Важную роль в создании благоприятного микроклимата в помещениях играет вентиляция. Она позволяет не только поддерживать температурный режим помещения, но и бороться с различными видами вредностей. Количество воздуха, подаваемого и удаляемого системами вентиляции, должно быть минимальным, с целью сокращения расходов на его подготовку и транспортировку. Однако при этом этого воздуха должно быть достаточно для поддержания требуемых параметров микроклимата. Такое количество воздуха называется требуемым воздухообменом.
Расчет требуемого воздухообмена проводится для трех периодов года (холодного, теплого и переходного). При расчете предполагается стационарный режим вентиляции, при котором все выделяющиеся вредности удаляются из помещения вместе с удаляемым воздухом. При этом не происходит накапливания вредностей в помещении, и значения концентраций вредностей и температур имеют постоянное значение, не изменяющееся во времени. При стационарном режиме всегда наблюдается баланс. В данном случае это баланс по воздуху и по вредностям.
Баланс по воздуху описывается уравнением:
∑G = 0
Баланс по той или иной вредности описывается аналогичными уравнениями:
∑Q изб.я = 0; ∑Q изб.я = 0; ∑М w = 0; ∑V СО2 = 0.
В развернутом виде уравнение воздушного баланса выглядит следующим образом:
G п – G у = 0
Уравнения баланса по вредностям в развернутом виде выглядят следующим образом:
Из уравнений балансов выводятся формулы определения расчетного воздухообмена для разбавления разного вида вредностей:
,
,
,
.
Величина явного и полного тепла в приведенных формулах выражена в Вт , поступления влаги - в г/час , поступления прочих вредностей - в г/час . Значения расходов приточного и вытяжного воздуха выражены в G массовый расход, кг/час , L – объемный расход, м 3 /ч .
Внутренними параметрами воздуха задаются изначально из условий требуемого микроклимата.
Приточные параметры определяются следующим образом:
Δt р – рабочая разность температур, принимается проектировщиком в зависимости от назначения помещения и целей решаемых системой вентиляции.
,
р п – парциальное давление водяных паров в воздухе при заданных условиях,
В – барометрическое давление.
z п – концентрация вредных веществ в приточном воздухе задается техническими условиями исходя из места расположения здания.
Параметры удаляемого воздуха определяются:
Температура удаляемого воздуха в помещениях с небольшой высотой или небольшими избытками тепла принимается равной температуре внутреннего воздуха. В помещениях со значительной высотой и удалением воздуха в верхней зоне температура возрастает по высоте здания и определяется с помощью температурного градиента:
Градиент температуры принимается по справочным данным исходя из теплонапряженности помещения, т.е. отношения избытков тепла на объем помещения.
,
р п – парциальное давление водяных паров в воздухе при заданных
z в – концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе принимается как и во внутреннем равной ПДК р.з.
L р.з. – количество воздуха, удаляемого местными отсосами. Определяется предварительно исходя из характеристик местного отсоса.
На практике при инженерных расчетах энтальпию и влагосодержание воздуха не определяют теоретически (по формулам), а используют I-d диаграмму для графического определения. Подробнее о I-d диаграмме на следующей лекции.
Помимо определения воздухообмена из условий удаления различного рода вредностей, существует определение воздухообмена по санитарным нормам. Санитарные нормы установлены гигиенистами из условия разбавления углекислого газа СО 2 и нормального обеспечения кислородом человека. Санитарные нормы регламентируют воздухообмен на одного человека в зависимости от времени нахождения в помещении и вида деятельности. Например: в жилых зданиях это 30 м 3 /ч, для зрительных залов театров и других помещений, где человек проводит не более 3-х часов – 20 м 3 /ч, а для занятий спортом – 80 м 3 /ч.
Таким образом воздухообмен определяется во всех основных помещениях здания. Однако в любом здании имеются и вспомогательные помещения (санузлы, склады, вестибюли и т.п.). в этих помещениях требуемый воздухообмен определяется по кратности.
Кратность показывает сколько раз в течении часа воздух смениться в полном объеме помещения. Например кратность равна 2, означает, что в течении часа в данном помещении смениться в полном объеме помещения два раза. Кратность обозначается буквой «К», 1/ч.
