ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЕНТИЛЯЦИИ

Ventilatio – в переводе с латинского означает «проветривание».

Вентиляция – это, во-первых, регулируемый воздухообмен в помещениях, благоприятный для человека или технологического процесса, во-вторых, совокупность технических средств, обеспечивающих этот воздухообмен.

1.1.НАЗНАЧЕНИЕ ВЕНТИЛЯЦИИ

Процесс жизнедеятельности человека сопровождается накоплением “вредностей”, к которым относятся: теплоизбытки, повышающие температуру воздушной среды; влаговыделения; выделения газов, паров и аэрозолей.

С целью обеспечения здоровых условий для нахождения человека в помещении, а в некоторых случаях и для обеспечения нормального протекания технологических процессов необходимо производить очистку воздуха помещений от накапливающихся в них вредностей.

Таким образом, основной задачей вентиляции является удаление из помещения воздуха с высокой температурой и влажностью, насыщенного вредными газами, парами и пылью и замена его чистым наружным воздухом с наименьшими капитальными и эксплуатационными затратами.

По назначению системы вентиляции делятся на системы:

Для создания благоприятных условий труда и отдыха людей (комфортные);

Для обеспечения оптимального выполнения технологических процессов (технологи- ческие);

Для обеспечения взрывопожаробезопасности.

1.2. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ОСОБЕННОСТИ

РАЗВИТИЯ ВЕНТИЛЯЦИИ В ПОСЛЕДНИЕ ГОДЫ

Первые идеи в отношении устройства вентиляции возникли еще в древности: в древних восточных банях устраивались отверстия в потолках для удаления нагретого и влажного воздуха. В более позднее время свежий воздух подавали в помещения с помощью огневоздушных систем отопления.

До ХIX века потребности в искусственном вентилировании помещений не возникало, т.к. необходимый естественный воздухообмен осуществлялся через неплотности ограждений. Потребности в искусственной вентиляции появились в связи с быстрым развитием промышленности, и в первую очередь, рудничного дела. Особые заслуги в этой области принадлежат М.В.Ломоносову, который в работе « О вольном движении воздуха в рудниках примеченном» (1763г.) обосновал теорию естественного движения воздуха и дымовых газов в каналах и трубах. Эта теория легла в основу современных систем отопления и вентиляции с естественным побуждением.

Первые системы вентиляции в зданиях были осуществлены в 1861-1863г.г. в Петербургских казармах и в Двинском военном госпитале, в которых скапливалось большое количество людей и обычное проветривание не давало эффекта.

Особую роль в развитии вентиляционной техники сыграло появление электродвигателя. Это позволило применить его для привода в действие как центробежных, так и осевых вентиляторов.

Изобретателем первого центробежного вентилятора можно считать отечественного инженера, генерал-лейтенанта корпуса горных инженеров А.А. Саблукова (1832г.). Первые центробежные вентиляторы с ручным приводом использовались на сахарных и кожевенных заводах. В 1834г. вентиляторы были применены на морских судах, в 1835г. – на Алтайских рудниках. Один из первых осевых вентиляторов с 1734г. в течение 80лет обслуживал здание английского парламента.

Научные основы вентиляции заложены в XIX веке. Интересные работы по определению воздухообменов выполнены в первой трети XIXв. во Франции врачом-гигиенистом Мореном и известным физиком Пекле. Русским гигиенистом И.И.Флавицким был введен термин комплексной температуры для нормирования параметров воздушной среды. В 1884г. Академией наук был издан его труд “Результаты причин вредного влияния внутреннего воздуха в зданиях в зависимости от способов отопления и искусственной вентиляции”. Лишь в 1927г. американские специалисты Яглоу и Миллер на основе анализа экспериментальных исследований пришли к таким же результатам.

В 1854г. в России был создан Комитет по рассмотрению систем вентиляции. В его состав (под руководством генерал-майора М.Г. Евреинова) входили 7 архитекторов, 5 военных инженеров, 3 академика, 2 инженера путей сообщения, 2 доктора медицины, 2 специалиста по физике и химии. Комитет определял нормы вентиляции и предлагал различные технические решения для систем вентиляции зданий различного назначения.

В 20-е годы нашего столетия в Московском высшем техническом училище под руководством В.М. Чаплина, в Московском институте охраны труда под руководством В.В. Батурина и В.В. Кучерука, в ЦАГИ под руководством К.А. Ушакова и В.И. Поликовского были проведены работы, положившие начало научным основам промышленной вентиляции.

Впервые преподавание дисциплины «Отопление и вентиляция» началось в Санкт-Петербургском Училище гражданских инженеров с 1832г. в составе курса построений, а в последующем – гражданской архитектуры.

Как самостоятельный курс дисциплина сформировалась к 1865году. В 1880г. профессором С.Б. Лукашевичем впервые был написан учебник по отоплению и вентиляции.

В 1897 году в этом училище впервые в России учреждается кафедра «Отопление и вентиляция».

Для подготовки инженерных кадров кроме Санкт-Петербурга были созданы специальные кафедры в ВУЗах Москвы, Харькова, Горького (Нижнего Новгорода), Одессы, Свердловска (Екатеринбурга), Новосибирска и т.д.

Создание (1925-1927г.г.) в институтах охраны труда лабораторий промышленной вентиляции явилось началом развития экспериментального исследования вентиляционных проблем.

В годы первых пятилеток для горячих цехов новых заводов-гигантов инженеры предложили использовать организованное естественное проветривание (аэрацию).

Для борьбы с интенсивным лучеиспусканием и высокой температурой воздуха в горячих цехах было создано душирование рабочих мест, воздушные оазисы; для предотвращения врывания наружного воздуха через входные проемы зданий – воздушные завесы. В разработке таких устройств приоритет принадлежит нашим ученым и инженерам.

Вихревая теория крыла (1906г.) Н.Е. Жуковского послужила основой для создания осевых вентиляторов ЦАГИ большой производительности.

Разработанная Г.Н. Абрамовичем теория свободных турбулентных струй открыла пути для решения основных вопросов вентиляции (о движении воздуха в помещении).

В 1944г. С.А. Рысиным были предложены новые конструкции центробежных вентиляторов облегченного типа при упрощенной технологии их изготовления (расход металла был сокращен на 50%, себестоимость – на 65%).

Строительство предприятий текстильной и легкой промышленности потребовало создания обестуманивающих установок, для чего впервые в вентиляционной технике была использована разработанная в 1918г. Л.К. Рамзиным i-d диаграмма влажного воздуха. В 1933-35г.г. были разработаны новые конструктивные решения местных отсосов с использованием активирующей струи воздуха.

С 1950г. основным методом исследования вентиляционных процессов стало физическое моделирование, а с конца 1970-х - приближенное математическое моделирования тепловоздушных процессов. Благодаря успехам в теоретических исследованиях вентиляции были решены сложные задачи вентилирования крупных блокированных цехов (ВАЗ, КАМАЗ, АЗЛК, ЗИЛ и др.). В 90-е годы начало развиваться направление, связанное с анализом движения воздушных потоков в помещении на основе решения фундаментальной системы уравнений Навье-Стокса (численное моделирование).

В области теоретических исследований необходимо отметить работы В.В.Батурина, С.Е.Бутакова, Г.А.Максимова, В.М.Эльтермана, И.А.Шепелева, Е.О.Шилькрота, М.И.Гримитлина, Г.М. Позина, В.В.Дерюгина, В.Н.Богословского, В.Н.Талиева, Л.Б.Успенской, А.И.Пирумова, В.Н.Посохина и др.

Стоимость современных систем вентиляции достигает 10-12% общей стоимости строительства, СКВ – до 20%. На привод вентиляционных установок затрачивается более 20% производимой электроэнергии.

В настоящее время можно выделить следующие основные задачи в области научно-технических разработок:

Совершенствование методов расчета и проектирования,

Создание нового высокоэффективного вентиляционного оборудования и материалов,

Повышение уровня использования вторичных энергоресурсов,

Совершенствование методов монтажа и наладки систем вентиляции.

При изучении дисциплины может быть использована литература, указанная в списке / 1- -20 /.

ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

2.1.САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

2.1.1. Микроклимат помещений

Современный человек около 70% времени проводит в замкнутых пространствах. В процессе жизнедеятельности человека в воздух помещений могут поступать значительные количества теплоты, влаги, газов, паров и пыли, вследствие чего воздушная среда претерпевает некоторые изменения, которые могут вредно отражаться на здоровье людей. Для устранения этого влияния часто приходиться создавать искусственный климат.

Деятельность человека обычно происходит в так называемой обслуживаемой (ОЗ) или рабочей зоне (РЗ) помещения.

Рабочая зона – это пространство высотой 2м от уровня пола помещения или площадки /1/.

Комфортными называются условия, обеспечивающие наилучшее самочувствие и наивысшую работоспособность человека.

Температурная обстановка в помещении может быть определена двумя условиями температурного комфорта:

Во всем объеме помещения,

На границе обслуживаемой зоны в непосредственной близости от нагретых или охлажденных поверхностей.

Первое условие комфортности – комфортным будет такая общая температурная обстановка в помещении, при котором человек, находясь в середине помещения будет отдавать всю явную теплоту, не испытывая перегрева или переохлаждения. При этом определяющей величиной является средняя температура в помещении:

t п = (t в + t R) / 2 (2.1.)

где t в, t R - соответственно, температура воздуха и температура поверхностей, о С.

Второе условие ограничивает интенсивность теплообмена при нахождении человека вблизи нагретых или охлажденных поверхностей. В этом случае определяющей величиной является интенсивность лучистого теплообмена q л (Вт/м 2). Условия комфортности графически представлены на рис.2.1.

В вентиляционной практике комфортные условия принято разделять на допустимые и оптимальные / 1 /.

В качестве нормируемых параметров для обоих видов условий приняты температура (t в), относительная влажность (j в), скорость движения воздуха(v в) и предельно допустимая концентрация (ПДК).

Допустимыми принято называть такие сочетания вышеуказанных параметров, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызывать преходящие и быстро нормализующиеся изменения теплового состояния организма, сопровождающиеся напряжением механизмов терморегуляции, не выходящим за пределы физиологических приспособительных возможностей /1/.

б)

Первое (а) и второе (б) условия комфортности

1-при нагретых поверхностях; 2-при охлажденных поверхностях стен;

3- при охлажденных поверхностях окон,j ч-п - угловой коэффициент излучения

Оптимальными – приняты условия, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального теплового состояния организма без напряжения механизмов терморегуляции /1/.

Допустимые обеспечиваются вентиляцией в том числе с испарительным охлаждением воздуха, оптимальные – системами кондиционирования воздуха. Графически соотношение между допустимыми (1) и оптимальными (2) параметрами (температура и относительная влажность) представлено на рис. 2.2.

Уровни сочетаний параметров нормируются в зависимости от периода года (теплый, переходный и холодный) и от тяжести выполняемой работы. Различают 3 категории тяжести выполняемых работ:

j вв min j вк min j вк max j вв max j в

Допустимые и оптимальные параметры

Средней тяжести физические работы (категория II) - работы, связанные с постоянной ходьбой, переносом тяжестей до 1кг (II а) и до 10кг (IIб) или выполняемые стоя, при этом энергозатраты для категории IIа - 175-232Вт, для категории IIб – 233-290Вт),

Нормы микроклимата приведены в ГОСТ 12.1.005-88(Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны) / 1 /, СанПиН 2.2.4.548-96 / 2 /, СП 60.13330-2010 (акт.редакция СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»), ГОСТ 30494-2011/ 3 /. ПДК вредных веществ в помещениях приведены в ГН.

2.1.2 Основные виды вредностей и их воздействие на организм человека

Организм человека выделяет в окружающую среду теплоту, влагу и углекислый газ. Количественные характеристики выделения человеком теплоты и влаги приведены на рис.2.3. в зависимости от температуры воздуха. В результате работы производственного оборудования в воздух поступают теплота, водяные пары, газы, пары и пыль, которые носят название профессиональных вредных выделений («вредностей»). Для нормальной работы механизма терморегуляции человека метеорологические условия должны обеспечивать отвод вырабатываемой организмом теплоты. Количество этой теплоты зависит от интенсивности главным образом мышечной работы (энергозатрат). Отвод теплоты происходит с поверхности кожи и из легких посредством радиационного теплообмена, конвекции и испарения. Это количество теплоты составляет от 100Вт (в состоянии покоя) до 400Вт (при выполнении тяжелых работ). В состоянии покоя, например, посредством радиационного теплообмена выделяется 44%, конвекции – 31%, испарения – 21% и нагревания потребляемого воздуха – 4%. При увеличении энергозатрат увеличивается доля потерь за счет испарения (до 50-60%).

На тепловые ощущения человека влияют:

Температура воздуха,

Средняя температура излучения окружающих поверхностей,

Скорость движения воздуха,

Давление водяных паров в воздухе и соответственно относительная влажность,

Уровень активности (метаболический фактор),

Термическое сопротивление одежды.

Теплоотдача человека на уровне активности, соответствующем сидячей работе, составляет 210 кДж/(м 2 ч) или 1 мет. Термическое сопротивление одежды измеряется в единицах «кло» (1 кло = 0.043 м 2 ч К / кДж - термическое сопротивление типичного костюма для конторской работы).

Зависимость тепло- и влаговыделений организмом человека от температуры

q ч - тепловыделения организмом человека (q п - полные, q с - скрытые),

g W - влаговыделения организмом человека

Тепловыделяющее оборудование является источником поступлений в помещение:

Конвективной теплоты в виде конвективных потоков от нагретых поверхностей, повышающей температуру воздуха в рабочей и верхней зоне помещения,

Лучистой (радиационной) теплоты, нагревающей твердые поверхности, в том числе и тело человека.

Влага, попадающая в окружающую среду в виде водяного пара, вызывает повышение их парциального давления, а соответственно и относительной влажности. Влияние повышенной относительной влажности на самочувствие человека не так явно выражено, как влияние повышенной температуры. Отчасти из-за этого в нормах проектирования вентиляции влажностные условия регламентированы в широких пределах / 1, 2 /.

Вредные вещества в виде газов, паров и пыли выделяются в воздушную среду помещений в результате протекания различных технологических процессов при недостаточной герметизации оборудования и коммуникаций. Воздействие их на человека определяется токсичностью и концентрацией в воздухе. При попадании в организм человека эти вещества могут приводить к заболеваниям и отравлениям. Отравления могут быть острыми и хроническими.

Острые отравления возникают при попадании в организм человека значительного количества вредных веществ.

Хронические отравления возникают при попадании в организм человека небольших количеств вредных веществ в течении длительного периода времени.

В производственных условиях вредные вещества могут проникать в организм человека через органы дыхания, пищеварительный тракт и кожу.

Вредные вещества по характеру взаимодействия с организмом человека делятся на химически реагирующие и химически не реагирующие. По характеру действия на организм газы и пары делятся на:

Удушающие (оксид углерода, синильная кислота и др.),

Раздражающие (хлор, хлористый и фтористый водород, сернистый газ, сероводород),

Наркотические (бензин, бензол, сероуглерод, анилин, нитробензол и т.д.),

Отравляющие (фосфор, ртуть, соединения мышьяка, металлоорганические соединения и др.).

Вредные вещества перемещаются в помещении в результате диффузии, воздушными потоками, конвективными потоками.

Пыль выделяется в воздух помещений, в основном, в результате дробления, пересыпки и транспортировании сыпучих материалов, а также при механической обработке изделий и материалов. Пыли, выделяемые в результате размельчения горючих веществ, взрывоопасны из-за развитой суммарной поверхности пылевых частиц. По действию на организм человека различают ядовитую пыль (свинцовая, свинцовых соединений, ртутная и др.) и неядовитую (песчаная, асбестовая, древесная и т.д.). Наибольшую опасность для органов дыхания представляют частицы размерами менее 10мкм, невидимые для глаз. При оценке действия пыли необходимо учитывать не только ее состав и концентрацию (мг/ м 3), но и дисперсность пыли.

2.1.3. Характеристики наружного климата

Состояние воздушной среды определяет в достаточно большой степени тепловой и влажностный режим помещений.

