Белов С.В. (ред.) Безопасность жизнедеятельности

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 9.1. Схема естественной канальной

вытяжной вентиляции:

— нижний ярус окон; h

— верхний ярус

Рис. 9.2. Принципиальная схема

дефлектора ЦАГИ:

— патрубок; 2 — диффузор; 3 — цилинд-

рическая обечайка, 4 — зонт

силы и направления ветра, температуры воздуха внутри и снаружи

здания, вида ограждений и качества строительных работ. Инфильт-

рация может быть значительной для жилых зданий и достигать

0,5... 0,7 5 объема помещения в час, а для промышленных предпри-

ятий — до 1...1,5 ч

-1

Для постоянного воздухообмена, требуемого по условиям поддер-

жания чистоты воздуха в помещении, необходима организованная

вентиляция. Организованная естественная вентиляция может быть

вытяжной без организованного притока воздуха (канальная) и при-

точно-вытяжной с организованным притоком воздуха (канальная и

бесканальная аэрация). Канальная естественная вытяжная вентиля-

ция без организованного притока воздуха (рис. 9.1) широко применя-

ется в жилых и административных зданиях. Расчетное гравитацион-

ное давление таких систем вентиляции определяют при температуре

наружного воздуха + 5°С, считая, что все давление падает в тракте вы-

тяжного канала, при этом сопротивление входу воздуха в здание не

учитывается. При расчете сети воздуховодов прежде всего производят

ориентировочный подбор их сечений, исходя из допустимых скоро-

стей движения воздуха в каналах верхнего этажа 0,5...0,8 м/с, в кана-

лах нижнего этажа и сборных каналах верхнего этажа — 1,0 м/с и в

вытяжной шахте — 1...1,5 м/с.

Для увеличения располагаемого давления в системах естествен-

ной вентиляции на устье вытяжных шахт устанавливают насадки-де-

флекторы. Наибольшее распространение получили дефлекторы типа

ЦАГИ (рис. 9.2), которые представляют собой цилиндрическую обе-

чайку, укрепленную над вытяжным патрубком, заканчивающимся

плавным диффузором. Поток ветра, обтекая обечайку, создает вокруг

231

\ fj Щу))

Рис. 9.3. Схема аэрации

промышленного здания

большей части ее периметра разряжение,

обеспечивающее подсос воздуха из вытяж-

ного патрубка. Разрежение, создаваемое де-

флектором, и количество удаляемого возду-

ха зависят от скорости ветра и могут быть

определены с помощью номограмм.

у и Аэрацией называется организованная ес-

тественная общеобменная вентиляция по-

мещений в результате поступления и удале-

ния воздуха через открывающиеся фрамуги

окон и фонарей. Воздухообмен в помеще-

нии регулируют различной степенью от-

крывания фрамуг (в зависимости от температуры наружного воздуха,

скорости и направления ветра). Как способ вентиляции аэрация на-

шла широкое применение в промышленных зданиях, характеризую-

щихся технологическими процессами с большими тепловыделения-

ми (прокатных цехах, литейных, кузнечных). Поступление наружно-

го воздуха в цех в холодный период года организуют так, чтобы холод-

ный воздух не попадал в рабочую зону. Для этого наружный воздух

подают в помещение через проемы, расположенные не ниже 4,5 м от

пола (рис. 9.3), в теплый период года приток наружного воздуха ори-

ентируют через нижний ярус оконных проемов (h = 1,5...2 м).

При расчете аэрации определяют требуемую площадь проходного

сечения проемов и аэрационных фонарей для подачи и удаления не-

обходимого количества воздуха. Исходными данными являются кон-

структивные размеры помещений, проемов и фонарей, величины те-

плопродукции в помещении, параметры наружного воздуха. Соглас-

но СНиП 2.04.05—91, расчет рекомендуется выполнять на действие

гравитационного давления. Ветровой напор надлежит учитывать

только при решении вопросов защиты вентиляционных проемов от

задувания.

Основным достоинством аэрации является возможность осуще-

ствлять большие воздухообмены без затрат механической энергии. К

недостаткам аэрации следует отнести то, что в теплый период года

эффективность аэрации может существенно падать вследствие повы-

шения температуры наружного воздуха и того, что поступающий в

помещение воздух не очищается и не охлаждается.

Вентиляция, с помощью которой воздух подается в производст-

венные помещения или удаляется из них по системам вентиляцион-

ных каналов с использованием для этого специальных механических

побудителей, называется механической вентиляцией.

