Нормализация показателей микроклимата

(наводнений)

Наводнение - значительное затопление местности в результате подъема уровня воды в реке, озере, вызванное либо таянием снега, ледников (половодье); либо выпадением большого количества осадков (паводок); либо в результате увеличения сопротивления стоку воды заторами, зажорами. Причинами наводнения также могут быть нагонные ветры, прорывы дамб, плотин.

Последствия любых видов наводнений, естественно, зависят от величины подъема уровней воды (до 10м и более), когда повреждаются гидротехнические сооружения, мосты, дороги; затапливаются населенные пункты, сельхозугодья; создаётся угроза для жизни и здоровья населения, наносится трудно восполнимый материальный ущерб.

Для снижения опасности ПРИРОДНЫХ ЧС, в частности, НАВОДНЕНИЙ, помимо технических мероприятий, большое значение имеют оперативные противопаводковые мероприятия:

непрерывное наблюдение (мониторинг) за состоянием водных объектов (морей, заливов, рек, других водоемов);

организация обследования гидротехнических сооружений (плотин, дамб, водохранилищ и т.п.), систематического наблюдения за их состоянием, своевременное проведение ремонтных и укрепительных работ;

своевременное предупреждение и оповещение об угрозе наводнения или затопления;

прогнозирование возникновения, развития, масштабов и последствий наводнения (затопления);

эвакуация людей и материальных ценностей из зон возможного затопления;

Нормализация показателей микроклимата

Многие помещения на предприятиях отличаются большими размерами, обращением больших масс воды, газов, аэрозолей. Это создает определенные трудности в решении задач нормализации микроклимата, т.е. в обеспечении требований норм к показателям микроклимата.

Согласно ССБТ с целью нормализации микроклимата следует исключать из технологических процессов работы и операции, сопровождающиеся поступлением в производственные помещения больших количеств теплого или холодного воздуха, влаги, вредных паров, газов и аэрозолей. При возможности выбора различных вариантов технологических процессов и конструкций производственного оборудования предпочтение должно отдаваться тем из них, которые характеризуются наименьшей выраженностью вредных производственных факторов. Большое значение имеет рационализация объемно-планировочных решений производственного помещения. Она должна быть направлена на максимальное ограничение распространения по всему объему помещения вредных выделений.

Нормализации микроклимата по температуре способствует устройство тамбуров-шлюзов, применение воздушно-тепловых завес у ворот и технологических проемов отапливаемых зданий, изготовление ограждающих поверхностей зданий (стен, потолков, полов) из материалов с оптимальными теплоизолирующими свойствами. В частности, материал покрытия полов в отапливаемых производственных помещениях на постоянных рабочих местах при работе стоя должен иметь коэффициент теплоусвоения не более 7 Вт/(м²·K).

Для обеспечения чистоты воздуха, выполнения требований норм к его температуре и влажности используют также специальные системы: вентиляции, кондиционирования, отопления. Если с их помощью не удается нормализовать показатели микроклимата, то применяют средства индивидуальной защиты работающих.

Системы вентиляции служат для удаления из помещения загрязненного или нагретого воздуха и подачи в него чистого. Системы кондиционирования воздуха обеспечивают создание и автоматическое подержание в помещении заданных параметров воздушной среды независимо от меняющихся метеоусловий.

По способу осуществления перемещения воздуха системы вентиляции делят на естественные и искусственные (механические).

Естественная вентиляция обеспечивается либо за счет гравитационного давления, возникающего вследствие того, что наружный и внутренний воздух имеют разную плотность, либо за счет ветрового давления. При механической вентиляции перемещение воздуха осуществляется вентиляторами. Возможно применение и смешанных систем (приток естественный, вытяжка воздуха – механическая).

По способу подачи и направлению потока воздуха различают системы вентиляции вытяжные, приточные, приточно-вытяжные и системы с рециркуляцией. Приточная вентиляция создает избыточное давление в помещении, и за счет этого исключается попадание в него загрязненного воздуха их соседних помещений или холодного воздуха извне. Вытяжная вентиляция создает пониженное давление в помещении и применяется в тех случаях, когда необходимо исключить распространение в данном помещении вредных выделений. Системы с рециркуляцией – это системы, в которых к наружному воздуху примешивается часть вытяжного воздуха из помещения.

