Вентиляция производственных помещений

Наиболее важное значение для профилактики профессиональных заболеваний и нормализации воздушной среды имеет вентиляция.

Вентиляция - это комплекс взаимосвязанных устройств и процессов для создания требуемого воздухообмена в помещениях. В соответствии с СНБ 4.02.01-03 под вентиляцией понимают обмен воздуха в помещении для удаления избытков теплоты, влаги, вредных и других веществ с целью обеспечения допустимых параметров микроклимата и чистоты воздуха.

Основной задачей вентиляции является удаление из рабочей зоны загрязненного, увлажненного или перегретого воздуха и подача взамен его воздуха соответствующего качества, иными словами, организация воздухообмена в помещении.

Рис. 2.13. Схема аэрации здания

Воздухообменом называется количество вентиляционного воздуха, необходимое для обеспечения соответствия санитарно-гигиенических условий труда требованиям ГОСТ 12.1.005, СН 245-71, СНБ 4.02.01-03 и др. Необходимый воздухообмен является исходной величиной для расчета системы вентиляции (подбор вентиляционного оборудования, расчет сечения воздуховодов и т.д.).

В зависимости от способа перемещения воздуха в помещении вентиляция подразделяется на естественную и искусственную (механическую).

Естественная вентиляция осуществляется за счет разности температуры воздуха в помещении и снаружи (тепловой напор) или действия ветра (ветровой напор). Естественное движение воздуха в помещении происходит вследствие разности его плотностей снаружи и внутри помещения (тепловое давление) или разности давления наружного воздуха с наветренной и заветренной сторон здания (ветровое давление) (рис. 2.13). Величина давления или разрежения в помещении зависит от скорости ветра. Обычно при обдуве здания ветром в помещении создается повышенное давление воздуха с наветренной стороны, а пониженное - с заветренной, что приводит к дополнительной вытяжке воздуха из помещений. Однако при расчете естественной вентиляции учитывается только тепловое давление, поскольку сила ветра непостоянна.

Схема движения воздушных потоков при естественной вентиляции здания показана на рис. 2.14.

Естественная вентиляция может быть организованной и неорганизованной. Вентиляция считается организованной, если направление воздушных потоков и воздухообмен в помещении организуются с помощью специальных устройств, в качестве которых используются вытяжные каналы в стенах, шахты, форточки, фрамуги оконных блоков, проемы в потолке, аэрационные фонари и т.п. Для

178

Рис. 2.14. Схема движения воздушных потоков при естественной

вентиляции здания: а - при безветрии; б - при ветре, 1 - вытяжные и приточные отверстия; 2 — тепловыделяющий агрегат

обеспечения расчетного воздухообмена вентиляционные каналы и проемы в стенах, а также в кровле зданий (аэра-ционные фонари) оборудуются фрамугами, которые открываются и закрываются специальными приспособлениями с ручным или механическим приводом непосредственно с уровня отметки пола помещения. Манипулируя фрамугами, можно регулировать воздухообмен при изменении наружной температуры воздуха или скорости ветра. Площадь вентиляционных проемов и фонарей рассчитывают в зависимости от необходимого воздухообмена.

Систему естественного организованного воздухообмена в помещении называют аэрацией. Ее, как правило, применяют в помещениях со значительными выделениями теплоты.

Для использования ветрового давления, а также удаления небольших объемов воздуха применяют дефлекторы -специальные насадки, устанавливаемые на вытяжных воздуховодах или шахтах. Их также используют и для организации местной вентиляции.

Наибольшее распространение для создания воздухообмена в помещении получили дефлекторы ЦАГИ (рис. 2.15). Принцип действия дефлектора заключается в том, что поток ветра, ударяясь о дефлектор и обтекая его, создает вокруг большей части его периметра разрежение, обеспечивающее подсос воздуха из канала. Эффективность работы дефлектора зависит от скорости ветра и высоты установки этого устройства над коньком крыши.

179

Основным достоинством аэрации является возможность создания интенсивного воздухообмена в помещении при низких энергозатратах, а также относительная простота ее устройства и обслуживания.

Рис. 2.15. Схема дефлектора типа ЦАГИ: 1 - диффузор; 2 - конус; 3 - лапки, удерживающие колпак и обечайку; 4 - обечайка; 5 - колпак; d - диаметр подводящего патрубка

К недостаткам аэрации следует отнести невозможность предварительной подготовки воздуха (очистка, нагрев и увлажнение), а также очистки удаляемого из помещения воздуха.

