Расчет потребного воздухообмена

Расчет потребного воздухообмена при общеобменной вентиляции производят исходя из условий производства и наличия избыточной теплоты, влаги и вредных веществ..

Критериями расчета вентиляции являются температура ( t ), относительная влажность (θ) концентрация вредных веществ (ПДК), которые нормируются в соответствующих документах / 7, 10/ . Для качественной оценки эффек­тивности воздухообмена применяют понятие кратности воздухообмена k_в— отношение объема воздуха, поступающего в помещение в единицу времени L (м³/ч), к объему вентилируемого помещения V_в (м³/ч). При правильно организованной вентиляции кратность воздухообмена дол­жна быть значительно больше единицы.

При нормальном микроклимате и отсутствии вредных выделений количество воздуха при общеобменной вентиляции принимают в зависимости от объема помещения, приходящегося на одного работа­ющего. Отсутствие вредных выделений — это такое их количество в технологическом оборудовании, при одновременном выделении кото­рых в воздухе помещения концентрация вредных веществ не превысит предельно допустимую. В производственных помещениях с объемом воздуха на каждого работающего V_пi <20 м³ расход воздуха на одного работающего L_i должен быть не менее 30 м/ч. В помещении с V_пi =20...40 м³ L_пi ≥ 20 м³/ч. В помещениях с V_пi >40 м³ и при наличии естественной вентиляции воздухообмен не рассчитывают. В случае отсутствия естественной вентиляции (герметичные кабины) расход воздуха на одного работающего должен составлять не менее 60 м³/ч.

Необходимый воздухообмен для всего производственного помеще­ния в целом

L = nL,

где n – число работающих в данном помещении.

При определении потребного воздухообмена для борьбы с теплоизбытками составляют баланс явной теплоты помещения:

ΔQ_изб + G_пр с_р t_пр + G_в с_р t_ух = 0,

где ΔQ_изб – избытки явной теплоты всего помещения, кВт;

G_пр с_р t_пр– теплосодержание приточного и удаляемого воздуха, кВт;

с_р – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг·°С);

t_при t_ух–температура приточного и уходящего воздуха, °С.

При определении необходимого воздухообмена для борьбы с вред­ными парами и газами составляют уравнение материального баланса вредных выделений в помещении за время от (с):

G_вр dτ + L_пр с_пр dτ – L_в с_в dτ = V_п dс,

где G_вр dτ – масса вредных выделений в помещении, обусловленных работой технологического оборудования, мг;

L_пр с_р dτ –масса вредных выделений, поступающих в помещение вместе с приточным воздухом, мг;

L_в с_в dτ – масса вредных выделений, удаляемых из помещения вместе с уходящим воздухом, мг;

V_п dс dτ с – масса вредных паров или газов, накопившихся в помещении за время dτ;

с_пр и с_в – концентрация вредных веществ в приточном и удаляемом воздухе, мг/м³.

При равенстве масс приточного и удаляемого воздуха и, прини­мая, что благодаря вентиляции вредные вещества не накапливаются в производственном помещении, т.е. dc/ dr = 0 и с_в = с_ПД,К , получим L = G_вр /( с_ПД,К – с_пр). Концентрация вредных веществ в удаляемом воз­духе равна концентрации их в воздухе помещения и не должна превышать ПДК. Концентрация вредных веществ в приточном воздухе должна быть по возможности минимальной и не превышать 30 % ПДК.

Необходимый воздухообмен для удаления избыточной влаги опре­деляют исходя из материального баланса по влаге

L = G_вл / ρ_пр (d_ух – d_пр ),

где G_вл – масса водяного пара, выделяющегося в помещение, г/с;

ρ_пр – плотность воздуха, поступающего в помещение, кг/м³;

d_ух – допу­стимое содержание водяного пара в воздухе помещения при норматив­ной температуре и относительной влажности воздуха, г/кг;

d_пр – влагосодержание приточного воздуха, г/кг.

При одновременном выделении в рабочую зону вредных веществ, не обладающих однонаправленным действием на организм человека, например теплоты и влаги, необходимый воздухообмен принимают по наибольшей массе воздуха, полученной в расчетах для каждого вида производственных выделений.

При одновременном выделении в воздух рабочей зоны нескольких вредных веществ однонаправленного действия (триоксид и диоксид серы; оксид азота совместно с оксидом углерода и др., см. СН 245—71) расчет общеобменной вентиляции надлежит производить путем сум­мирования объемов воздуха, необходимых для разбавления каждого вещества в отдельности до его условных предельно допустимых кон­центраций [с_i], учитывающих загрязнения воздуха другими веществами. Эти концентрации меньше нормативных с_ПДК и определяются из уравнения

[с_i],/ с_ПДК ≤1.

С помощью местной вентиляции необходимые метеорологические параметры создаются на отдельных рабочих местах. Например, улав­ливание вредных веществ непосредственно у источника возникнове­ния, вентиляция кабин наблюдения и т.д.

1. РАСЧЕТ ВОЗДУХООБМЕНА В ПРОИЗВОДСТВЕННОМ ПОМЕЩЕНИИ ПРИ ВЫДЕЛЕНИИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ.

Содержание вредных веществ в рабочей зоне не должно превышать установленных предельно допустимых концентраций ( ПДК).

По воздействия на организм вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности /13/:

1) вещества чрезвычайно опасные;

2) вещества высокоопасные;

3) вещества умеренноопасные;

4) вещества малоопасные (табл.1.1).

Таблица 1.1

Предельно допустимые концентрации некоторых вредных веществ

в воздухе рабочей зоны, используемых в промышленности.

Для определения воздухообмена требуется знать количество вредностей, выделяющихся в помещении в единицу времени.

Определение количества вредностей производится по формулам, графикам и таблицам, приводимым в справочной литературе.

Количество жидкости (не воды), испаряющейся со свободной поверхности, кг/ч, может быть определено приближенно по формуле:

G = M·(0,00035 + 0,0008v)·PF,

где М - молекулярный вес испаряющейся жидкости:

v - скорость движения воздуха над источником испарения, м/с;

P - упругость паров жидкости насыщающих воздух при температуре жидкости, мм рт. ст.;

F - поверхность испарения, м².

Расчетные значения упругости паров P для некоторых жидкостей, испаряющихся при температуре помещения, приведены в табл. 1.1. Данные этой таблицы получены с учетом снижения температуры поверхности жидкости за счет отвода тепла при испарении летучих жидкостей.

Рекомендуется принимать следующие значения скорости v:

- для воздуха, движужегося естественно:

v =0,3 - 0,4 м/с;

- для воздуха, движужегося принудительно, в среднем:

v = 0,6 м/с.

Таблица 1.1

Упругость насыщенного пара некоторых жидкостей при Т = 20 ⁰С.

Таблица 1.2

Расчетные скорости в проемах укрытий

.

Поскольку в электронной промышленности работа с вредными веществами осуществляется в укрытиях (вытяжной шкаф, витринное укрытие, кожух и т.д.), для конкретных операций соответствующие значения минимальной расчетной скорости даны в таблице 1.2.

Помещения, в которых выделяются вредные вещества, необходимо оборудовать местными отсосами различной конструкции. Общеобменную вентиляцию следует рассматривать как дополнительную к местной и рассчитывать на разбавление прорывающихся в помещеие вредностей. Независимо от устройства местной вентиляции при выделении газов и паров, имеющих плотность меньше плотности воздуха, необходимо предусматривать устройства для проветривания верхней зоны.

Воздухообмен определяется по формуле:

(1.1)

где G - количество вредностей, выделяющихся в помещении в течение 1 часа;

К_пдк - предельно допустимая концентрация вредностей в помещении, мг/м³ /3/;

К_пр - концентрация вредности в приточном воздухе, мг/м³;

m - коэффициент неравномерности распределения вредного вещества по помещению.

Рекомендуется следующие значения коэффициента неравномерности: от 1,2 до 1,7,

При наличии местных относов воздухообмен определяется из следующей зависимости /8/:

, (1.2)

где К - количество вредностей, выделяющихся в помещении, мг/м³ ;

К _м.o. - количество вредностей, уносимых местными отсосами, мг/м³.

К _м.o. можно определить из выражения

К _м.o. = L _м.o.· (К_пдк - К_пр),

где L _м.o. - количество воздуха, удаляемого местными отсосами, м³ /ч.

При одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких вредных веществ однонаправленного действия расчет общеобменной вентиляции надлежит производить путем суммирования объемов воздуха, необходимых для разбавления каждого вещества в отдельности до его предельно допустимой концентрации с учетом загрязнения приточного воздуха. К веществам однонаправленного действия относятся растворители и раздражающие газы. Для этого случая воздухообмен определяется по формуле

(1.3)

где G₁,G₂,...G_n - количество выделяющихся в помещение паров каждого вещества, мг/ч;

К₁,К₂,...К_n - предельно допустимые концентрации вредностей, мг/м³ .

Пример. При выделении следующих количеств паров растворителей, мг/ч; ацетона - 250000, уайт-спирита - 300000, скипидара - 200000 - определить необходимый воздухообмен, исходя из того, что ПДК ацетона и ПДК скипидара составляют 200 мг/м³ , а ПДК уайт-спирита - 300мг/м³ .

Решение. Находим воздухообмен по формуле (1.4)

При одновременном выделении в воздух нескольких вредных веществ, не обладающих однонаправленным харакктером действия, количество воздуха при расчете общеобменной вентиляции допускается принимать по тому вредному веществу, для которого требуется подача наибольшего количества приточного воздуха.

Если нельзя точно определить количество выделяющихся вредных веществ, но известны их качественные показатели, возможен расчет количества приточного воздуха по нормативной кратности обмена. В этом случае воздухообмен, м³/ч, определяется по формуле

(1.5)

где n - нормативная кратность воздухообмена (значения n даны в соответствующих выпусках СНиП и справочниках), м³/ч:

« … п.4.58. Удаление воздуха из помещений, в которых воздух наиболее загрязнен или имеет наиболее высокую температуру, следует предусматривать системы вентиляции. Загрязненный воздух не следует направлять через зону дыхания людей в местах их постоянного пребывания.

В производственных помещениях с выделениями вредных или горючих газов или паров следует удалять загрязненный воздух из верхней зоны не менее однократного воздухообме­на в 1 ч, а в помещениях высотой более 6м — не менее 6 м³/⁴ на 1 м² помещения»

V - объем помещения, м³ .

2. РАСЧЕТ ВОЗДУХООБМЕНА В ПРОИЗВОДСТВЕНОМ ПОМЕЩЕНИИ ПРИ НАЛИЧИИ ВЛАГОВЫДЕЛЕНИЙ.

При общеобменной вентиляции количество воздуха, необходимого для разбавления влаги, выделяющейся в помещении, определяется по формуле

(2.1)

или

(2.2)

где W - количество влаги, выделяющейся в помещении, кг/ч;

d_пр, d_ух - влагосодержание соответственно приточного и уходящего из помещения воздуха, г/кг;

d_рз - предельно допустимое влагосодержание воздуха в рабочей зоне помещения, г/кг.

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

(2.3)

Значение коэффициента m по влаге для схемы воздухообмена “снизу - вверх” рекомендуется принимать при следующей высоте помещения:

- более 5 м равным 0,6 - 0,8;

- от 3,5 до 5 м равным 0,8 - 0,9;

- менее 3,5 м равным 1.

При сосредоточенной подаче коэффициент m по влаге принимается в пределах 0,7 - 0,9.

Значение d_ух определяется из уравнения (2.4)

(2.4)

Пример. Для теплого времени года определить воздухообмен, необходимый для усдаления 20 кг влаги, выделяющейся в цехе. Температура приточного воздуха 20⁰С, влагосодержание - 9 г/кг, температура рабочей зоны - 23 ^оС, влагосодержание - 12 г/кг. Коэффициент m по влаге равен 0,6.

Решение. Необходимый воздухообмен для усвоения выделяющейся в цехе влаги определяется по формуле (2.2)

.

Количество воды, испаряющейся со смоченной поверхности, кг/ч, при известных начальной и конечной температурах можно определить по формуле

где G_c - количество горячей воды, стекающей на поверхность, кг/ч;

t_r - температура вытекающей горячей воды, ⁰С;

t_y - конечная температура воды, поступающей в канализацию, ⁰С.

Количество воды, испаряющейся с 1 м зеркала ванны при спокойной поверхности и параметрах воздуха в помещении t_пом = 20 ⁰С и скорости воздуха над поверхностью испарения, равной v = 0,3 м/с, приведены в табл. 2.1.

При испарении с какой-либо поверхности холодной воды (с температурой мокрого термометра) рекомендуется пользоваться формулой

кг/ч, (2.6)

где t_c - температура по сухому термометру;

t_м - температура по мокрому термометру;

F - поверхность испарения, м² .

При кипении воды с 1 м зеркала испарения выделяется до 50 кг/м, при интенсивном кипении - даже больше и вычисляется по количеству подводимого тепла.

Таблица 2.1

Количество воды, испаряющейся с 1 м ² поверхности ванны

Таблица 2.2

Влаговыделения от одного человека, г/ч

Количество влаги, выделяемое людьми, обычно зависит от рода выполняемой ими работы и от температуры окружающей среды и приведено в табл. 2.2.

3. РАСЧЕТ ВОЗДУХООБМЕНА ПРИ НАЛИЧИИ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЙ ОТ НАГРЕТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ.