По способу конструктивного оформления, обслуживаемому объему системы вентиляции делят на общеобменные, местные и смешанные. Общеобменная вентиляция – система, которая осуществляет циркуляцию (подачу и вытяжку) воздуха во всем помещении и тем самым создает в нем некоторые средние условия микроклимата (рис. 2.16). Она применяется при равномерном поступлении вредных веществ в воздух всего помещения и при отсутствии каких-то определенных границ рабочих мест.

Рис. 2.16. Схема общеобменной Рис. 2.17. Схема местной вентиляции:

вентиляции: 1 – агрегат вытяжной вентиляции;

1 – перфорированный потолок для 2 – калорифер; 3 – вентилятор;

подачи приточного воздуха; 4 – воздушные души;

2 – вытяжная вентиляция; 5 - вытяжные зонты.

3 – канал приточной вентиляции.

Местная вентиляция (вытяжная или приточная) создает требуемые условия только в местах нахождения людей. Конструктивно она может быть выполнена в виде воздушных душей, вытяжных зонтов, отсосов, шкафов (рис. 2.17).

Схема смешанной местной вытяжной и общей приточной вентиляции показана на рис. 2.18.

Рис. 2.18. Схема смешанной Рис. 2.19. Схема бесканальной

вентиляции: естественной вентиляции под

1 – общая приточная; 2 – местная действием гравитационного

вытяжная; 3 – ответвление для давления:

осуществления общей вытяжки. 1,4 – нижние проемы; 2,3 –верхние.

По назначению системы вентиляции делятся на рабочие и аварийные. Рабочие системы должны постоянно создавать требуемые параметры микроклимата, аварийные системы включаются при внезапных поступлениях в воздух помещения вредных или взрывоопасных смесей, как правило, это вытяжные системы.

Естественная вентиляция может быть организованной (аэрация) и неорганизованной (инфильтрация через неплотно закрывающие двери, окна, через щели и т.д.). Аэрация осуществляется в заранее установленных пределах (управляемая естественная вентиляция) через специальные проемы (форточки, фрамуги, аэрационные фонари), площади которых рассчитываются. Ее применение дает значительный экономический эффект. В зависимости от конструктивного оформления аэрация может быть бесканальной (рис. 2.19) и канальной (рис. 2.20). Как видно из схемы (см. рис. 2.19), наружный воздух, имеющий более низкую температуру и большую плотность, чем внутренний, поступает в помещение через нижние проемы, вытесняя внутренний воздух через верхние. Для улучшения работы канальной вентиляции на вытяжных воздуховодах устанавливают специальные насадки-дефлекторы. При обдувании их ветром (рис. 2.26) создается разрежение и воздух между обечайкой 4 и краями колпака 1 выходит наружу.

Расстояние от пола до центра нижних вентиляционных проемов (см. рис. 2.19) для теплого периода года должно составлять не более 1,8, а для холодного периода – не менее 4 м. в последнем случае холодный наружный воздух, опус- каясь в рабочую зону, успевает прогреться, смешиваясь с внутренним воздухом.

Рис. 2.20. Канальная система Рис. 2.21. Дефлектор ЦАГИ:

естественной вентиляции 1 – колпак; 2 – воздуховод;

3 – диффузор; 4 – обечайка.

Вытяжная вентиляционная установка (рис. 2.22) включает устройства для забора воздуха, стальные воздуховоды (круглого или прямоугольного сечения) для транспортирования воздуха, очистное устройство и вентилятор.

Приточная установка (рис. 2.23) может состоять из устройств для забора наружного воздуха, его очистки, нагрева, увлажнения, охлаждения, а также из вентилятора, сети воздуховодов и воздухораспределительных устройств. Обычно в системах вентиляции применяют только устройства очистки, нагрева и воздухораспределения.

Рис. 2.22.Схема вытяжной Рис. 2.23. Схема приточной

вентиляционной установки: вентиляционной установки:

1 – устройство для забора воздуха; 1 – устройство для забора воздуха

2 – воздуховоды; 3 – очистное 2 – воздухоочиститель; 3 – калорифер;

устройство; 4 вентилятор. 4 – увлажнитель; 5 – воздухоохладитель;

6- вентилятор; 7 – воздуховод;

8 – устройство воздухораспределения.

