Обеспечение комфортных условий жизнедеятельности.

В процессе жизнедеятельности человек находится в жилых, об­щественных, административно-бытовых и производственных помещени­ях. В них следует поддерживать требуемое качество воздуха, т.е. оптимальные (в крайнем случае допустимые) параметры микроклима­та, постоянство газового состава и отсутствие (в крайнем случае не выше ПДК) вредных примесей в воздухе. Для этого необходимо подавать в эти помещения определенное количество чистого наруж­ного воздуха.

1.2.1. Потребности в чистом наружном воздухе для помещений регламентируются СНиП 2. 04.05-91, в частности, обязательными при­ложениями 17 и 19. Минимальный расход наружного воздуха для по­мещений: 1) жилых - 3 м³/ч на 1 м² помещения при естественном их проветривании; 2) общественных и админстративно-бытовых - 60 или 20 м³/ч на 1 чел. при отсутствии естественного проветривания (последняя цифра установлена для зрительных залов, залов совеща­ний и других помещений, в которых люди находятся до 3 ч непре­рывно), и при естественном проветривании - расход установлен СНиП 2.08.02-89 и СНиП 2.09.04-87; 3) производственных - 30 или 20 м³/ч при объеме помещения (участка, зоны) на 1 чел. менее 20 или 20 м³ и более при естественном проветривании, а при отсутствии последнего - 60 или 60...120 м³/ч на 1 чел. соответственно без и с рециркуляцией при кратности К≥10 обменов/ч или с пос­ледней при К<10 обменов/ч. При этом расход наружного воздуха в этих помещениях определяют по расходу воздуха, удаляемого нару­жу системами вытяжной вентиляции и технологическим оборудовани­ем, с учетом нормируемого дисбаланса не менее 20...10% общего воздухообмена при наличия приточной системы с рециркуляцией при К<10 обменов/ч. Дисбаланс общего воздухообмена не устанавлива­ется в других случаях.

В производственных помещениях расход приточного воздуха (на­ружного или смеси наружного и рециркуляционного) определяют рас­четом по формулам приложения 17 СНиП 2.04.05-91. При этой прини­мают наибольший из расходов, требуемых для обеспечения: 1) санитарно-гигиенических норм; 2) норм взрывопожарной безопасности. В первом случае расход воздуха рассчитывают по избыткам явной и полной теплоты, массе каждого в отдельности из выделяющихся вредных или взрывоопасных веществ, избыткам влаги (водяного пара) и нор­мируемой К воздухообмена или нормируемому удельному расходу нор­мами отдельно для теплого и холодного периодов года и переход­ных условий; во втором случае - по массе выделяющихся газо-, паро- и пылевоздушным смесям (каждой в отдельности). Детально с методикой расчета приточного воздуха студент может ознако­миться в практикуме [6].

Системы обеспечения параметров микроклимата и состава воздуха. К этим системам относятся отопление, вентиляция и кон­диционирование, которые являются важнейшей частью инженерного оборудования здания или сооружения.

Отопление - это система поддержания в закрытых помещениях нормируемой t воздуха не ниже установленной ГОСТ 12.1.005-88 и СНиП 2.04.05-91. Основной принцип ее действия - компенсация тепловых потерь помещения за счет теплоотдачи греющих элементов системы отопления с учетом поступлений тепла от технологическо­го оборудования, коммуникаций, нагретых материалов, искусствен­ного освещения и других источников.

Любая система отопления, как правило, состоит из трех элемен­тов: генератора тепла, трубопроводов и отопительных приборов. Отопительные системы могут быть местными и центральным. При местном отоплении энергия (газ, электричество и т.д.) доставля­ются в помещение и преобразуются там в тепло в различного рода нагревателях, печах, газовых конвекторах и т.п. При центральном отоплении тепло получают за пределами обслуживаемого здания, откуда оно через трубопроводную сеть поступает к отопительным приборам в помещениях. Они могут быть водяными, паровыми, воздушными и панельно-лучистыми. Роль теплоносителя могут выполнять вода (чаще всего), пар и воздух. Отопительными приборами являют­ся конвекторы (при воздушном отоплении), радиаторы и панели (при других видах отопления).

