Расчет систем вентиляции.
Характеристика систем вентиляции (СВ)
Требования к СВ регламентирует СНиП41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».
1. По способу подачи в помещение свежего воздуха и удаления загрязненного системы вентиляции бывают:
- естественные;
- механические;
- смешанные.
2. По назначению СВ подразделяются на:
- рабочие, постоянно обеспечивающие необходимый воздухообмен;
- аварийные, включающееся при отключении рабочей вентиляции или при внезапном поступлении в помещение значительного количества токсичных или взрывоопасных веществ.
3. По способу воздухообмена в помещении СВ подразделяются на:
- общеобменные, обеспечивающие воздухообмен во всем объеме помещения;
- местные, обеспечивающие локальный воздухообмен непосредственно в местах образования вредностей.
Естественные системы вентиляции
Естественный воздухообмен осуществляется за счет 2х факторов:
1. За счет разности температур внутреннего и наружного воздуха.
2. За счет ветровой нагрузки.
Естественные СВ бывают неорганизованные и организованные.
Неорганизованный воздухообмен осуществляется через неплотности строительных конструкций и через поры стен и перегородок.
Организованный воздухообмен осуществляется методом аэрации или при помощи дефлекторов.
Методом аэрации естественный воздухообмен происходит через открывающиеся форточки окон и световых фонарей, с помощью которых можно регулировать направление и скорость движения воздуха в помещении.
Аэрацию рекомендуется применять в помещениях большого объема, в которых устройство и эксплуатация механической вентиляции сложны и связаны со значительными затратами.
Дефлекторы представляют собой специальной конструкции насадки, устанавливаемые на вытяжных каналах, усиливающие при обдувании их ветром разреженные в канале. Эффективность работы дефлекторов зависит от конструктивных особенностей, размеров дефлекторов, высоты его установки, длины вытяжных каналов, силы ветра.
Механические системы вентиляции
Механические СВ работают за счет напора, создаваемого вентилятором. Вентиляция с механическим побуждением может быть местной и общеобменной.
По принципу действия местные СВ могут быть:
- вытяжные, удаляющие вредности непосредственно от мест их образования;
- приточные (воздушные души, завесы и т. п.), обеспечивающие нормативный микроклимат на рабочих местах в помещении.
Общеобменная механическая СВ по принципу действия может быть;
1. приточная;
2. вытяжная;
3. приточно- вытяжная;
4. приточно- вытяжная с рецеркуляцией.
При работе приточной СВ создается небольшое избыточное давление, вследствие чего загрязненный воздух вытесняется из помещения через неплотности строительных конструкций и поры стен.
Вытяжная СВ удаляет загрязненный воздух, создает небольшое разрежение благодаря чему чистый воздух подсасывается через неплотности строительных конструкций и через поры стен и перегородок.
Приточно- вытяжная СВ состоит из отдельных 2х систем: приточной и втяжной, из которых одна подает чистый воздух, другая удаляет загрязненный.
Вентиляция с рецеркуляцией представляет собой замкнутую приточно- вытяжную В, в которой воздух, отсасываемый вытяжной системой, вторично подается в помещение приточной В с предварительной очисткой и частичной подачей свежего воздуха.
Расчет механической системы вентиляции
Расчет механической вентиляции сводится к выбору вентилятора и определению мощности электродвигателя. Выбор вентилятора осуществляется по производительности и давлению (напору), которые он должен обеспечить в системе вентиляции. В связи с этим следует определить:
1) Количество воздуха, которое необходимо подавать или удалять из помещения (производительность вентилятора).
2) Необходимый напор вентилятора для подачи или удаления расчетного количества воздуха.
Зная количество воздуха и напор по каталогу или по номограммам подбирают вентилятор с таким расчетом, чтобы его КПД был не менее 0.6.
Необходимое количество воздуха определяется по СНиП 41-01-2003 "Отопление, вентиляция и кондиционирование".
При отсутствии вредных выделений и наличии естественной вентиляции необходимый минимальный воздухообмен должен составлять на 1 человека не менее 30 м3 / ч в производственных помещениях и не менее 40 м3 /ч в помещениях общественного и административного назначения. В тех случаях, когда естественная вентиляция отсутствует, расход воздуха на одного работающего должен составлять не менее 60 м3 / ч.
 |
При выделении газо-паро или пылеобразных вредных веществ необходимый воздухообмен определяется исходя из разбавления их до допустимых концентраций по формуле 2:
где Lвв -обьем приточного или удаляемого воздуха, м3 / ч;
Мвв - количество вредных веществ, поступающих в воздух помещения, мг / ч;
qуд,qпр - концентрации вредных веществ в удаляемом и приточном воздухе соответственно, мг/м3 .