Однако следует помнить, что при подаче воздуха в помещение он не просто вытесняет воздух из него, а перемешивается с внутренним, разбавляя вредности. Обеспечить вентиляцию в режиме чистого вытеснения воздуха из помещения крайне трудно. Поэтому вентиляция вспомогательных помещений чаще всего осуществляется в режиме перемешивания. И кратность в этом случае является удельным воздухообменом.
Нормативной кратностью называется удельный воздухообмен, установленный нормативными документами на единицу объема помещения, или на одну единицу оборудования, одного посетителя, один санитарный прибор и так далее. Значения нормативных кратностей воздухообмена устанавливаются раздельно по притоку и вытяжке и приводятся в СНиП и в справочной литературе.
В производственных помещениях расчет воздухообмена по санитарным нормам не проводится. При этом обязателен расчет по кратности для данного вида производства.
Расчетный воздухообмен для основных помещений по каждому периоду года выбирают из вычисленных ранее значений требуемых воздухообменов по каждому виду вредности, санитарным нормам, кратности.
За расчетный воздухообмен всегда принимается наибольший из требуемых воздухообменов.
После выбора расчетного воздухообмена определяется требуемая кратность.
В производственных помещениях воздух загрязняется различными посторонними примесями: вредными веществами, пылью, избыточным теплом. Эти выделения создают неблагоприятные условия для работающих и могут стать причиной заболевания. Одним из способов поддержания в помещениях чистого воздуха, отвечающего санитарно-гигиеническим требованиям, являются общеобменная вентиляция.
3 Определение необходимого воздухообмена в помещениях Необходимый воздухообмен в помещении определяется по следующим факторам: числу людей в помещении, выделению вредных веществ, избыточному теплу. Для получения достоверных данных при определении необходимого воздухообмена нужно учитывать все эти параметры и за расчетную величину принимать наибольшее значение, по которому подбирается вентиляционная установка.
3.1 Определение необходимого воздухообмена в помещении в зависимости от числа находящихся в нем людей Необходимый воздухообмен в помещении в зависимости от числа находящихся в нем людей L , м 3 /ч, определяется по формуле
L = n ∗ L′, (1)
где L - необходимый воздухообмен в помещении м 3 /ч; n - число людей в помещении; L′- расход воздуха на 1 человека в зависимости от объема (V) помещения, м 3 /ч. При V - менее 20 м 3 на одного человека L′ принимается равным 30 м 3 /ч. При V более 20 м 3 не менее 20 м 3 /ч, а при отсутствии естественной вентиляции L′принимается равным 60 м 3 /ч.
3.2 Определение необходимого воздухообмена по выделению вредных веществ Необходимый воздухообмен по выделению вредных веществ L , м 3 /ч, определяется по формуле qв qпр G L − = , (2) где G - количество вредных веществ, выделяемых в помещении. мг/ч; qв qпр, - концентрация вредных веществ в вытяжном и приточном воздухе соответственно, мг/м 3 . Концентрация вредных веществ в приточном воздухе должна быть минимальной и не должна превышать 30 % от предельно допустимой концентрации (ПДК) в воздухе рабочей зоны. Если в помещении одновременно выделяется несколько вредных веществ однонаправленного действия, их концентрация q , мг/м 3 определяется из выражения q = q1 / ПДК + q2 / ПДК + ...... + qn / ПДК
Вибрация - это механические колебания машин и механизмов, которые характеризуются такими параметрами, как частота, амплитуда, колебательная скорость, колебательное ускорение. Вибрацию порождают неуравновешенные силовые воздействия, возникающие при работе машин.
При изучении вибраций тела человека принято выделять общую вибрацию всего тела (передается через опорные поверхности) и локальную (передается на руки при работе с ручными машинами).
Для ослабления передачи вибрации от источников ее возникновения полу, рабочему месту, сиденью, рукоятке и т.п. широко применяют методы виброизоляции в виде виброизоляторов из резины, пробки, войлока, асбеста, стальных пружин.
Виброгашением называется гашение вибрации за счет активных потерь или превращения колебательной энергии в другие ее виды, например, в тепловую, электрическую, электромагнитную. Виброгашение может быть реализовано в случаях, когда конструкция выполнена из материалов с большими внутренними потерями; на ее поверхность нанесены вибропоглощающие материалы; используется контактное трение двух материалов; элементы конструкции соединены сердечниками электромагнитов с замкнутой обмоткой и др.