Выбор систем отопления (в том числе отопительных приборов, теплоносителя, предельной его t или теплоотдающие поверхности) осуществляется по приложению 11 СНиП 2.04.05-91 в зависимости от назначения помещения, а в производственных помещениях - и с уче­том категории их по взрывопожароопасности, наличия/отсутствия пыли, аэрозолей, влаговыделений или возгоняемых ядовитых веществ в них. Печное отопление допускается только в зданиях, указанных в приложении 15 данного СниПа. Однако отраслевые нормы и правила иногда уточняют применение тех или иных систем отопления. Например, СН 512-78 и правила [7] предусматривают в помещениях ВЦ (т.е. с электронно-вычислительной техникой или ЭВТ) центральное водяное отопление в сочетании с приточной вентиляцией или КВ при одно- и двухсменном режимах работы, а при трехсменном - только воздушное отопление,

В помещениях категорий А, Б и В СНиП 2.04.05-91 рекомендует применять отопительные приборы с гладкой поверхностью, допуска­ющей легкую очистку (например, радиаторы секционные или панель­ные одинарные, спаренные; приборы из гладких стальных труб). Ребристые трубы в таких помещениях накаливают осевшую пыль, ко­торая пригорает, и появляется неприятный запах.

Вентиляция - это организованный и регулируемый воздухообмен в помещениях, в процессе которого загрязненный или нагретый воздух удаляется и на его место подается свежий чистый воздух. Ее задачей является поддержание химического состава и физического состояния воздуха, удовлетворяющих гигиеническим требова­ниям. В зависимости от характера движущих сил вентиляцию делят на естественную, искусственную и смешанную. При естественной вентиляции воздух перемещается под влиянием температурного пе­репада или действия ветра. При искусственной (чаще называют механической) вентиляции воздух перемещается механическим побуди­телем (вентилятором или эжектором). При смешанной вентиляции используются как естественные силы, так и механические побуди­тели для перемещения воздуха.

По принципу действия различают вытяжную, приточную и приточно-вытяжную вентиляции. Последняя наиболее полно обеспечивает санитарно-гигиенический эффект. Вентиляция может быть местной (проветривание отдельных РМ или зон) и общеобменной (проветрива-ние всего помещения). Существует сочетание их, называемое комби­нированной вентиляцией. Здесь одновременно с общим воздухообме­ном локализуют и отдельные наиболее интенсивные источники выде­лений. По способу организации воздухообмена различают вентиляцию с уравновешенным (приток равен вытяжке), положительным (превыша­ет приток над вытяжкой) и отрицательным (превышает вытяжка над притоком) воздушным балансом. Характер такого баланса имеет важ­ное гигиеническое значение. Кроме того, вентиляция может быть рабочей и аварийной. Последняя предназначена для быстрого удаления вредных и опасных веществ, проникающих в помещение при производственных неполадках и авариях.

Для экономии тепла на нагрев наружного воздуха в системе приточно-вытяжной вентиляции предусматривают частичный (до 90%) возврат удаляемого воздуха, т.е. рециркуляцию.

Успешная работа вентсистем во многом зависит от правильного их выбора и строгого выполнения на стадиях проектирования, мон­тажа и эксплуатации технических и санитарно-гигиенических тре­бований, установленных СНиП 2.04.05-91, ГОСТ 12.4.021-75 и другими нормативно-техническими документами (НТД). Выбор вентсистем зависит от технологии, оборудования, его расположения и свойств выделяющихся веществ, а также от климатических условий района, где находится здание. Общие требования к вентсистемам (по СНиП 2.04.05-91): 1) подача свежего воздуха должна ид­ти в самый чистый участок помещения, а удаление - из самого грязного; 2) в производственных помещениях вначале следует вы­бирать: а) аэрацию, а затем механическую вентиляцию; б) местную вытяжную вентиляцию, а затем общеобменную; 3) средства вентиля­ции не должны создавать значительного шума и перепадов давления в помещениях, быть взрывобезопасными и защищенными от коррозии; 4) содержание пыли в подаваемом механической вентиляцией воздухе не должно превышать: а) ПДК в атмосферном воздухе населенных пунктов - при подаче его в помещения жилых и общественных зда­ний; б) 30% ПДК в воздухе РМ и зон - при подаче в помещения про­изводственных и административно-бытовых зданий; в) 30% ПДК в воздухе рабочей зоны с частицами пыли размером не более 10 мкм - при подаче его в кабины крановщиков, пульты управления, зоны дыхания работающих, а также при воздушном душировании; 5) мини­мально расход наружного воздухе на 1 чел. должен соответство­вать приложению 19 данного СНиПа (см. выше пп.1.2.1).

