это кинетическая энергия потока, отнесенная к 1 м 3 воздуха, определяется по формуле:

где – плотность воздуха, кг/м 3 ; – скорость движения воздуха в сечении, м/с.

Полное давление равно сумме статического и динамического давлений.

(2)

Традиционно при расчете сети воздуховодов применяется термин “потери давления” (“потери энергии потока”).

Потери давления (полные) в системе вентиляции складываются из потерь на трение и потерь в местных сопротивлениях (см.: Отопление и вентиляция, ч. 2.1 “Вентиляция” под ред. В.Н. Богословского, М., 1976).

Потери давления на трение определяются по формуле Дарси:

(3)

где – коэффициент сопротивления трению, который рассчитывается по универсальной формуле А.Д. Альтшуля:

(4)

где – критерий Рейнольдса; К – высота выступов шероховатости (абсолютная шероховатость).При инженерных расчетах потери давления на трение , Па (кг/м 2), в воздуховоде длиной /, м, определяются по выражению

где – потери давления на 1 мм длины воздуховода, Па/м [кг/(м 2 * м)].

Для определения R составлены таблицы и номограммы. Номограммы (рис. 1 и 2) построены для условий: форма сечения воздуховода круг диаметром, давление воздуха 98 кПа (1 ат), температура 20°С, шероховатость = 0,1 мм.

Для расчета воздуховодов и каналов прямоугольного сечения пользуются таблицами и номограммами для круглых воздуховодов, вводя при этом эквивалентный диаметр прямоугольного воздуховода, при котором потери давления на трение в круглом и прямоугольном ~ воздуховодахравны.

В практике проектирования получили распространение три вида эквивалентных диаметров:

■ по скорости

при равенстве скоростей

■ по расходу

при равенстве расходов

■ по площади поперечного сечения

при равенстве площадей сечения

При расчете воздуховодов с шероховатостью стенок, отличающейся от предусмотренной в таблицах или в номограммах (К = ОД мм), дают поправку к табличному значению удельных потерь давления на трение:

где – табличное значение удельных потерь давления на трение; – коэффициент учета шероховатости стенок (табл. 8.6).

Потери давления в местных сопротивлениях. В местах поворота воздуховода, при делении и слиянии потоков в тройниках, при изменении размеров воздуховода (расширение – в диффузоре, сужение – в конфузоре), при входе в воздуховод или в канал и выходе из него, а также в местах установки регулирующих устройств (дросселей, шиберов, диафрагм) наблюдается падение давления в потоке перемещающегося воздуха. В указанных местах происходит перестройка полей скоростей воздуха в воздуховоде и образование вихревых зон у стенок, что сопровождается потерей энергии потока. Выравнивание потока происходит на некотором расстоянии после прохождения этих мест. Условно, для удобства проведения аэродинамического расчета, потери давления в местных сопротивлениях считают сосредоточенными.

Потери давления в местном сопротивлении определяются по формуле

(7)

где – коэффициент местного сопротивления (обычно, в отдельных случаях имеет место отрицательное значение, при расчетах следует учитывать знак).

При уборке и стирке мельчайшие частицы чистящих средств попадают в воздух, которым мы дышим. Если циркуляция воздуха недостаточна, то возникает реальная опасность для здоровья.

Еще одна проблема наших помещений - повышенная влажность , которая неизбежна не только в санузлах, но и в кухне, где постоянно парят, жарят и моют.

К вышеперечисленным загрязнениям воздуха можно добавить продукты горения , производимые газовыми плитами, каминами и печами. Вывод напрашивается сам - самые загрязненные зоны дома - кухня и санузел. Об их вентиляции мы и поговорим.

Естественная вентиляция

Простейший метод вентиляции помещения - естественный . Этот вид вентиляции требует минимум затрат, поскольку циркуляция воздуха в помещении происходит без использования каких-либо электромеханических устройств, и, следовательно, без затрат электроэнергии. Перемещение воздуха в системах естественной вентиляции происходит:

• Вследствие разности температур наружного (атмосферного) воздуха и воздуха в помещении, так называемой аэрации.
• Вследствие разности давлений «воздушного столба» между нижним уровнем (обслуживаемым помещением) и верхним уровнем — вытяжным устройством, установленным на кровле здания. Этот вид вентиляции называется конвекцией.
• В результате воздействия, так называемого ветрового давления.

Зависимость естественной вентиляции от переменных факторов (температуры воздуха, направления и скорости ветра) делает ее малопригодной.

Искусственная вентиляция

Для повышения эффективности вентилирования помещения в сочетании с естественной вентиляцией используют вентиляцию принудительную.

В случае с экономным решением для повышения качества вентилирования обители принято использовать маломощные канальные вентиляторы.

Посредством их применения можно обеспечить вентиляцию следующих типов:

• приточного;
• вытяжного;
• комбинированного.

Приточные системы служат для подачи в вентилируемые помещения чистого воздуха. В этом случае вентилятор, установленный на приток в одно из окон, нагнетает свежий воздух, который расходиться по всем помещениям.

Да, в холодную пору года придется ограничить такое проветривание, ведь вентилятор не подогревает уличный воздух. Зато при теплой погоде можно проветривать сколько угодно. Главное, чтобы вентилятор был оснащен фильтрами.

Вытяжная вентиляция удаляет из помещения загрязненный или нагретый воздух.

Комбинированная вентиляция - наиболее частый и эффективный вариант устройства вентиляционной системы, при котором воздух в помещение подается приточной системой, а удаляется - вытяжной. Обе системы работают одновременно. При этом их производительность должна быть одинаковой, чтобы исключить разницу воздушного давления внутри и снаружи помещения, приводящей к эффекту «хлопающих дверей».

Воздуховоды

Если воздуховодов, проложенных на этапе постройки дома, недостаточно, можно их дополнить.

Ширина и высота новых воздуховодов должна быть тщательно просчитана специалистами, поскольку от этих параметров напрямую зависит скорость и объем перемещаемого по каналам воздуха.

В зависимости от кубатуры помещения воздуховоды могут быть разных диаметров и сечений.

При монтаже вентиляции воздуховоды прокладывают в скрытых коробах, избегая пробивания несущих стен.

Все стыки и соединения жестких и гибких воздуховодов герметизируются специальными материалами.

При соединении воздуховода с вентилятором важно, чтобы между выходным патрубком вентилятора и трубой воздуховода была размещена специальная прокладка, препятствующая распространению вибрации.

