Штокман Е.А. Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности
Подождите немного. Документ загружается.
11. Вытяжная местная с естественным побуждением канальная (рис. 2.1, к). Применяется в производственных помещениях для удаления паров, газов,
иногда мелкодисперсной легкой пыли, выделяющихся одновременно с теплотой.
В промышленных зданиях, где имеются разнородные вредные выделения (теплота, влага, газы, пары, пыль) и их поступление в помещение происходит
в весьма различных условиях (сосредоточенно, рассредоточенно, на различных уровнях и т. п.), часто невозможно обойтись какой-либо одной
системой, например местной или общеобменной.
В производственных помещениях для удаления воздуха от локальных источников служат системы местной вытяжной вентиляции. Для подачи на
рабочие места с особыми условиями, в частности подвергающиеся тепловому облучению, применяют местные приточные системы (воздушные души); в
этих
же помещениях для удаления вредных выделений, которые не могут быть локализованы и поступают в воздух помещения, применяют
общеобменные вытяжные системы. Для подачи в помещения воздуха с его равномерным распределением служат приточные общеобменные системы.
В определенных случаях в производственных помещениях наряду с механическими системами используют системы с естественным побуждением,
например системы аэрации. Следует иметь в виду, что системы аэрации в пищевых производствах нежелательны, поскольку они не удовлетворяют
санитарно-гигиеническим требованиям: приточный воздух поступает в помещение из прилегающей к промышленному зданию воздушной среды, где он
обычно загрязнен, и не подвергается очистке; воздух, удаляемый из помещения системой аэрации, также не может быть подвергнут очистке
.
Рис. 2.1. Схемы вентиляционных систем.
К устройству интенсивной вентиляции в производственных помещениях прибегают главным образом вследствие несовершенства технологии
производства и технологического оборудования: отсутствия или неэффективности укрытий оборудования, недостаточной эффективности тепловой
изоляции, наличия неплотностей в коммуникациях, в результате чего в воздух производственных помещений поступают пыль, пары, газы, теплота.
Совершенствование технологии приводит к уменьшению вредных выделений и изменению
функции вентиляции. В отсутствие или при незначительных
количествах вредных выделений на долю вентиляционных систем приходится поддержание допустимых метеорологических условий.
Рассмотрим подробнее, из каких элементов состоит система вентиляции, на примере широко распространенных приточной и вытяжной систем с
механическим побуждением.
Приточная установка (рис. 2.2) состоит из следующих элементов:
устройство для забора наружного воздуха — 1,
воздушный фильтр для очистки воздуха — 2, воздухонагреватель — 3,вентилятор — 4,
электродвигатель — 5, сеть воздуховодов — 6, устройства для регулирования количества подаваемого воздуха (обычно дроссель-клапан) — 7,
воздухораспределительные устройства — 8. Если воздух, забираемый из атмосферы, соответствует санитарно-гигиеническим и технологическим
требованиям, очистка может не предусматриваться.
Вытяжная установка (рис. 2.3) включает в себя устройства для забора загрязненного воздуха (они могут быть различных
конструкций) — 1, запорно-
регу-
лировочные устройства (обычно шиберные задвижки) — 2, сеть воздуховодов — 3, аппарат для очистки воздуха — 4, вентилятор — 5,электродвигатель
— 6, выброс воздуха в атмосферу
Рис. 2.2. Схема приточной установки.
Рис. 2.3. Схема вытяжной установки.
(зонт, факельный выброс) — 7. В качестве аппарата для очистки выбросов может быть установлен пылеуловитель или устройство для очистки от паров
и газов.
2.2. Движение воздуха в вентилируемых помещениях
Конвективная теплота, пары, газы, пыль, выделяющиеся в помещении, распространяются движением струй. В результате взаимодействия струй между
собой, а также
со строительными конструкциями и оборудованием в помещении формируются поля температур, скоростей и концентраций вредных
выделений [4, 5, 6].
Струя — направленный поток с конечными поперечными размерами.
Границы струи определяются тем, что скорости воздуха на них уменьшаются до нуля. В помещении струи истекают из вентиляционных отверстий, из
неплотностей ограждений, оборудования, вследствие движения механизмов и т
. д. Конвективные (тепловые) струи возникают у нагретых
поверхностей.