232

Механическая вентиляция по сравнению с естественной имеет

ряд преимуществ: большой радиус действия вследствие значительно-

го давления, создаваемого вентилятором; возможность изменять или

сохранять необходимый воздухообмен независимо от температуры

наружного воздуха и скорости ветра; подвергать вводимый в помеще-

ние воздух предварительной очистке, осушке или увлажнению, по-

догреву или охлаждению; организовывать оптимальное воздухорас-

пределение с подачей воздуха непосредственно к рабочим местам;

улавливать вредные выделения непосредственно в местах их образо-

вания и предотвращать их распространение по всему объему помеще-

ния, а также возможность очищать загрязненный воздух перед вы-

бросом его в атмосферу. К недостаткам механической вентиляции

следует отнести значительную стоимость сооружения и эксплуатации

ее и необходимость проведения мероприятий по борьбе с шумом.

Системы механической вентиляции подразделяются на общеоб-

менные, местные, смешанные, аварийные и системы кондициониро-

вания.

Общеобменная вентиляция предназначена для ассимиляции избы-

точной теплоты, влаги и вредных веществ во всем объеме рабочей

зоны помещений. Она применяется в том случае, если вредные выде-

ления поступают непосредственно в воздух помещения, рабочие мес-

та не фиксированы, а располагаются по всему помещению. Обычно

объем воздуха L

, подаваемого в помещение при общеобменной вен-

тиляции, равен объему воздуха L

, удаляемого из помещения. Однако

в ряде случаев возникает необходимость нарушить это равенство

(рис. 9.4). Так, в особо чистых цехах электровакуумного производст-

ва, для которых большое значение имеет отсутствие пыли, объем при-

тока воздуха делается больше объема вытяжки, за счет чего создается

некоторый избыток давления в производственном помещении, что

исключает попадание пыли из соседних помещений. В общем случае

разница между объемами приточного и вытяжного воздуха не должна

превышать 10...15 %.

Рис. 9.4. Принципиальная схема вентиляции для выбора соотношения объемов

приточного и удаляемого воздуха:

~ к

> 4р> P^ <Р» б— L

< L

, /?, >р

233

Рис. 9.5. Схема истечения воздуха

из круглого отверстия

Рис. 9.6. Спектры скорости воз-

духа при всасывании в трубу

Существенное влияние на параметры воздушной среды в рабочей

зоне оказывают правильная организация и устройство приточных и

вытяжных систем.

Воздухообмен, создаваемый в помещении вентиляционными уст-

ройствами, сопровождается циркуляцией воздушных масс в несколь-

ко раз больших объема подаваемого или удаляемого воздуха. Возни-

кающая циркуляция является основной причиной распространения

и перемешивания вредных выделений и создания в помещении раз-

ных по концентрации и температуре воздушных зон. Так, приточная

струя, входя в помещение, вовлекает в движение окружающие массы

воздуха, в результате чего масса струи в направлении движения будет

возрастать, а скорость падать. При истечении из круглого отверстия

(рис. 9.5) на расстоянии 15 диаметров от устья скорость струи соста-

вит 20 % от первоначальной скорости v

, а объем перемещающегося

воздуха увеличится в 4,6 раза.

Скорость затухания движения воздуха зависит от диаметра выпу-

скного отверстия d

: чем больше d

, тем медленнее затухание. Если

нужно быстрее погасить скорость приточных струй, подаваемый воз-

дух должен быть разбит на большое число мелких струй.

Существенное влияние на траекторию струи оказывает темпера-

тура приточного воздуха: если температура приточной струи выше

температуры воздуха помещения, то ось загибается вверх, если ниже,

то вниз и при изотермическом течении она совпадает с осью приточ-

ного отверстия.

К всасывающему отверстию (вытяжная вентиляция) воздух нате-

кает со всех сторон, вследствие чего и падение скорости происходит

весьма интенсивно (рис. 9.6). Так, скорость всасывания на расстоя-

нии одного диаметра от отверстия круглой трубы равна 5 % v

Циркуляция воздуха в помещении и соответственно концентра*

ция примесей и распределение параметров микроклимата зависят не

234

Приток^

^HJIII

I I I I I

Приток^

Приток

Вытяжка

ф—

°L Вытяжка

t t t t t t r^

'-I 111111

Приток

—И

Вытяжка

~m frr

Hi ш_

Вытяжка

—

в г

Рис. 9.7. Схемы организации воздухообмена при общеобменной вентиляции

только от наличия приточных и вытяжных струй, но и от их взаимно-

го расположения. Различают четыре основные схемы организации

воздухообмена при общеобменной вентиляции: сверху — вниз (рис.