Аэрация - это организованный естественный воздухообмен, осу­ществляемый в заранее рассчитанных объемах и регулируемый в за­висимости от внешних и внутренних метеоусловий. Для управления аэрацией в местах притока воздуха (в окнах) предусматривают фра­муги, створки или форточки, а для вытяжки воздуха - вытяжные шахты с дефлекторами и регулируемыми клапанами на решетках или вентиляционные фонари в здании. При этом высота приточных прое­мов должна находиться летом на высоте 1...1,5 м от пола, а зи­мой - 4...6 м.

Расчет аэрации производят в два этапа: 1) определяют потреб­ное количество воздуха для помещения по формулам приложения 17 СНиП 2.04.05-91; 2) находят площади приточных и вытяжных от­верстий, исходя из полных напоров и количества воздуха, прохо­дящего через соответствующие отверстия.

Механическая вентиляция в производственных и других помеще­ниях чаще реализуется о помощью вентиляторов. Ее элементами являются вентилятор, магистральные, приточные и вытяжные возду­ховоды, воздухозаборное устройство и устройство выброса исполь­зованного воздуха, а также устройства по нагреванию и очистке воздуха.

По развиваемому давлению различают вентиляторы низкого (до 1 кПа), среднего (до 3 кПа) и высокого (до 12 кПа) давления. В вентсистемах применяются вентиляторы низкого и среднего давле­ния, а в установках пневмотранспорта, для дутья и других техно­логических нужд - вентиляторы высокого давления.

По своей конструкция вентиляторы подразделяют на центробежные и осевые. Их размер определяется номером вен­тилятора (от №1 до № 20), который представляет собой диаметр его колеса, выраженный в сотнях миллиметров (например, № 3 - 300 мм, № 20 - 2000 мм). Осевые вентиляторы развивают небольшое давление (до 0,35 кПа), так как с повышением последнего резко увеличивается шум вентилятора. Их применяют при отсутствии воз­духоводов (например, в окне, стене) или когда их длина незначи­тельна.

Тип и размеры вентилятора выбирают в зависимости от необхо­димой подачи, давления и условий среды, а также состава переме­щаемого воздуха. Во взрывоопасных помещениях надлежит применять эжекторы или взрывобезопасные вентиляторы, лопасти и внутренняя поверхность которых выполнена из меди, алюминия а других метал­лов, не дающих искры при ударах. КПД центробежного вентилятора равен 0,5...0,6, осевого - 0,5...0,7, а эжектора - до 0,25.

Расчет механической вентиляции проводят в три этапа: 1) опре­деляют потребное количество приточного воздуха для обеспечения требуемой воздушной среды в помещениях (L_п, м³/ч) по формулам приложения 17 СНиП 2.04.05-91; 2) находят потребный напор (Н_п, Па) вентилятора для перемещения по вентсети L_п; 3) выбирают по каталогу вентилятор, обеспечивающий L_п и Н_п, и определяют (при необходимости) установочную мощность, кВт, электродвигателя N_y=1,1L_bH_b/η_bη_{п ,} где L_b и H_b - принятые соответствен­но производительность, м³/ч, и напор, Па, вентилятора; η_b и η_п -кпд соответственно вентилятора (по графику) и передачи (непос­редственная - 1,0; соединение муфтой - 0,98; клиноременная - 0,95 и плоскоременная - 0,90). По значению N_y подбирают по ка­талогу соответствующий тип электродвигателя, его мощность и т.д. Затем решают вопросы размещения вентсистемы в помещении и режи­ма ее работы (детально см. практикум [6]).

