Системы вентиляции и кондиционирования воздуха

В зависимости от способов, вызывающих движение воздуха, систему вентиляции подразделяют на естественную, или гравитационную, и искусственную, или механическую.

По естественной вентиляции воздухообмен происходит за счет разности плотностей наружного и внутреннего воздуха. Так как теплый воздух легче холодного, то он поднимается вверх, уступая холодному. Естественную вентиляцию применяют в жилых и общественных зданиях, бытовых и административных помещениях промышленных сооружений.

При искусственной вентиляции воздух перемещается вентиляторами с электрическим приводом.

Естественная и искусственная вентиляция может быть вытяжной, приточной и приточно-вытяжной. С помощью вытяжной вентиляции из помещений удаляют загрязненный, загазованный воздух с избыточным теплом и влагой и выбрасывают его в атмосферу. Вместо удаленного воздуха подают воздух, забирая его снаружи, это и будет приточной вентиляцией. Схемы приточной и вытяжной искусственной вентиляции представлены на рисунке. Приточно-вытяжная вентиляция обеспечивает одновременно подачу воздуха и организованное удаление его.

Если воздух подается с частичным забором наружного воздуха и частичным подмешивание воздуха из помещения, то такая система называется приточно-рециркуляционной.

В зависимости от способа организации воздухообмена вентиляция может быть общеобменной и местной.

Общеобменная вентиляция предназначена для удаления выделяющихся вредных веществ, пыли и газов, если они распространяются по всему помещению и нет возможности уловить их в местах выделения (литейные цехи, сварочные цехи с непостоянными местами сварки). Общеобменная вентиляция, как правило, приточно-вытяжная и может быть как естественной, так и искусственной.

Местная вентиляция может быть вытяжной или приточной.

Местную вытяжную вентиляцию устраивают в тех случаях, когда нужно удалить загрязненный воздух непосредственно от того места, где он загрязняется (у аппаратов, печей, травильных ванн). Этого достигают устройством у источников выделения вредных веществ зонтов, вытяжных шкафов и др. Вредные пары, которые выделяются с поверхности жидкостей, налитых в ванны при травлении и гальванизации металлических изделий, удаляют с помощью бортовых отсосов.

Местную вытяжную вентиляцию широко используют при производстве электросварочных работ. При постоянном месте сварки применяют стол сварщика. Загрязненный воздух отсасывается вентилятором через наклонную панель и решетчатую поверхность стола и удаляется за пределы помещения. Устройство зонтов над местами сварки не рекомендуется, так как газы и пыль, поднимаясь вверх, попадают в дыхательные органы рабочего.

Местную приточную вентиляцию устраивают в тех случаях, когда свежий воздух необходимо подать в определенные места, где работающий находится большую часть времени (при работе у мартеновских и электроплавильных печей, в кабинах крановщиков). Такие системы называют воздушным душированием.

Процесс создания и поддержания определенных параметров воздушной среды называют кондиционированием воздуха.

Обычно при кондиционировании воздуха его в основном подверга­ют тепловлажностной обработке. В жаркие летние дни наружный воздух имеет высокую температуру и большую влажность. Перед подачей в помещение такой воздух необ­ходимо охладить, а иногда и осушить. Зимой наружный воздух имеет низкую температуру и небольшую влажность, поэтому перед подачей в помещение его приходится нагревать и увлажнять.

Тепловлажностной обработке воздух подвергают в установках, на­зываемых кондиционерами. Установки кондиционирования воздуха име­ют специальные устройства для определенных видов его обработки. На­гревают воздух обычно в калориферах, где он получает тепло от оребренных или гладких поверхностей трубок, по которым протекает тепло­носитель. Охлаждение воздуха осуществляется в поверхностных или в контактных воздухоохладителях. В поверхностных воздухоохладите­лях воздух отдает тепло поверхностям трубок, по которым пропускают холодную воду или другой холодоноситель. Если эти поверхности име­ют температуру ниже точки росы, то на них выпадает влага из воздуха, и последний не только охлаждается, но и осушается.