Промышленностью выпускаются осевые (рис. 2.24) и центробежные вентиляторы. Осевые вентиляторы состоят из рабочего колеса – крыльчатки с лопатками, металлической обечайки цилиндрической формы и электродвигателя. Они применяются, если сопротивление вентиляционной сети составляет не более 250 Па и воздух нужно перемещать на небольшие расстояния. Каждому вентилятору присваивается номер, численно равный диаметру рабочего колеса, выраженному в дециметрах.

Рис. 2.24. Осевой вентилятор:

1 – крыльчатка; 2 – лопатки; 3 – обечайка; 4 – электродвигатель.

Системы кондиционирования делят на центральные и местные. В центральных системах кондиционер установлен вне обслуживаемых помещений. Подобная многозональная система (обслуживает несколько помещений) изображена на рис. 2.25. Она состоит из кондиционера, фильтра кондиционера, вентиляторов, оросительной камеры кондиционера и калорифера (подогревателя воздуха.

Рис. 2.25. Центральная многозольная система

кондиционирования воздуха:

1 – кондиционер; 2 – фильтр; 3 – калорифер; 4 – оросительная камера;

5 – вентилятор.

В местных системах кондиционер расположен непосредственно в обслуживаемом помещении. Обычно в этих системах применяются автономные (с встроенной холодильной машиной) кондиционеры, устанавливаемые в оконных или стеновых проемах.

Вентиляционные системы должны отвечать ряду специальных требований: не увеличивать пожарную опасность, не создавать повышенного шума, обеспечивать отвод статического электричества, вентиляторы, применяемые во взрыво- пожароопасных помещениях, должны быть выполнены из материалов, не вызывающих искрообразования.

В расчете и проектировании систем вентиляции можно выделить следующие основные этапы:

1. Выбор типа вентиляции. При решении этого вопроса руководствуются санитарными нормами, учитывают характер вредных выделений, экономические соображения.

2. Определение количества поступающих в помещение вредных выделений (избыточное тепло, влага, вредные пары, газы).

3. Определение необходимого воздухообмена, т.е. количества воздуха, которое необходимо подать в помещение или удалить из него для обеспечения заданных условий микроклимата.

4. Определение параметров технических средств, с помощью которых будет осуществляться вентиляция: сечения воздуховодов, типа и производительности вентиляторов, мощности электродвигателя для привода вентиляторов, производительности калориферов, размеров устройств для очистки воздуха, размещения воздухораспределительных устройства и др.

При естественной бесканальной вентиляции определяют площади вентиляционных проемов, а при канальной естественной вентиляции диаметр воздуховодов.

При расчете и проектировании вентиляции наиболее ответственным и сложным этапом является определение количества вредных выделений. Существующие для этого формулы носят эмпирический характер и не точны, что, естественно, вносит погрешности во все последующие расчеты. Вид формул для расчета количества вредных выделений зависит от вида этих выделений, их источников, например, для расчета количества теплоты Q_э (в Вт), выделяемого электродвигателями, имеем:

(2.47)

где N – номинальная мощность электродвигателя, Вт; k₁ – коэффициент загрузки, равный 0,7-0,9; k₂ – коэффициент одновременности работы, равный 0,5-1; η – КПД электродвигателя при данной загрузке, η = (0,91-1) η_п, где η_п – КПД при полной загрузке, определяемый по каталогу, η_п = 0,75-0,92.

Количество теплоты Q_о, выделяемое оборудованием с электродвигателями, вычисляется по формуле

Q_o = Nk₁k₂k₃, (2.48)

где k₃ - коэффициент, учитывающий долю энергии, переходящей в теплоту при работе оборудования, и равный 0,1-1.

Количество теплоты, Q_ст, выделяемое: работающими станками в механических и сборочных цехах,

Q_ст = 0,25N, (2.49)

осветительными приборами

Q_осв = N_осв, (2.50)

людьми

Q_ч = nq, (2.51)

где n – количество людей в помещении; q – явное количество теплоты, выделяемое человеком, при температуре 20 ^оС и тяжелой работе – q ≈120 Вт, при легкой работе и той же температуре - q ≈ 90 Вт.

Теплопритоки (в Вт) от нагретых поверхностей оборудования и трубопроводов:

, (2.52)

где F_i – площади нагретых поверхностей, м²; α_i - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²∙К); t_пi – температура i-й поверхности, ^оС; t_в - температура внутри помещения, ^оС.