При неорганизованной естественной вентиляции воздухообмен осуществляется за счет вытеснения внутреннего теплого воздуха наружным через неплотности и поры наружных ограждений зданий (инфильтрация), а также через форточки, окна, двери, открываемые без всякой системы.

Естественную вентиляцию через открывающиеся окна и проемы допускается устраивать в помещениях без выделения вредных веществ и веществ с резко выраженным неприятным запахом с объемом на каждого работающего 40 м³ и более.

Искусственная (механическая) вентиляция устраняет недостатки естественной вентиляции. Она предназначена для обеспечения в рабочих помещениях оптимальных или допустимых микроклиматических условий и снижения содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны до ПДК. При механической вентиляции воздухообмен в помещении осуществляется за счет напора воздуха, создаваемого вентиляторами.

Чаще всего на производстве используют смешанную вентиляцию (естественную в сочетании с механической). По степени охвата помещения или по месту действия системы вентиляции делятся на общеобменные и местные (локальные).

180

Рис. 2.16. Основные схемы механической вентиляции: а - приточная; б - вытяжная; в - приточно-вытяжная с рециркуляцией; 1 - воздухозаборное устройство; 2 - воздуховоды; 3 - фильтр для очистки воздуха от пыли; 4 - калорифер; 5 - центробежный вентилятор; 6 - приточное отверстие и насадки; 7 - вытяжные отверстия; 8 - устройство для очистки воздуха от пыли и газов; 9 - устройство для выброса воздуха; 10 - вентилируемое помещение; 11 - регулирующие клапаны

По способу организации воздухообмена в помещении механическая общеобменная вентиляция может быть выполнена в виде приточной, вытяжной или приточно-вытяжной (рис. 2.16).

В системе приточной вентиляции воздух с помощью вентилятора подается в помещение организованно, повышая в нем давление, а уходит неорганизованно, вытесня-ясь через щели, проемы окон и дверей в соседние помещения или наружу. Количество подаваемого воздуха можно регулировать клапанами или заслонками, устанавливаемыми на вентиляционных каналах.

При вытяжной вентиляции воздух организованно удаляется вентиляторами через-сеть воздуховодов из помещения, в котором вследствие этого снижается давление. Взамен загрязненного в вентилируемое помещение

181

подсасывается воздух из соседних помещений и снаружи через открытые проемы окон, двери, ворота или неплотности ограждающих конструкций.

В системе приточно-вытяжной вентиляции воздух организованно подается и удаляется в вентилируемое помещение через отдельные воздуховоды. В зависимости от соотношения расходов удаляемого и подаваемого воздуха, давление в помещении может снижаться или повышаться (отрицательный или положительный баланс).

Общеобменную вентиляцию устраивают, если:

♦ в производственное помещение попадают вредные
выделения вследствие невозможности полной герметиза
ции производственного оборудования;

♦ отсутствуют строго фиксированные источники вредных выделений;

♦ работа местных отсосов является недостаточно эффективной.

Общеобменная вентиляция обеспечивает необходимые параметры микроклимата и снижение концентрации вредных веществ до допустимых значений во всем объеме производственного помещения.

Различают четыре основные схемы организации воздухообмена в помещении при общеобменной вентиляции: сверху вниз, сверху вверх, снизу вверх и снизу вниз. Кроме того, возможны различные комбинации из этих схем.

При устройстве общеобменной вентиляции исходно^ величиной для определения воздухообмена является количество вредных выделений в виде теплоты, влаги, пыли, газов, которое обычно устанавливают на основании материального или теплового баланса, а также на основе экспериментальных или расчетных данных.

Воздухообмен L, м³/ч, из условия разбавления вредных веществ (пыль, газы, пары) до допустимых концентраций определяется по формуле

где G — количество выделяющихся вредных веществ, мг/ч; X₁ и Х₂ - соответственно ПДК вредного вещества в воздухе рабочей зоны и концентрация этого же вещества в приточном воздухе, мг/м³.

182

При одновременном содержании в воздухе нескольких вредных веществ однонаправленного действия расчет общеобменной вентиляции следует производить путем суммирования объемов воздуха, необходимого для разбавления каждого вещества в отдельности до его ПДК.

При выделении избыточной теплоты в помещении воздухообмен для поддержания нормальной температуры определяется из выражения

где Q_изб - избыточная теплота, кДж/ч; С_в и у_в - соответственно удельная теплоемкость, кДж/(кг-К) и плотность воздуха, кг/м³; t_yx и t_np - температура соответственно уходящего и приточного воздуха, К.