Наиболее действенным средством защиты человека от вибрации является устранение непосредственного контакта с вибрирующим оборудованием. Осуществляется это путем применения дистанционного управления, промышленных роботов, автоматизации и замены техн В качестве средств индивидуальной защиты работающих используют специальную обувь на массивной резиновой подошве. Для защиты рук служат рукавицы, перчатки, вкладыши и прокладки, которые изготовляют из упругодемпфирующих материалов.ологических операций.
Шум - это совокупность звуков, неблагоприятно воздействующих на организм человека и мешающих его работе и отдыху.
Источниками звука являются упругие колебания материальных частиц и тел, передаваемых жидкой, твердой и газообразной средой.
Скорость звука в воздухе при нормальной температуре составляет приблизительно 340 м/с, в воде –1 430 м/с, в алмазе - 18 000 м/с.
Звук с частотой от 16 Гц до 20 кГц называется слышимый, с частотой менее 16 Гц - инфразвук и более 20 кГц - ультразвук.
Область пространства, в котором распространяются звуковые волны, называется звуковым полем, которое характеризуется интенсивностью звука, скоростью его распространения и звуковым давлением.
Для снижения шума применяют различные методы коллективной защиты: уменьшение уровня шума в источнике его возникновения; рациональное размещение оборудования; борьба с шумом на путях его распространения, в том числе изменение направленности излучения шума, использование средств звукоизоляции, звукопоглощение и установка глушителей шума, в том числе акустическая обработка поверхностей помещения.
Наиболее эффективным средством является борьба с шумом в источнике его возникновения. Для уменьшения механического шума необходимо своевременно проводить ремонт оборудования, заменять ударные процессы на безударные, шире использовать принудительное смазывание трущихся поверхностей, применять балансировку вращающихся частей. Снижения аэродинамического шума можно добиться уменьшением скорости газового потока, улучшением аэродинамики конструкции, звукоизоляции и установкой глушителей. Электромагнитные шумы снижают конструктивными изменениями в электрических машинах.
Широкое применение получили методы снижения шума на пути его распространения посредством установки звукоизолирующих и звукопоглощающих преград в виде экранов, перегородок, кожухов, кабин и др. Хорошие звукопоглощающие свойства имеют легкие и пористые материалы (минеральный войлок, стекловата, поролон и т.п.).
Исходными для определения воздухообмена являются величины тепловой, влаж- ностной и газовой нагрузки на систему вентиляции, а определяющим -распределение температуры и концентрации вредностей в объеме помещения. В значительной мере это относится к температуре и концентрации уходящего воздуха.
В помещении может иметь место сочетание разных схем вентиляционного процесса. Рассмотрим одну из типовых схем организации воздухообмена, представленную на рис.6.9 Схема включает общеобменный приток в вытяжку в верхней зоне и местный отсос из рабочей зоны.
Рис6.9. К составлению балансовых уравнений воздухообмена в помещении
Воздухообмен определяется из уравнений баланса по теплу, влаге и газовым вредностям.
Баланс по явному теплу имеет вид
Уравнение баланса по явному теплу дополним уравнением баланса по воздуху
(6.20)
В балансовых уравнениях две неизвестных. Расход воздуха в местном отсосев кг/ч определяется заранее
, кг/ч. (6.21)
Площадь рабочего проема местного отсоса,м2;
Скорость воздуха в проеме, м/с; зависит от вида местного отсоса и удаляемой вредности в местном отсосе.
Совместное решение уравнений (6.19) и (6.20) позволяет определить искомую величину, кг/ч
(6.22)
Величинаопределяется из уравнения (6.20). Аналогично находят величины расхода воздуха из уравнений баланса влаги и полного тепла. Разница состоит лишь в том, что в уравнение баланса влаги входят соответствующие значения влагосодержа- ния воздуха d в г/кг, а в уравнение баланса по полному теплу - соответствующие значения теплосодержания воздуха I в кДж/кг
Балансовые уравнения (6.23) и (6.24) написаны в традиционных символах. Корректнее следовало бы подставить в уравнения вместо избытков явного и полного тепламаксимальные величины тепловой нагрузки на систему по явному и полному теплу.