9.7, а), сверху — вверх (см. рис. 9.7, б); снизу — вверх (см. рис. 9.7, в).

Кроме этих схем, применяют комбинированные. Наиболее равно-

мерное распределение воздуха достигается в том случае, когда приток

равномерен по ширине помещения, а вытяжка сосредоточенна.

При организации воздухообмена в помещениях необходимо учи-

тывать и физические свойства вредных паров и газов и в первую оче-

редь их плотность. Если плотность газов ниже плотности воздуха, то

удаление загрязненного воздуха происходит в верхней зоне, а подача

свежего — непосредственно в рабочую зону. При выделении газов с

плотностью, большей плотности воздуха, из нижней части помеще-

ния удаляется 60...70 % и из верхней части 30...40 % загрязненного

воздуха. В помещениях со значительными выделениями влаги вы-

тяжка влажного воздуха осуществляется в верхней зоне, а подача све-

жего в количестве 60 % — в рабочую зону и 40 % — в верхнюю зону.

По способу подачи и удаления воздуха различают четыре схемы

общеобменной вентиляции (рис. 9.8): приточная, вытяжная, приточ-

но-вытяжная и системы с рециркуляцией. По приточной системе воз-

дух подается в помещение после подготовки его в приточной камере.

В помещении при этом создается избыточное давление, за счет кото-

рого воздух уходит наружу через окна, двери или в другие помещения.

Приточную систему применяют для вентиляции помещений, кото-

рые нежелательно попадание загрязненного воздуха из соседних по-

мещений или холодного воздуха извне.

Установки приточной вентиляции (рис. 9.8, а) обычно состоят из

следующих элементов: воздухозаборного устройства 7 для забора чис-

того воздуха; воздуховодов 2, по которым воздух подается в помеще-

ние, фильтров J для очистки воздуха от пыли, калориферов 4, в кото-

235

Рис. 9.8. Схемы общеобменной венти-

ляции:

а — приточная вентиляция (ПВ); б — вытяж-

ная вентиляции (BB); в — приточно-вытяжная

вентиляция с рециркуляцией

рых подогревается холодный наружный воздух; побудителя движе-

ния 5, увлажнителя-осушителя 6, приточных отверстий или насадков

7, через которые воздух распределяется по помещению. Воздух из по-

мещения удаляется через неплотности ограждающих конструкций.

Вытяжная система предназначена для удаления воздуха из поме-

щения. При этом в нем создается пониженное давление и воздух со-

седних помещений или наружный воздух поступает в данное поме-

щение. Вытяжную систему целесообразно применять в том случае,

если вредные выделения данного помещения не должны распростра-

няться на соседние, например для вредных цехов, химических и био-

логических лабораторий.

Установки вытяжной вентиляции (см. рис. 9.8, б) состоят из вы-

тяжных отверстий или насадков 8, через которые воздух удаляется из

помещения; побудителя движения 5; воздуховодов 2; устройств для

очистки воздуха от пыли или газов 9, устанавливаемых для защиты ат-

мосферы, и устройства для выброса воздуха 10, которое располагает-

ся на 1... 1,5 м выше конька крыши. Чистый воздух поступает в произ-

водственное помещение через неплотности в ограждающих конст-

рукциях, что является недостатком данной системы вентиляции, так

как неорганизованный приток холодного воздуха (сквозняки) может

вызвать простудные заболевания.

Приточно-вытяжная вентиляция — наиболее распространенная

система, при которой воздух подается в помещение приточной систе-

мой, а удаляется вытяжной; системы работают одновременно.

В отдельных случаях для сокращения эксплуатационных расходов

на нагревание воздуха применяют системы вентиляции с частичной ре-

циркуляцией (см. рис. 9.8, в). В них к поступающему снаружи воздуху

подмешивают воздух, отсасываемый из помещения П вытяжной сис-

236

1 2 3 4 5 6 7

10 5 9 2 8

ПВ

ВВ

ПВ

ВВ

ПВ

ВВ

темой. Количество свежего и вторичного воздуха регулируют клапа-

нами 77 и 72. Свежая порция воздуха в таких системах обычно состав-

ляет 20... 10 % общего количества подаваемого воздуха. Систему вен-

тиляции с рециркуляцией разрешается использовать только для тех

помещений, в которых отсутствуют выделения вредных веществ или

выделяющиеся вещества относятся к 4-му классу опасности, и кон-

центрация их в воздухе, подаваемом в помещение, не превышает 30 %

предельно допустимой концентрации (С

дк). Применение рецирку-

ляции не допускается и в том случае, если в воздухе помещений со-

держатся болезнетворные бактерии, вирусы или имеются резко выра-

женные неприятные запахи.

