Производственная вентиляция.

Вентиляцией называют организованный воздухообмен, назначением которого является удаление из рабочей зоны загрязнённого воздуха и подача вместо него свежего наружного чистого воздуха, в связи с чем она в первом случае служит как вытяжная, а во втором как приточная. При этом в зависимости от способа создания воздухообмена различают местную и общеобменную вентиляцию. Основные принципы организации вентиляции заключаются в следующем:

- местная вытяжная вентиляция должна локализовать вредные выделения в местах их образования для предотвращения распространения таких выделений по помещению;

- общеобменная вентиляция должна разбавлять и удалять вредные выделения, поступающие в помещение, обеспечивая тем самым в рабочей зоне требуемые параметры воздушной среды;

- приточный воздух необходимо подавать так, чтобы он при поступлении в рабочую зону был достаточно чистым и имел температуру и скорость движения в соответствии с требованиями санитарных норм;

- объёмные расходы приточного и вытяжного воздуха должны исключать перетекание загрязнённого воздуха из помещения с выделением вредных веществ в другие более чистые помещения.

В зависимости от способа перемещения воздуха вентиляцию классифицируют на естественную и искусственную (механическую). Если в помещении возможно естественное проветривание, то при объёме помещения не менее 20м³ на одного человека производительность вентиляции должна быть не ниже 20м³/ч на человека. При объёме помещения менее 20м³ на человека производительность вентиляции должна составлять не меньше 30м³/ч. При невозможности естественного проветривания производительность вентиляции устанавливается на уровне не менее 60м³/ч на человека. При выделении вредных веществ в воздух рабочей зоны необходимый воздухообмен устанавливают по условию их разбавления до ПДК_рз, а при наличии теплоизбытков исходят из условия обеспечения на рабочем месте допустимой температуры воздуха.

Естественная вентиляция характеризуется тем, что здесь перемещение воздуха происходит под влиянием естественных факторов без применения каких-либо механизмов: за счёт разности температур внутреннего и наружного воздуха (теплового напора) или действия ветра (ветрового напора). Она может быть организованной и неорганизованной.

При неорганизованной естественной вентиляции воздухообмен осуществляется путём вытеснения внутреннего относительно тёплого воздуха наружным более холодным воздухом через открытые окна, форточки, фрамуги и двери и контролю не поддаётся. Организованная естественная вентиляция (аэрация) обеспечивает воздухообмен в предварительно рассчитанном объёме в соответствии с метеорологическими условиями. Например, для получения расчётного воздухообмена вентиляционные проёмы в стенах и крыше здания (аэрационные фонари) снабжаются фрамугами, которые можно открыть и закрыть принудительно, полностью или частично, регулируя тем самым воздухообмен при изменении наружной температуры и скорости ветра, а площадь вентиляционных проёмов и фонарей рассчитывают соответствующим образом.

При относительной дешевизне и простоте в эксплуатации естественная вентиляция имеет тот недостаток, что приточный воздух поступает в рабочую зону без предварительной очистки и необходимой в ряде случаев тепловлажностной обработки, а удаляемый воздух, не очищенный от вредных примесей, загрязняет атмосферу. Поэтому область её использования весьма ограничена, поскольку даже в окружающей воздушной среде в настоящее время, особенно вокруг промышленных предприятий присутствуют такие примеси, поступление которых в рабочую зону недопустимо.

Механическая вентиляция в значительной мере устраняет недостатки естественной, поскольку здесь воздухообмен осуществляется очищенным от вредных примесей воздухом, который подаётся вентилятором (при этом в холодное время года приточный воздух может подогреваться, а в тёплое время года охлаждаться в специальных агрегатах). Механическая вентиляция выполняется приточной, вытяжной и приточно-вытяжной.

В приточной системе, воздух, подаваемый вентилятором извне, в очищенном виде поступает в рабочую зону, а оттуда уже загрязнённый выходит через двери, окна, фонари и щели из помещения в атмосферу. Это является недостатком такой системы.

При вытяжной системе вентиляции загрязнённый воздух удаляется с помощью вентилятора из помещения и в таком виде поступает в атмосферу, что также является минусом. При этом наружный воздух подсасывается через окна, двери и щели в помещение, поскольку в нём создаётся указанным вытяжным вентилятором разрежение, т.е. пониженное давление по сравнению с наружным. Следовательно, это также является недостатком системы, поскольку она не защищает оператора от поступления в рабочую зону загрязнённого наружного воздуха.