Вообще нет надобности в составлении балансов одновременно по явному, полному теплу и влаге. Можно показать, что результат при расчете воздухообмена должен быть одинаков для всех трех случаев. Расхождения в практических расчетах объясняются лишь их неточностью.
Воздухообмен из условия ассимиляции газовой вредности определяется из для каждой «i-той» вредности по формуле
, м3/ч. (6.25)
Концентрация вредности в уходящем воздухе равной предельно допустимой концентрации вредного вещества в воздухе рабочей зоны. В свою очередь, концентрация вредности в приточном воздухе не должна превышать 0.3 от ПДК рабочей зоны.
При одновременном выделении в рабочую зону помещения нескольких вредностей, не обладающих однонаправленностью токсикологического воздействия на человека, в качестве расчетной величины принимается наибольшая из полученных по формуле (6.25).
Вещества однонаправленного действия близки по своему химическому составу, например различные кислоты, различные спирты, различные щелочи, различные ароматические углеводороды (толуол и ксилол, бензол и толуол) и т.д. При одновременном поступлении в рабочую зону помещения нескольких подобных веществ расчетный воздухообмен определяется суммированием величин, полученных по формуле (6.25) для каждого вещества.
В помещениях вспомогательного назначения воздухообмен принято рассчитывать по кратности. Кратность воздухообмена n показывает, сколько раз в течение часа вентиляционный воздух заменяет воздух в объеме помещения
Где - расход приточного воздуха, м3/ч;
Объем помещения, м3.
Кратность принимается со знаком «плюс», что означает приток воздуха, и со знаком «минус» - для вытяжки.
Одним из важных показателей воздухообмена в помещении служит санитарная норма, то есть минимально допустимое количество наружного воздуха, которое необходимо подавать в помещение. Санитарная норма устанавливается для одного человека и равна при постоянном пребывании в помещении 60 м3/ч и при временном (менее 2 часов) пребывании -20 м3/ч.
Санитарная норма служит не только основным санитарно-гигиеническим показателем, но и представляется важным экономическим параметром, который определяет минимально неизбежные расходы на обеспечение микроклимата помещения. В идеале надо стремиться к доведению требуемого воздухообмена, который устанавливается из условия ассимиляции тепло-влагоизбытков, до минимально необходимого, то есть - до санитарной нормы. Это достигается использованием в здании возможно полного комплекса мер по снижению тепловой нагрузки и согласованной работой систем отопления-охлаждения и вентиляции.
При определении расчетного воздухообмена системами кондиционирования воздуха исходной величиной является температура приточного воздуха. С точки зрения минимизации расхода приточного воздуха желательно принимать минимально возможную температуру. Ограничение минимального значения температуры воздуха связано с воздухораспределением.
Температура воздуха в струе на входе в рабочую зону не должна существенно отличаться от температуры рабочей зоны (см. рис.6.10). Задача выбора воздухообмена усложняется еще и тем, что скорость воздуха в струе не может сильно превышать подвижность в рабочей зоне. Приведенные на рис.6.10 значения корректирующих величининормируются.
Таким образом, задача определения расхода воздуха становится неопределенной и должна решаться последовательным приближением и на основе расчета воздухораспределителей. Практическое решение задачи состоит в использовании рекомендуемого значения температуры приточного воздуха.
Воздухообмен обычно принято определять из рассмотрения расчетного теплого, холодного, а иногда и переходного периодов. Чаще всего за расчетный принимают расход воздуха для теплого периода года. Это представляется обоснованным, так как именно теплый период года наиболее напряженный с точки зрения обеспечения требуемых параметров приточного воздуха, что связано с охлаждением и осушкой наружного воздуха. Если расход воздуха остается неизменным в течение года, то для холодного периода года следует определить
Рис.6.10 К определению условий входа струи в рабочую зону
Для этого надо составить баланс по полному в теплу в помещении для холодного периода года, например подстановкой в уравнение (6.24) соответствующих значений теплосодержания и нагрузки на систему по полному теплу.
Рассмотренный случай относится к так называемому качественному регулированию системы, когда расход воздуха остается неизменным, а меняется температура приточного воздуха. Подобное регулирование осуществляется в течение всего годового цикла эксплуатации системы.