Комплекс технических средств и устройств для приготовления при­точного воздуха с заданными параметрами и поддержания в помещени­ях оптимального или заданного состояния воздушной среды (независи­мо от изменения внешних и внутренних факторов) называется системой кондиционирования воздуха. Система кондиционирования позволяет ав­томатически поддерживать заданные температуру, влажность и скорость движения воздуха, его чистоту, газовый состав, ароматические запахи, содержание легких и тяжелых ионов, а в ряде случаев определенное барометрическое давление. В большинстве жилых, общественных и про­мышленных зданий современные системы кондиционирования позволя­ют поддерживать только первые четыре из перечисленных параметров.

По назначению - кондиционирование воздуха подразделяют на комфортное и технологическое. Комфорт­ное кондиционирование применяется в жилых, общественных и промыш­ленных зданиях с целью обеспечения оптимальных санитарно-гигиенических условий для находящихся в помещении людей. Технологическое кондиционирование предназначается для обеспечения требуемых условий протекания производственных процессов (сушильные процессы, обработка строительных материалов).

По месту расположения относительно обслуживаемых помещений кондиционеры подразделяются на центральные и местные. Центральные кондиционеры, расположенные вне обслу­живаемого помещения, могут снабжать воздухом нес­колько помещений или зон. Как правило, эти кондиционеры имеют централизованное холодоснабжение. Мест­ные кондиционеры, расположенные в обслуживаемом помещении или в непосредственной близости от него, подразделяются на автономные, которые вырабатывают холод (теплоту) и обрабатывают воздух собственными встроенными агрегатами, и неавтономные, которые снаб­жаются холодом (теплом) от центральных источников.

В настоящее время промышленность выпускает центральные кондиционеры производи­тельностью по воздуху 10; 20; 31,5; 40; 63; 80; 125; 160; 200 и 250 тыс. м³/ч.

Центральные кондиционеры состоят из ряда унифицированных секций. Воздушный утепленный клапан 1 приточного воздуха препятствует попаданию наружного воздуха внутрь неработающего кондиционера, предотвращая тем самым замораживание воды в труб­ках воздухонагревателя первого подогрева. Клапан открывается одновременно с пуском вентиляторного агрегата 11. Воздушный кла­пан 2 рециркуляционного воздуха служит для регулирования его количества. В воздушной камере 3 смешивается приточный (наружный) и рециркуляционный воздух, а в камере выравнивания 4 равномерно распределяются скорости воздушного потока по всей площади сече­ния камеры, что требуется для нормальной работы воздушного фильт­ра 5. Камеры обслуживания 6, снабженные герметическими дверями и встроенными светильниками, монтируют у секций, требующих периоди­ческого осмотра и текущего ремонта в период эксплуатации (фильтры, воздухонагреватели, камеры орошения, блоки тепломассообмена).

Воздухонагреватели первого 7 и второго 9 подогрева служат для нагрева воздуха. Первый подогрев производится только в холодный период года. Теплоносителем в воздухонагревателе служит высокотем­пературная (перегретая) вода температурой 150...70°С либо пар давле­нием до 1,2 МПа. Второй подогрев, осуществляемый для уменьшения относительной влажности подаваемого воздуха и снижения перепада температур между приточным воздухом и воздухом обслуживаемых помещений, выполняют как в холодный, так и в теплый период года. Воздухонагреватели выполнены из биметаллических (сталь-алюминий) труб с оребрением, увеличивающим поверхность, контактирующую с проходящим воздухом. Иногда на трубки воздухонагревателя навита стальная лента (спирально-навивные). В этом случае поверх­ность труб и лент оцинковывается.

В камере орошения 8 воздух обрабатывается водой. Ороситель­ная система камеры состоит из двух рядов форсунок, распыляющих воду. Форсунки размещены с различной плотностью в каждом ряду: первый по ходу движения ряд имеет большую плот­ность, второй - меньшую. Распыление воды в камере взаимовстречное: первый ряд распыляет воду по ходу движения воздуха, второй ряд - против движения воздуха. На выходе из камеры орошения смонтированы пластины каплеуловителя (сепаратора), которые пре­пятствуют уносу водяных капель из камеры. Корпус камеры орошения установлен на поддоне, в котором собирается распыляемая форсунками вода. Поддон оборудован патрубками для забора воды, дренажом и переливом на случай переполнения поддона и шаровым краном.

Вентиляторный агрегат 11 служит для перемещения воздуха через кондиционер и подачи его в сеть воздуховодов для транспортирования к местам воздухораздачи.

