Вентиляция производственных помещений

Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

Кафедра «Охраны труда и окружающей среды»

Нестеров О.Ю.

Лекция на тему:  «Вентиляция производственных помещений»

(Основы охраны труда – для студентов всех специальностей)

Мариуполь, ПГТУ, 2007 г.

1.      Назначение и классификация систем вентиляции

Под вентиляцией понимают систему мероприятий и устройств, предназначенных для обеспечения на постоянных рабочих местах, в рабочей и обслуживаемой зонах помещений метеорологических условий и чистоты воздушной среды, соответствующих гигиеническим и техническим требованиям. Основная задача вентиляции – удалить из помещения загрязненный или нагретый воздух и подать свежий.

Рис. 1. Системы вентиляции

а, б, в – общеобменная; г – общеобменная и местная; д – организация воздухообмена; 1 – помещение пульта управления; 2 – местные отсосы

По способу перемещения воздуха вентиляция бывает с естественным побуждением (естественной) и с механическим (механической). Возможно также сочетание естественной и механической вентиляции (смешанная вентиляция).

В зависимости от того, для чего служит система вентиляции, -для подачи (притока) или удаления (вытяжки) воздуха из помещения или (и) для того и другого одновременно, она называется приточной, вытяжной или приточно-вытяжной.

По месту действия вентиляции бывает общеобменной и местной.

Действие общеобменной вентиляции основано на разбавлении загрязненного, нагретого,  влажного воздуха помещения свежим воздухом до предельно допустимых норм. Эту систему вентиляции наиболее часто применяют в случаях, когда вредные вещества, теплота, влага выделяются равномерно по всему помещению. При такой вентиляции обеспечивается поддержание необходимых параметров воздушной среды во всем объеме помещения (рис. 1,а).

Если помещение очень велико, а число людей, находящихся в нем, мало, причем место их нахождения фиксировано, не имеет смысла (по экономическим соображениям) оздоровлять все помещение полностью, можно ограничиться оздоровлением воздушной среды только в местах нахождения людей. Примером такой вентиляции могут служить кабины наблюдения и управления в прокатных цехах, в которых устраивается местная приточно-вытяжная вентиляция (рис.1,г), рабочие места в горячих цехах, оборудованных установками воздушного душирования, и т.п.

Воздухообмен в помещении можно значительно сократить, если улавливать вредные вещества в местах их выделения, не допуская распространения по помещению. С этой целью технологическое оборудование, являющееся источником выделения вредных веществ, снабжают специальными устройствами, от которых производится отсос загрязненного воздуха. Такая вентиляция называется местной вытяжной (рис.1,г).

Местная вентиляция по сравнению с общеобменной требует значительно меньших затрат на устройство и эксплуатацию.

В производственных помещениях, в которых возможно внезапное поступление в воздух рабочей зоны больших количеств вредных паров и газов, наряду с рабочей предусматривается устройство аварийной вентиляции.

На производстве часто устраивают комбинированные системы вентиляции (общеобменную с местной, общеобменную с аварийной и т.п.).

Для эффективной работы системы вентиляции важно, чтобы еще на стадии проектирования были выполнены следующие технические и санитарно-гигиенические требования.

1. Количество приточного воздуха Lпр. должно соответствовать количеству удаляемого (вытяжки) Lвыт.; разница между ними должна быть минимальной.

В ряде случаев необходимо организовать воздухообмен, чтобы одно количество воздуха обязательно было больше другого. Например, при проектировании вентиляции двух смежных помещений (рис.1,д), в одном из которых выделяются вредные вещества (помещение I),  количество удаляемого воздуха из этого помещения должно быть больше количества приточного воздуха, т.е. Lвыт I > Lпр I , в результате чего в этом помещении создается небольшое разрежение и безвредный воздух из помещения II с небольшим избыточным давлением (LвытII< LпрII), будет попадать в помещение I, не давая возможности вредным веществам проникать в помещение II.

Возможны такие схемы организации воздухообмена, когда во всем помещении поддерживается избыточное по отношению к атмосферному давление. Например, в цехах электровакуумного производства, для которого особенно важно отсутствие пыли, проникающей через различные неплотности в ограждениях, количество приточного воздуха делается больше удаляемого, за счет чего создается избыток давления  (ρпом >ρатм).

2.                Приточные и вытяжные системы в помещении должны быть правильно размещены. Свежий воздух необходимо подавать в те части помещения, где количество вредных выделений минимально (или их нет вообще), а удалять, где выделения максимальны (рис. 1,б,в).

Приток воздуха должен производиться, как правило, в рабочую зону, а вытяжка – из верхней зоны помещения. В ряде случаев (при удалении вредных паров и газов с плотностью большей, чем у воздуха) вытяжку можно производить из нижней зоны.

3. Система вентиляции не должна вызывать переохлаждения или перегрева работающих.

4. Система вентиляции не должна создавать шум на рабочих местах, превышающий предельно допустимые уровни.

5. Система вентиляции должна быть электро-, пожаро- и взрывобезопасна, проста по устройству, надежна в эксплуатации и эффективна.

2. Естественная вентиляция

Воздухообмен при естественной вентиляции происходит вследствие разности температур воздуха в помещении и наружного воздуха, а также в результате действия ветра.

Разность температур воздуха внутри (более высокая температура) и снаружи помещения, а следовательно, и разность плотностей вызывают поступление холодного воздуха в помещение и вытеснение из него теплого воздуха. При действии ветра с заветренной стороны зданий создается пониженное давление, вследствие чего происходит вытяжка теплого или загрязненного воздуха из помещения; с наветренной стороны здания создается избыточное давление, и свежий воздух поступает в помещение на смену вытягиваемому воздуху. Работа вытяжных вентиляционных устройств в большой степени также зависит от обдува их ветром.

Естественная вентиляция производственных помещений может быть неорганизованной и организованной.

При неорганизованной вентиляции поступление и удаление воздуха происходит через неплотности и поры наружных ограждений (инфильтрация), через окна, форточки, специальные проемы (проветривание).

Организованная (поддается регулировке) естественная вентиляция производственных помещений осуществляется аэрацией и дефлекторами.

Рис.2. Аэрация зданий:

а, б – открытие створок проемов при безветрии в теплое и холодное время года;  в, г – то же, при боковом ветре;  д – распределение давления воздуха в здании цеха; е – незадуваемый фонарь

2.1. Аэрация

Она осуществляется в холодных цехах за счет ветрового давления, а  в горячих цехах за счет совместного или раздельного действия теплового и ветрового давлений. Аэрация осуществляется следующим образом. В здании цеха, оборудованном тремя рядами проемов (1 - 3) со створками, в летнее время открываются проемы 1 и 3 (рис.2,а). свежий воздух поступает в помещение через нижние проемы 2, расположенные на высоте 4 – 7 и от пола (рис.2,б). Высота принимается с таким расчетом, чтобы холодный наружный воздух, опускаясь до рабочей  зоны, успел достаточно нагреться за счет перемешивания с теплым воздухом помещения. Меняя положение створок, можно регулировать воздухообмен.

Температура  воздуха внутри цеха вследствие выделения избытков явной теплоты бывает, как правило, выше температуры наружного воздуха tн. Следовательно, плотность наружного воздуха ρн больше плотности воздуха внутри цеха, что обусловливает наличие разности давлений наружного и внутреннего воздуха. На определенной высоте помещения , в так называемой плоскости равных давлений, расположенной примерно на середине высоты здания цеха (рис. 2,д), эта разность равна нулю.

Ниже плоскости равных давлений существует разрежение (Па), обусловливающее поступление наружного воздуха:

∆ρ1 = h1g( ρн – ρср.п )              (1)

где: ρср.п. – средняя плотность воздуха в помещении, кг/м3, соответствующая средней температуре воздуха в помещении tср.п. , определяемая по формуле tср.п.. =(tр.з. + tвыт )/2, здесь tр.з. и  tвыт – температуры воздуха в рабочей зоне и воздуха, удаляемого из помещения; h1 – расстояние от середины нижних отверстий до плоскости равных давлений, м.

Выше плоскости равных давлений существует избыточное давление (Па), которое на уровне центра верхних отверстий составляет ∆ρ1 = h2g (ρн -  ρср.п. ), где h2 – расстояние от плоскости равных давлений до центра верхних отверстий, м.