С учетом энергосбережения более целесообразным представляется количественное регулирование, основанное на уменьшении воздухообмена. Возможность уменьшения расхода приточного воздуха возникает в годовом цикле по мере снижения холодильной нагрузки на систему при переходе от расчетного теплого периода к расчетному холодному.
Что касается температуры приточного воздуха, желательно чтобы ее значение приближалось к температуре воздуха рабочей зоны, что соответствует равенству тепловой нагрузки на систему нулю.
В этом случае система вентиляции или кондиционирования воздуха не выступает в роли системы отопления-охлаждения, а выполняет свое основное назначение. При этом воздухообмен может сократиться до минимально допустимого и не возникает никаких проблем с воздухораспределением. Поддержание нулевого значения тепловой нагрузки на систему возлагается на регулирование параллельной системы отопления.
Выделение вредностей в помещениях может происходить непрерывно, периодически или кратковременно.
При непрерывном поступлении вредностей снижение их концентрации до допустимой величины достигается непрерывным удалением из помещения загрязненного воздуха и подачей в него чистого (наружного) воздуха. Такая смена воздуха называется воздухообменом. При периодическом или кратковременном поступлении вредностей удаление их осуществляется периодическим извлечением из помещения загрязненного воздуха и подачей в него чистого (наружного) воздуха
При выделении большого количества вредностей требуется интенсивная смена воздуха, при выделении меньшего количества вредностей-менее интенсивная. Интенсивность смены воздуха характеризуется кратностью воздухообмена, которая представляет собой отношение количества воздуха L (в м3), подаваемого или удаляемого из помещения за час, к внутреннему объему помещения V (в м3).
Кратность воздухообмена показывает, сколько раз воздух данного помещения сменяется в течение часа. Большинство помещений предприятий общественного питания (моечные, заготовочные, конторские) характеризуется постоянной интенсивностью выделения вредностей. Поэтому для них могут быть установлены нормы кратности воздухообмена как по притоку, т. е. по количеству подаваемого наружного воздуха, так и по вытяжке, т е. по количеству удаляемого загрязненного воздуха
Количество приточного или вытяжного воздуха исходя из кратности воздухообмена определяется по формуле
Для большинства помещений кратность по притоку и вытяжке различные. Эго делается для того, чтобы исключить возможность поступления воздуха из более загрязненных помещений в менее загрязненные, например из санитарных узлов (уборные, душевые) - в производственные помещения.
Для этого в помещения с менее загрязненным воздухом (например, в торговые залы, коридоры, вестибюли) подается большее количество приточного воздуха, в результате чего в них создается повышенное давление (подпор) и воздух из чистого помещения поступает в смежные с более загрязненным воздухом, откуда и удаляется.
В горячих" цехах (кухни, кондитерские цехи), а также в торговых залах в зависимости от характера технологического процесса, используемого оборудования, объема помещений, количества людей и режима работы выделяется различное количество тепла, влаги, и газов. Для их удаления требуется различное количество вентиляционного воздуха. Поэтому воздухообмен в перечисленных помещениях необходимо рассчитывать по количеству выделяющихся вредностей.
Воздухообмен для удаления вредных газов и паров определяется по формуле
Расчет воздухообмена для удаления углекислого газа. Для удаления углекислого газа (СОг) в помещение вводится наружный воздух с пониженным содержанием СОг. Этот воздух поглощает некоторое количество углекислого газа и сопутствующих ему других вредных газов, а затем удаляется с помощью вытяжной вентиляции.
Количество воздуха, которое необходимо сменить в помещении в течение часа для удаления углекислого газа, определяется по формуле
Количество углекислоты, выделяемой людьми, так же как и содержание ее в наружном воздухе, не зависит от времени года, поэтому величина воздухообмена, подсчитанного для удаления углекислого газа, будет одинаковой в течение всего года.
При выделении в помещение других вредных газов количество вентиляционного воздуха подсчитывается по топ же формуле, только в этом случае Рпр=0.
В зимнее время наружный воздух нагревается до температуры приточного воздуха. Для торговых залов эта_температура принимается равной 14° С, для кухонь - не менее 12° С и для остальных помещений-16° С. Температура наружного воздуха для расчета приточной вентиляции в зимнее время принимается равной средней температуре самого холодного месяца в 13 ч и называется наружной температурой для расчета вентиляции в зимнее время
В соответствии с требованиями табл. 1 температура воздуха в летнее время в рабочей зоне помещений с незначительными тепловыделениями (торговые залы) не должна превышать расчетной температры наружного воздуха более чем на 3°С, а помещений со значительными тепловыделениями - более чем на 5° С.