При одновременномсодержании в воздухе рабочей зоны нескольких вредных веществ, обладающих суммацией действия, расчет общеобменной вентиляции подлежит производить путем суммирования объемов воздуха, необходимых для разбавления каждого вещества в отдельности до его предельно-допустимой концентрации с учетом загрязнения приточного воздуха.
К вредным веществам, обладающим суммацией действия, относятся вредные вещества близкие по химическому строению и характеру биологического воздействия на организм человека.
При одновременном выделении в воздух рабочей зоны помещения нескольких вредных веществ, не обладающих суммацией действия, количество воздуха при расчете общеобменной вентиляции допускается принимать по тому вредному веществу, для которого требуется подача наибольшего объема чистого воздуха.
Перечень веществ, обладающих суммацией действия, представлен в табл. 7. Содержание вредных веществ в удаляемом воздухе по СНиП 41-01-2003 принимается равным ПДКр.з. (табл.8). Концентрация вредных веществ в приточном воздухе не должна превышать 0.3 ПДКр.з..
Если основной вредностью является избыточное тепло, то воздухообмен рассчитывается исходя из ассимиляции теплоизбытков по формуле 3:
 |
где LT - объем приточного или удаляемого воздуха, м3 / ч.;
QИЗБ - количество явной теплоты, выделяющейся в помещении, кДж/ч;
ТУД, ТПР - температура удаляемого и приточного воздуха;
c – теплоемкость воздуха, равная 1 кДж / кг 0С;
р - плотность воздуха, равная 1.2 кг / м3.
 |
Температура воздуха, удаляемого из помещения, может быть определена по эмпирической формуле 4:
где ТР.З. - нормируемая температура воздуха в рабочей зоне, 0С, (табл.9);
DТ - температурный градиент по высоте помещения (DТ=1-1.5 0C/м);
h - расстояние от пола до центра вытяжных проемов, м.
Температуру приточного воздуха следует принимать на 2-3 0С ниже температуры воздуха в рабочей зоне.
Если источники выделения вредностей расположены на конкретных фиксированных рабочих местах, то для их локализации предусматривается местная вытяжная вентиляция, выполненная в виде вытяжных зонтов или других устройств.
 |
Количество воздуха, которое необходимо удалять местной вентиляцией, определяется по формуле 5:
где Lм - количество удаляемого воздуха, м3 / ч;
F - площадь открытого проема вытяжного зонта (устройства), м2
v-скорость воздуха в проеме, м / с.
Рекомендуемые скорости воздуха приведены в табл. 10.
 |
Давление (напор), создаваемое вентилятором определяется по формуле:6
где 1.2 - коэффициент, учитывающий непредвиденные потери давления;
PТР - давление, необходимое для преодоления трения транспортируемой смеси о стенки воздуховодов, Па;
PМС - сумма местных сопротивлений (при изменении направления потока, делении и слиянии потоков, преодолении сопротивления запорно-регулирующей арматуры и др.), Па.
PТР и PМС определяются на основании аэродинамического расчета вентиляционной сети.
Исходные данные для расчета вентиляции приведены в табл. 6.
В зависимости от расчетного количества воздуха и величины напора по номограммам выбирается вентилятор. Затем выполняется расчет необходимой мощности, кВт, на валу вентилятора по формуле 7:
 |
где L - производительность вентилятора м3 / ч;
Pв - полное давление, создаваемое вентилятором, Па;
hв, - КПД вентилятора;
hn - КПД передачи (hn = 0.9-1).
 |
Установочная мощность, кВт электродвигателя вентилятора определяется по формуле 8:
где К - коэффициент запаса (табл.11).
Порядок расчета:
1.Определить производительность вентилятора в зависимости от вида вредности, указанной в варианте задания и типа системы вентиляции(общеобменной или местной). При выделении в помещение вредных веществ расчет выполнять по формуле(2), явного тепла по формулам(3,4), при отсутствии вредностей -по минимальному воздухообмену на 1 работающего.
2.Определить полное давление, развиваемое вентилятором по формуле(6).
3.В зависимости от производительности и давления по номограмме(рис.1) выбрать вентилятор, определить коэффициент полезного действия.
4.По формулам(7,8) определить необходимую мощность на валу
вентилятора и установочную мощность электродвигателя.
5. Сделать вывод.