На заключительном этапе монтажа проводится подключение вентиляционной системы и проверка ее работы.

Вентиляторы

Бытовые канальные вентиляторы бывают осевые и центробежные.

Первый, условно говоря, мощнее по количеству прогоняемого воздуха, а второй - по давлению этого самого воздуха (то есть, его уместнее устанавливать там, где воздуховоды очень загрязнены и слабо справляются с «проветриванием»).

Конструкция осевого вентилятора напоминает традиционный «пропеллер», действие которого основано на всасывании воздуха по направлению оси двигателя.

Рабочие показатели таких вентиляторов зависят от числа лопастей и их угла. Они не создают большого давления в вентиляционных каналах, но при этом работают достаточно эффективно и, что важно, бесшумно.

Их можно монтировать в стену, под потолком или в форточку кухонного окна.

Центробежные вентиляторы отличаются бо льшими размерами и довольно сложной структурой. Они состоят из двух основных частей - турбины и вращающегося элемента с характерным расположением изогнутых лопастей, внешне напоминающего улитку. Здесь используется более мощный двигатель, который не только вытягивает воздух из помещения, но и нагнетает его.

Проветриватели

Люди с техническим образованием знают суть функционально-технологического отличия отверстия и дырки. Так вот щели в окнах и дверных проемах - дыры, а проветливатели - отверстия. Первые работают как им вздумается и являются дефектами конструкции, вторые - продуманное решение, позволяющее усовершенствовать процесс вентиляции.

Дверные проветриватели представляют собой пластиковые либо металлические решетки, которые устанавливают в верхнюю либо нижнюю часть двери. Зачастую такая решетка включает в себя механизм для открывания и закрывания пути воздушным потокам.

Оконные проветриватели - более сложная конструкция. Устройства подобного типа используют естественный ток воздуха за счет разницы давлений снаружи и внутри дома. Разница возникает из-за того, что нагревшийся воздух внутри помещения легче холодного воздуха снаружи, а также в результате работы вытяжной вентиляции.

Мощность тока воздуха регулируется самым простым и надежным способом: используются воздушные клапаны, которые закрываются при сильном ветре и открываются полностью в безветренную погоду. Если ветра нет и разница давлений недостаточна, чтобы комнаты быстро проветривались, в дело вступают встроенные минивентиляторы.

Они есть в большинстве моделей проветривателей. Работают минивентиляторы практически бесшумно. Задачи оконных проветривателей: пропускать в помещение свежий воздух; препятствовать проникновению шума, пыли и насекомых; позволять вентилировать помещение в отсутствие хозяев без риска проникновения «форточников».

ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЕНТИЛЯЦИИ

Ventilatio – в переводе с латинского означает «проветривание».

Вентиляция – это, во-первых, регулируемый воздухообмен в помещениях, благоприятный для человека или технологического процесса, во-вторых, совокупность технических средств, обеспечивающих этот воздухообмен.

1.1.НАЗНАЧЕНИЕ ВЕНТИЛЯЦИИ

Процесс жизнедеятельности человека сопровождается накоплением “вредностей”, к которым относятся: теплоизбытки, повышающие температуру воздушной среды; влаговыделения; выделения газов, паров и аэрозолей.

С целью обеспечения здоровых условий для нахождения человека в помещении, а в некоторых случаях и для обеспечения нормального протекания технологических процессов необходимо производить очистку воздуха помещений от накапливающихся в них вредностей.

Таким образом, основной задачей вентиляции является удаление из помещения воздуха с высокой температурой и влажностью, насыщенного вредными газами, парами и пылью и замена его чистым наружным воздухом с наименьшими капитальными и эксплуатационными затратами.

По назначению системы вентиляции делятся на системы:

Для создания благоприятных условий труда и отдыха людей (комфортные);

Для обеспечения оптимального выполнения технологических процессов (технологи- ческие);

Для обеспечения взрывопожаробезопасности.

1.2. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ОСОБЕННОСТИ

РАЗВИТИЯ ВЕНТИЛЯЦИИ В ПОСЛЕДНИЕ ГОДЫ

Первые идеи в отношении устройства вентиляции возникли еще в древности: в древних восточных банях устраивались отверстия в потолках для удаления нагретого и влажного воздуха. В более позднее время свежий воздух подавали в помещения с помощью огневоздушных систем отопления.

До ХIX века потребности в искусственном вентилировании помещений не возникало, т.к. необходимый естественный воздухообмен осуществлялся через неплотности ограждений. Потребности в искусственной вентиляции появились в связи с быстрым развитием промышленности, и в первую очередь, рудничного дела. Особые заслуги в этой области принадлежат М.В.Ломоносову, который в работе « О вольном движении воздуха в рудниках примеченном» (1763г.) обосновал теорию естественного движения воздуха и дымовых газов в каналах и трубах. Эта теория легла в основу современных систем отопления и вентиляции с естественным побуждением.

Первые системы вентиляции в зданиях были осуществлены в 1861-1863г.г. в Петербургских казармах и в Двинском военном госпитале, в которых скапливалось большое количество людей и обычное проветривание не давало эффекта.

Особую роль в развитии вентиляционной техники сыграло появление электродвигателя. Это позволило применить его для привода в действие как центробежных, так и осевых вентиляторов.

Изобретателем первого центробежного вентилятора можно считать отечественного инженера, генерал-лейтенанта корпуса горных инженеров А.А. Саблукова (1832г.). Первые центробежные вентиляторы с ручным приводом использовались на сахарных и кожевенных заводах. В 1834г. вентиляторы были применены на морских судах, в 1835г. – на Алтайских рудниках. Один из первых осевых вентиляторов с 1734г. в течение 80лет обслуживал здание английского парламента.

Научные основы вентиляции заложены в XIX веке. Интересные работы по определению воздухообменов выполнены в первой трети XIXв. во Франции врачом-гигиенистом Мореном и известным физиком Пекле. Русским гигиенистом И.И.Флавицким был введен термин комплексной температуры для нормирования параметров воздушной среды. В 1884г. Академией наук был издан его труд “Результаты причин вредного влияния внутреннего воздуха в зданиях в зависимости от способов отопления и искусственной вентиляции”. Лишь в 1927г. американские специалисты Яглоу и Миллер на основе анализа экспериментальных исследований пришли к таким же результатам.