Приточно-вытяжная вентиляция лишена указанных недостатков. Она состоит из двух отдельных подсистем—приточной и вытяжной, оборудованных каждая своим вентилятором. Приточная система, как указывалось, оборудована устройством для очистки поступающего воздуха от внешних загрязнений, а современная вытяжная система в обязательном порядке должна быть снабжена аппаратом для очистки атмосферных выбросов, если это требуется с точки зрения защиты окружающей среды. Необходимо иметь в виду, что приточная система вентиляции должна возмещать расход воздуха как на удаление местными отсосами от источника вредных выбросов, так и количество воздуха, расходуемого на различные технологические нужды (огневые процессы, пневмотранспорт, компрессорные установки и т.п.).

В ряде случаев необходимый воздухообмен может быть определён по нормативной кратности. Кратностью воздухообмена называют отношение объёмного расхода приточного воздуха к объёму помещения. Расчётный воздухообмен помещения в этом случае должен составлять:

L_р=K_р V_пом, м³/ч, (4.75)

где К_р - нормативная кратность воздухообмена в помещении, ч^-1;

V_пом -объём помещения, м³.

Значения К_р для различных помещений приводятся в соответствующих нормативных документах - в СНиП 2.04.05-91* для стационарных объектов и по ГОСТ 12.2.120-88 для мобильных машин. Однако, определение воздухообмена по его нормативной кратности должно сопровождаться поверочным расчётом необходимого количества приточного воздуха, устанавливаемого с учётом конкретных условий в помещении:

- расчёт воздухообмена для помещений с тепловыделениями производится по избыткам явной теплоты;

- для помещений с тепло- и влаговыделениями - по избыткам явной теплоты, влаги и скрытой теплоты парообразования;

- для помещений с выделением вредных веществ - по их количеству из условия обеспечения ПДК_рз;

- для помещений с избытками влаги - по её количеству из условия обеспечения на рабочем месте нормируемой относительной влажности (влагосодержания) воздуха.

Определение воздухообмена в помещениях с избытками влаги производится по формуле:

L_пр= mW/(d_рз- d_пр)r, м³/ч (4.76)

где W- количество влаги, выделяющейся в помещении, г/ч; d_пр- влагосодержание приточного воздуха, г/кг; d_рз - влагосодержание воздуха в рабочей зоне по условию обеспечения нормируемой относительной влажности (определяется по диаграмме I-d),г/кг; r - плотность приточного воздуха, кг/м³.

Коэффициент m по влаге выражает отношение приращения влагосодержания воздуха в рабочей зоне к приращению влагосодержания по всему помещению:

m = (d_рз-d_пр) / (d_ух-d_пр), (4.77)

где d_ух - влагосодержание уходящего из помещения воздуха, г/кг.

Значения коэффициента m, например, для схемы воздухообмена «снизу-вверх» принимаются в зависимости от высоты помещения: более 5м- 0,6...О,8; от 3,5 до 5м - 0,8...О,9; менее 3,5м - 1.

Определение воздухообмена в помещении при выделении вредных веществ производится по формуле:

L_пр = G_в / (C_рз - С_пр), м³/ч (4.78)

где G_в - количество вредных веществ, выделяющихся в помещении

в течение 1 часа, мг/ч; С_рз - ПДК вредных выделений в помещении, мг/м³;

С_пр - концентрация вредных веществ в приточном воздухе, мг/м³.

Определение необходимого воздухообмена для удаления теплоизбытков производится по формуле:

L_пр =Q_изб / r С_р (t_ух-t_пр), м³/ч (4.79)

где Q_изб - теплоизбытки в помещении, кДж/ч; t_ух и t_пр - температура удаляемого и приточного воздуха, ⁰С.

Определение необходимого воздухообмена при одновременном поступлении в помещение теплоты и влаги производится графоаналитическим методом с применением диаграммы I - d .

Рассчитав тепло- влагоизбытки в помещении, находят угловой коэффициент e луча процесса. Затем на диаграмме I - d наносят точку, соответствующую состоянию приточного воздуха, и проводят через неё указанный луч процесса, характеризующий изменение состояния воздуха, ассимилирующего теплоту и влагу. Конечное состояние воздуха, удаляемого из помещения, принимают по его нормируемой температуре на рабочем месте и допустимой относительной влажности. Точка, соответствующая состоянию этого воздуха, определяется как место пересечения луча процесса с заданной изотермой. Подачу необходимого вентиляционного воздуха определяют как по разности влагосодержаний в приточном и уходящем воздухе без учёта коэффициента m в формуле (2.4), так и по разности энтальпий:

L_пр =Q_изб / (I_ух-I_пр) r,м³/ч, (4.80)

где I_ух и I_пр соответственно энтальпия уходящего и приточного воздуха, кДж/кг.