В настоящее время с точки зрения технико-экономических показателей работы систем вентиляции и кондиционирования воздуха (СКВ) приняты две категории параметров, характеризующих наружный воздух – А и Б / 3 /.

Параметры А используются при проектировании систем вентиляции и СКВ третьего класса в теплый период года, Б – для систем отопления (в том числе воздушных), вентиляции, душирования и СКВ для холодного периода года, а также для СКВ первого класса в теплый период года. Для СКВ второго класса следует принимать температуру наружного воздуха для теплого периода года на 2 о С и удельную энтальпию на 2 кДж/кг ниже, чем при параметрах Б.

Классификация СКВ приведена в /3/ в зависимости от необеспеченности параметров:

Первого класса - в среднем 100ч/г при круглосуточной работе или 70ч/г при односменной работе в дневное время,

Второго класса - в среднем 250ч/г при круглосуточной или 175ч/г при односменной работе в дневное время,

Третьего класса - в среднем 450ч/г при круглосуточной работе или 315ч/г при односменной работе в дневное время.

Соответствующие СКВ необходимо принимать:

Первого класса - для обеспечения метеорологических условий, требуемых для технологического процесса, при экономическом обосновании или в соответствии с требованиями нормативных документов,

Второго класса - для обеспечения метеорологических условий в пределах оптимальных норм или требуемых для технологических процессов, скорость движения воздуха допускается принимать в обслуживаемой зоне, на постоянных и непостоянных рабочих местах в пределах допустимых норм,

Третьего класса - для обеспечения метеорологических условий в пределах допустимых норм, если они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха, или оптимальных норм - при экономическом обосновании.

При проектировании вентиляции используется понятие о переходном периоде. В качестве расчетных параметров наружного климата принимают температуру t н = +10 о С и удельную энтальпию i н = 26,5кДж/кг.

Требования к чистоте воздуха выражаются предельно-допустимой концентрацией вредностей (ПДК). Под ПДК понимают содержание в воздухе такого количества вредных веществ, которое при ежедневном воздействии в течение неограниченного времени на человека не вызывает в его организме каких-либо физиологических изменений или заболеваний.

2.2.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЕНТИЛЯЦИИ

2.2.1. Воздушный режим здания

Под воздушным режимом здания подразумеваются процессы перемещения воздуха внутри помещения, движения его через ограждения и отверстия в ограждениях, по каналам и воздуховодам, обтекания здания воздушными потоками.

При рассмотрении воздушного режима различают внутреннюю, краевую и внешнюю задачи.

В состав внутренней задачи входят:

Расчет требуемого воздухообмена;

Определение параметров внутреннего воздуха и их распределение по объему помещения при различных вариантах подачи и удаления воздуха, выбор оптимальных вариантов подачи и удаления воздуха;

Определение параметров воздуха в струйных течениях;

Расчет количества вредных выделений;

Создание нормальных условий на рабочих местах.

Краевая задача включает:

Определение расходов инфильтрирующегося и эксфильтрирующегося воздуха;

Расчет площадей отверстий для аэрации (естественной организованной вентиляции);

Расчет размеров каналов, воздуховодов и шахт;

Выбор способа обработки воздуха;

Защита помещений от врывания наружного воздуха (воздушно-тепловые завесы).

Внешняя задача объединяет следующие вопросы:

Определение давлений, создаваемых ветром на конструктивные элементы здания;

Расчет максимально возможного количества выбросов из условия обеспечения концентрации в приземном слое атмосферы ниже ПДК, определения проветриваемости пространства на промплощадке;

Выбор мест расположения воздухозаборных и вытяжных шахт;

Расчет и прогнозирование загрязнения атмосферы вредными веществами, проверку достаточности очистки вентиляционных выбросов.

2.2.2. Методология вентиляции

Вентиляция является наукой об организации воздухобмена. При решении задач, стоящих перед вентиляцией возникают следующие вопросы:

1). Какое количество воздуха необходимо подавать в помещение в единицу времени, какое количество и как удалять?

2). Какие параметры должен иметь приточный воздух, каким образом его обрабатывать?

3). В каких местах подавать приточный воздух и в каких удалять?

4). Как подавать (равномерно, сосредоточенно), удалять и какие конструктивные формы необходимо придать всем элементам, участвующим в организации воздухоообмена?

Для решения вопросов вентиляции необходимо знать количество поступающих вредностей, характер их распространения, их взаимодействие с вентиляционными потоками.

Вопрос о расчетном расходе воздуха непосредственно связан с организацией воздухообмена.

Движение воздуха и распространение теплоты, газов подчиняется общим законам сохранения материи, сохранения и превращения энергии.

Исходными для решения этих вопросов являются известные дифуравнения:

Уравнение неразрывности;

Уравнения движения;

Уравнения тепло- и массообмена.

Для однозначного рассмотрения данного процесса необходимо задать начальные и краевые условия. Вследствие влияния большого числа факторов при решении вентиляционных задач большое значение имеет эксперимент - натурный и на моделях. Постановка эксперимента опирается на теорию подобия/ 13 /. Различают геометрическое, механическое и тепловое подобие. Механическое подобие делится на кинематическое и динамическое подобие. Кинематическое подобие предполагает пропорциональность скоростей и ускорений двух потоков; динамическое - подобие сил, вызывающих подобные движения. При тепловом подобии сохраняется подобие полей температур и тепловых потоков.

Данные единичного опыта могут распространяться на подобные явления, т.е. такие, у которых условия однозначности подобны и определяющие критерии, составленные из величин, входящих в условия однозначности, численно равны.

Физическое моделирование используется, например, для оценки различных способов организации воздухообмена, т.е. тогда, когда аналитическое решение крайне затруднительно. В качестве рабочей среды при физическом моделировании применяется воздух или вода. Точное осуществление всех условий моделирования может выполняться в редких случаях. Однако, во многих случаях имеет место автомодельность относительно некоторых критериев. Например, свободные турбулентные струи автомодельны в отношении критерия Рейнольдса (законо-мерности в относительных координатах не зависят от скорости и характерного размера). При изучении естественного движения под действием изменения плотности воздуха необходимо иметь ввиду, что закономерности процесса не зависят от температуры и характерного размера при достижении условия: Gr Pr > 2· 10 7 . Поэтому при постановке эксперимента необходимо выбрать определяюшие критерии подобия.

В настоящее время широко используется метод приближенного математического моделирования тепловоздушных процессов помещения, основанный на решении системы балансных уравнений для характерных объемов. С середины 90-х годов начинают появляются работы по точному математическому моделированию вентиляционных процессов.

2.2.3. Связь вентиляции с другими науками

Вентиляция как наука тесно связана с гигиеной, аэродинамикой, теплотехникой, отоплением и т.д.

Гигиена дает ответ на вопрос о параметрах воздуха, которые необходимо поддерживать в рабочей зоне. Эти параметры являются заданными, в соответствии с ними определяются параметры приточного и отработанного воздуха.

Вопросы о количестве воздуха, об организации воздухообмена составляют основное содержание вентиляционной аэродинамики, опирающейся на общую аэродинамику. Как известно, аэродинамика решает внутреннюю (течения в воздуховодах, каналах) и внешнюю (обтекание тел) задачи, включая учение о свободной струе. Все эти вопросы составляют аэродинамическую сущность вентиляции. Особенно большое значение в вентиляции принадлежит свободным струям. Это приточные струи, воздушные души воздушно-тепловые завесы, передувки. Важное значение имеет раздел аэродинамики, изучающий спектры всасывания вытяжныхотверстий.

Теплотехника, в частности, термодинамика, дает ответы на вопросы об изменении состояния воздуха в процессах его предварительной обработки и в самом помещении при воздействии на него теплоты и влаги. Теория теплопередачи дает возможность количественно оценивать различные стационарные и нестационарные теплообменные процессы.

Связь с отоплением состоит в том, что поддерживать требуемую температуру воздуха в помещении в холодный период года возможно только совместно с отоплением. Некоторые виды отопления (воздушное) по своему существу больше относятся к вентиляции, чем собственно к отоплению.

Знание технологии производства позволяет более совершенно сочетать общие решения вентиляционных задач со специфическими условиями производственных процессов.