Это давление, направленное наружу цеха, вызывает вытяжку воздуха.

Общая величина гравитационного давления (Па), под влиянием которого происходит воздухообмен в помещении, равна сумме давлений на уровне нижних и верхних проемов

Pr = ∆p1 + ∆p2 = hg (ρн – ρср.п.).              (2)

При расчете аэрации определяют площадь проемов. Расчет производят для летнего времени, как самого неблагоприятного для аэрации. В начале расчета обычно задаются площадью нижних проемов F1. Зная необходимое количество воздуха L (м3/ч), по избыткам явной теплоты определяют скорость воздуха в нижних проемах (м/с): υ1 = L/µF1, где µ - коэффициент расхода, величина которого зависит от конструкции створок и угла их открытия, µ = 0,15 – 0,65.

Затем определяют потери давления в нижних проемах (Па)

P1 = ρн υ21/2              (3)

и величину ρr по формуле. Рассчитывают температуру уходящего воздуха по формуле и определяют по таблицам или известным формулам плотность ρн  и ρср.п., соответствующую температурам tн и tср.п.

t выт = tн + (10 - 15)               (4)

После этого находят избыточное давление в плоскости вытяжных верхних вытяжных  проемов  ∆p =pr - ∆p1  и необходимую их площадь (м2)

F2 = L/µυ2  = L/(µ)              (5)

При обдувании зданий ветром с наветренной стороны создается повышенное давление воздуха, а на заветренной стороне – разрежение, значения которых могут быть определены по формуле

ρветр = αυ2 вρ/2              (6)

где ρветр – избыточное давление ветра, или разрежение, Па; υветр – скорость ветра, м/с; α – аэродинамический коэффициент, зависящий от конфигурации здания и определяемый по результатам обдува моделей (величина α обычно составляет 0,7 – 0,85 для наветренной стороны здания и от -0,3 до -0,45 для заветренной стороны).

Под напором воздуха с наветренной стороны наружный воздух будет поступать через нижние проемы и, распространяясь в нижней части здания, вытеснять более нагретый и загрязненный воздух через проемы в фонаре здания наружу (рис.2,в,г). Таким образом, действие ветра усиливает воздухообмен, происходящий за счет гравитационного давления, а в ряде случаев (в жаркие дни) является основным действующим фактором.

Расчет аэрации при совместном действии ветра и избытков явной теплоты производят аналогично приведенному выше, при этом дополнительно к давлениям воздуха, возникающим вследствие разности температур, прибавляют или вычитают давления, создаваемые ветром.

При задувании ветра в верхние проемы в фонаре здания потоки наружного воздуха опускаются вниз, где смешиваются с пылью и газами и попадают в рабочую зону. В этом случае уменьшается воздухообмен, повышается температура воздуха в рабочей зоне, т.е. задувание ветра приводит к ухудшению условий труда. Для исключения этого явления устраивают так называемые незадуваемые фонари (рис.2, е), в которых используют ветрозащитные щиты. За счет срыва струй ветра с заветренной стороны щита (у проема) всегда имеет место разрежение и тем большее, чем выше скорость ветра. Поэтому незадуваемые фонари работают на вытяжку при любых направлениях ветра.

Преимуществом аэрации является то, что большие объемы воздуха (до нескольких  миллионов кубических метров в час) подаются и удаляются без применения вентиляторов и воздуховодов. Система аэрации значительно дешевле механических систем вентиляции; она является мощным средством для борьбы с избытками выделения явной теплоты в горячих цехах.

Наряду с преимуществами аэрации имеет существенные недостатки, а именно: в летнее время эффективность аэрации может значительно снижаться вследствие повышения температуры наружного воздуха, особенно в безветренную погоду; кроме того, поступающий в помещение воздух не обрабатывается (не очищается, не охлаждается).

Вентиляция с помощью дефлекторов. Дефлекторы представляют собой специальные насадки, устанавливаемые на вытяжных воздуховодах и использующие энергию ветра. Дефлекторы применяют для удаления загрязненного или перегретого воздуха из помещений сравнительно небольшого объема, а также для местной вентиляции, например, для вытяжки горячих газов от кузнечных горнов, печей и т.д.