Отдельные установки общеобменной механической вентиляции

могут не включать всех указанных выше элементов. Например, при-

точные системы не всегда оборудуются фильтрами и устройствами

для изменения влажности воздуха, а иногда приточные и вытяжные

установки могут не иметь сети воздуховодов.

Расчет потребного воздухообмена при общеобменной вентиля-

ции производят, исходя из условий производства и наличия избыточ-

ной теплоты, влаги и вредных веществ. Для качественной оценки эф-

фективности воздухообмена применяют понятие кратности воздухо-

обмена к

— отношение количества воздуха, поступающего в поме-

щение в единицу времени L (м

/ч), к объему вентилируемого

помещения V

(м

). При правильно организованной вентиляции

кратность воздухообмена должна быть значительно больше единицы.

При нормальном микроклимате и отсутствии вредных выделений

количество воздуха при общеобменной вентиляции принимают в за-

висимости от объема помещения, приходящегося на одного работаю-

щего. Отсутствие вредных выделений — это такое их количество в

технологическом оборудовании, при одновременном выделении ко-

торых в воздухе помещения концентрация вредных веществ не пре-

высит предельно допустимую. В производственных помещениях с

объемом воздуха на каждого работающего V

< 20 м

расход воздуха

на одного работающего Ь\ должен быть не менее 30 м /ч. В помеще-

нии с К

п1

= 20...40м

1! > 20 м

/ч. В помещениях с V

> 40 м

и при на-

личии естественной вентиляции воздухообмен не рассчитывают. В

случае отсутствия естественной вентиляции (герметичные каби-

ны) расход воздуха на одного работающего должен составлять не

менее 60 м

/ч. Необходимый воздухообмен для всего производствен-

ного помещения в целом

L = nL

где п — число работающих в данном помещении.

237

При определении потребного воздухообмена для борьбы с тепло-

избытками составляют баланс явной теплоты помещения. При отсут-

ствии в производственном помещении местных отсосов уравнение

теплового баланса принимает вид:

Л0изб + GnpCp^np + Св<ф*ух

0 5

где Л(?

изб

— избытки явной теплоты всего помещения, кВт; С

пр

/ и

GeVyx ~ теплосодержание приточного и удаляемого воздуха, кВт;

— удельная теплоемкость воздуха, кДжДкг • °С); / и t

— темпе-

ратура приточного и уходящего воздуха, °С.

В летнее время вся теплота, которая поступает в помещение, явля-

ется суммой теплоизбытков. В холодный период года часть тепловы-

делений в помещении расходуется на компенсацию теплопотерь

п т

л0„з

=1а-1<2

пот

/=1 /=1

п п

где — тепловыделения в помещении, кВт; ^(?

пот

— потери те-

/=i /=i

плоты через наружные ограждения, кВт.

Температура наружного воздуха в теплый период года принимает-

ся равной средней температуре самого жаркого месяца в 13 ч. Расчет-

ные температуры для теплого и холодного периодов года приведены в

СНиП 2.04.05—91. Температура удаляемого из помещения воздуха

= /р

+ а(Н- 2),

где / — температура воздуха в рабочей зоне, °С; а — градиент темпе-

ратуры по высоте помещения, °С/м; для помещений с < 23 Вт/м

можно принять а = 0,5° С/см. Для «горячих» цехов с > 23 Вт/м

—

а = 0,7... 1,5° С/м; Н — расстояние от пола до центра вытяжных отвер-

стий, м.

Исходя из баланса явной теплоты помещения определяют необ-

ходимый воздухообмен (Z, м

/ч) для ассимиляции теплоизбытков:

С?И36

СрРпрСух -*пр) '