Расчет воздухообмена для удаления избыточной влаги. При температуре в помещении более 25° С воздух с повышенной влажностью является причиной плохого самочувствия людей. Зимой повышенная влажность внутреннего воздуха является недопустимой, так как водяные пары могут конденсироваться на холодных поверхностях наружных ограждений (окнах, дверях, чердачных перекрытиях). При этом наблюдаются капель с потолка, увлажнение строительных конструкций и в конечном счете их разрушение. Поэтому относительная влажность воздуха в предприятиях общественного питания не должна превышать: в кухнях и моечных - 60-70%; в охлаждаемых камерах - 80-90%; в кондитерских и пирожковых цехах, а также неохлаждаемых складских помещениях - 60-75%; в остальных помещениях - 65-70%.
Для удаления избыточной влаги в помещение подается воздух с малым влагосодержанием. Поглощая водяной пар, воздух увлажняется, после чего удаляется с помощью вытяжной вентиляции.
Количество воздуха, которое необходимо подать в помещение для удаления избыточной влаги, определяется по формуле
В летнее время определяется при температуре приточного воздуха Пр, в зимнее время - при наружной температуре для расчета вентиляции t„ B.
Воздухообмен определяют следующим образом:
1. Подсчитывают избыточное выделение тепла (сумма явного и скрытого тепла в ккал/ч), влаги Свл (в кг/ч) и тепло-влажностное отношение Е.
2. По известным параметрам приточного воздуха tap и фпр на /-d диаграмму наносят точку соответствующую началу процесса, и через нее проводят луч процесса Е.
3. В точке пересечения луча процесса с линией допустимой относительной влажности уходящего воздуха фух находят параметры уходящего воздуха tyx и /ух, или на пересечении луча процесса с линией температуры уходящего воздуха находят относительную влажность воздуха <руж и его теплосодержание /ух.
Количество вентиляционного воздуха определяется по формуле
В переводе с латинского языка означает «проветривание». Поддерживать в помещении определенный состав и состояние воздуха, а также обеспечивать условия необходимые для комфортного проживания людей и успешного протекания технологических процессов, должна вентиляция. Вентиляция - естественный или искусственный регулируемый воздухообмен в помещениях, обеспечивающий создание в помещении воздушной среды в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями.
Количество воздуха , подаваемого или удаляемого за 1 час из помещения, отнесенное к его внутренней кубатуре, принято называть кратностью воздухообмена. При этом знаком (+) обозначается воздухообмен по притоку, а знаком (-) - по вытяжке.
Так, если говорят, что кратность воздухообмена равна «+2» и «-3», то это значит, что в это помещение за 1 час подается двукратное и удаляется из него трехкратное к объему помещения количество воздуха. Воздухообмен в помещениях жилых и общественных зданий обычно определяется по кратности воздухообмена или по установленной норме воздухообмена на одного человека.
Для жилых и общественных зданий определить воздухообмен , исходя из содержания в воздухе углекислого газа С02, не трудно, поскольку известно число людей, пребывающих в помещении. Значительно сложнее определить воздухообмен по газовой вредности для производственных помещений, так как количество выделяющихся в них газов зависит от технологического процесса, характера производственного оборудования и степени его герметизации. Для определения количества газовой вредности пользуются теоретическими расчетами или проверенными экспериментальными данными, в некоторых случаях приходится ставить для этого специальные опыты.
В отличие от жилых и общественных зданий в производственных зданиях источники, выделяющие и поглощающие тепло весьма разнообразны. Это вызывает необходимость составлять по производственным помещениям , т. е. выявлять все виды поступления и расхода тепла.
Рассмотрим основные источники поступления и расхода тепла:
При расчете поступлений тепла от людей нужно учитывать, что не всегда количество людей, заявленных в исходных данных, будет соответствовать одновременному их присутствию в данном помещении. Этот факт обосновывает применение коэффициента одновременности присутствия, который применяется равным 0,95 т. е. количество людей в помещении на 5% меньше заявленного количества.