В 1854г. в России был создан Комитет по рассмотрению систем вентиляции. В его состав (под руководством генерал-майора М.Г. Евреинова) входили 7 архитекторов, 5 военных инженеров, 3 академика, 2 инженера путей сообщения, 2 доктора медицины, 2 специалиста по физике и химии. Комитет определял нормы вентиляции и предлагал различные технические решения для систем вентиляции зданий различного назначения.

В 20-е годы нашего столетия в Московском высшем техническом училище под руководством В.М. Чаплина, в Московском институте охраны труда под руководством В.В. Батурина и В.В. Кучерука, в ЦАГИ под руководством К.А. Ушакова и В.И. Поликовского были проведены работы, положившие начало научным основам промышленной вентиляции.

Впервые преподавание дисциплины «Отопление и вентиляция» началось в Санкт-Петербургском Училище гражданских инженеров с 1832г. в составе курса построений, а в последующем – гражданской архитектуры.

Как самостоятельный курс дисциплина сформировалась к 1865году. В 1880г. профессором С.Б. Лукашевичем впервые был написан учебник по отоплению и вентиляции.

В 1897 году в этом училище впервые в России учреждается кафедра «Отопление и вентиляция».

Для подготовки инженерных кадров кроме Санкт-Петербурга были созданы специальные кафедры в ВУЗах Москвы, Харькова, Горького (Нижнего Новгорода), Одессы, Свердловска (Екатеринбурга), Новосибирска и т.д.

Создание (1925-1927г.г.) в институтах охраны труда лабораторий промышленной вентиляции явилось началом развития экспериментального исследования вентиляционных проблем.

В годы первых пятилеток для горячих цехов новых заводов-гигантов инженеры предложили использовать организованное естественное проветривание (аэрацию).

Для борьбы с интенсивным лучеиспусканием и высокой температурой воздуха в горячих цехах было создано душирование рабочих мест, воздушные оазисы; для предотвращения врывания наружного воздуха через входные проемы зданий – воздушные завесы. В разработке таких устройств приоритет принадлежит нашим ученым и инженерам.

Вихревая теория крыла (1906г.) Н.Е. Жуковского послужила основой для создания осевых вентиляторов ЦАГИ большой производительности.

Разработанная Г.Н. Абрамовичем теория свободных турбулентных струй открыла пути для решения основных вопросов вентиляции (о движении воздуха в помещении).

В 1944г. С.А. Рысиным были предложены новые конструкции центробежных вентиляторов облегченного типа при упрощенной технологии их изготовления (расход металла был сокращен на 50%, себестоимость – на 65%).

Строительство предприятий текстильной и легкой промышленности потребовало создания обестуманивающих установок, для чего впервые в вентиляционной технике была использована разработанная в 1918г. Л.К. Рамзиным i-d диаграмма влажного воздуха. В 1933-35г.г. были разработаны новые конструктивные решения местных отсосов с использованием активирующей струи воздуха.

С 1950г. основным методом исследования вентиляционных процессов стало физическое моделирование, а с конца 1970-х - приближенное математическое моделирования тепловоздушных процессов. Благодаря успехам в теоретических исследованиях вентиляции были решены сложные задачи вентилирования крупных блокированных цехов (ВАЗ, КАМАЗ, АЗЛК, ЗИЛ и др.). В 90-е годы начало развиваться направление, связанное с анализом движения воздушных потоков в помещении на основе решения фундаментальной системы уравнений Навье-Стокса (численное моделирование).

В области теоретических исследований необходимо отметить работы В.В.Батурина, С.Е.Бутакова, Г.А.Максимова, В.М.Эльтермана, И.А.Шепелева, Е.О.Шилькрота, М.И.Гримитлина, Г.М. Позина, В.В.Дерюгина, В.Н.Богословского, В.Н.Талиева, Л.Б.Успенской, А.И.Пирумова, В.Н.Посохина и др.

Стоимость современных систем вентиляции достигает 10-12% общей стоимости строительства, СКВ – до 20%. На привод вентиляционных установок затрачивается более 20% производимой электроэнергии.

В настоящее время можно выделить следующие основные задачи в области научно-технических разработок:

Совершенствование методов расчета и проектирования,

Создание нового высокоэффективного вентиляционного оборудования и материалов,

Повышение уровня использования вторичных энергоресурсов,

Совершенствование методов монтажа и наладки систем вентиляции.

При изучении дисциплины может быть использована литература, указанная в списке / 1- -20 /.

ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

2.1.САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

2.1.1. Микроклимат помещений

Современный человек около 70% времени проводит в замкнутых пространствах. В процессе жизнедеятельности человека в воздух помещений могут поступать значительные количества теплоты, влаги, газов, паров и пыли, вследствие чего воздушная среда претерпевает некоторые изменения, которые могут вредно отражаться на здоровье людей. Для устранения этого влияния часто приходиться создавать искусственный климат.

Деятельность человека обычно происходит в так называемой обслуживаемой (ОЗ) или рабочей зоне (РЗ) помещения.

Рабочая зона – это пространство высотой 2м от уровня пола помещения или площадки /1/.

Комфортными называются условия, обеспечивающие наилучшее самочувствие и наивысшую работоспособность человека.

Температурная обстановка в помещении может быть определена двумя условиями температурного комфорта:

Во всем объеме помещения,

На границе обслуживаемой зоны в непосредственной близости от нагретых или охлажденных поверхностей.

Первое условие комфортности – комфортным будет такая общая температурная обстановка в помещении, при котором человек, находясь в середине помещения будет отдавать всю явную теплоту, не испытывая перегрева или переохлаждения. При этом определяющей величиной является средняя температура в помещении:

t п = (t в + t R) / 2 (2.1.)

где t в, t R - соответственно, температура воздуха и температура поверхностей, о С.

Второе условие ограничивает интенсивность теплообмена при нахождении человека вблизи нагретых или охлажденных поверхностей. В этом случае определяющей величиной является интенсивность лучистого теплообмена q л (Вт/м 2). Условия комфортности графически представлены на рис.2.1.

В вентиляционной практике комфортные условия принято разделять на допустимые и оптимальные / 1 /.

В качестве нормируемых параметров для обоих видов условий приняты температура (t в), относительная влажность (j в), скорость движения воздуха(v в) и предельно допустимая концентрация (ПДК).

Допустимыми принято называть такие сочетания вышеуказанных параметров, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызывать преходящие и быстро нормализующиеся изменения теплового состояния организма, сопровождающиеся напряжением механизмов терморегуляции, не выходящим за пределы физиологических приспособительных возможностей /1/.

б)

Первое (а) и второе (б) условия комфортности

1-при нагретых поверхностях; 2-при охлажденных поверхностях стен;

3- при охлажденных поверхностях окон,j ч-п - угловой коэффициент излучения

Оптимальными – приняты условия, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального теплового состояния организма без напряжения механизмов терморегуляции /1/.

Допустимые обеспечиваются вентиляцией в том числе с испарительным охлаждением воздуха, оптимальные – системами кондиционирования воздуха. Графически соотношение между допустимыми (1) и оптимальными (2) параметрами (температура и относительная влажность) представлено на рис. 2.2.

Уровни сочетаний параметров нормируются в зависимости от периода года (теплый, переходный и холодный) и от тяжести выполняемой работы. Различают 3 категории тяжести выполняемых работ:

j вв min j вк min j вк max j вв max j в

Допустимые и оптимальные параметры

Средней тяжести физические работы (категория II) - работы, связанные с постоянной ходьбой, переносом тяжестей до 1кг (II а) и до 10кг (IIб) или выполняемые стоя, при этом энергозатраты для категории IIа - 175-232Вт, для категории IIб – 233-290Вт),

Нормы микроклимата приведены в ГОСТ 12.1.005-88(Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны) / 1 /, СанПиН 2.2.4.548-96 / 2 /, СП 60.13330-2010 (акт.редакция СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»), ГОСТ 30494-2011/ 3 /. ПДК вредных веществ в помещениях приведены в ГН.

2.1.2 Основные виды вредностей и их воздействие на организм человека

Организм человека выделяет в окружающую среду теплоту, влагу и углекислый газ. Количественные характеристики выделения человеком теплоты и влаги приведены на рис.2.3. в зависимости от температуры воздуха. В результате работы производственного оборудования в воздух поступают теплота, водяные пары, газы, пары и пыль, которые носят название профессиональных вредных выделений («вредностей»). Для нормальной работы механизма терморегуляции человека метеорологические условия должны обеспечивать отвод вырабатываемой организмом теплоты. Количество этой теплоты зависит от интенсивности главным образом мышечной работы (энергозатрат). Отвод теплоты происходит с поверхности кожи и из легких посредством радиационного теплообмена, конвекции и испарения. Это количество теплоты составляет от 100Вт (в состоянии покоя) до 400Вт (при выполнении тяжелых работ). В состоянии покоя, например, посредством радиационного теплообмена выделяется 44%, конвекции – 31%, испарения – 21% и нагревания потребляемого воздуха – 4%. При увеличении энергозатрат увеличивается доля потерь за счет испарения (до 50-60%).

На тепловые ощущения человека влияют:

Температура воздуха,

Средняя температура излучения окружающих поверхностей,

Скорость движения воздуха,

Давление водяных паров в воздухе и соответственно относительная влажность,

Уровень активности (метаболический фактор),

Термическое сопротивление одежды.

Теплоотдача человека на уровне активности, соответствующем сидячей работе, составляет 210 кДж/(м 2 ч) или 1 мет. Термическое сопротивление одежды измеряется в единицах «кло» (1 кло = 0.043 м 2 ч К / кДж - термическое сопротивление типичного костюма для конторской работы).

Зависимость тепло- и влаговыделений организмом человека от температуры

q ч - тепловыделения организмом человека (q п - полные, q с - скрытые),

g W - влаговыделения организмом человека

Тепловыделяющее оборудование является источником поступлений в помещение:

Конвективной теплоты в виде конвективных потоков от нагретых поверхностей, повышающей температуру воздуха в рабочей и верхней зоне помещения,

Лучистой (радиационной) теплоты, нагревающей твердые поверхности, в том числе и тело человека.

Влага, попадающая в окружающую среду в виде водяного пара, вызывает повышение их парциального давления, а соответственно и относительной влажности. Влияние повышенной относительной влажности на самочувствие человека не так явно выражено, как влияние повышенной температуры. Отчасти из-за этого в нормах проектирования вентиляции влажностные условия регламентированы в широких пределах / 1, 2 /.

Вредные вещества в виде газов, паров и пыли выделяются в воздушную среду помещений в результате протекания различных технологических процессов при недостаточной герметизации оборудования и коммуникаций. Воздействие их на человека определяется токсичностью и концентрацией в воздухе. При попадании в организм человека эти вещества могут приводить к заболеваниям и отравлениям. Отравления могут быть острыми и хроническими.

Острые отравления возникают при попадании в организм человека значительного количества вредных веществ.

Хронические отравления возникают при попадании в организм человека небольших количеств вредных веществ в течении длительного периода времени.

В производственных условиях вредные вещества могут проникать в организм человека через органы дыхания, пищеварительный тракт и кожу.

Вредные вещества по характеру взаимодействия с организмом человека делятся на химически реагирующие и химически не реагирующие. По характеру действия на организм газы и пары делятся на:

Удушающие (оксид углерода, синильная кислота и др.),

Раздражающие (хлор, хлористый и фтористый водород, сернистый газ, сероводород),

Наркотические (бензин, бензол, сероуглерод, анилин, нитробензол и т.д.),

Отравляющие (фосфор, ртуть, соединения мышьяка, металлоорганические соединения и др.).

Вредные вещества перемещаются в помещении в результате диффузии, воздушными потоками, конвективными потоками.

Пыль выделяется в воздух помещений, в основном, в результате дробления, пересыпки и транспортировании сыпучих материалов, а также при механической обработке изделий и материалов. Пыли, выделяемые в результате размельчения горючих веществ, взрывоопасны из-за развитой суммарной поверхности пылевых частиц. По действию на организм человека различают ядовитую пыль (свинцовая, свинцовых соединений, ртутная и др.) и неядовитую (песчаная, асбестовая, древесная и т.д.). Наибольшую опасность для органов дыхания представляют частицы размерами менее 10мкм, невидимые для глаз. При оценке действия пыли необходимо учитывать не только ее состав и концентрацию (мг/ м 3), но и дисперсность пыли.

2.1.3. Характеристики наружного климата

Состояние воздушной среды определяет в достаточно большой степени тепловой и влажностный режим помещений.

В настоящее время с точки зрения технико-экономических показателей работы систем вентиляции и кондиционирования воздуха (СКВ) приняты две категории параметров, характеризующих наружный воздух – А и Б / 3 /.