 

 

Лекции №8

ВОПРОСЫ:

1. Принципиальные схемы решения вентиляции помещений в зданиях различного назначения.

 

Эффективность вентиляции помещения в большой мере зависит от правильного выбора и расположения устройств для подачи и удаления воздуха. В первую очередь распределение параметров воздуха в объеме помещения определяется конструктивным решением приточных устройств. Влияние вытяжных устройств на скорость движения и температуру воздуха в помещении обычно незначительно. В то же время общая эффективность вентиляции зависит от правильной организации вытяжки воздуха из помещения. Основные принципы организации вентиляции заключаются в следующем:

1) местная вытяжная вентиляция должна локализовать вредные выделения в местах их образования, предотвращая распространение их по помещению;

2) приточный воздух необходимо подавать так, чтобы он, поступая в зону дыхания людей (обслуживаемую зону помещения), был чистым и имел температуру и скорость движения в соответствии с требованиями санитарных норм;

3) общеобменная вентиляция должна разбавлять и удалять вредные выделения, поступающие в помещение, обеспечивая в обслуживаемой зоне допустимые значения параметров - температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха и концентрации вредных веществ в нем;

4) объемы приточного и вытяжного воздуха должны исключать с учетом воздушного режима здания перетекание загрязненного воздуха из помещений с выделением вредных веществ в другие помещения.

Выбор воздухораспределительных устройств и места расположения их в помещении зависит от назначения и габаритных размеров помещения, сочетания видов вредных выделений, требований, предъявляемых к воздушной среде, размещения в объеме помещения оборудования и рабочих мест и других условий. При этом следует учитывать конструктивное строительное решение здания. Правильное решение вентиляции определяет удобство монтажа и эксплуатации систем вентиляции, доступность системы для ремонта, хороший внешний вид помещения и, главное, высокую эффективность воздухообмена.

Решение вопроса подачи и удаления воздуха зависит от конкретных условий. Выбор этого решения можно основывать на следующих общих рекомендациях:

а) траектория подачи приточного воздуха не должна пересекать загрязненные участки помещения, обеспечивая поступление в обслуживаемую рабочую зону чистого воздуха;

б) при значительных избытках явного тепла в помещении приточный воздух в холодный период года следует подавать с минимально допустимой температурой, имея в виду его подогрев за счет избытков тепла;

в) в теплый период года во всех случаях предпочтительней подача приточного воздуха в обслуживаемую (рабочую) зону помещений;

г) при решении воздухораздачи необходима проверка уровня температуры и скорости движения воздуха на рабочих местах; при этом следует учитывать взаимное влияние струйных течений, стесненность струй ограждениями и технологическим оборудованием, свойство струй настилаться на поверхности и возбуждать циркуляционные потоки;

д) при недостатках тепла в помещении и выполнении вентиляцией функций системы отопления приточный воздух нужно подавать в обслуживаемую (рабочую) зону помещения.

Жилые и общественные здания. Наиболее простым примером организации воздухообмена является вентиляция помещений в жилых зданиях, общежитиях и гостиницах. По существующим нормам в этих зданиях устраивают вытяжную вентиляцию из верхней зоны помещений кухонь, санитарных узлов, ванных и душевых комнат, а в некоторых случаях и жилых комнат. Приточный воздух поступает неорганизованно через форточки и неплотности в ограждениях. Регулирование вентиляции и увеличение воздухообмена осуществляют открыванием окон.

В гостиницах повышенной категории рекомендуется организовывать приток воздуха в верхнюю зону жилых помещений номеров и удаление воздуха из помещений санитарных узлов и ванных комнат.

В административно-конторских зданиях объемом до 1500 м³ вентиляцию помещений осуществляют в виде вытяжки из их верхней зоны с неорганизованным притоком через окна. В зданиях большего объема вытяжку из верхней зоны помещений компенсируют притоком также в их верхнюю зону («сверху - вверх»). Расход воздуха, подаваемого в помещения и удаляемого из них, принимается таким образом, чтобы исключить перетекание воздуха из одних помещений в другие.