Теплопритоки Q_в (в Вт) от открытых водных поверхностей:

Q_в = (4,9 + 3,5 v)(τ – t_в)F, (2.53)

где v – скорость воздуха над поверхностью воды, м/с; τ – температура воды, ^оС; F – площадь поверхности воды, м².

Количество влаговыделений G_в (в кг/с) с открытой некипящей водной поверхности определяется по формуле

(2.54)

где β = (α + 0,0362v)10^-6 – коэффициент массоотдачи, кг/м²·с·Па); а – опытный коэффициент массоотдачи, равный 0,046-0,122, большее значение а соответствует большей температуре воды; v – скорость воздуха над поверхностью испарения, м/с; F – площадь поверхности испарения, м²; Р_н1, Р_н2 - парциальные давления насыщенного водяного пара при определенной температуре воды и воздуха в помещении, Па; Р_б – барометрическое давление, Па.

Количество влаги, испаряющейся с мокрой поверхности пола (кг/с)

G_п = 1,8F(t_c – t_м)10^-6, (2.55)

где F - площадь мокрой поверхности пола, м²; t_c, t_м – температура воздуха по сухому и мокрому термометрам, ^оС.

По известным количествам вредных выделений может быть определен необходимый расход воздуха или воздухообмен. Так, если в помещении имеет место выделение избыточного явного тепла, то объем приточного вентиляционного воздуха L (в м²/ч) для ассимиляции этого тепла можно вычислить по формуле

(2.56)

где - суммарное количество избыточных тепловыделений, Вт. Избыточные тепловыделения – полные тепловыделения за вычетом количества теплоты, теряемого наружными ограждениями, отводимого с воздухом через местные отсосы, и теплопотерь на нагрев поступивших в помещение холодных материалов; с – теплоемкость воздуха, равная 1,2 кДж; t_ух - температура уходящего воздуха, ^оС; t_пр – температура приточного воздуха, ^оС.

Температура t_ух определяется как

t_ух = t_р.з + ψ (Н - 2), (2.57)

где t_р.з – температура воздуха в рабочей зоне (берется по нормам), ^оС; ψ - коэффициент нарастания температуры по высоте помещения, равный 0,5-1,5 ^оС/м; Н - расстояние по высоте от пола до центра вытяжных отверстий, м.

Если в помещении выделяется влага, то необходимый воздухообмен можно вычислить по формуле

(2.58)

где G – количество влаговыделей, кг/ч; d_ух и d_пр – влагосодержание уходящего и приточного воздуха, кг (на кг сухого воздуха); ρ – плотность воздуха, кг/м³.

В некоторых случаях, оговоренных в нормативных документах, необходимый воздухообмен L определяется по кратности k, показывающей, сколько раз воздух за 1 ч меняется в помещении. В таких случаях L = kV, где V – объем помещения, м³. Кроме того, расход наружного воздуха может быть определен и по нормам на 1 человека в час, которые приведены в СНиП 41-01-03 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». В частности, для общественных и административно-бытовых помещений без естественного проветривания эта норма составляет не менее 60 м³/ч, а в помещениях, где люди находятся до 3 ч непрерывно (залы совещаний, зрительные залы и др. - не менее 20 м³/ч.

Зная L и допустимые скорости движения воздуха v по воздуховодам, определяемым их сечение F (в м²):

F = L/(3600v), (2.59)

где v =6 - 12 м/с – для магистральных воздуховодов и не более 8 м/с – для ответвлений.

Движение воздуха по воздуховодам сопряжено с преодолением сопротивления трения воздуха о стенки воздуховодов и местных сопротивлений (отводы, тройники, переходы, решетки). Потери давления P на определение сопротивлений:

(2.60)

где λ – коэффициент сопротивления трению, равный

(2.61)

K – абсолютная шероховатость стенок воздуховодов, мм. Для стальных воздуховодов K = 0,1 мм; l - длина воздуховодов, м; d - диаметр воздуховодов, мм; Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений; - число Рейнольдса; ν – коэффициент кинематической вязкости, равный 15,89·10^-6 м²/с.

Для воздуховодов прямоугольной формы при расчетах по приведенным выше формулам пользуются понятием эквивалентного диаметра

d_экв = (2аb) / (a + b), (2.62)

где а и b – стороны воздуховода.

Напор H вентилятора должен быть достаточным для компенсации потерь давления Р и создания некоторого динамического давления Р_д на выходе воздуха из вентиляционной сети, т.е. Н = Р + Р_д. Величина Р_д = ρv_p² / 2, где v_p – допустимая скорость воздушной струи в рабочей зоне (в м/с).