По классификации, принятой в аэродинамике, воздушные струи относятся к затопленным, так как истекают в однородную среду.
При истечении струи из отверстия с соотношением сторон менее 1:3 струя преобразуется в эллипсовидную, а затем в округлую. При соотношении
отверстия более чем 1:10 струя рассматривается как плоская.
Она может превратиться в осесимметричную на большом расстоянии от места
образования.
Различают струи свободные и несвободные (стесненные), турбулентные и ламинарные, изотермические и неизотермические.
Свободная струя не стеснена в своем развитии никакими препятствиями, несвободная ими ограничена. Настилающаяся струя (полуограниченная)
развивается вдоль поверхности ограждения.
Приточные струи развиваются как свободные до тех пор, пока площадь их поперечного сечения не достигнет примерно 25% площади поперечного
сечения помещения. После этого начинает проявляться стесненность струи: более быстрое падение скорости, уменьшение прироста площади
поперечного сечения и расхода воздуха и т. д. Когда струя занимает примерно 40% площади поперечного сечения помещения, происходит ее
затухание.
Ламинарные и турбулентные струи различаются режимом течения. В ламинарной струе отдельные струйки движутся параллельно. В турбулентной
струе происходит поперечное перемещение и перемешивание воздуха. В системах вентиляции и кондиционирования практически всегда струи
турбулентны
.
Изотермическая струя — температура струи равна температуре окружающего воздуха. Изотермические свободные струи имеют прямолинейную
траекторию.
Если температура струи отличается от температуры окружающего воздуха, то такая струя называется неизотермической. Так как плотность воздуха в
этой струе отличается от плотности окружающего воздуха, под влиянием гравитационных сил траектория струи будет искривляться. Нагретая струя
изгибается
вверх, более холодная — вниз.
Среди неизотермических струй можно выделить слабонеизотерми-ческие, в которых действием гравитационных струй можно пренебречь. Это имеет
место при разности температур воздуха струи и окружающего воздуха в несколько градусов.
Схема свободной изотермической турбулентной струи дана на рис. 2.4. Струя истекает из насадки 1 с равномерной скоростью. В струе
Рис. 2.4. Схема свободной изотермической турбулентной струи.
кроме осевого поступательного движения воздуха происходит поперечное перемещение, сопровождающееся перемешиванием воздуха струи с
окружающим воздухом. В результате масса струи по ходу ее движения увеличивается. В струе можно выделить ядро потока 2 — в этой области
сохраняются начальные параметры истечения. В струе различают начальный участок 4 и основной
участок 5, между ними — переходное сечение 4.
Точку пересечения внешних границ струи 0 именуют полюсом струи.
Угол бокового расширения струи в пределах начального участка зависит в определенной мере от условий истечения (форма сопла и начальная
турбулентность струи). На основном участке угол расширения струи независимо от указанных условий составляет 12°25'.
Нас в основном будут интересовать круглые и плоские струи, истекающие соответственно из круглых и щелевидных патрубков. Эти струи имеют
преимущественное распространение в вентиляционной практике.
В табл. 2.1 приведены формулы для определения параметров струй на начальном и основном участках. Данные приведены в безразмерном виде.
Приняты обозначения: для струи кругового сечения
где R — радиус круглого отверстия насадка; для плоской струи
где b
0
— полуширина щелевидного отверстия насадка. Также принято:
где v
0
— скорость истечения струи, м/с;
L — объемный расход воздуха в сечении, м
3
/ч; L
0
— объемный расход воздуха при истечении, м
3
/ч; Δt
0
— избыточная температура струи на выходе из
насадка, °С; Δt
cp
— средняя избыточная температура в струе (по расходу),°С. При этом
где t
x
— температура на оси струи, °С;
t
0
— температура струи при истечении, °С;
t
окр
— температура окружающего воздуха, °С. Конвективные (тепловые) струи. У нагретых поверхностей — как горизонтальных, так и
вертикальных — возникают конвективные струи. Теплота от нагретой поверхности передается прилегающему
Табл. 2.1
Зависимости для определения параметров воздушной струи
воздуху, который, становясь менее плотным, поднимается вверх, вытесняясь окружающим холодным, более плотным, воздухом. Так создается
конвективный поток, который отводит часть теплоты от источника.