где р

пр

— плотность приточного воздуха, кг/м

238

При определении необходимого воздухообмена для борьбы с

вредными парами и газами составляют уравнение материального ба-

ланса вредных выделений в помещении за время dx (с):

dx + L

dx — L

dx = V

dC,

где G

dx — количество вредных выделений в помещении, обуслов-

ленных работой технологического оборудования, мг; L

dx — ко-

личество вредных выделений, поступающих в помещение вместе с

приточным воздухом, мг; L

dx — количество вредных выделений,

удаляемых из помещения вместе с уходящим воздухом, мг;

dC — количество вредных паров или газов, накопившихся в поме-

щении за время dx; С

пр

и С

— концентрация вредных веществ в при-

точном и удаляемом воздухе, мг/м

При равенстве количества приточного (Z

) и удаляемого (Z

) сис-

темой вентиляции воздуха и отсутствия в производственном помеще-

нии местных отстоев, равномерном распределении по помещению и,

принимая, что концентрация вредных веществ в воздухе рабочей

зоны остается постоянной в течение рабочей смены и равной пре-

дельно допустимой, т. е. dC/dt = 0, и С

= С

дк, определим потребный

воздухообмен для ассимиляции вредных выделений:

L = бв

/(С

дк

—

п р

Концентрация вредных веществ в приточном воздухе должна

быть по возможности минимальной и не превышать 30 % ПДК.

Необходимый воздухообмен для удаления избыточной влаги на-

ходят исходя из материального баланса по влаге и при отсутствии в

производственном помещении местных отсосов определяют по фор-

муле

Рпр(^ух ~

Uр) '

где G

— количество водяного пара, выделяющегося в помещение,

' Рп

— плотность воздуха, поступающего в помещение, кг/м

;

— допустимое содержание водяного пара в воздухе помещения

при нормативной температуре и относительной влажности воздуха,

г/кг; d

— влагосодержание приточного воздуха, г/кг.

При одновременном выделении в рабочую зону вредных веществ,

не обладающих однонаправленным действием на организм человека,

например теплоты и влаги, необходимый воздухообмен принимают

по наибольшему количеству воздуха, полученному в расчетах для ка-

ждого вида производственных выделений.

239

При одновременном выделении в воздух рабочей зоны несколь-

ких вредных веществ однонаправленного действия (серный и серни-

стый ангидрид; оксиды азота совместно с оксидом углерода и др., см.

СН 245—71) расчет общеобменной вентиляции надлежит произво-

дить путем суммирования объемов воздуха, необходимых для разбав-

ления каждого вещества в отдельности до его условных предельно до-

пустимых концентраций [с,], учитывающих загрязнения воздуха дру-

гими веществами. Эти концентрации меньше нормативных с

дк и оп-

ГС 1

ределяются из уравнения ]Г ' < 1.

Ощк

С помощью местной вентиляции необходимые метеорологиче-

ские параметры создаются на отдельных рабочих местах. Например,

улавливание вредных веществ непосредственно у источника возник-

новения, вентиляция кабин наблюдения и т. д. Наиболее широкое

распространение находит местная вытяжная локализующая вентиля-

ция. Основной метод борьбы с вредными выделениями заключается в

устройстве и организации отсосов от укрытий.

Конструкции местных отсосов могут быть полностью закрытыми,

полуоткрытыми или открытыми (рис. 9.9). Наиболее эффективны за-

крытые отсосы. К ним относятся кожухи, камеры, герметично или

плотно укрывающие технологическое оборудование (см. рис. 9.9, а).

Если такие укрытия устроить невозможно, то применяют отсосы с

частичным укрытием или открытые: вытяжные зонты, отсасываю-

щие панели, вытяжные шкафы, бортовые отсосы и др.

Один из самых простых видов местных отсосов — вытяжной зонт

(см. рис. 9.9, ж). Он служит для улавливания вредных веществ, имею-

щих меньшую плотность, чем окружающий воздух. Зоны устанавли-

вают над ваннами различного назначения, электро- и индукционны-

ми печами и над отверстиями для выпуска металла и шлака из вагра-

нок. Зонты делают открытыми со всех сторон и частично открытыми

с одной, двух и трех сторон. Эффективность работы вытяжного зонта

зависит от размеров, высоты подвеса и угла его раскрытия. Чем боль-

ше размеры и чем ниже установлен зонт над местом выделения ве-

ществ, тем он эффективнее. Наиболее равномерное всасывание обес-

печивается при угле раскрытия зонта не менее 60°.

Отсасывающие панели (см. рис. 9.9, в) применяют для удаления

вредных выделений, увлекаемых конвективными токами, при таких

ручных операциях, как электросварка, пайка, газовая сварка, резка ме-

талла и т. п. Вытяжные шкафы (см. рис. 9.9, е) — наиболее эффектив-

ное устройство по сравнению с другими отсосами, так как почти пол-

ностью укрывают источник выделения вредных веществ. Незакрыты-

ми в шкафах остаются лишь проемы для обслуживания, через которые

240