Таблица 6
Исходные данные для расчета вентиляции
| № варианта | Помещение, вид работы | Количество работающих | Наименование вредности | Количество выделяющейся вредности в г/ч, КДж/ч | Высота расположения вытяжных устройств над уровнем поля h, м | Площадь проема вентиляционного укрытия местной вентиляции F, м2 | Давление, развиваемое вентилятором, Па Ртр Рмс | Примечание | |
| Паяльные работы припоем ПОСК-50-18 | Свинец, олово, кадмий | Состав припоя ПОСК-50-18: олово-50%, кадмий-18%,свинец-32% | |||||||
| Шлифование древесины | Древесная и минеральная пыли | Состав пыли -древесная с содержантем SiO2-7% | |||||||
| Техническое обслуживание ЭВМ | Изопропиловый спирт | ||||||||
| Нанесение ЛКМ на детали | Толуол Бензол | ||||||||
| Машинный зал | Явное тепло | 4.5 | Период года теплый, категория тяжести работ Iа, рабочие места – постоянные | ||||||
| Травление деталей | Азотная кислота | 0.58 | |||||||
| Продолжение таблицы 6 | |||||||||
| Лаборатория КИП | Вентиляция естественная отсутствует | ||||||||
| Зарядка аккумуляторов | Серная кислота | 1,5 | |||||||
| Техобслуживание КИП | Этиловый спирт | ||||||||
| Сушильное отделение пиломатериалов | Явное тепло | Период года теплый,категория тяжести работ – IIб, рабочие места – постоянные | |||||||
| Механическая обработка древесины | Древесная пыль | ||||||||
| Механическая обработка металлов | Металлическая пыль (сталь, чугун) | 0.49 | |||||||
| Изготовление клееных материалов из древесины | Формальдегид, Фенол | Состав газа: формальдегид – 60%, фенол – 40% | |||||||
| Лаборатория ВТ | Пыль бумажная | ||||||||
| Сушка покрытий из ЛКМ | Явное тепло | 4.5 | Период года- теплый, категория тяжести работ – Iб, рабочие места – постоянные | ||||||
| Сушка клееных материалов из древесины | Фенол, Формальдегид | ||||||||
| Конструкторское бюро | Естественная вентиляция отсутствует | ||||||||
| Окончание таблицы 6 | |||||||||
| Изготовление тары | Древесная пыль | ||||||||
| Нанесение ЛКМ на детали | Толуол Ксилол | ||||||||
| Прессование клееных материалов | Явное тепло | 4.0 | Период года – теплый, категория тяжести работ- IIа, рабочие места постоянные | ||||||
| Сварка электрическая | Окислы марганца | 0.82 | |||||||
| Отделение упаковки | Бумажная пыль | ||||||||
| Отдел ИТР | Имеется естественная вентиляция | ||||||||
| Заточка инструментов | Металлическая пыль и электрокорунд | Состав пыли: сталь – 90%, электрокорунд – 10% | |||||||
| Сушка древесной стружки | Явное тепло | Период года – холодный, категория тяжести работ – Iа, рабочие места постоянные |
Таблица 7
Перечень веществ, обладающих эффектом суммации (ГН 2.2.5.1313-03)
| Аммиак, сероводород | |
| Аммиак, сероводород, формальдегид | |
| Аммиак, формальдегид | |
| Азота диоксид и оксид, мазутная зола, серы диоксид | |
| Азота диоксид, гексан, углерода оксид, формальдегид | |
| Азота диоксид, гексен, серы диоксид, углерода оксид | |
| Азота диоксид, серы диоксид | |
| Азота диоксид, серы диоксид, углерода оксид, фенол | |
| Акриловая и метакриловая кислоты | |
| Акриловая и метакриловая кислоты, бутилакрилат, бутилметакрилат, метилакрилат, метиметакрилат | |
| Ацетальдегид, винилацетат | |
| Ацетон, акролеин, фталевый ангидрид | |
| Ацетон, фенол | |
| Ацетон, ацетофенон | |
| Ацетон, фурфурол, формальдегид и фенол | |
| Ацетон, трикрезол | |
| Ацетофенон, фенол | |
| Аэрозоли пятиокиси ванадия и окислов марганца | |
| Аэрозоли пятиокиси ванадия и сернистый ангидрид | |
| Аэрозоли пятиокиси ванадия и трехокиси хрома | |
| Бензол и ацетофенон | |
| Валериановая, капроновая и масляная кислоты | |
| Вольфрамовый и сернистый ангидриды | |
| Гексахлоран и фозалон | |
| 2,З-Дихлор-1,4-нафтахинон и 1, 4-нафтахинон | |
| 1,2-Дихлорпропан, 1,2,З-Трихлорпропан и тетрахлорэтилен | |
| Изопропилбензол и гидроперекись изопропилбензола | |
| Изобутилкарбинол и диметилвинилкарбинол | |
| Метилгидропиран и метилентетрагидропиран | |
| Моно, ди- и трипропиламины | |
| Мышьяковистый ангидрид и свинца ацетат | |
| Мышьяковистый ангидрид и германий | |
| Озон, двуокись азота и формальдегид | |
| Пропионовая кислота и пропионовый альдегид | |
| Свинца оксид, серы диоксид | |
| Сероводород и динил | |
| Сероводород, формальдегид | |
| Сернокислые медь, кобальт, никель, серы диоксид | |
| Окончание таблицы 7 | |
| Серы диоксид, кислота серная | |
| Серы диоксид, никель металлический | |
| Серы диоксид, сероводород | |
| Серы диоксид, углерода оксид, фенол и пыль конверторного производства | |
| Серы диоксид, фенол | |
| Серы диоксид, фтористый водород | |
| Серы диоксид и трехокись серы, аммиак и окислы азота | |
| Сильные минеральные кислоты (серная, соляная и азотная) |
Таблица 8.