Расчет воздухообмена при наличии тепловыделений проводятся по формуле

(3.1)

где Q_изб – тепловыделения от оборудования или людей, работающих в помещении, кВт:

t_ух, t_пр – температура уходящего и приточного воздуха соответственно.

Тепловыделения от нагретых поверхностей термического оборудования определяются формулой

кВт (3.2)

где F_t - площади нагретых поверхностей, м² ;

a_t - коэффициенты теплоотдачи от стенок наружных поверхностей к воздуху помещения Вт/м²·⁰С; для цилиндрических поверхностей a_t = 8,1 + 0,045· (t_{ст.н t} - t_н); для плоских поверхностей a_t = 8,4 + 0,06· (t_{ст.н t} - t_н);

t_{ст.н t} - температуры наружных стенок, ⁰С;

t_н - темперарура воздуха помещения, ⁰С.

Тепловыделения от оборудования, приводимого в движение электродвигателями, определяются по формуле

Q = 860N_уη₁η₂η₃η₄, (3.4)

где N_у – установочная мощность электродвигателя, кВт;

η₁– коэффициент использования установочной мощности (обычно находится в пределах 0,7- 0,9);

η₂ – коэффициент загрузки, учитывающий разность между средне­часовой потребляемой мощностью и максимальной (изменяется с пределах от 0,4 до 0,9);

η₃ – коэффициент одновременности работы оборудования (ко­леблется от 0,4 до 1);

η₄ – коэффициент перехода тепла в помещение, учиты­вающий часть тепла, которая может быть унесена воздухом, водой или эмуль­сией, уходящими из помещения; при отсутствии технологических данных рекомендуется принимать величину η₄ равной: для ткацких станков, перемо­точных и крутильных машин, металлорежущих станков –1; для вентиля­торов и насосов – 0,1.

Тепловыделения от людей.

Количество тепла, выделяемого человеком, находится в зависи­мости от сто физическом нагрузки, состояния и температуры воздуха в помещении. Тепло от людей поступает в виде явного и скрытого. Количество тепла, выделяемого взрослыми мужчинами, приведено в табл. 1. Женщины выделяют около 85% , а дети 75% тепла, указанного в таблице.

Пример 1. Определить количество явного, скрытого и полного тепла, выделяемого зрителями в театре вместимостью 2000 чел. Принимается, что женщин и мужчин в зале находится поровну. Температура воздуха в зале 20 ^оС.

Pешение. В спокойном состоянии в соответствии с табл. 1 мужчины выделяют явного, скрытого и полного тепла соответственно 75, 25 и 100 ккал/ч, а женщины — 0,85 · 75 = 64; 0,85 · 25 = 21 и 0,85 · 100 = 85 ккал/ч.

Q_я = 75 · 1000 + 64 ·1000 = 139000 ккал/ч
Q_скр = 25 · 1000 + 21·1000 = 46000 ккал/ч
Q_п = 100 · 1000 + 85 · 1000 = 185000 ккал/ч

Таблица3.1.

Количество тепла, ккал/ч, выделяемого взрослым мужчиной в зависимости от температуры воздуха в помещении и физической нагрузки

4. ВЫБОР ВЕНТИЛЯТОРА И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

4.1. Выбор вентилятора

Исходными данными для выбора вентилятора являются :

– суммарный расход воздуха в сети L, м³/с, рассчитанный ранее для удаления избыточного тепла, влаги и вредных веществ;

Выбор вентилятора производится по расчетному расходу воздуха с учетом подсосов и утечек:

L= 1,1 L = 1,1·0,98 = 1,07 м³/с,

1,1 – коэффициент, учитывающий подсосы и утечки воздуха.

Выбираем вентилятор по L_р = 1,07 м³/с и Dр_р = 209,5 Па. Тип вентилятора: А 5090-1; КПД = 0,8.

Мощность на валу вентилятора

где h - КПД вентилятора по справочнику [7,8], h = 0,8.

4.2. Выбор электродвигателя

При выборе электродвигателя для привода вентилятора надо стремиться к тому, чтобы вентилятор и электродвигатель находились на одном валу или соединялись через муфту.

Мощность двигателя:

(при соединении муфтой),

где h_n - КПД передачи для общего вала h_n= 1, для муфты h_n = 0,98, для клиноременной передачи h_n = 0,95.

Установочная мощность двигателя:

N_у = К_з · N_дв = 1,5·0,286 = 0,43 кВт,

где К_з - коэффициент запаса мощности (см. табл. 4.2.).

Таблица 4.2.