Если Q_H36 выразить в ваттах, формула примет вид

При наличии в помещении избытка влаги количество вентиляционного воздуха L, м³/ч, рассчитывают по формуле

где G_BJI — количество выделяющейся в помещении влаги, г/ч; d₁ и d₂ - соответственно влагосодержание воздуха, удаляемого из помещения, и приточного сухого воздуха, г/кг. Под кратностью воздухообмена К понимают отношение объема вентиляционного воздуха к внутреннему свободному объему помещения (1/ч):

При определении количества вентиляционного воздуха в помещениях с одновременным выделением вредных веществ, теплоты и влаги следует принимать большее из рассчитанных значений для каждого вида производственной вредности.

183

Рис 217 Схемы различных типов укрытий, предназначенных для

удаления вредных веществ в месте их выделения:

а - вытяжной шкаф, б - зонт, в - односторонний бортовой отсос, г - двусто

ронний бортовой отсос, д - передув

Местная вентиляция предназначена для обеспечения санитарно-гигиенических условий труда непосредственно на рабочем месте, она может быть вытяжной и приточной.

Местная вытяжная вентиляция - система, при которой вытяжные устройства в виде зонтов, укрытий и других приспособлений размещаются непосредственно у мест выделения вредных веществ и предназначены для их улавливания и удаления. Это наиболее эффективный и дешевый способ, обеспечивающий удаление максимального количества вредных веществ при минимальном объеме удаляемого воздуха.

Гигиеническое значение местной вентиляции заключается в том, что она полностью исключает или сокращает проникновение вредных выделений в зону дыхания работающих. Экономическое значение ее состоит в том, что вредные вещества отводятся в больших концентрациях, чем при общеобменной вентиляции, а, следовательно, сокращаются воздухообмен и затраты на подготовку и очистку воздуха.

Различают три вида местных укрытий: полностью закрывающие источник выделения вредных веществ; находящиеся вне источника выделения (открытые отсосы); передувки. Некоторые из них схематически изображены на рис. 2.17.

Укрытия, полностью закрывающие источник выделения вредных веществ, наиболее эффективны, но не всегда применимы по условиям технологии. В качестве устройств местной вентиляции можно использовать капсули-рование (оборудование полностью заключают в кожух -

184

Рис 2.18. Местные отсосы: а - зонт; б - опрокинутый зонт; е - всасывающая панель

капсулу), аспирацию (вредные выделения удаляют из внутренних объемов технологического оборудования), вытяжные зонты, вытяжные шкафы, всасывающие панели, витринные, фасонные и бортовые отсосы и др.

Наиболее часто на производстве используют местные отсосы (рис. 2.18). Конструкция местного отсоса должна обеспечивать максимальное удаление вредных веществ с минимальным расходом воздуха. В то же время она не должна загромождать помещения и затруднять работу обслуживающего персонала.

Вытяжные зонты представляют собой простые и наиболее распространенные местные отсосы. Их устанавливают для локализации вредных выделений, имеющих тенденцию подниматься вверх, например при выделениях теплоты или вредных веществ, которые легче окружающего воздуха при незначительной его подвижности в помещении. Зонты могут быть как с естественной, так и с механической вытяжкой.

Зонт над источником вредных выделений располагают на высоте 1,6-1,8 м над полом. Наилучшие условия для равномерного удаления вредных выделений создаются, если угол раскрытия зонта не менее 60°. Лишь при малой высоте помещения допускается увеличение угла до 90°. В современном технологическом оборудовании отсосы предусматриваются в самой его конструкции.

Вытяжные шкафы обеспечивают наибольшую локализацию вредных выделений при минимальном расходе воз-

185

Рис 219 Основные схемы вытяжных шкафов

духа. Они выпускаются разных модификаций (рис. 2.19). Шкафы с верхним отсосом (рис. 2.19, а) используются при значительных тепло- и влаговыделениях. Для проведения работ, связанных с выделением газов и паров тяжелее воздуха, можно применять шкафы с нижним отсосом (рис. 2.19, б, г). Удобен в работе вытяжной шкаф с комбинированным удалением воздуха (рис. 2.19, в). Портативный шкаф с горизонтальной «улиткой» и боковым отсосом воздуха (рис. 2.19, д) рекомендуется при работе с пылящими веществами, так как «улитка», создавая вращение воздуха, способствует осаждению крупных примесей и пыли.

