Основные понятия и определения. Расчет местной вытяжной вентиляции

Вентиляцией называется организованный и регулируемый воздухообмен.

Назначение вентиляции — обеспечение чистоты воздуха и заданных метеорологических условий в производственных помещениях. Вентиляция используется для удаления из производственного помещения загрязненного или перегретого (охлажденного) воздуха и подачи вместо него чистого и охлажденного (нагретого) воздуха. В результате этого в рабочей зоне создаются необходимые благоприятные условия воздушной среды.

Устройство и эксплуатация вентиляционных систем регламентируются нормативными документами:

· СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция, и кондиционирование»;

· ГОСТ 12.4.021-75 «ССБТ. Системы вентиляционные. Общие требования».

Рационально спроектированные и правильно эксплуатируемые вентиляционные системы способствуют улучшению самочувствия работающих, повышению производительности труда.

По способу перемещения воздуха в рабочих помещениях вентиляция делится на естественную и искусственную или механическую. При естественной вентиляции перемещение воздуха происходит под влиянием естественных факторов (теплового напора или действия ветра). При искусственной вентиляции воздух перемещается с помощью механических устройств (вентиляторов, эжекторов и др.).

В зависимости от назначения вентиляция бывает приточная (для подачи воздуха), вытяжная (для удаления воздуха) или приточно-вытяжная (одновременно для подачи и удаления воздуха) и системы с рециркуляцией.

Приточная общеобменная вентиляция распределяет свежий воздух, взятый из места вне здания по всему объему помещения. В помещении при этом создается избыточное давление, за счет которого загрязненный воздух вытесняется через двери, окна, фонари или щели строительных конструкций. Приточную систему применяют для вентиляции помещений, в которые нежелательно попадание загрязненного воздуха из соседних помещений или холодного воздуха извне.

Вытяжная общеобменная вентиляция удаляет загрязненный воздух из всего объема помещения. При этом в помещении создается пониженное давление, и чистый воздух для замещения удаленного подсасывается извне через двери, окна, щели строительных конструкций. Вытяжную систему целесообразно применять в том случае, когда загрязненный воздух данного помещения не должен попадать в соседние, например, во вредных цехах, химических и биологических лабораториях.

Приточно-вытяжная общеобменная вентиляция имеет две отдельные системы: через одну подается чистый воздух, через другую удаляется загрязненный.

Приточно-вытяжная вентиляция может быть организована с рециркуляцией воздуха, заключающейся в том, что часть удаляемого из помещения воздуха не выбрасывается наружу, а возвращается из вытяжной системы в приточную по специальному воздуховоду. Целью рециркуляции является экономия тепла в зимнее время, поскольку рециркуляционный воздух возвращает в помещение затраченное на его нагрев тепло. Порция свежего воздуха в таких системах составляет 10...20% общего количества подаваемого воздуха. Систему вентиляции с рециркуляцией разрешается использовать только для тех помещений, в которых отсутствуют выделения вредных веществ или выделяющиеся вещества относятся к 4-му классу опасности, и концентрация их в воздухе, подаваемом в помещение, не превышает 30% ПДК. Применение рециркуляции запрещено, если в воздухе содержатся болезнетворные вирусы, бактерии и грибки или имеются резко выраженные неприятные запахи.

По месту действия вентиляция бывает общеобменной, местной и комбинированной.

При общеобменной вентиляции смена воздуха происходит во всем объеме помещения. Эту систему вентиляции наиболее часто применяют в случаях, когда вредные вещества, теплота, влага выделяются равномерно по всему помещению. При такой системе вентиляции обеспечивается поддержание необходимых параметров воздушной среды во всем объеме помещения (рис. 4.1, а).

Назначением местной вентиляции является удаление вредных выделений непосредственно от мест их образования и предотвращение их перемешивания с воздухом помещения. Например, если помещение очень велико, а число людей, находящихся в нем мало, причем место их нахождения фиксировано, имеет смысл (из экономических соображений) ограничиться оздоровлением воздушной среды только в местах нахождения людей. Примером такой вентиляции могут служить кабины наблюдения и управления в прокатных цехах, в которых устраивается местная приточно-вытяжная вентиляция, рабочие места в химических лабораториях, оборудованные местными вытяжными шкафами.