Для решения вентиляционных задач необходимо знать основы математики, физики, тепло-массообмена, вычислительной техники, электротехники, автоматики, климатологии, экологии и др.

ЛЕКЦИЯ №2

2.3. КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ

2.3.1. Классификация систем вентиляции.

Вентиляционная система – совокупность устройств для обработки, транспортирования, подачи и удаления воздуха.

При выборе системы вентиляции необходимо учитывать санитарно-гигиенические, технологические и экономические факторы. Предпочтительно всегда применение наиболее простых систем вентиляции, например, аэрации перед механической системой вентиляции.

Классификация систем вентиляции приведена на рис. 2.4.

По назначению системы вентиляции делятся на приточные (для подачи воздуха) и вытяжные (для удаления).

По способу организации воздухообмена – общеобменные и местные. Общеобменные обеспечивают воздухообмен в объеме всего помещения, местные – в ограниченной области или на отдельном рабочем месте. Примером приточной местной вентиляции является воздушное душирование.

По способу побуждения движения воздуха – с механическим (при помощи вентиляторов, эжекторов и пр.) и естественным (с использованием сил ветра и гравитации) побуждением.

По способу перемещения – канальные (через разветвленную сеть воздуховодов) и бесканальные (через проемы в наружных стенах).

Системы бывают постоянного и периодического действия, рабочие и аварийные.

Аварийной называется такая система, которая предназначена для борьбы с внезапными (аварийными) выбросами вредностей в производственные помещения в случае аварии.

Основные элементы приточной системы: узел воздухозабора, приточная камера (клапан воздушный утепленный, калориферы, фильтры, вентиляционный агрегат), сеть воздуховодов, воздухораспределители. Вытяжная система состоит из: вытяжных устройств, сети воздуховодов, в общем случае вытяжной камеры, вытяжной шахты.

2.3.2. Основные принципы действия различных видов систем вентиляции

При выборе систем вентиляции необходимо учитывать общие нормативные документы /1-3/, а также нормативные документы для определенного типа здания (например, СНиПы на проектирование общественных зданий, жилых зданий и т.д.) и ведомственные нормы проектирования. Общая схема вентиляции помещения приведена на рис.2.5.

2.3.2.1. Приточная общеобменная канальная вентиляция с механическим побуждением

Этот вид вентиляции (рис.2.5.А) широко применяется в промышленных зданиях, в больших помещениях общественных зданий. Подача воздуха может быть как рассредоточенной (при помощи перфорированных панелей) непосредственно в рабочую или обслуживаемую зону, так и сосредоточенной одной или несколькими струями. В таких системах для экономии теплоты в холодный период года применяется рециркуляция внутреннего воздуха, если это допускается нормативными документами.

2.3.2.2. Приточная общеобменная бесканальная система вентиляции с механическим

побуждением

Эти системы (рис.2.5.Б) применяются в производственных помещениях с небольшим количеством работающих при отсутствии постоянных рабочих мест для периодического проветривания помещений с избытками теплоты в качестве вспомогательной системы (дополнительной), работающей либо в теплый, либо в холодный период года с подогревом или рециркуляцией, а также во вспомогательных помещениях производственных зданий.

2.3.2.3. Приточная общеобменная бесканальная с естественным побуждением

Такая система (рис.2.5.В) называется аэрационным притоком и применяется в промышленных зданиях со значительными избытками теплоты, в помещениях жилых и общественных зданий в теплый период года. В промышленных зданиях данная система применима во все периоды года.

В теплый период подача воздуха осуществляется через оконные проемы или специальные отверстия на уровне рабочей зоны, в переходный и холодный периоды – через отверстия, расположенные на высоте не ниже 4м от пола потоками, направленными в верхнюю зону про- изводственного помещения. Движение воздуха обуславливается разностью давлений снаружи и внутри здания, возникающей в результате ветрового и гравитационного напора (рис.2.6.).

Гравитационный (D Р t) и ветровой напор (D P v) определяются по формулам:

D Р t = H gDr = Hg (r н - r в) (уравнение Мейдингера, 1875г.)

D P v = K a r н v 2 /2 (2.1.)

где K a - аэродинамический коэффициент.

Н - разность отметок центров вытяжных и приточных проемов.

Рис.2.5.

Общие принципы устройства систем вентиляции

1-вентиляторные агрегаты; 2- калориферы; 3-воздуховоды;

4-вентилятор воздушного душа; 5 -крышный вентилятор;

2.3.2.5. Приточная местная бесканальная система вентиляции с механическим побуждением

Эта система (рис.2.5.Г) применяется для душирования рабочих мест в производственных помещениях. Вентиляторные установки в таких системах работают обычно на рециркуляционном воздухе. Может производиться некоторая его обработка (увлажнение). Такие установки изготавливаются обычно передвижными.

2.3.2.6. Приточная местная бесканальная система вентиляции с естественным

побуждением

Эта система аналогична варианту аэрационного притока. Только в данном случае воздух через аэрационный проем подается непосредственно в рабочую зону, захватывая ее активной частью струи. Применяется она только в теплый период года.

2.3.2.7. Вытяжная общеобменная канальная система вентиляции с механическим

побуждением

Система используется в тех же случаях, что и приточная общеобменная канальная с механическим побуждением (рис. 2.5.Д). Эта система вытяжной вентиляции является наиболее распространенной. Вытяжка может устраиваться из рабочей зоны или верхней зоны помещения, а также из нескольких объединенных одной системой помещений здания.

2.3.2.8. Вытяжная общеобменная бесканальная система вентиляции с механическим

побуждением

Устраивается, в основном в производственных зданиях. Вентиляторы устанавливаются в проемах наружных ограждений здания (в стенах и покрытии) (рис.2.5.Е). Часто она применяется для периодического проветривания помещения или для увеличения вытяжки в теплый период года. На этом же принципе устроена аварийная вентиляция.

2.3.2.9. Вытяжная общеобменная канальная система вентиляции с естественным

побуждением

Основная система в жилых и общественных зданиях, а также во вспомогательных помещениях производственных зданий. Движение воздуха в такой системе осуществляется под действием гравитационного напора. Иногда вытяжную шахту снабжают дефлектором - устройством, использующим силу ветра для перемещения воздуха по воздуховодам.

2.3.2.10. Вытяжная общеобменная бесканальная система вентиляции с естественным

побуждением

Иначе эта система (рис.2.5.Ж) называется аэрационной вытяжкой и применяется, в основном, в производственных зданиях и иногда в купольных помещениях общественных зданий (зрительные залы театров, цирки и т.п.). Удаление воздуха осуществляется через специальные отверстия в верхней части вертикальных ограждений помещения или через открываемые фрамуги светоаэрационных фонарей или через дефлекторы.

2.3.2.11. Вытяжная местная канальная система вентиляции с механическим

побуждением

Применяется, в основном, в производствнных помещениях. Иногда устраивается в в общественных зданиях (кухни столовых, кафе, ресторанов и т.п.).

При применении этой системы (рис.2.5.И) вредные вещества удаляются непосредственно от мест их образования (выделения). Перед выбросом этого воздуха в атмосферу чаще всего производится очистка воздуха, загрязненного вредностями.

Иногда эту систему применяют для транспортирования отходов производства (системы пневмотранспорта отходов).

2.3.2.12. Вытяжная местная канальная система вентиляции с естественным побуждением

Применяется для удаления нагретого воздуха от различных технологических печей, оборудования (рис.2.5.К).

Такое множество применяемых систем вентиляции позволяет выбрать для каждого случая оптимальный вариант. При этом возможны сочетания нескольких вариантов систем вентиляции. Например, приток с механическим побуждением, вытяжка с естественным побуждением и т.п.

2.4. СВОЙСТВА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА И ПРОЦЕССЫ ИЗМЕНЕНИЯ ЕГО СОСТОЯНИЯ

2.4.1. Характеристики влажного воздуха

Влажный воздух можно представить как смесь сухой части воздуха и водяных паров. Состав сухой части атмосферного воздуха в % по объему:

Азот – 78,08%;

Кислород – 20,95%;

Аргон – 0.93%;

Диоксид углерода- 0.03%;

Инертные газы, озон и т.д. – 0.01%.