Скорость движения воздуха в створе шкафа должйа быть не менее 0,5-0,7 м/с при удалении паров и газов нетоксических и малотоксических веществ и 1,0-1,5 м/с при удалении сильнодействующих ядовитых веществ (пары ртути, свинца, цианистые соединения и т.п.).

Всасывающие панели рекомендуется устанавливать в качестве местных отсосов при работах, сопровождающихся выделением вредных газов и пыли. Благодаря наклонному расположению всасывающего отверстия поток загрязненного воздуха отклоняется от зоны дыхания работающего. Площадь эффективного сечения всасывающей панели должна составлять 23% от общей площади. Рекомендуется принимать следующие скорости движения воздуха в эффективном сечении панелей: для вредных паров и газов без пыли - 2-3,5 м/с, а в смеси с горячей дисперс ной пылью - 3,5-4,5 м/с. Панель функционирует эффек-

Те

тивно в том случае, если на 1 м² ее площади приходится 3300 м³/ч удаляемого воздуха.

Бортовые отсосы предусматривают в случаях, когда к соответствующим устройствам необходим доступ или подача изделий для обработки осуществляется с помощью грузоподъемных механизмов, т.е. пространство над поверхностью выделения вредных веществ должно быть свободным. Принцип действия бортовых отсосов, представляющих собой щелевидные воздуховоды размером 40-100 мм, состоит в том, что засасываемый в щель воздух, двигаясь над поверхностью ванны, увлекает за собой вредные выделения, не давая им распространиться по производственному помещению.

В системе местной приточной вентиляции подача приточного воздуха производится непосредственно в зону нахождения рабочего, т.е. требуемое качествовоздушной среды обеспечивается только в этой зоне.

Местная приточная вентиляция выполняется в виде воздушных душей, воздушных и тепловых завес. Воздушные души используются в горячих цехах или в случаях, когда достижение требуемых условий воздушной среды при помощи общеобменной вентиляции связано с перемещением больших масс воздуха.

Воздушный душ представляет собой направленный на рабочего поток воздуха, действие которого основано на увеличении отдачи теплоты человеком при возрастании скорости обдувающего воздуха. Скорость обдува составляет от 1 до 3,5 м/с в зависимости от интенсивности теплового облучения. Воздух для обдува работающих предварительно может нагреваться или охлаждаться в зависимости от периода года и места его забора. Воздухораспределители для душирования рабочих мест оборудуются устройствами для регулирования расхода и направления струи в горизонтальной плоскости на угол до 180° и в вертикальной плоскости - на 30°.

Водовоздушные души применяют в тех случаях, когда температура воздуха на рабочем месте превышает 30 °С.

Воздушные и воздушно-тепловые завесы служат для предупреждения проникновения холодного воздуха внутрь зданий при открывании наружных дверей или ворот. Они применяются в случаях, если наружные двери (ворота), ведущие в цехи, складские помещения, вестибю-

187

Рис 2 20 Схемы воздушных завес:

а - с нижней подачей воздуха, б - с боковой двухсторонней подачей воздуха; в - с односторонней подачей воздуха, г - деталь щели, ЬиН - ширина и высота ворот (дверей) соответственно; Л - ширина щели

ли и т.д., открываются чаще пяти раз или открыты не менее 40 мин в смену, а также у технологических проемов отапливаемых зданий в районах с расчетной температурой наружного воздуха ниже -15 °С (рис. 2.20).

Для создания воздушной завесы воздух подается в виде плоской струи на всю ширину и высоту дверей (ворот) из канала, находящегося снизу или с боков последних. Воздух для создания воздушных завес обычно забирается из помещения и подогревается так, чтобы при смешивании его с наружным воздухом температура смеси отличалась не более чем на 2-5 °С от температуры воздуха в помещении.

Температуру воздуха, подаваемого воздушно-тепловыми завесами, следует принимать не выше 50 °С у наружных дверей и не выше 70 °С у наружных ворот и проемов. Воздух подается струей под углом 30-45° по отношению к плоскости дверей (ворот).

Система, в которой сочетаются элементы общеобменной и местной вентиляции, называется комбинированной системой вентиляции. Такая система устраивается в тех случаях, когда все выделяющиеся вредные вещества невозможно удалить местными вытяжными устройствами.