По величинам L и Н, пользуясь специальными графиками, подбирают нужный вентилятор, стремясь к тому, чтобы КПД его был максимальным. Мощность электродвигателя (на валу) N_дв (в кВт) для привода вентилятора:

(2.63)

где L – производительность вентилятора, м³/с; Н – напор вентилятора, Па; η_в, η_п – КПД вентилятора (0,8-0,9) и привода (0,95) соответственно, k –коэффициент запаса, равный 1,05-1,15.

В некоторых вентиляционных системах для подогрева наружного воздуха используют калориферы. Подбор их заключается в определении расхода теплоты Q_в (в Вт/ч) на подогрев воздуха и расчете поверхности нагрева калориферной установки F_к (в м²) по формулам

Q_в = сρL(t_н – t_к), (2.64)

(2.65)

где t_н, t_к – начальная (до подогрева) и конечная температуры воздуха, ^оС;

k – коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м²·К;

Δt_ср – разность температур теплоносителя калорифера (пар, вода) и воздуха, ^оС.

При расчете естественной вентиляции сначала находят располагаемое давление (гравитационное или ветровое, или их сумму). При ветре давление Р_в в плоскости вентиляционных фрамуг

(2.66)

где k – аэродинамический коэффициент, равный для области повышенных давлений 0,75-0,85, пониженных – 0,4-0,45; γ_н – удельный вес наружного воздуха, Н/м³; v_в – скорость ветра, м/с.

Перепад давлений ΔР в плоскости фрамуг

ΔР = Р_в + Р_изб, (2.67)

где Р_изб – задаваемое давление на отметке пола здания.

Зная ΔР, можно определить скорость воздуха v во фрамугах:

. (2.68)

Необходимая площадь вентиляционных фрамуг рассчитывается как

F = L / (3600vμ) (2.69)

где μ – коэффициент расхода, зависящий от конструкции фрамуг и угла открытия створок, равный 0,15-0,65.

Общая величина гравитационного давления Р_г, под влиянием которого также может происходить естественный воздухообмен в производственных помещениях,

Р_г = Н (γ_н - γ_в), (2.70)

где Н – расстояние между центрами нижнего и верхнего рядов вентиляционных отверстий (см. рис. 2.19);

γ_н, γ_в- удельный вес наружного и внутреннего воздуха соответственно, Н/м³.

При канальной естественной вентиляции диаметр трубы дефлектора ЦАГИ (см. рис. 2.21) ориентировочно можно определить по выражению

(2.71)

где v_д – скорость воздуха в трубе дефлектора, равная половине скорости ветра, м/с.

Подбор кондиционеров осуществляют таким образом, чтобы их производительность по воздуху, холоду и теплу обеспечивала создание требуемых условий микроклимата в обслуживаемых помещениях.

Системы вентиляции и отопления обычно находятся в ведении главного механика или главного энергетика предприятия. В процессе эксплуатации этих систем следует проводить планово-предупредительные ремонты, контролировать заданные параметры воздушной среды, проводить технические испытания по оценке эффективности работы систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Вентиляционные установки должны иметь условные сокращенные обозначения и порядковые номера, которые наносятся краской на корпус вентилятора или на воздуховод. Например, П3 (приточная, порядковый номер 3) или В4 (вытяжная, порядковый номер 4).

Системы вентиляции и кондиционирования воздуха проходят пусконаладочные, санитарно-гигиенические, аэродинамические и приемо-сдаточные испытания. Каждая вентиляционная установка, сданная в эксплуатацию должна иметь технический паспорт, журнал эксплуатации и инструкцию по эксплуатации. Номера технических паспортов должны соответствовать номерам вентиляционных установок.

Санитарно-гигиенические испытания проводят в те периоды года, когда поступление вредных выделений в рабочую зону помещения является наибольшим. При этих испытаниях определяют параметры воздуха в рабочей зоне, исследуют воздухораспределение в помещении, составляют балансы вредных выделений.

Для оценки эффективности работы вентиляции важное значение имеют аэродинамические испытания. Их проводят с целью определения расходов воздуха через воздуховоды, давлений воздуха, значений аэродинамического сопротивления элементов системы, скорости воздуха на различных участках системы вентиляции, а также составления балансов воздуха.