В общественных зданиях (детские учреждения, общеобразовательные школы, лечебно-профилактические учреждения, высшие и средние учебные заведения, магазины и т. п.) вентиляцию основных помещений осуществляют также по схеме «сверху - вверх», т. е. и при

точные и вытяжные отверстия располагают в верхней зоне помещения В больших помещениях (залах, аудиториях) вытяжку частично можно осуществлять из нижней зоны помещения. В высоких помещениях при больших тепловых нагрузках от светильников выпуск воздуха следует предусматривать ниже светильников, а удаление его - под светильниками или через конструкцию светильников. В помещениях с высокими витражами при отсутствии нагревательных приборов под ними приточный воздух целесообразно подавать через продольные щели в полу под окнами настилающимися струями.

Приточный воздух можно подавать со стороны одной из торцовых стен помещения или со стороны двух торцовых стен навстречу друг другу, что значительно снижает скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне. В этих же помещениях при гладком потолке может быть организована подача приточного воздуха настилающимися на потолок струями через плафоны.

В некоторых специфических помещениях, например операционных, наркозных, рентгеновских кабинетах, фото- и химических лабораториях, аккумуляторных и т.п., подачу и удаление воздуха осуществляют на разных уровнях в соответствии с рекомендациями специальных норм.

Схема организации воздухообмена в зрительных залах театров, кинотеатров и клубов зависит от их размеров, режимов эксплуатации и климатических особенностей района. Для этих помещений рекомендуются следующие схемы решения вентиляции:

а) в залах без балконов с числом мест до 400 подача воздуха в верхнюю или среднюю по высоте зону помещения;

б) в залах без балконов с числом мест более 400 подача воздуха в верхнюю зону помещения горизонтальными сосредоточенными струями через отверстия в торцовой стене или через решетки либо плафоны в потолке, направляющие воздух вдоль потолка в сторону сцены или экрана;

в) при наличии балкона дополнительно предусматривается приток воздуха через отверстия в задней стене под балконами в количестве, пропорциональном числу мест, расположенных в подбалконном пространстве;

г) вытяжка осуществляется через отверстия в потолке или в верхней части стен у сцены или экрана;

д) в холодный период года часть удаляемого воздуха поступает на рециркуляцию.

В зданиях предприятий общественного питания схема вентиляции определяется назначением помещений. В обеденных и торговых залах воздух подают в верхнюю зону помещений, а удаляют из верхней зоны и через отверстия (раздаточные окна, двери) в технологические помещения. В горячих цехах (кухнях) и мойках воздух подают в рабочую зону, а удаляют через местные отсосы и из верхней зоны.

Промышленные здания. При организации воздухообмена в помещениях промышленных зданий возможно применение следующих схем:

а) «снизу - вверх» - при одновременном выделении тепла и пыли; в этом случае воздух подают в рабочую зону помещения, а удаляют из верхней зоны;

б) «сверху - вниз» - при выделении газов, паров летучих жидкостей (спиртов, ацетона, толуола и т. п.) или пыли, а также при одновременном выделении пыли и газов; в этих случаях воздух подают рассредоточенно в верхнюю зону, а удаляют местной вытяжной вентиляцией из рабочей зоны помещения и системой общеобменной вентиляции из его нижней зоны (возможно частичное проветривание верхней, зоны);

в) «сверху - вверх» - в производственных помещениях при одновременном выделении тепла, влаги и сварочного аэрозоля, а также во вспомогательных производственных зданиях при борьбе с теплоизбытками; обычно в этих случаях воздух подают в верхнюю зону помещения и удаляют из его верхней зоны;

г) «снизу - вверх и вниз» - в производственных помещениях при выделении паров и газов с различными плотностями и недопустимости их скопления в верхней зоне из-за опасности взрыва или отравления людей (малярные цехи, аккумуляторные и т. д.); в этом случае подачу приточного воздуха осуществляют в рабочую зону, а общеобменную вытяжку - из верхней и нижней зон;

д) «сверху и снизу - вверх» - в помещениях с одновременным выделением тепла и влаги или с выделением только влаги при поступлении пара в воздух помещения через неплотности производственной аппаратуры и коммуникаций, с открытых поверхностей жидкостей в ваннах и со смоченных поверхностей пола; в этих случаях воздух подают в две зоны — рабочую и верхнюю, а удаляют из верхней зоны. При этом для предотвращения туманообразования и капели с потолка приточный воздух, подаваемый в верхнюю зону, несколько перегревают по сравнению с воздухом, подаваемым в рабочую зону.