Отопление, вентиляцию и кондиционирование следует проектировать, используя тепловые вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) воздуха, удаляемого системами общеобменной вентиляции, кондиционирования и местных отсосов, а также тепло- и холодоносителей технологических установок.

188

Аварийная вентиляция представляет собой, как правило, самостоятельную вентиляционную установку и применяется для обеспечения безопасности эксплуатации взрыво- и пожароопасных производств, а также производств, связанных с использованием вредных веществ. Ее устраивают в тех производственных помещениях, в которых возможно внезапное поступление больших количеств вредных или горючих газов, паров или аэрозолей.

Для аварийной вентиляции можно использовать:

♦ основные системы вытяжной общеобменной вентиляции с резервными вентиляторами, рассчитанными на аварийный расход воздуха;

♦ системы аварийной вытяжной вентиляции в дополнение к основным системам, если расход воздуха основных систем не полностью обеспечивает аварийный воздухообмен, с резервными вентиляторами для основных систем;

♦ только системы аварийной вытяжной вентиляции, если использование основных систем невозможно или нецелесообразно;

♦ только системы аварийной приточной вентиляции
для одноэтажных зданий.

Для автоматического включения аварийную вентиляцию блокируют с автоматическими газоанализаторами, установленными либо на величину ПДК, либо на величину нижнего концентрационного предела распространения пламени для взрывоопасных смесей. Аварийная вентиляция устраивается только вытяжной для предотвращения перетока вредных или взрывоопасных веществ в соседние помещения. Кратность вытяжной вентиляции определяется отраслевыми правилами техники безопасности и производственной санитарии и может колебаться в широких пределах.

Если в ведомственных нормативных документах отсутствуют указания о воздухообмене аварийной вентиляции, то следует иметь в виду, что аварийная вентиляция вместе с постоянно действующей должны обеспечивать кратность воздухообмена в помещении не менее восьми. Такой воздухообмен рекомендован нормами и является минимальным. Для перемещения воздуха используют различные типы вентиляторов, которые по принципу действия подразделяются на осевые и центробежные (рис. 2.21).

Достоинствами осевых вентиляторов являются простота конструкции и высокая производительность, которую

189

Рис. 2.21. Типы вентиляторов: а - осевой; б - центробежный; 1 - электродвигатель, 2 - кожух; 3 - станина;

4 - колесо

можно быстро и легко регулировать поворотом лопаток. К недостаткам нужно отнести небольшую величину развиваемого давления и повышенный уровень шума.

Центробежные вентиляторы в зависимости от развиваемого ими давления делятся на вентиляторы:

♦ низкого давления - до 1000 Па;

♦ среднего давления - от 1000 до 3000 Па;

♦ высокого давления - от 3000 до 12 000 Па.

Для вентиляции производственных помещений в основном используют первые два типа вентиляторов (например, Ц4-76, Ц4-46 и др.). Вентиляторы изготавливаются' различных типоразмеров и каждый из них характеризуется номером, который соответствует диаметру рабочего колеса в дециметрах. Обычно рекомендуются следующие номера вентиляторов: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,15; 4; 5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50. Например, вентилятор Ц4-76 № 8 имеет диаметр рабочего колеса 8 дм, или 0,8 м.

Во взрывоопасных помещениях для удаления газов, паров и аэрозолей вентиляторы необходимо подбирать в соответствующем взрывозащищенном исполнении: рабочее колесо и корпус должны быть выполнены из материалов, исключающих образование искр, или должны быть покрыты специальным изоляционным материалом. Электродвигатели также должны быть во взрывозащищенном исполнении.

190

В случаях, когда в удаляемых выбросах содержится очень агрессивная среда, например пыль, способная взрываться не только от удара, но и от трения, а также присутствуют взрывоопасные газы или пары, необходимо использовать эжекторную вентиляцию, при которой транспортируемая среда не соприкасается с рабочим колесом вентилятора (рис. 2.22).

Рис. 2.22. Принципиальная схема устройства эжектора: 1 - сопло; 2 - камера разрежения; 3 - конфузор; 4 - горловина; 5 - диффузор

Принцип работы эжектора заключается в том, что воздух в него нагнетается вентилятором высокого давления или компрессором, установленным за пределами вентилируемого помещения. При этом в камере эжектора создается разрежение, под воздействием которого из вентилируемого помещения удаляется загрязненный воздух. Недостатками эжекторов являются низкий КПД (не выше 25%) и высокий уровень аэродинамического шума, создаваемого воздухом, выходящим из сопла с большой скоростью.