Рассмотрим конвективную струю, поднимающуюся над нагретой пластиной диаметром d
H
, расположенной в горизонтальной плоскости (рис. 2.5).
Конвективную струю разделяют на три участка. На участке I формируется конвективный поток, на участке II происходит ускоренное движение потока с
его сужением и образованием так называ-
Табл. 2.1 (продолжение) Зависимости для определения параметров воздушной струи
емой шейки — наиболее суженной части струи. Участок III — основной. На этом участке за счет подмешивания окружающего воздуха струя
расширяется. Параметры тепловой струи определяют по формулам (2.1)-(2.4), исходя из характеристик шейки.
(2.1)
(2.2)
ющего отверстия несколько увеличивает радиус действия факела. Это видно на рис. 2.7, б, где показан спектр всасывания отверстия с экраном в виде
фланца.
Рис. 2.7. Спектры скоростей всасывания у круглого отверстия: а — без фланца, б — с фланцем.
Зависимости, характеризующие спектры всасывания, используются при проектировании местных отсосов.
Приточные струи обладают значительной дальнобойностью, они вовлекают в общее движение большие массы воздуха в помещении и являются
основным фактором, определяющим характер движения воздуха в помещении. Однако несмотря на ограниченный радиус действия вытяжных
отверстий, их расположение в помещении также оказывает определенное влияние на
перемещение воздушных потоков. В этой связи значительный
интерещ представляют результаты исследований влияния взаимного расположения в помещении приточных и вытяжных отверстий.
Исследования проведены в изотермических условиях. Полученные данные могут быть использованы для практических целей [5].
Рассмотрим схему движения воздуха в помещении, когда приточное и вытяжное отверстия расположены в противоположных ограждениях, то есть
друг
против друга (рис. 2.8). На первый взгляд такое расположение притока и вытяжки может показаться удачным: приточный воздух, проходя через все
помещение, ассимилирует вредные выделения и удаляется.
Рис. 2.8. Схема взаимодействия приточной струи и спектра всасывания.
Однако в действительности дело обстоит иначе. По мере удаления от приточного отверстия количество воздуха в приточной струе непрерывно
увеличивается, и в помещении создается замкнутая циркуляция, что видно на схеме. Через вытяжное отверстие удаляется лишь 10-15% объема
притока, а остальной воздух образует обратный поток, идущий к началу струи. На рис. 2.9 даны схемы движения
воздуха в помещениях, полученные в
результате экспериментов на моделях. Схема «а»: вытяжка — через отверстие в торцевой стенке, приток — через проем, равный по площади
противоположной стенке. На кромках около открытого проема происходит некоторое поджатие струи и образуются небольшие вихри.
Рис. 2.9. Схемы движения воздуха в вентилируемых помещениях.
По мере движения к вытяжному отверстию поток выравнивается, В углах создаются незначительные вихревые зоны. Это единственная схема из
представленных, где не создаются обратные потоки воздуха. При других схемах организации воздухообмена создаются циркуляционные потоки
воздуха. Наиболее целесообразной схемой считают схему «и». Здесь приточное и вытяжное отверстия расположены на одной торцевой стенке. Весь
поток воздуха совершает поворот к вытяжному отверстию. На схеме «к» показан характер движения воздуха в помещении большой протяженности.
Приточная струя, не достигнув противоположной стенки, распадается, в помещении создаются два кольца циркуляции.
Как уже отмечено, схемы движения воздуха в помещении получены в изотермических условиях. Во многих случаях на распространение вредных
веществ
в помещении значительное влияние оказывают конвективные потоки.
В организации воздухообмена в помещении основная роль принадлежит выбору мест подачи и удаления воздуха. При неудачном решении организации
воздухообмена в помещении создаются застойные зоны с повышенной концентрацией вредных веществ, возникают затруднения с обеспечением
требуемых параметров воздуха на рабочих местах. Для оптимальной организации воздухообмена должен
быть учтен ряд факторов: технологические и
строительные особенности помещения, вид и интенсивность вредных выделений, расположение рабочих мест, экономические соображения и др.