Предельно допустимые концентрации вредных веществ в рабочей зоне.
(ГН 2.2.5.1313-03)
| Наименование вещества | Класс опасности | ПДК, мг/м3 |
| Древесная пыль | ||
| Бумажная пыль | ||
| Пыль стали и чугуна | ||
| Пыль древесная с примесью диоксида кремния от 2 до 10% | ||
| Пыль чугуна и стали в смеси с электрокорундом до 20% | ||
| Свинец | 0.01 | |
| Олово | ||
| Кадмий | 0.05 | |
| Изопропиловый спирт | ||
| Толуол | ||
| Ксилол | ||
| Бензол | ||
| Этиловый спирт | ||
| Фенол | 0.3 | |
| Формальдегид | 0.5 | |
| Азотная кислота | ||
| Серная кислота | ||
| Окислы марганца | 0,6 |
Таблица 9
Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений. (СанПиН 2.2.4.548-96)
| Период года | Категория работ | Температура, °С | Относительная влажность, % | Скорость движения, м/с | ||||||
| оптимальная | допустимая | оптимальная | допустимая на рабочих местах и непостоянных, не более | оптимальная, не более | допустимая на рабочих местах постоянных и непостоянных* | |||||
| верхняя граница | нижняя граница | |||||||||
| На рабочих местах | ||||||||||
| постоянных | непостоянных | постоянных | непостоянных | |||||||
| Холодный | Легкая – Iа | 22-24 | 40- 60 | 0.1 | 0.1 | |||||
| Легкая – Iб | 21 -23 | 40-60 | 0.1 | 0.1 | ||||||
| Средней | ||||||||||
| тяжести –II а | 18-20 | 40-60 | 0.2 | 0.3 | ||||||
| Средней тяжести - IIб | 17- 19 | 40-60 | 0.2 | |||||||
| Тяжелая - III | 16- 18 | 40-60 | 0.3 | |||||||
| Теплый | Легкая – Iа | 23-25 | 40-60 | 55 (при 28°С) 60 (при 27°С) 65 (при 2б°С) 70(при25°С) 75(при24°С) | 0.1 | 0.1 - 0.2 | ||||
| Легкая – Iб | 22-24 | 40-60 | 0.2 | 0.2 - 0 3 | ||||||
| Средней | ||||||||||
| тяжести - IIа | 21 -23 | 40-60 | 0.3 | 0.2-0.4 | ||||||
| Средней | ||||||||||
| тяжести – IIб | 20-22 | 40-60 | 0.3 | 0.2-0.5 | ||||||
| Тяжелая - III | 18-20 | 40-60 | 0.4 | 02-06 |
Большая скорость движения воздуха в теплый период года соответствует максимальной температуре воздуха, меньшая – минимальной температуре воздуха. Для промежуточных величин температуры воздуха скорость его движения допускается определять интерполяцией; при минимальной температуре воздуха скорость его движения может приниматься также ниже 0.1 м/с - при легкой работе и ниже 0.2 м / с при работе средней тяжести и тяжелой.
Таблица 10
Рекомендуемые скорости всасывания воздуха в проемах местных систем вентиляции.
| Наименование вещества | Скорость всасывания v, м/с |
| Азотная кислота | 0.7-1.0 |
| Аэрозоль свинца | 1.5-1.6 |
| Олово или другие сплавы без свинца | 0.7-1 |
| Металлы, окислы марганца | 1.5 |
| Газы и пары при ПДК, мг / м3: | |
| - до 10 | 0.5 |
| - от 10 до 1 | 0.7-1.0 |
| - менее 1 | 1.2 – 1.6 |
Таблица 11
Значение коэффициента запаса К
| Мощность на валу электродвигателя NВ, кВт | Центробежный вентилятор | Осевой вентилятор |
| До 0.5 От 0.51 до 1 От 1.01 до 2 От 2.01 до 5 Овыше 5 | 1.5 1.3 1.2 1.15 1.1 | 1.2 1.15 1.1 1.05 1.05 |
|