Для влажного воздуха как смеси газов справедлив закон Дальтона:

Р б = Р с.в. + Р п, Па (2.2.)

где Р с.в. , Р п - соответственно парциальное давление сухой части воздуха и водяного

Из уравнения Менделеева-Клайперона:

PV = RT, V=1/r, r = P/ (RT) (2.3.)

где V – удельный объем, м 3 / кг;

R - удельная газовая постоянная, для сухой части воздуха R с.в. =2.153, для водяного пара R п = 3.461;

Плотность сухой части и водяных паров можно найти:

r с.в. = Р с.в. / (R с.в. T) = 0.465 (Р б – Р п) / T, (2.4.)

r п = Р п / (R п T) = 0.289 Р п / T (2.5.)

Тогда плотность влажного воздуха:

r в = r = 0.465 (Р б – Р п) / T + 0.289 Р п / T =

1 / T (0.465 Р б – 0.176 Р п) (2.6.)

При нормальном барометрическом давлении Рб= 10 5 Па:

r в @ 353 / T (2.7.)

В процессах тепловлажностной обработки сухая часть влажного воздуха остается неизменной. Количество водяных паров, приходящееся на 1 кг сухой части воздуха, называется влагосодержанием:

d = r п /r с.в. = Р п R с.в. T / (Р с.в. R п T) = 2.153 / 3.461 · Р п / Р с.в.

d = 0.623 Р п /Р с.в. , кг/кг с.в. (2.8.)

Комментариев:

Системы вентиляции разработаны для обеспечения чистоты воздуха и его влажности. Вентиляция должна поддерживать температуру и проводить замену грязного воздуха. Основные требования к подобным системам установлены определенными стандартами. К функционированию вентиляции разработаны также индивидуальные гигиенические нормативы. Четко регулируется наличие в воздухе токсичных паров. Установлены ограничения концентраций, которые не наносят вреда здоровью человека. Допустимая температура лимитируется условиями, поддерживающими хорошее самочувствие.

Основы вентиляции, когда выполняется проектирование для заводов и фабрик, базируются именно на очистке воздуха и поддержке нужной температуры. Все параметры зависят от специфики технологического процесса, каждое значение установлено СНиПом. Иногда температура помещения, когда работает вентиляция, должна поддерживаться в определенных пределах, чтобы материалы, которые находятся в здании, имели полную сохранность.

Система кондиционирования не относится к жизненно важным предметам, ее можно не устанавливать. Зато системы вентиляции в обязательном порядке монтируются в каждом здании. Вентиляционные системы должны обязательно устанавливаться на промышленных предприятиях. Технические показатели установлены законом и регламентируются строительными нормами.

При отсутствии системы вентиляции и кондиционирования начинает увеличиваться содержание углекислого газа. Это очень опасно для помещений закрытого типа. Резко ухудшается самочувствие людей, они теряют работоспособность. Чтобы избежать таких проблем, монтируются системы вентиляции и кондиционирования.

Вентиляционная система обязана поддерживать стандартизованные метеорологические параметры. Каждое помещение имеет вентиляцию, настроенную по индивидуальным параметрам.

Некоторые характеристики

Основы самых разных видов кондиционирования держатся на свойствах технологических характеристик. Они зависят от специализации помещения. Устройства вентиляции и кондиционирования имеют отличительные признаки, которыми их классифицируют:

1. Метод создания давления, чтобы началось движение воздушного потока. Возбуждение может быть двух видов:

• механическое;
• искусственное.

1. Принцип работы вентиляции. Она подразделяется на:

• вытяжную;
• приточную.

1. Район обслуживания.
2. Конструкция. Она может изготавливаться в двух видах:

• канальная;
• бесканальная.

Определенными характерными индивидуальными признаками отличается естественная система вентиляции:

1. Движение потока воздуха осуществляется за счет несоответствия нагрева воздуха в самом помещении и около него. Такое явление называется аэрацией.
2. Движение струи воздуха осуществляется за счет возникновения разности давлений смонтированных вытяжных устройств. Одно находится на крыше, а другое обслуживает здание.
3. Воздушные массы движутся в связи с появлением ветрового давления.

Разработку и установку естественной вентиляции проводят в тех зданиях, где наблюдаются большие тепловые выделения. Наличие ядовитых веществ, содержащихся в воздухе, допускается не более 30% определенного стандарта для места, где выполняется работа. Аэрация при этом не делается, если, согласно технологическому процессу, необходимо проводить предварительную очистку поступающего воздушного потока.

Там, где наблюдается много тепла, воздух имеет температуру намного выше уличной. Более тяжелый уличный воздух, поступающий по установленной вентиляционной системе, начинает вытеснять теплый воздушный поток, имеющий меньшую плотность. Начинает выполняться циркуляция воздуха, вызванная источником тепла. Это очень похоже на работу вентилятора.

Когда работает естественная вентиляция, передвижение воздушной массы происходит благодаря возникшей разности давлений, причем высотный перепад должен достигать 3 м. Когда разрабатывается такое кондиционирование, учитывается длина воздушной шахты, протянувшейся в одну линию. Она обязательно должна превышать 3,5 м. Поток воздуха обязан двигаться со скоростью, не превышающей 1 м/с.

Ветер образует на стоящих лицом к ветру стенах здания высокое давление. Источником разряжения становится подветренная сторона.

Ограждение помещения иногда снабжается проемами. Тогда подача воздуха начинается с другой стороны. Величина скорости воздушного потока в таких проемах сильно зависит от значения скорости воздушной массы, обдувающей здание. Влияет на скорость также образовавшаяся разность давлений.

Подобная естественная система считается наиболее простой. Она не нуждается в особо сложном, дорогом оборудовании. Данная система расходует минимальное количество электричества. У такой системы индивидуальные факторы сильно влияют на производительность работы. Важную роль играет температура воздуха, сила ветра и прочее. В результате невозможно решить самые различные задачи, положенные в вентиляционные основы.

Вернуться к оглавлению

Механическая вентиляция

Данная система вентиляции и кондиционирования пользуется оборудованием, дающим возможность перемещать воздушные массы на большие расстояния. Этот вид может создавать приток воздуха, направленный в конкретные зоны, а также его последующее удаление в нужном количестве. Система работает независимо от любых типов окружающей среды. Когда появляется необходимость, проводится очистка воздуха самыми различными способами. Например, воздух охлаждают, увлажняют и так далее. Такие процессы невозможно выполнить с системами, работающими на принципе естественного возбуждения.

Инженерам очень часто приходится разрабатывать системы кондиционирования, где совмещено сразу несколько видов вентиляционных систем: естественная, механическая.

Для каждого случая определяется оптимальный вид вентиляции. Выбирается самый рациональный, который соответствует технологическим требованиям гигиены и санитарии.

Кстати, приточная вентиляция спроектирована для нагнетания в помещение свежего воздуха. Если появляется необходимость, воздух проходит особую обработку, со специальным очищением.

Показатель производительности системы напрямую зависит от имеющейся возможности направлять струю воздуха в совмещенные помещения. Иногда монтируют вентиляцию только одного определенного вида. Подача воздуха осуществляется через особые проемы. Аналогичным образом проводится удаление воздуха. Подобную систему, аналогично приточной, можно монтировать на место, где выполняются технологические операции.

А, например, местная вентиляция разработана специально, чтобы направлять свежий воздух прямо на участок работы. Она получила название приточной вентиляции, имеющей индивидуальное назначение. Удаление плохого воздуха выполняется лишь из тех мест, где появились вредные газы. Данная вентиляция получила название «местной, вытяжной».

Вернуться к оглавлению

Особая приточная вентиляция, способная работать в конкретном месте

Данная система получила название «воздушного душа». Иначе говоря, это воздушный поток, имеющий определенное направление и высокую скорость. Данные системы должны направлять свежий воздух прямо на место выполнение работы. От их работы зависит уменьшение нагрева окружающей среды. Такая вентиляция способна производить обдув рабочих, которые вынуждены работать при мощном тепловом излучении.

Местную вентиляцию устанавливают на участках здания, которые отгорожены раздвижными ширмами, куда проводится нагнетание воздуха, имеющего пониженную температуру.