Кондиционирование воздуха (КВ) - это автоматическое поддержа­ние в закрытых помещениях (кабинах) всех или отдельных парамет­ров воздуха (t, V, φ и чистоты воздуха) с целью обеспечения оптимальных микроклиматических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса и обес­печения сохранности ценностей культуры. Для этого применяют спе­циальные агрегаты - кондиционеры. Они обеспечивают прием наруж­ного и рециркуляционного воздуха, его фильтрацию, охлаждение, подогрев, осушку, увлажнение, перемещение и другие процессы. Ра­бота кондиционера, как правило, автоматизирована.

По способу приготовления и раздачи воздуха кондиционеры под­разделяются на центральные и местные. Первые располагают вне обслуживаемых помещений и раздачу воздуха (от 30 до 250 тыс. м³/ч) осуществляют по системе воздуховодов; вторые - в обслуживаемых помещениях и раздача воздуха (не более 22,4 тыс. м³/ ч) осуществляют сосредоточенно, без воздуховодов.

По холодоснабжению кондиционеры подразделяет на автономные инеавтономные. В первых холод вырабатывается встроенным холодоагрегатом, а в неавтономных - снабжается централизованно. Цен­тральные кондиционеры являются неавтономными (секционного или блочно-секционного типа), а местные - автономными (в виде одно­го шкафа).

Существует два способа КВ - раздельный и совмещенный. При первом способе подготовку и подачу воздуха от кондиционера осу­ществляют раздельно в оборудование и в помещение с разными па­раметрами воздуха, а при втором способе - то же, но с одинаковыми параметрами воздуха.

Согласно СНиП 2.04.05-91 КВ следует принимать: первого класса - для обеспечения метеоусловий, требующих для технологичес­кого процесса, при экономическом обосновании или в соответствии с требованиями НТД; второго класса - для обеспечения метеоусловий в пределах оптимальных норм или требуемых для технологических процессов; третьего класса - для обеспечения метеоусловий в пределах допустимых норм, если они не обеспечиваются вентиляци­ей в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха или оптимальных норм - при экономическом обосновании.

Расчет систем КВ достаточно сложен (особенно центральных) и состоит из четырех этапов [8]: 1) выбор расчетных параметров наружного (см. параметры А или Б приложения 8 СНиП 2.04.05-91, руководствуясь пп.2.14...2.16 данного СНиП) и внутреннего (см. приложения 1, 2 и 5 этого СНиП или отраслевые НТД) воздуха для всех периодов года, а также определение вида и количества вред­ных выделений, избытков тепла в обслуживаемых помещениях; 2) на~ хождение потребного количества приточного воздуха (L_п, м³ /ч) по формулам приложения № 17 СНиП 2.04.05-91 и определение полной производительности кондиционера, м³ /ч, L_k=K_пL_п, где K_п -коэффициент потерь воздуха, принимаемый в зависимости от класса воздуховода по табл. 1 данного СНиП; 3) выбор необходимой схемы воздухообмена в обслуживаемом помещении с учетом специфики рабо­ты оборудования, технологии и определение типа системы КВ, а также детальное описание ее работы; 4) расчет процессов обработ­ки воздуха в кондиционере(ах) при различных периодах года в зависимости от принятой схемы воздухообмена, а также расчет и вы­бор различных элементов центрального кондиционера. Подбор мест­ных кондиционеров производят упрощенно по каталожным данным их производительности по воздуху и холоду (детально см. практикум [6]).

Согласно СНиП 2.04.05-91 системы вентиляции и воздушного отопления рекомендуется предусматривать: 1) отдельными для каж­дой группы помещений по взрывопожарной опасности, размещенных в пределах одного пожарного отсека; 2) общими для следующих поме­щений:а ) жилых; б) общественных, административно-бытовых и про­изводственных категорий Д (в любых сочетаниях); в) производственных одной из категорий А или Б, размещенных не более чем на 3 этажах; г) производственных одной из категорий В, Г или Д и дру­гих по п.п. 4.25 данного СНиП.