Параметры А используются при проектировании систем вентиляции и СКВ третьего класса в теплый период года, Б – для систем отопления (в том числе воздушных), вентиляции, душирования и СКВ для холодного периода года, а также для СКВ первого класса в теплый период года. Для СКВ второго класса следует принимать температуру наружного воздуха для теплого периода года на 2 о С и удельную энтальпию на 2 кДж/кг ниже, чем при параметрах Б.

Классификация СКВ приведена в /3/ в зависимости от необеспеченности параметров:

Первого класса - в среднем 100ч/г при круглосуточной работе или 70ч/г при односменной работе в дневное время,

Второго класса - в среднем 250ч/г при круглосуточной или 175ч/г при односменной работе в дневное время,

Третьего класса - в среднем 450ч/г при круглосуточной работе или 315ч/г при односменной работе в дневное время.

Соответствующие СКВ необходимо принимать:

Первого класса - для обеспечения метеорологических условий, требуемых для технологического процесса, при экономическом обосновании или в соответствии с требованиями нормативных документов,

Второго класса - для обеспечения метеорологических условий в пределах оптимальных норм или требуемых для технологических процессов, скорость движения воздуха допускается принимать в обслуживаемой зоне, на постоянных и непостоянных рабочих местах в пределах допустимых норм,

Третьего класса - для обеспечения метеорологических условий в пределах допустимых норм, если они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха, или оптимальных норм - при экономическом обосновании.

При проектировании вентиляции используется понятие о переходном периоде. В качестве расчетных параметров наружного климата принимают температуру t н = +10 о С и удельную энтальпию i н = 26,5кДж/кг.

Требования к чистоте воздуха выражаются предельно-допустимой концентрацией вредностей (ПДК). Под ПДК понимают содержание в воздухе такого количества вредных веществ, которое при ежедневном воздействии в течение неограниченного времени на человека не вызывает в его организме каких-либо физиологических изменений или заболеваний.

2.2.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

2.2.1. Воздушный режим здания

Под воздушным режимом здания подразумеваются процессы перемещения воздуха внутри помещения, движения его через ограждения и отверстия в ограждениях, по каналам и воздуховодам, обтекания здания воздушными потоками.

При рассмотрении воздушного режима различают внутреннюю, краевую и внешнюю задачи.

В состав внутренней задачи входят:

Расчет требуемого воздухообмена;

Определение параметров внутреннего воздуха и их распределение по объему помещения при различных вариантах подачи и удаления воздуха, выбор оптимальных вариантов подачи и удаления воздуха;

Определение параметров воздуха в струйных течениях;

Расчет количества вредных выделений;

Создание нормальных условий на рабочих местах.

Краевая задача включает:

Определение расходов инфильтрирующегося и эксфильтрирующегося воздуха;

Расчет площадей отверстий для аэрации (естественной организованной вентиляции);

Расчет размеров каналов, воздуховодов и шахт;

Выбор способа обработки воздуха;

Защита помещений от врывания наружного воздуха (воздушно-тепловые завесы).

Внешняя задача объединяет следующие вопросы:

Определение давлений, создаваемых ветром на конструктивные элементы здания;

Расчет максимально возможного количества выбросов из условия обеспечения концентрации в приземном слое атмосферы ниже ПДК, определения проветриваемости пространства на промплощадке;

Выбор мест расположения воздухозаборных и вытяжных шахт;

Расчет и прогнозирование загрязнения атмосферы вредными веществами, проверку достаточности очистки вентиляционных выбросов.

2.2.2. Методология вентиляции

Вентиляция является наукой об организации воздухобмена. При решении задач, стоящих перед вентиляцией возникают следующие вопросы:

1). Какое количество воздуха необходимо подавать в помещение в единицу времени, какое количество и как удалять?

2). Какие параметры должен иметь приточный воздух, каким образом его обрабатывать?

3). В каких местах подавать приточный воздух и в каких удалять?

4). Как подавать (равномерно, сосредоточенно), удалять и какие конструктивные формы необходимо придать всем элементам, участвующим в организации воздухоообмена?

Для решения вопросов вентиляции необходимо знать количество поступающих вредностей, характер их распространения, их взаимодействие с вентиляционными потоками.

Вопрос о расчетном расходе воздуха непосредственно связан с организацией воздухообмена.

Движение воздуха и распространение теплоты, газов подчиняется общим законам сохранения материи, сохранения и превращения энергии.

Исходными для решения этих вопросов являются известные дифуравнения:

Уравнение неразрывности;

Уравнения движения;

Уравнения тепло- и массообмена.

Для однозначного рассмотрения данного процесса необходимо задать начальные и краевые условия. Вследствие влияния большого числа факторов при решении вентиляционных задач большое значение имеет эксперимент - натурный и на моделях. Постановка эксперимента опирается на теорию подобия/ 13 /. Различают геометрическое, механическое и тепловое подобие. Механическое подобие делится на кинематическое и динамическое подобие. Кинематическое подобие предполагает пропорциональность скоростей и ускорений двух потоков; динамическое - подобие сил, вызывающих подобные движения. При тепловом подобии сохраняется подобие полей температур и тепловых потоков.

Данные единичного опыта могут распространяться на подобные явления, т.е. такие, у которых условия однозначности подобны и определяющие критерии, составленные из величин, входящих в условия однозначности, численно равны.

Физическое моделирование используется, например, для оценки различных способов организации воздухообмена, т.е. тогда, когда аналитическое решение крайне затруднительно. В качестве рабочей среды при физическом моделировании применяется воздух или вода. Точное осуществление всех условий моделирования может выполняться в редких случаях. Однако, во многих случаях имеет место автомодельность относительно некоторых критериев. Например, свободные турбулентные струи автомодельны в отношении критерия Рейнольдса (законо-мерности в относительных координатах не зависят от скорости и характерного размера). При изучении естественного движения под действием изменения плотности воздуха необходимо иметь ввиду, что закономерности процесса не зависят от температуры и характерного размера при достижении условия: Gr Pr > 2· 10 7 . Поэтому при постановке эксперимента необходимо выбрать определяюшие критерии подобия.

В настоящее время широко используется метод приближенного математического моделирования тепловоздушных процессов помещения, основанный на решении системы балансных уравнений для характерных объемов. С середины 90-х годов начинают появляются работы по точному математическому моделированию вентиляционных процессов.