Местная вентиляция по сравнению с общеобменной требует значительно меньше затрат на устройство и эксплуатацию.

В производственных помещениях, где возможно внезапное поступление в воздух рабочей зоны больших количеств вредных газов и паров при нарушении технологического режима или авариях, наряду с рабочей предусматривается устройство аварийной вентиляции. Аварийная вентиляция, как правило, проектируется вытяжной.

На производстве часто устраивают комбинированные системы вентиляции: общеобменную с местной (рис. 4.1, г), общеобменную с аварийной.

а, б, в — общеобменная; г — общеобменная и местная; д — организация воздухообмена; П — помещение пульта управления, А — аудитория, Л — лаборатория

С помощью местной вентиляции необходимые метеорологические параметры и чистота воздуха создаются на отдельных рабочих местах. Местная вытяжная вентиляция удаляет вредные вещества непосредственно у источника возникновения (у сальников насосов, мешалок и т.д.). Местная приточная вентиляция подает чистый охлажденный (нагретый) воздух на рабочее место, создавая благоприятную метеорологическую обстановку.

Местная приточная вентиляция применяется в виде воздушных душей и воздушных завес.

Воздушный душ представляет собой подачу на человека струи воздуха заданных параметров (температура, влажность, скорость), Для устройства воздушного оазиса часть рабочей площадки отделяют вертикальными, обычно стеклянными щитами, между которыми оставляют необходимые проходы. Выгороженную часть, имеющую открытый верх, «затопляют» приточным воздухом необходимых параметров, воздушное душирование предусматривают на постоянных рабочих Мб1 I в при воздействии на работающих теплового излучения.

Воздушная завеса создается струей воздуха, поступающей из УЗКОЙ щели со скоростью 10... 15 м/с для предотвращения прохода воздуха через открытый проем. Воздушные завесы устраивают у дверных проемов в наружных стенах для отклонения потока холодного воздуха, устремляющегося через открытые двери в помещение, а также в проемах во внутренних стенах. В этом случае воздушные завесы препятствуют перетеканию загрязненного воздуха из одного помещения в другое.

Местная вытяжная вентиляция осуществляется с помощью местных отсосов и укрытий. Конструкции местных отсосов могут быть Полностью закрытыми, полуоткрытыми или открытыми. Наиболее эффективны закрытые отсосы. К ним относятся кожухи, камеры, герметично закрывающие технологическое оборудование (рис. 4.2, а).

а — укрытие-бокс, б — однобортовый (1) и двубортовый (2) отсосы

Если по условиям технологии или обслуживания такие укрытия устроить невозможно, то применяют отсосы с частичным укрытием или открытые: вытяжные зонты, отсасывающие панели, вытяжные шкафы, бортовые отсосы и т.д.

Бортовые отсосы используют, когда пространство над поверхностью выделения вредных веществ должно оставаться совершенно свободным — при загрузке и выгрузке обрабатываемых изделий с помощью подъемно-транспортных устройств. Примером могут служить бортовые отсосы гальванических и травильных ванн. Принцип действия бортовых отсосов, представляющих собой щелевидные воздуховоды размером 40... 100 мм, состоит в том, что затягиваемый в щель воздух, двигаясь над поверхностью ванны, увлекает за собой вредные выделения, не давая им распространиться по производственному помещению. Бортовые отсосы делают у одного борта, если ширина ванны не превышает 0,7 м (рис. 4.2, 6), или у двух противоположных бортов, когда ширина ванны составляет 0,7... 1,0 м (рис. 4.2, в). Кроме обычных бортовых отсосов применяют бортовые отсосы с передувом, когда в узкую щель, расположенную у одной длинной стороны ванны, подают струю воздуха, а с противоположной стороны ванны производят отсос.