Лекции №9

ВОПРОСЫ:

1. Аэрация помещений промышленного здания.

Аэрацией называют организованный естественный воздухообмен в помещении. Ее осуществляют через специально предусмотренные регулируемые отверстия в наружных ограждениях с использованием естественных побудителей движения воздуха - гравитационных сил и ветра. Аэрация может обеспечивать весьма интенсивное проветривание помещений.

В большинстве случаев аэрацию применяют совместно с механическими системами вентиляции, как правило, с местными вентиляционными установками. Может встретиться необходимость комбинирования аэрации с системами общеобменной вентиляции с механическим побуждением движения воздуха (например, естественный приток - механическая вытяжка или механический приток - естественная вытяжка, усиленная в этом случае за счет подпора).

Конструктивно просто решается аэрация для помещений, имеющих наружные ограждения. Применение аэрации для двух- и трехпролетных цехов возможно, хотя при этом встречаются технические трудности в ее организации. Для современных промышленных зданий, представляющих собой блок цехов, применение аэрации возможно лишь в крайних

пролетах, но и здесь ограничивается растущими требованиями к чистоте выбрасываемого в атмосферу воздуха.

Нельзя применять аэрацию в цехах, в которых имеются источники выделения газов и паров вредных веществ или пыли из-за опасности отравления окружающей среды. Кроме того, естественный приток в этих цехах способствует распространению вредных выделений по объему помещения. Для таких производств рекомендуется механическая вентиляция с очисткой воздуха перед выбросом. Не применяют аэрацию и в помещениях с искусственным климатом.

В помещениях с большим числом работающих и постоянными рабочими местами, а также в помещениях со значительными влаговыделениями аэрацию устраивают лишь в теплый период года, т.е. при tн>10°С.

В холодный период года в этих помещениях следует применять приточную вентиляцию с механическим побуждением движения воздуха и соответствующей его обработкой. В помещениях со значительными тепловыделениями аэрацию можно осуществлять в течение всего года. При этом воздухообмен регулируют изменением площадей проемов для естественных притока и вытяжки.

При расчете аэрации должны рассматриваться все три задачи воздушного режима здания:

внешняя - определение располагаемых давлений, обеспечивающих естественный воздухообмен; при этом решаются вопросы расположения здания на промышленной площадке, аэродинамики здания и рассеивания удаляемых вредных веществ в окружающей среде;

краевая - определение характеристик сопротивления воздухопроницанию, составление уравнения баланса воздуха в помещении и вычисление площадей аэрационных проемов;

внутренняя - определение направления воздушных потоков в помещении, а также распределения скоростей и температур в помещении при известном расположении источников тепла, приточных и вытяжных отверстий.

Последняя задача наиболее сложна и мало изучена. В настоящее время для расчета аэрации пользуются главным образом рекомендациями, полученными на основе опыта эксплуатации или при физическом моделировании аэрационных процессов.

Учитывая сложность процесса аэрации, практические расчеты ее проводят при определенных допущениях. Основные из этих допущений следующие:

1) тепловой и воздушный режимы помещения считают установившимися во времени;

2) под температурой рабочей зоны понимают среднюю по объему зоны температуру воздуха;

3) изменение температуры по вертикали принимают по линейному или линейно-ступенчатому закону;

4) стеснения конвективных струй над нагретым оборудованием не учитывают;

5) энергию приточных струй не учитывают, считая, что она полностью рассеивается в объеме рабочей зоны;

6) при определении расходов через проемы не учитывают их высоту, пренебрегая изменением разности давлений по вертикали;

7) при составлении баланса воздуха в помещении не учитывают неорганизованный естественный воздухообмен.

Приведем пример схемы аэрации промышленного здания. При устройстве аэрации в промышленных зданиях в стенах и вентиляционных фонарях делают специальные проемы, в которые устанавливают створные переплеты, Указанные проемы располагают в два яруса: первый - на высоте 1-2 м от пола, второй - не ниже 4 м от по­ла. В летнее время (рис. 1, а) открывают приточные проемы первого яруса, а в зимнее и осеннее (рис. 1, б) во избежание простуды людей - проемы второго яруса. Холодный воздух в этом случае будет поступать в рабо­чую зону уже подогретым. Удаляется воздух из помеще­ния через вытяжной проем, располагаемый в фонаре.