Чаще всего данный тип кондиционирования применяется в промышленности. Вентиляция становится воздушной завесой, своеобразной воздушной перегородкой, отделяющей ворота или горячие печи.

С ее помощью можно направить воздушный поток в нужном направлении. Установка подобной вентиляции менее затратная, если сравнивать с общеобменной. В заводских цехах, когда происходит обильное выделение вредных примесей, чаще всего монтируют смешанную систему.

С ядовитыми веществами справляется общая вентиляция, местная обслуживает только индивидуальные рабочие участки.

Вернуться к оглавлению

Вытяжная вентиляция: нюансы

Данную систему применяют, только если токсичные вещества выделяются в конкретных местах, где требуется запрет на распространение ядовитых газов в помещении.
Промышленная вентиляция, смонтированная в заводских цехах, выполняет отведение токсичных веществ, которые образуются в результате работы теплового оборудования. Чтобы удалить все вредные выбросы, монтируют местные вытяжки:

• зонты;
• бортовые вытяжки;
• завесы;
• станочные кожуха.

Все такие защитные элементы должны выполнять определенные условия:

1. Место, где возникают вредные выделения, обязательно должно закрываться полностью.
2. Местная вытяжка любого вида не должна оказывать какое-либо влияние на производительность человека.
3. Удаление образующихся вредных паров проводится согласно направлению движения. Нагретые газы уходят вверх, скопившаяся пыль направляется вниз.

Когда монтируется вытяжная вентиляция, имеющая местный характер, способная улавливать пыль, она должна перед отправкой воздуха на улицу проводить его очистку. Самыми сложными считаются системы, в которых предусмотрен высокий уровень очистки воздуха. Подобную систему снабжают несколькими специальными пылевыми фильтрами.

Вентиляционные системы обычно всегда эффективны. Они помогают удалить вредные вещества непосредственно из мест возникновения. За счет большого скопления вредных веществ чаще всего достигается отличный санитарный эффект.

Но монтирование данной местной вентиляции не дает возможности решить общие задачи, связанные с воздухообменом здания. Локализовать этими системами все ядовитые образования не удается. К примеру, когда ядовитые газы быстро распространяются на большие пространства. Воздух, направляемый на место выполнения технологической операции, неспособен создать подходящую воздушную среду, когда работа выполняется на большом пространстве или приходится часто перемещаться.

Вентиляция в помещении, особенно в жилом или промышленном, должна функционировать на 100 %. Конечно, многие могут сказать, что можно просто открыть окно или дверь, чтобы проветрить. Но этот вариант может сработать только летом или весной. А что же делать зимой, когда на улице холодно?

Необходимость вентиляции

Во-первых, сразу стоит отметить, что без свежего воздуха легкие человека начинают хуже функционировать. Возможно также появление самых различных заболеваний, которые с большим процентом вероятности перерастут в хронические. Во-вторых, если здание - это жилой дом, в котором находятся дети, то надобность в вентиляции возрастает еще сильнее, так как некоторые недуги, которые могут заразить ребенка, скорее всего, останутся у него на всю жизнь. Для того чтобы избежать таких проблем, лучше всего заняться обустройством вентиляции. Стоит рассмотреть несколько вариантов. К примеру, можно заняться расчетом приточной системы вентиляции и ее установкой. Также стоит добавить, что болезни - это далеко не все проблемы.

В комнате или здании, где нет постоянного обмена воздуха, вся мебель и стены будут покрываться налетом от любого вещества, которое распыляется в воздухе. Допустим, если это кухня, то все, что жарится, варится и т. д., даст свой осадок. Кроме этого страшным врагом является пыль. Даже чистящие средства, которые призваны убирать, все равно будут оставлять свой осадок, который негативно скажется на жильцах.

Вид системы вентиляции

Конечно, прежде чем приступить к проектированию, расчету системы вентиляции или ее установке необходимо определиться с типом сети, который лучше всего подойдет. В настоящее время различают три принципиально разных вида, основная разница между которыми в их функционировании.

Вторая группа - это вытяжная. Другими словами - это обычная вытяжка, которая чаще всего устанавливается в кухонных помещениях здания. Основная задача вентиляции - это вытяжка воздуха из комнаты наружу.

Рециркуляционная. Подобная система является, пожалуй, наиболее эффективной, так как она одновременно и выкачивает воздух из помещения, и в это же время подает свежий с улицы.

Единственный вопрос, который возникает у всех далее - это, как же работает система вентиляции, почему воздух перемещается в ту или иную сторону? Для этого используется два вида источника пробуждения воздушной массы. Они могут быть естественными или механическими, то есть искусственными. Чтобы обеспечить их нормальную работу, необходимо провести верный расчет системы вентиляции.

Общий расчет сети

Как уже говорилось выше, просто выбрать и установить определенный тип будет мало. Необходимо четко определить, сколько именно воздуха необходимо выводить из помещения и сколько нужно закачивать обратно. Специалисты называют это воздухообменом, который нужно вычислить. В зависимости от полученных данных при расчете системы вентиляции и необходимо отталкиваться при выборе типа устройства.

На сегодняшний день известно большое количество разнообразных методов расчета. Они нацелены на определение различных параметров. Для некоторых систем проводят расчеты, чтобы узнать, сколько нужно удалять теплого воздуха или же испарений. Некоторые осуществляются для того, чтобы узнать, сколько воздуха необходимо для разбавления загрязнений, если это промышленное здание. Однако минус всех этих способов - требование профессиональных знаний и умений.

Что же делать, если провести расчет системы вентиляции необходимо, но такого опыта нет? Самое первое, что рекомендуется сделать - это ознакомиться с различными нормативными документами, имеющимися у каждого государства или даже региона (ГОСТ, СНиП и т. д.) В этих бумагах имеются все показания, которым должен соответствовать любой тип системы.

Кратный расчет

Одним из примеров вентиляции может стать расчет по кратностям. Такой метод довольно сложный. Однако он вполне осуществим и даст хорошие результаты.

Первое, что необходимо понять - это то, что такое кратность. Подобный термин описывает то, сколько раз воздух в помещении сменился свежим за 1 час. Такой параметр зависит от двух составляющих - это специфика строения и его площадь. Для наглядной демонстрации, будет показан расчет по формуле для здания с однократным воздухообменом. Это говорит о том, что из помещения было выведено определенное количество воздуха и одновременно с этим введено свежего воздуха такое количество, которое соответствовало объему этого же здания.

Формула для вычисления используется такая: L = n * V.

Измерение осуществляется в кубометрах/час. V - это объем комнаты, а n - это значение кратности, которое берется из таблицы.

Если проводится расчет системы с несколькими комнатами, то в формуле нужно учитывать объем всего здания без стен. Другими словами, необходимо сначала вычислить объем каждой комнаты, после чего сложить все имеющиеся результаты, а итоговое значение подставить в формулу.

Вентиляция с механическим типом устройства

Расчет механической системы вентиляции, и ее установка должна проходить по определенному плану.

Первый этап - это определение числового значения воздухообмена. Нужно определить количество вещества, которое должно поступать внутрь строения, чтобы соответствовать требованиям.

Второй этап - это определение минимальных габаритов воздухопровода. Очень важно выбрать правильное сечение устройства, так как от этого зависят такие вещи, как чистота и свежесть поступаемого воздуха.

Третий этап - это выбор типажа системы для монтажа. Это важный момент.

Четвертый этап - и проектирование системы вентиляции. Важно четко составить план-схему, по которой будет проводиться монтаж.

Необходимость в механической вентиляции возникает только в том случае, если естественный приток не справляется. Любая из сетей рассчитывается на такие параметры, как свой объем воздуха и скорость этого потока. Для механических систем этот показатель может достигать 5 м 3 /ч.

К примеру, если необходимо обеспечить естественной вентиляцией площадь в 300 м 3 /ч, то понадобится с калибром 350 мм. Если монтируется механическая система, то объем можно уменьшить в 1,5-2 раза.

Вытяжная вентиляция

Расчет как и любой другой, должен начинаться с того, что определяется производительность. Единицы измерения этого параметра для сети - м 3 /ч.

Чтобы провести эффективный расчет, необходимо знать три вещи: высота и площадь комнат, основное предназначение каждого помещения, усредненное количество людей, который одновременно будут находиться в каждой комнате.