Как указывалось выше, современная система вентиляции должна оборудоваться местными отсосами, удаляющими загрязнённый воздух непосредственно от источника вредных выделений. Такая местная вытяжная вентиляция предназначена для локализации и предотвращения распространения по всему помещению вредных веществ, образующихся на отдельных производственных местах. Устройство такой вентиляции зависит от способа удаления загрязнённого воздуха из зоны выделений вредных веществ, и по этому признаку изоляции различают отсосы открытого типа и отсосы от полных укрытий,

Отсосами открытого типа называют отсосы, находящиеся на некотором удалении от зоны образования вредных веществ. Они могут быть расположены соосно с источником выделения вредных веществ и сбоку от него. К первому виду открытых отсосов относят вытяжные зонты и вытяжные панели, а ко второму - бортовые отсосы.

Вытяжные зонты предназначены для удаления вредных выделений, поднимающихся вверх, таких как тепло- и влаговыделения или вредные вещества с тепловыделениями, создающими устойчивый восходящий поток (рис.4.65), Для зонтов характерно наличие пространства между источником и приёмником вредных выделений, незащищённого от воздействия воздушных потоков помещения. По этой причине такой воздух свободно подтекает к источнику и при определённой скорости может отклонить поток удаляемых вредных выделений от зонта. В связи с этим зонты требуют увеличенного расхода воздуха.

При проектировании зонтов с механической вытяжкой следует иметь в виду, что скорость по оси зонта, имеющего форму усеченного конуса или пирамиды, зависит от их угла раскрытия β: чем больше этот угол, тем больше осевая скорость по сравнению со средней скоростью υ. У зонтов с углом раскрытия β = 90° скорость по оси υ_z составляет 1,65 υ, а у зонтов с углом раскрытия β = 60° скорость по оси и по всему сечению равна υ.

Приёмное отверстие зонта должно располагаться непосредственно над источником на расстоянии h ,а его размеры принимают несколько большими, чем размеры источника в плане. Расход воздуха, удаляемого зонтом, в общем случае может быть определён по формуле:

L =3600 υ F, м³/ч, (4.81)

где средняя скорость движения воздуха в приёмном отверстии зонта υ принимается равной не менее 0,15-0,25 м/с; F - площадь расчётного сечения зонта, м².

Вытяжные (всасывающие) панели применяют, когда по объективным причинам соосный отсос нельзя расположить достаточно низко над источником или когда необходимо отклонить поток поднимающихся вредных выделений так, чтобы он не проходил через зону дыхания работающего человека. Такие панели широко применяют на участках сварки и пайки деталей.

Рис.4.65. Схема работы вытяжного зонта

В активированных отсосах приточная струя чистого воздуха отделяет зону выделения вредных веществ от незагрязнённого объёма воздуха, сдувая при этом поток вредных веществ с направлением его в сторону действия отсоса. Схема вентиляции по принципу активированного отсоса показана на рис.4.66.

Местные отсосы от полных укрытий источника являются более эффективными для удаления вредных веществ. Они надёжно гарантируют непопадание вредного вещества в незагрязнённую зону помещения при минимальной производительности вытяжной вентиляции. Примером местного отсоса с укрытием являются вытяжные камеры и шкафы, а также фасонные укрытия.

При выполнении ряда технологических процессов (окраска, пескоструйная обработка, плазменная резка и т. д.) источник выделения вредных веществ или вся установка помещаются в камеру. Камера снабжается отсосом, через который образующиеся вещества удаляются местной вытяжной вентиляцией в течение технологического процесса и некоторое время спустя до полной очистки камеры от присутствия вредных веществ перед её открытием и изъятием из неё изделий.

Фасонные укрытия применяются на абразивных станках (заточных, шлифовальных и др.), обработка деталей на которых выполняется абразивными кругами, что сопровождается пылевыделением и наличием отлетающих крупных частиц, способных нанести травму человеку, и выполняются в виде кожухов- воздухоприёмников (защитно-обеспыливающих кожухов). Металлообрабатывающие станки снабжаются пылестружкоприёмниками, которые могут встраиваться в державки инструмента или сам режущий инструмент. Широко распространено встраивание воздухоприёмников в сварочные горелки.

Рис.4.66. Многосекционный активированный боковой отсос: