Состояние воздуха характеризуют его основные параметры: температура, относительная влажность, подвижность (скорость).
Человек хорошо себя чувствует только в довольно узком диапазоне сочетаний различных параметров воздуха.
Они могут быть оптимальными, при которых человеку комфортно; и допустимыми, при которых его самочувствие и производительность труда незначительно отличаются от нормальных. Так, для производственных помещений в холодный период года при работе средней тяжести установлены следующие оптимальные параметры воздуха: температура 18–20 °С, относительная влажность 40–60 % и подвижность не более 0,2 м/с. Допустимые параметры воздуха для тех же условий имеют более широкий диапазон: температура 17–23 °С, относительная влажность не выше 75 % (нижний предел не лимитируется) и подвижность не более 0,3 м/с. На практике наиболее часто предусматривается поддержание допустимых параметров.
Производственные процессы могут сопровождаться выделением в воздух рабочей зоны помещений вредных для человека газов и паров, количество которых зависит от особенностей технологического процесса, степени герметизации оборудования и пр. Содержание их не должно превышать предельно допустимой концентрации (ПДК). Эта величина определяется как максимально возможное количество вредного вещества в единице объема воздуха (мг/м3), которое в течение всего рабочего стажа не вызывает заболеваний или отклонений в состоянии здоровья людей, работающих в данных условиях, и не сказывается на последующих поколениях.
Кроме того, от технологического оборудования может поступать большое количество тепла, а также влага и пыль. Человек, участвующий в производственном процессе, сам является генератором тепла, влаги и углекислого газа. Теплоотдача одного рабочего в окружающую среду составляет 150–300 Вт и более. Каждый час с поверхности тела человека испаряется от 60 до 400 г водяных паров, а от органов дыхания поступает от 20 до 40 л углекислого газа.
Избыточное тепло, влага, вредные газы и пары поступают в воздух, который их ассимилирует, при этом повышается его температура, увеличиваются влагосодержание, загазованность, запыленность. Происходит изменение химического состава и физических свойств воздуха.
Для поддержания в помещениях нормальных параметров воздушной среды, соответствующих санитарно-гигиеническим и технологическим требованиям, устраивают вентиляцию, которая создает организованный воздухообмен – удаляет загрязненный воздух и подает вместо него обработанный (нагретый или охлажденный, увлажненный или осушенный), свежий и чистый.
Вентиляция в большинстве случаев может обеспечить в помещениях только допустимые санитарно-гигиенические условия. Параметры воздуха, строго определенные по температуре и относительной влажности, в том числе и оптимальные, обеспечиваются применением систем кондиционирования.
Вентиляционные системы по назначению делятся на:
– приточные, осуществляющие подачу свежего воздуха в помещения;
– вытяжные, удаляющие из помещений загрязненный воздух;
– воздушные либо воздушно-тепловые завесы, предотвращающие проникание холодного воздуха через открытые проемы зданий или двери в холодный период года.
Как приточные, так и вытяжные вентиляционные системы могут быть общеобменные и местные. Первые предназначены для подачи и удаления воздуха равномерно по обслуживаемому помещению, для создания по всему объему рабочей зоны воздушной среды с примерно одинаковыми параметрами. Вторые удаляют воздух в местах образования вредностей у технологического оборудования, не позволяя им распространяться по всему объему помещения, загрязнять весь воздух цеха. Они также подают свежий приточный воздух вблизи рабочих мест, создают воздушный душ или оазис – ограниченную зону в производственном помещении, где параметры воздушной среды соответствуют санитарно-гигиеническим требованиям.
Исходя из вышесказанного, местная вытяжная вентиляция намного эффективнее общеобменной, однако конструктивно она не всегда выполнима.
По способу перемещения воздуха все вентиляционные системы бывают либо естественные, либо механические.
Во-первых, движение происходит вследствие разности плотности внутреннего (нагретого и более легкого) и наружного (холодного и более тяжелого) воздуха.
Во-вторых, воздух перемещается вентилятором либо другим оборудованием (дымососом, воздуходувкой, эжектором и т. д.), приводимым в действие электродвигателем. Механические вентиляции применяются значительно чаще, так как радиус их действия гораздо больше, а сечение воздуховодов меньше, чем в естественных системах той же пропускной способности, за счет более высокой скорости движения воздуха. Так, в воздуховодах естественных систем вентиляции она составляет 0,5–2 м/с, а в воздуховодах механических систем – 4–20 м/с.
При работе вентиляции любого вида в помещении происходит смена воздуха. Отношение количества поданного в помещение в течение 1 часа свежего воздуха к внутреннему объему помещения называется кратностью воздухообмена. В реальных условиях эта величина может изменяться от 0,5 до 20 и более.
Помимо организованного воздухообмена, осуществляемого вентиляционными системами, воздух может проникать в помещения путем инфильтрации через неплотности окон, стен, дверей, ворот и т. д., вследствие гравитационного (естественного) давления и за счет ветрового напора. Таким же образом воздух может и удаляться.
Если в помещении нет вредных выделений, то приточные системы вентиляции выполняют таким образом, что часть воздуха они забирают снаружи, а часть берут внутри. Такое вторичное использование воздуха из самого помещения называется рециркуляцией: оно позволяет уменьшить перепад температур между приточным и внутренним воздухом в холодный период года, увеличить относительную влажность воздуха и, главное, экономить тепло (зимой) или холод (летом).
Системы естественной вентиляции могут быть бесканальными, если воздух проходит только через открытые проемы в наружных ограждениях; или канальными, когда воздух перемещается по каналам или воздуховодам.
Работа естественной вентиляции в значительной степени зависит от действия ветра. Ветер, набегая на здание, создает на наветренной стороне зону избыточного давления, а на подветренной – зону отрицательного давления.
Управляемый естественный воздухообмен в цехах промышленных зданий называется аэрацией. Подобные здания оборудованы фонарями со створками (фрамугами), открываемыми вручную или специальными механизмами. Такими же створками снабжены оконные проемы в наружных стенах. Открывая их частично или полностью, можно создать требуемый воздухообмен. Аэрация рассчитывается только на действие гравитационного давления, так как ветровое давление носит эпизодический характер и, как правило, усиливает воздухообмен. Аэрацию предусматривают обычно в промышленных зданиях со значительным выделением тепла.
Преимуществом аэрации является то, что воздухообмен создается без помощи вентиляторов, не расходуется электроэнергия. Однако аэрация обеспечивает только общеобменную вентиляцию и не предусматривает очистку приточного и вытяжного воздуха.
Механические системы могут обеспечить местную вентиляцию.
Приточные системы механической вентиляции подают очищенный, с заданной температурой, а в некоторых случаях и влажностью воздух в рабочую зону цеха для обеспечения требуемых санитарно-гигиенических условий пребывания людей и функционирования технологического оборудования. Вытяжные системы механической вентиляции удаляют запыленный и загрязненный воздух, очищая его в случае необходимости перед выбросом в атмосферу.
Приточные системы вентиляции состоят из следующих основных элементов: воздухозаборного устройства; приточной камеры, которая включает в себя утепленный клапан, фильтр, воздухонагреватель (калорифер) и вентилятор; сети воздуховодов и воздухораспределителей, а также регулирующих устройств (называемых диафрагмами).
Воздухозаборное устройство располагают в наименее запыленной зоне площадки, но по возможности ближе к приточной камере или на крыше. На входе в воздухозаборную шахту или канал устанавливают жалюзийную решетку для защиты от атмосферных осадков и попадания посторонних предметов. Воздухозаборная шахта или канал выполняются в строительных конструкциях из кирпича или бетона. Иногда один воздухозаборный канал питает наружным воздухом несколько приточных систем.
Между воздухозаборным устройством и фильтром приточной камеры устанавливают утепленный клапан (заслонку) с ручным или электрическим приводом. При неработающем вентиляторе клапан должен быть закрыт для защиты оборудования приточной камеры от попадания холодного наружного воздуха.
Приточная камера состоит из жалюзийной решетки, фильтра для очистки воздуха, калориферов для его нагрева и вентилятора с электродвигателем. Приточные камеры можно устанавливать на фундаменте либо площадке или подвешивать к потолочным конструкциям. Для этих камер не требуется ограждение.
Воздуховоды приточных систем обычно изготавливают из кровельной тонколистовой оцинкованной стали толщиной 0,35–1,4 мм. Они могут быть круглого или прямоугольного сечения. Металлические воздуховоды быстро монтируются, достаточно прочны и обладают хорошей герметичностью. При прокладке воздуховодов под полом их выполняют из бетона или кирпича.
Воздухораспределители (приточные насадки) предназначены для раздачи приточного воздуха. Он может подаваться в рабочую зону; для этого воздухораспределители должны иметь короткий факел и незначительную скорость выходящего воздуха, чтобы исключить ощущение сквозняка. При подаче воздуха в верхнюю зону помещения, наоборот, скорость должна быть выше, чтобы струя достигала рабочей зоны. Воздухораспределители устанавливают в подвесных потолках, некоторые монтируют на небольшой высоте над рабочей зоной.
Разновидностью приточных вентиляционных систем является воздушное душирование, которое обеспечивает подачу сосредоточенного потока воздуха на рабочее место. Рабочим местом называется площадка диаметром 1 м, на которой человек находится не менее 4 часов в смену либо 2 часа непрерывно. Такая подача воздуха необходима при интенсивном тепловом (от 300 до 3000 Вт/м2 и более) облучении рабочих либо при открытых производственных процессах с выделением вредных газов и паров, когда невозможно устроить местные укрытия. Принципиально схема воздушного душирования не отличается от приточной вентиляционной системы, но вместо воздухораспределителей здесь устанавливают душирующие поворотные патрубки.
Воздушные и воздушно-тепловые завесы предназначены для защиты ворот и открытых проемов промышленных зданий от поступления холодного воздуха в зимний период. Различают два типа завес: шибирующие, у которых плоская струя воздуха подается либо снизу, либо с боков проемов и ворот под некоторым углом навстречу холодному воздуху; и смесительные, когда воздух из здания подается в тамбур между двойными входными дверями. Смесительные завесы применяют в административно-общественных зданиях, в проходных и т. д. Завесы, в которых воздух предварительно нагревается в воздухонагревателе, называются воздушно-тепловыми, а завесы, подающие воздух без нагрева, – просто воздушными.
В системах воздушного отопления часто используют воздушно-отопительные агрегаты с полной либо частичной рециркуляцией воздуха.
Общеобменные вытяжные системы вентиляции обычно удаляют воздух из верхней, реже из средней зоны зданий. Перед удалением воздух в таких системах обычно не проходит очистку. Общеобменные вытяжные системы могут быть бесканальными (если воздух удаляется крышными вентиляторами, которые устанавливают на перекрытиях) и канальными. В последних воздух всасывается в воздухоприемные отверстия или решетки, по воздуховодам подается к вентилятору и, пройдя вытяжную шахту, попадает в атмосферу. Для защиты вытяжной шахты от атмосферных осадков над ней устанавливают зонт, а воздуховоды при неработающем вентиляторе перекрывают заслонкой.
Местные вытяжные системы вентиляции предназначены для забора вредных выделений у мест их образования с помощью укрытий или местных отсосов, транспортировки загрязненного воздуха, его очистки в фильтрах или пылеуловителях и выброса в атмосферу. Местные отсосы и укрытия имеют самую разнообразную конструкцию и форму: это зонты, вытяжные шкафы, полные укрытия, бортовые и кольцевые отсосы у ванн и шахтных печей, отсасывающие панели, кожухи и др.
Многие вредные вещества, выделяющиеся при технологических процессах, активно воздействуют на местные отсосы, воздуховоды, вентиляторы, фильтры, вызывая их сильную коррозию, кроме того, они могут быть взрыво- и пожароопасными. В этих случаях воздуховоды и другие устройства, контактирующие с агрессивной средой, изготовляют из материалов, не подверженных интенсивной коррозии перемещаемой средой (коррозионно-стойкой легированной стали, алюминия, титана, металлопласта, винипласта, полиэтилена и др.), либо применяют специальные покрытия стальных воздуховодов кислото- и щелочестойкими красителями, эмалями и лаками. В таких системах устанавливают вентиляторы и другое оборудование в искрозащищенном исполнении.
1. Назовите основные параметры воздушной среды.
2. Каково основное назначение системы вентиляции?
3. В каких случаях обоснованно применение систем естественной вентиляции?
4. В чем преимущество систем механической вентиляции?
5. Как называется процесс теплоутилизации удаляемого воздуха, в чем его технические и экономические преимущества?
6. Какой материал применяется для изготовления воздуховодов систем вентиляции чаще всего?
7. На что, по вашему мнению, влияет толщина металла при изготовлении воздуховодов?
8. В каких случаях применяется воздушное душирование?
9. Назовите основные процессы обработки воздуха в приточной вентиляционной установке.
10. В каких случаях применяется специальное исполнение воздуховодов и вентиляционного оборудования?