2.2.3. Связь вентиляции с другими науками

Вентиляция как наука тесно связана с гигиеной, аэродинамикой, теплотехникой, отоплением и т.д.

Гигиена дает ответ на вопрос о параметрах воздуха, которые необходимо поддерживать в рабочей зоне. Эти параметры являются заданными, в соответствии с ними определяются параметры приточного и отработанного воздуха.

Вопросы о количестве воздуха, об организации воздухообмена составляют основное содержание вентиляционной аэродинамики, опирающейся на общую аэродинамику. Как известно, аэродинамика решает внутреннюю (течения в воздуховодах, каналах) и внешнюю (обтекание тел) задачи, включая учение о свободной струе. Все эти вопросы составляют аэродинамическую сущность вентиляции. Особенно большое значение в вентиляции принадлежит свободным струям. Это приточные струи, воздушные души воздушно-тепловые завесы, передувки. Важное значение имеет раздел аэродинамики, изучающий спектры всасывания вытяжныхотверстий.

Теплотехника, в частности, термодинамика, дает ответы на вопросы об изменении состояния воздуха в процессах его предварительной обработки и в самом помещении при воздействии на него теплоты и влаги. Теория теплопередачи дает возможность количественно оценивать различные стационарные и нестационарные теплообменные процессы.

Связь с отоплением состоит в том, что поддерживать требуемую температуру воздуха в помещении в холодный период года возможно только совместно с отоплением. Некоторые виды отопления (воздушное) по своему существу больше относятся к вентиляции, чем собственно к отоплению.

Знание технологии производства позволяет более совершенно сочетать общие решения вентиляционных задач со специфическими условиями производственных процессов.

Для решения вентиляционных задач необходимо знать основы математики, физики, тепло-массообмена, вычислительной техники, электротехники, автоматики, климатологии, экологии и др.

ЛЕКЦИЯ №2

2.3. КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ

2.3.1. Классификация систем вентиляции.

Вентиляционная система – совокупность устройств для обработки, транспортирования, подачи и удаления воздуха.

При выборе системы вентиляции необходимо учитывать санитарно-гигиенические, технологические и экономические факторы. Предпочтительно всегда применение наиболее простых систем вентиляции, например, аэрации перед механической системой вентиляции.

Классификация систем вентиляции приведена на рис. 2.4.

По назначению системы вентиляции делятся на приточные (для подачи воздуха) и вытяжные (для удаления).

По способу организации воздухообмена – общеобменные и местные. Общеобменные обеспечивают воздухообмен в объеме всего помещения, местные – в ограниченной области или на отдельном рабочем месте. Примером приточной местной вентиляции является воздушное душирование.

По способу побуждения движения воздуха – с механическим (при помощи вентиляторов, эжекторов и пр.) и естественным (с использованием сил ветра и гравитации) побуждением.

По способу перемещения – канальные (через разветвленную сеть воздуховодов) и бесканальные (через проемы в наружных стенах).

Системы бывают постоянного и периодического действия, рабочие и аварийные.

Аварийной называется такая система, которая предназначена для борьбы с внезапными (аварийными) выбросами вредностей в производственные помещения в случае аварии.

Основные элементы приточной системы: узел воздухозабора, приточная камера (клапан воздушный утепленный, калориферы, фильтры, вентиляционный агрегат), сеть воздуховодов, воздухораспределители. Вытяжная система состоит из: вытяжных устройств, сети воздуховодов, в общем случае вытяжной камеры, вытяжной шахты.

2.3.2. Основные принципы действия различных видов систем вентиляции

При выборе систем вентиляции необходимо учитывать общие нормативные документы /1-3/, а также нормативные документы для определенного типа здания (например, СНиПы на проектирование общественных зданий, жилых зданий и т.д.) и ведомственные нормы проектирования. Общая схема вентиляции помещения приведена на рис.2.5.

2.3.2.1. Приточная общеобменная канальная вентиляция с механическим побуждением

Этот вид вентиляции (рис.2.5.А) широко применяется в промышленных зданиях, в больших помещениях общественных зданий. Подача воздуха может быть как рассредоточенной (при помощи перфорированных панелей) непосредственно в рабочую или обслуживаемую зону, так и сосредоточенной одной или несколькими струями. В таких системах для экономии теплоты в холодный период года применяется рециркуляция внутреннего воздуха, если это допускается нормативными документами.

2.3.2.2. Приточная общеобменная бесканальная система вентиляции с механическим

побуждением

Эти системы (рис.2.5.Б) применяются в производственных помещениях с небольшим количеством работающих при отсутствии постоянных рабочих мест для периодического проветривания помещений с избытками теплоты в качестве вспомогательной системы (дополнительной), работающей либо в теплый, либо в холодный период года с подогревом или рециркуляцией, а также во вспомогательных помещениях производственных зданий.

2.3.2.3. Приточная общеобменная бесканальная с естественным побуждением

Такая система (рис.2.5.В) называется аэрационным притоком и применяется в промышленных зданиях со значительными избытками теплоты, в помещениях жилых и общественных зданий в теплый период года. В промышленных зданиях данная система применима во все периоды года.

В теплый период подача воздуха осуществляется через оконные проемы или специальные отверстия на уровне рабочей зоны, в переходный и холодный периоды – через отверстия, расположенные на высоте не ниже 4м от пола потоками, направленными в верхнюю зону про- изводственного помещения. Движение воздуха обуславливается разностью давлений снаружи и внутри здания, возникающей в результате ветрового и гравитационного напора (рис.2.6.).

Гравитационный (D Р t) и ветровой напор (D P v) определяются по формулам:

D Р t = H gDr = Hg (r н - r в) (уравнение Мейдингера, 1875г.)

D P v = K a r н v 2 /2 (2.1.)

где K a - аэродинамический коэффициент.

Н - разность отметок центров вытяжных и приточных проемов.

Рис.2.5.

Общие принципы устройства систем вентиляции

1-вентиляторные агрегаты; 2- калориферы; 3-воздуховоды;

4-вентилятор воздушного душа; 5 -крышный вентилятор;

2.3.2.5. Приточная местная бесканальная система вентиляции с механическим побуждением

Эта система (рис.2.5.Г) применяется для душирования рабочих мест в производственных помещениях. Вентиляторные установки в таких системах работают обычно на рециркуляционном воздухе. Может производиться некоторая его обработка (увлажнение). Такие установки изготавливаются обычно передвижными.

2.3.2.6. Приточная местная бесканальная система вентиляции с естественным

побуждением

Эта система аналогична варианту аэрационного притока. Только в данном случае воздух через аэрационный проем подается непосредственно в рабочую зону, захватывая ее активной частью струи. Применяется она только в теплый период года.

2.3.2.7. Вытяжная общеобменная канальная система вентиляции с механическим

побуждением

Система используется в тех же случаях, что и приточная общеобменная канальная с механическим побуждением (рис. 2.5.Д). Эта система вытяжной вентиляции является наиболее распространенной. Вытяжка может устраиваться из рабочей зоны или верхней зоны помещения, а также из нескольких объединенных одной системой помещений здания.

2.3.2.8. Вытяжная общеобменная бесканальная система вентиляции с механическим

побуждением

Устраивается, в основном в производственных зданиях. Вентиляторы устанавливаются в проемах наружных ограждений здания (в стенах и покрытии) (рис.2.5.Е). Часто она применяется для периодического проветривания помещения или для увеличения вытяжки в теплый период года. На этом же принципе устроена аварийная вентиляция.

2.3.2.9. Вытяжная общеобменная канальная система вентиляции с естественным

побуждением

Основная система в жилых и общественных зданиях, а также во вспомогательных помещениях производственных зданий. Движение воздуха в такой системе осуществляется под действием гравитационного напора. Иногда вытяжную шахту снабжают дефлектором - устройством, использующим силу ветра для перемещения воздуха по воздуховодам.

2.3.2.10. Вытяжная общеобменная бесканальная система вентиляции с естественным

побуждением

Иначе эта система (рис.2.5.Ж) называется аэрационной вытяжкой и применяется, в основном, в производственных зданиях и иногда в купольных помещениях общественных зданий (зрительные залы театров, цирки и т.п.). Удаление воздуха осуществляется через специальные отверстия в верхней части вертикальных ограждений помещения или через открываемые фрамуги светоаэрационных фонарей или через дефлекторы.

2.3.2.11. Вытяжная местная канальная система вентиляции с механическим

побуждением

Применяется, в основном, в производствнных помещениях. Иногда устраивается в в общественных зданиях (кухни столовых, кафе, ресторанов и т.п.).

При применении этой системы (рис.2.5.И) вредные вещества удаляются непосредственно от мест их образования (выделения). Перед выбросом этого воздуха в атмосферу чаще всего производится очистка воздуха, загрязненного вредностями.

Иногда эту систему применяют для транспортирования отходов производства (системы пневмотранспорта отходов).

2.3.2.12. Вытяжная местная канальная система вентиляции с естественным побуждением

Применяется для удаления нагретого воздуха от различных технологических печей, оборудования (рис.2.5.К).

Такое множество применяемых систем вентиляции позволяет выбрать для каждого случая оптимальный вариант. При этом возможны сочетания нескольких вариантов систем вентиляции. Например, приток с механическим побуждением, вытяжка с естественным побуждением и т.п.

2.4. СВОЙСТВА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА И ПРОЦЕССЫ ИЗМЕНЕНИЯ ЕГО СОСТОЯНИЯ

2.4.1. Характеристики влажного воздуха

Влажный воздух можно представить как смесь сухой части воздуха и водяных паров. Состав сухой части атмосферного воздуха в % по объему:

Азот – 78,08%;

Кислород – 20,95%;

Аргон – 0.93%;

Диоксид углерода- 0.03%;

Инертные газы, озон и т.д. – 0.01%.

Для влажного воздуха как смеси газов справедлив закон Дальтона:

Р б = Р с.в. + Р п, Па (2.2.)

где Р с.в. , Р п - соответственно парциальное давление сухой части воздуха и водяного

Из уравнения Менделеева-Клайперона:

PV = RT, V=1/r, r = P/ (RT) (2.3.)

где V – удельный объем, м 3 / кг;

R - удельная газовая постоянная, для сухой части воздуха R с.в. =2.153, для водяного пара R п = 3.461;

Плотность сухой части и водяных паров можно найти:

r с.в. = Р с.в. / (R с.в. T) = 0.465 (Р б – Р п) / T, (2.4.)

r п = Р п / (R п T) = 0.289 Р п / T (2.5.)

Тогда плотность влажного воздуха:

r в = r = 0.465 (Р б – Р п) / T + 0.289 Р п / T =

1 / T (0.465 Р б – 0.176 Р п) (2.6.)

При нормальном барометрическом давлении Рб= 10 5 Па:

r в @ 353 / T (2.7.)

В процессах тепловлажностной обработки сухая часть влажного воздуха остается неизменной. Количество водяных паров, приходящееся на 1 кг сухой части воздуха, называется влагосодержанием:

d = r п /r с.в. = Р п R с.в. T / (Р с.в. R п T) = 2.153 / 3.461 · Р п / Р с.в.

d = 0.623 Р п /Р с.в. , кг/кг с.в. (2.8.)

Когда мы говорим о вентиляции дома - мы говорим о воздухобмене внутреннего пространства дома с наружным. Без правильной вентиляции изолированный воздухонепроницаемыми материалами современный дом будет концентрировать внутри себя опасные загрязнители, например, оксид углерода, формальдегид и влагу, разрушающую конструкции дома.

Зачем вентилировать?

Газы из устройств сжигания топлива, печей и каминов могут собираться в плохо проветриваемых помещениях, что влияет на здоровье и безопасность проживающих в доме.

Избыточная влага в доме может влиять на самочувствие жильцов и приводить к образованию плесени, разрушению изоляции и конструкции дома. Повышенная влажность увеличивает потребляемую мощность систем кондиционирования, увеличивая затраты электроэнергии.

Формальдегид, превышающий предельно допустимую концентрацию в доме. Превышение концентрации формальдегида обычно наблюдается в каркасных домах, где для обшивки и в конструкциях применяются плиты OSB.

Проветривание дома должно согласовывать физические параметры здания с выбором способа вентиляции, который будет использован после завершения строительства. Воздуховоды и вытяжные вентиляторы удаляют продукты сжигания топлива из дома. Но способов предотвращения попадания и аккумулирования влаги в доме очень много.

Различают три подхода вентиляции дома:

1. Естественная вентиляция - это неконтролируемое движение воздуха через окна, двери и различные щели в конструкции дома. Это самый распространенный способ обеспечения притока свежего воздуха для замены отработанного, который реализован в большинстве зданий построенных более 20 лет назад.

2. Местная вентиляция - это контролируемое движение воздуха с помощью локальных вытяжных вентиляторов с целью быстрого удаления загрязнителей и влаги от ее источника. Стандартные примеры это колпаки над печами и плитами, а также вытяжные вентиляторы в ванных комнатах. Такой способ вентиляции обычно согласован с другими способами, и может быть использован для поддержания эффективности естественной вентиляции. Если раньше эти двух способов было достаточно, то в современном доме естественной и местной вентиляции недостаточно, поэтому нужно решать вопрос комплексно для всего дома.

3. Вентиляция всего дома должна продумываться заранее, так как предполагает использование одного или нескольких вентиляторов и системы воздуховодов для удаления отработанного воздуха или подачи свежего воздуха в дом. Система вентиляции всего дома обеспечивает контролируемое, равномерное проветривание всего объема дома. Вентиляция дома может быть организована как вытяжная (с притоком через окна, щели и специальные впускные каналы), приточная (с удалением через окна, щели и проветриватели, включая специальные вентиляционные каналы) и сбалансированная приточно-вытяжная система, которая включает контролируемый приток и вытяжку.

Устройства сжигания топлива

Устройства сжигания топлива, работающие на натуральном газе, газе-пропане, мазуте, керосине, дровах или пеллетах используются в миллионах домов и часто более эффективны и экономичны, чем електрические. Однако данные устройства требуют регулярного контроля, так как выделяют опасные газы. Поэтому такие устройства должны иметь свой прямой канал для удаления продуктов сгорания, иначе имеется высокая вероятность выброса этих продуктов, включая оксид углерода (СО) в жилое пространство дома.

Устройства приготовления пищи без разделения по виду используемого топлива также требуют отдельного канала удаления. При готовке образовывается ряд газообразных веществ, а также выделение жира сопровождаемое интенсивным парообразованием. Что бы не происходило увеличения концентрации этих веществ в воздухе, а также накопления этих веществ при оседании на конструкции дома и требуется местная вытяжка.

Правильная вентиляция обеспечивает оптимальный уровень влажности

При соприкосновении с холодными поверхностями часть влаги конденсируется и превращается в жидкость. Конденсат можно заметить на поверхности стакана с холодной жидкостью. Точно также влага оседает на внутренных сторонах стен или чердаке, что обычно приводит к образованию плесени и гниению древесины.

Для того, что бы исключить проблемы, вызываемые повышенной влажностью и обеспечить правильную вентиляцию:

1. Исключите неконтролируемую утечку воздуха

Проблемы с влажностью часто связаны с неконтролируемым током воздуха, когда теплый влажный воздух соприкасается с холодными поверхностями конденсируясь на них. Устраните все пути проникновения воздуха между жилым пространством и другими частями здания, такими чердак, фундамент и подвал. Только изоляция не исключает всех проблем от повышенной влажности.

2. Контролируйте воду

Минимизируйте вероятность попадания воды в дом, поддерживая кровлю в нормальном состоянии. Проверяйте уплотнители и обрамления окон, дверей, а также ванной и душевой кабины. Регулярно очищайте водосточные желоба и трубы, а также позаботьтесь об отводе воды от стен дома.

3. Вентилируйте внутреннюю влагу

Материалы, используемые в конструкции нового дома площадью 180кв.м. содержат около 6м 3 или 6 000 литров воды, которую нужно вывести из дома в первый год проживания.

Сами жильцы также производят влагу, когда готовят еду, принимают душ или стирают. Только вдыхая и выдыхая типичная семья добавляет не менее 10 литров воды в день во внутреннее пространство дома. Если белье сушится в доме без локальной вентиляции, то вся влага распространяется по дому, заполняя и жилые помещения также, поэтому:

Вентиляционные каналы кухни и ванной комнаты, а также фановый выход канализации должны быть выведены наружу и ни в коем случае на чердак, где влага может причинить серьезные проблемы как для конструкции дома, так и для здоровья жильцов,

Проанализируйте необходимость дополнительной вентиляции после уплотнения мест утечки воздуха, которая может возникнуть с целью удаления застойного и загрязненного продуктами жизнедеятельности воздуха. Специальные нагреватели воздуха или теплообменники могут вызвать эту потребность,

Замените вентиляторы, установленные на входе в каналы вентиляции или шумные модели вентиляторов, вентиляторами, установленными в окончании канала, а лучше всего на крыше.

4. Обеспечьте контроль уровня влаги

Если есть источники выделения большого количества влаги, то подумайте об установке осушителя воздуха для снижения избыточной влажности до уровня с которым может справиться система вентиляции, обслуживающая дом,

Если зимой отопление работает более чем эффективно, то может потребоваться увлажнитель воздуха, но использование его допускается только в комнатах, где обеспечен достаточных ток воздуха, что бы исключить оседание влаги на поверхностях,

Устройте вентиляцию подкровельного пространства согласно строительных норм, что бы термоизоляция, оставаясь сухой обеспечивала заложенные проектом расчетные параметры теплоизоляции.

Правильная вентиляция снижает концентрацию формальдегида, изомеров ксилола и других вредных веществ

В результате лабораторных исследований выявлено, что большинство современных строительных материалов (минеральная вата, разновидности утеплителей, OSB), являются источником выделения в воздух жилых помещений формальдегида и изомеров ксилола. Особенно эта проблема проявляется в каркасном малоэтажном строительстве.

Например, количество выделяемого плитами OSB в помещение формальдегида зависит от класса эмиссии применяемых плит и их количества. На Украине обычно применяют плиты низкого класса Е2 - свыше 10(8), но не более 30(15) мг формальдегида в 100г абсолютно сухого материала.

Кроме того, эмиссия формальдегида увеличивается при увеличении влажности или температуры материала. Например, при увеличении относительной влажности воздуха в помещении с 30 до 70% можно ожидать приблизительно 40%-ого увеличения эмиссии формальдегида. Рост температуры на каждые 5 градусов приводит примерно к удвоению эмиссии формальдегида в воздухе. Соответственно, снижение на 5 градусов вызовет 50%-ое снижение уровня.

Скорость эмиссия газа из материала снижается, если поверхность плит герметизировать, например, покрыть несколькими слоями краски или лака, ламинировать, оклеить поверхность газонепроницаемой пленкой.

Концентрация газа в помещении снижается при увеличении кратности воздухообмена через систему вентиляции.