Для того чтобы начать проводить расчет системы вентиляции и кондиционирования воздуха этого типа, необходимо определиться с кратностью. Числовое значение этого параметра установлено СНиПом. Здесь важно знать, что параметр для жилого, коммерческого или промышленного помещения будет отличаться.

Если расчеты ведутся для бытового здания, то кратность равна 1. Если речь идет об установке вентиляции в административном строении, то показатель равен 2-3. Это зависит от некоторых других условий. Чтобы успешно провести расчет, нужно знать величину обмена по кратности, а также по количеству людей. Необходимо брать наибольшее значение расхода, чтобы определить требуемую мощность системы.

Чтобы узнать кратность обмена воздуха, необходимо умножить площадь помещения на его высоту, а после этого на значение кратности (1 для бытовых, 2-3 для других).

Для того чтобы провести расчет системы вентиляции и кондиционирования на человека, необходимо знать количество потребляемого воздуха одним человеком и умножить это значение на количество людей. В среднем при минимальной активности один человек потребляет около 20 м 3 /ч, при средней активности показатель возрастает до 40 м 3 /ч, при интенсивных физических нагрузках объем увеличивает до 60 м 3 /ч.

Акустический расчет системы вентиляции

Акустический расчет - это обязательная операция, которая прилагается к расчету любой системы вентилирования помещения. Подобная операция осуществляется для того, чтобы выполнить несколько конкретных задач:

• определить октавный спектр воздушного и структурного вентиляционного шума в расчетный точках;
• сопоставить имеющийся шум, с допустимым шумом по гигиеническим нормам;
• определить путь снижения шума.

Все расчеты необходимо проводить в строго установленных расчетных точках.

После того как были выбраны все мероприятия по строительно-акустическим нормам, которые призваны устранить излишний шум в помещении, проводится поверочный расчет всей системы в тех же точках, что были определены ранее. Однако сюда же нужно добавить эффективные значения, полученные в ходе этого мероприятия по снижению шума.

Для проведения вычислений нужны определенные исходные данные. Ими стали шумовые характеристики оборудования, которые назвали уровнями звуковой мощности (УЗМ). Для расчета используют среднегеометрические частоты в Гц. Если проводится ориентировочный расчет, то можно использовать корректировочные уровни шума в дБА.

Если говорить о расчетных точках, то они располагаются в местах обитания человека, а также в местах установки вентилятора.

Аэродинамический расчет системы вентиляции

Такой процесс расчета выполняется только после того как уже проведен расчет воздухообмена для строения, а также было принято решение о трассировки воздуховодов и каналов. Для того чтобы успешно провести эти вычисления, необходимо составить системы вентиляции, в которой обязательно нужно выделить такие части, как фасонные части всех воздуховодов.

Используя информацию и планы, нужно определить протяженность отдельных ветвей вентиляционной сети. Здесь важно понимать, что расчет такой системы может проводиться, чтобы решить две различных задачи - прямую или обратную. Цель проведения вычислений зависит именно от типа поставленной задачи:

• прямая - необходимо определить габариты сечений для всех участков системы, задав при этом определенный уровень расхода воздуха, который будет проходить через них;
• обратная - определить расход воздуха, задав определенное сечение для всех участков вентиляции.

Для того чтобы провести вычисления этого типа, необходимо разбить всю систему на несколько отдельных участков. Основная характеристика каждого выбранного фрагмента - это постоянный расход воздуха.

Программы для расчета

Так как проводить вычисления и строить схему вентиляции вручную - это очень трудоемкий и длительный процесс, были разработаны простые программы, которые способны сделать все действия самостоятельно. Рассмотрим несколько. Одна из таких программ расчета системы вентиляции - Vent-Clac. Чем она так хороша?

Подобная программа для расчетов и проектирования сетей считается одной из наиболее удобных и эффективных. Алгоритм работы этого приложения основывается на использовании формулы Альтшуля. Особенность программы в том, что она справляется хорошо как с расчетом вентиляции естественного типа, так и механического типа.

Так как ПО постоянно обновляется, стоит отметить, что последняя редакция приложения способно проводить и такие работы, как аэродинамические расчеты сопротивления всей системы вентиляции. Также может эффективно рассчитать другие дополнительные параметры, которые помогут в подборе предварительного оборудования. Для того чтобы провести эти вычисления, программе понадобятся такие данные, как расход воздуха в начале и в конце системы, а также длина основного воздуховода помещения.

Так как вручную рассчитывать все это долго и приходится разбивать вычисления на этапы, то данное приложение окажет существенную поддержку и сэкономит большое количество времени.

Санитарные нормы

Еще один вариант расчета вентиляции - по санитарным нормам. Подобные вычисления проводятся для общественных и административно-бытовых объектов. Чтобы осуществить правильные вычисления, необходимо знать среднее количество людей, которое постоянно будет находиться внутри здания. Если говорить о постоянных потребителях воздуха внутри, то им необходимо около 60 кубометров в час на одного. Но так как объекты общественного назначения посещают и временные лица, то и их тоже необходимо брать в расчет. Количество потребляемого воздуха на такого человека около 20 кубометров в час.

Если проводить все расчеты, опираясь на исходные данные из таблиц, то при получении конечных результатов станет четко видно, что количество воздуха, поступающего с улицы гораздо больше, чем потребляемого внутри здания. В таких ситуациях чаще всего прибегают к наиболее простому решению - вытяжки примерно на 195 кубометров в час. В большинстве случаев добавление такой сети создаст приемлемый баланс для существования всей системы вентиляции.

Вентиляция предназначена для обеспечения чистоты, температуры, влажности и подвижности воздуха согласно требованиям СНиП. Эти требования определяются гигиеническими нормативами: наличие вредных веществ в воздухе (газы, пары, пыль) ограничивается предельно допустимыми (безвредными для здоровья людей) концентрациями, а температура, влажность и подвижность воздуха устанавливаются в зависимости от условий, необходимых для наиболее благоприятного самочувствия человека.
Для производственных помещений чистота воздуха, его температура и влажность определяются особенностями технологического процесса и регламентируются в основном отраслевыми нормативами. В ряде случаев температура и влажность воздуха в помещениях должны отвечать условиям наилучшей сохранности находящихся в них предметов и материалов (библиотеки, архивы, склады, музеи и т.д.)
В отличие от кондиционеров, которые все же не являются предметами первой необходимости, системы вентиляции устанавливаются во всех жилых и офисных зданиях. Наличие вентиляционных систем на производстве является, обязательным, требования к их техническим характеристикам имеют силу закона и прописаны в Строительных Нормах и Правилах (СНиП). Все это объясняется тем, что при отсутствии вентиляции в закрытых помещениях возрастает концентрация углекислого газа и других вредных веществ. Это негативно сказывается на самочувствии людей, потерю работоспособности. Для решения всех этих проблем и существуют системы вентиляции воздуха.
Системы вентиляции обеспечивают поддержание допустимых метеорологических параметров в помещениях различного назначения.
При всем многообразии систем вентиляции, обусловленном назначением помещений, характером технологического процесса т. п., их можно классифицировать по следующим характерным признакам:
1. По способу создания давления для перемещения воздуха: с естественным или искусственным (механическим) побуждением.
2. По назначению: приточные и вытяжные.
3. По зоне обслуживания: местные и общеобменные.
4. По конструктивному исполнению: канальные и бесканальные.
Естественная вентиляция
Естественная вентиляция характеризуется несколькими ниже перечисленными признаками:
- перемещение воздуха в системах естественной вентиляции происходит: вследствие разности температур наружного воздуха и воздуха в помещении, так называемой аэрации;
- вследствие разности давлений (воздушного столба) между нижним уровнем (обслуживаемым помещением) и верхним уровнем - вытяжным устройством (дефлектором), установленным на кровле здания;
- в результате воздействия так называемого ветрового давления.
Естественную вентиляцию применяют в цехах со значительными тепловыделениями, если концентрация пыли и вредных газов в приточном воздухе не превышает 30% предельно допустимой нормы в рабочей зоне. Аэрацию не применяют, если по условиям технологии производства требуется предварительная обработка приточного воздуха или если приток наружного воздуха вызывает образование тумана или конденсата. В помещениях с большими избытками тепла воздух всегда теплее наружного. Более тяжелый наружный воздух, поступая в здание, вытесняет из него менее плотный теплый воздух. При этом в замкнутом пространстве помещения возникает циркуляция воздуха, вызываемая источником тепла, подобная той, которую вызывает вентилятор.
В системах естественной вентиляции перемещение воздуха создается за счет разности давлений воздушного столба, минимальный перепад по высоте должен быть не менее 3 м. При этом рекомендуемая длина горизонтальных участков воздуховодов не должна быть более 3 м, а скорость воздуха в воздуховодах - не превышать 1 м/с.
Воздействие ветрового давления выражается в том, что на наветренных (обращенных к ветру) сторонах здания образуется повышенное, а на подветренных сторонах, а иногда и на кровле, - пониженное давление (разрежение).
Если в ограждениях здания имеются проемы, то с наветренной стороны атмосферный воздух поступает в помещение, а с заветренной - выходит из него, причем скорость движения воздуха в проемах зависит от скорости ветра, обдувающего здание, и соответственно от величин возникающих разностей давлений.
Системы естественной вентиляции просты и не требуют сложного дорогостоящего оборудования и расхода электрической энергии. Однако эффективность этих систем зависящих от переменных факторов (температуры воздуха, направления и скорости ветра) не позволяет решать все сложные и многообразные задачи в области вентиляции.
Механическая вентиляция
В механических системах вентиляции используются оборудование позволяющее перемещать воздух на значительные расстояния. Такие системы могут подавать и удалять воздух из локальных зон помещения в требуемом количестве, независимо от изменяющихся условий окружающей воздушной среды. При необходимости воздух подвергают различным видам обработки (очистке, нагреванию, охлаждению, увлажнению и т. д.), что невозможно в системах с естественным побуждением.
Следует отметить, что на практике часто предусматривают так называемую смешанную вентиляцию, т. е. одновременно естественную и механическую вентиляцию.
В каждом конкретном проекте определяется тип вентиляции, который является экономически и технически более рациональным, наилучшим в санитарно-гигиеническом отношении.
Приточная вентиляция
Приточные системы служат для подачи в вентилируемые помещения чистого воздуха. Приточный воздух в необходимых случаях подвергается обработке (очистке, нагреванию, увлажнению и т. д.).
Вытяжная вентиляция
Вытяжная вентиляция удаляет из помещения загрязненный или нагретый отработанный воздух. В помещении предусматриваются как приточные, так и вытяжные системы. Их производительность должна быть сбалансирована с учетом возможности поступления воздуха в смежные помещения или из смежных помещений. В помещениях может быть также предусмотрена только вытяжная или только приточная система. В этом случае воздух поступает в данное помещение снаружи или из смежных помещений через специальные проемы или удаляется из данного помещения наружу, или перетекает в смежные помещения. Как приточная, так и вытяжная вентиляция может устраиваться на рабочем месте (местная) или для всего помещения (общеобменная вентиляция).
Местная вентиляция
Местной вентиляцией называется такая, при которой воздух подается на определенную зону (местная приточная вентиляция), а загрязненный воздух удаляют только от зон образования вредных выделений (местная вытяжная вентиляция).
Местная приточная вентиляция
К местной приточной вентиляции относятся воздушные души (сосредоточенный приток воздуха с повышенной скоростью). Они должны подавать чистый воздух к рабочим местам, снижать в их зоне температуру окружающего воздуха и обдувать рабочих, подвергающихся интенсивному тепловому облучении.
К местной приточной вентиляции относятся участки помещений, отгороженные от остального помещения передвижными перегородками, в которые нагнетается воздух с пониженной температурой.
Местную приточную вентиляцию применяют также в виде воздушных завес (у ворот, печей и пр.), которые создают как бы воздушные перегородки или изменяют направление потоков воздуха. Местная вентиляция требует меньших затрат, чем общеобменная. В производственных помещениях при выделении вредных примесей (газов, влаги, теплоты и т. п.) обычно применяют смешанную систему вентиляции - общую для устранения вредностей во всем объеме помещения и местную (местные вытяжка и приток) для обслуживания рабочих мест.

Местная вытяжная вентиляция
Местную вытяжную вентиляцию применяют, когда места выделений вредностей в помещении локализованы и нужно не допустить их распространение по всему помещению.
Местная вытяжная вентиляция в производственных помещениях обеспечивает отвод вредных выделений: газов, дыма, пыли и частично выделяющегося от оборудования тепла. Для удаления вредностей применяют местные вытяжки (зонты, бортовые вытяжки, завесы, укрытия в виде кожухов у станков и др.). Основные требования, которым они должны удовлетворять:
- место образования вредных выделений по возможности должно быть полностью укрыто;
- конструкция местной вытяжки не должна влиять на производительность труда;
- вредные выделения необходимо удалять от места их образования в направлении их естественного движения (горячие газы и пары надо удалять вверх, холодные тяжелые газы и пыль - вниз).
При устройстве местной вытяжной вентиляции для улавливания пыли воздух, перед выбросом его в атмосферу, должен быть предварительно очищен. Наиболее сложными вытяжными системами являются такие, в которых предусматривают очень высокую степень очистки воздуха от пыли с установкой последовательно двух или даже трех фильтров.
Местные вытяжные системы, как правило, весьма эффективны, так как позволяют удалять вредные вещества непосредственно от места их образования или выделения, не давая им распространиться в помещении. Благодаря значительной концентрации вредных веществ (паров, газов, пыли), обычно удается достичь хорошего санитарно-гигиенического эффекта при небольшом объеме удаляемого воздуха.
Однако местные системы не могут решить всех задач, стоящих перед вентиляцией. Не все вредные выделения могут быть локализованы этими системами. Например, когда вредные выделения, рассредоточены на значительной площади или в объеме; подача воздуха в отдельные зоны не может обеспечить необходимые условия воздушной среды, если работа производится на всей площади помещения или ее характер связан с перемещением и т. д.
Общеобменнная приточная вентиляция
Общеобменная приточная вентиляция устраивается для удаления тепла и влаги, разбавления вредных концентраций паров и газов, не удаленных местной и общеобменной вытяжной вентиляцией, а также для обеспечения расчетных санитарно-гигиенических норм. При отрицательном тепловом балансе, т. е. при недостатке тепла, общеобменную приточную вентиляцию устраивают с механическим побуждением и с подогревом всего объема приточного воздуха. Как правило, перед подачей воздух очищают от пыли.
При поступлении вредных выделений в воздух количество приточного воздуха должно полностью компенсировать общеобменную и местную вытяжную вентиляцию.
Общеобменная вытяжная вентиляция
Простейшим типом общеобменной вытяжной вентиляции является отдельный вентилятор с электродвигателем на одной оси, расположенный в окне или в отверстии стены. Такая установка удаляет воздух из ближайшей к вентилятору зоны помещения, осуществляя лишь общий воздухообмен.
В некоторых случаях установка имеет протяженный вытяжной воздуховод. Если длина вытяжного воздуховода превышает 30-40 м и соответственно потери давления в сети составляют более 30-40 кг/м2, то вместо осевого вентилятора устанавливается вентилятор центробежного типа.
Когда вредными выделениями являются тяжелые газы или пыль и нет тепловыделений от оборудования, вытяжные воздуховоды прокладывают по полу цеха или выполняют в виде подпольных каналов.
В промышленных зданиях поступление в помещение происходит в различных условиях (сосредоточенно, рассредоточено, на различных уровнях и т. п.). Часто невозможно обойтись какой-либо одной системой, например, местной или общеобменной.
В таких помещениях для удаления вредных выделений, которые не могут быть локализованы и поступают в воздух помещения, применяют общеобменные вытяжные системы.
Канальная и бесканальная вентиляция
Канальные системы вентиляции имеют сеть воздуховодов для перемещения воздуха. При бесканальной системе вентилятор устанавливают в стене, перекрытии.
Таким образом, любая система вентиляции может быть охарактеризована по четырем признакам: по назначению, зоне обслуживания, способу перемешивания воздуха и конструктивному исполнению.