Вытяжной зонт является одним из самых простых видов местных отсосов. Вытяжные зонты применяют для улавливания вредных веществ, имеющих меньшую плотность, чем окружающий воздух. Зонты делают открытыми со всех сторон или частично открытыми с одной, двух, трех сторон, а по форме сечения — прямоугольными или круглыми. Главное условие, чтобы поток удаляемых вредных веществ не проходил через зону дыхания работающего. Эффективность работы вытяжного зонта зависит от размеров, высоты подвеса и угла его раскрытия. Чем больше размеры и чем ниже установлен зонт над местом выделения вредных веществ, тем он эффективнее.

Вытяжные шкафы почти полностью закрывают источник выделения вредных веществ, поэтому они эффективнее других отсосов. Незакрытыми остаются лишь проемы для работы внутри шкафа, через которые воздух из помещения поступает в шкаф. Форма проема определяется характером технологических операций.

*11111* При местной вытяжной вентиляции отсос должен располагаться на линии распространения потока. Так как эффективность всасывания обратно пропорциональна расстоянию от отверстия, отсос должен быть максимально приближен к источнику вредного выделения, чтобы обеспечить максимальное улавливание вредных выделений. При проектировании местных отсосов следует учитывать, что удаляемый воздух не должен проходить через зону дыхания рабочего персонала и конструкция отсоса не должна мешать работе. При подаче приточного воздуха вблизи от местного отсоса должна быть исключена возможность раздувания вредных выделений по производственному помещению [5].

Бортовые отсосы устанавливают главным образом у производственных ванн, представляющие собой открытые резервуары, чаще всего четырехугольной формы, наполненные разного рода растворами [6]. Вредные выделения из производственных ванн могут выделяться в виде паров кислот, щелочей и различных газов.

Наиболее действенным методом защиты персонала от вредных выделений является полное укрытие ванны. Однако по технологическим соображениям это возможно крайне редко. Большое распространение получили отсосы по бортам ванны в виде сплошной щели, называемой бортовым отсосом.

Принцип работы бортового отсоса состоит в том, что всасываемый с большой скоростью через узкую заборную щель отсоса воздух образует над зеркалом раствора сильную горизонтальную струю, которая сбивает с вертикального пути выбрасываемые из раствора газы и капли и этим заставляет основную массу капель упасть обратно в ванну, а газы и остальные капли увлекаются в отсос.

Горизонтальная струя бортового отсоса быстро ослабевает с удалением от заборной щели, поэтому однобортный отсос делают только при ширине ванны не более 600 мм. На более широких ваннах устанавливают отсосы с двух противоположных сторон ванны (двубортные).

В зависимости от типа ванн применяют местные отсосы с щелью всасывания в горизонтальной плоскости (опрокинутые) (рисунок 4.3 а, б, в, г) и в вертикальной плоскости (простые или обычные) (рисунок 4.3 д, е), кроме того используются бортовые отсосы с передувкой (рисунок 4.3 в, г).

опрокинутые: (а, в - двубортные; б, г – однобортные); обычные: (д - двубортный; е – однобортный)

Бортовые отсосы располагают по длинным сторонам ванн.

Щель бортового отсоса обязательно должна быть расположена к краю ванны. Высоту щели бортового отсоса принимают в пределах 100 мм, высоту щели сдува – 0,0125 ширины ванны, но не менее 5 мм.

Количество воздуха, удаляемого бортовыми отсосами без передувки с щелью всасывания в горизонтальной или вертикальной плоскости, следует определять по формуле:

где

- количество воздуха удаляемого бортовыми отсосами,м³/ч;

H – расстояние от зеркала раствора до борта ванны, м;

– коэффициент, учитывающий разность температур раствора и воздуха в помещении (таблица 2.1);

– коэффициент, учитывающий токсичность и интенсивность выделения вредных веществ (таблица 2.2);

k₁ – коэффициент, учитывающий тип отсоса (k ₁ = 1 для двухбортового; k ₁ = 1,8 для однобортового);

k ₂ – коэффициент, учитывающий воздушные перемешивания раствора (k ₂ = 1 без перемешивания; при наличии барботажа k ₂ = 1,2);

k ₃– коэффициент, учитывающий укрытие зеркала раствора поплавками (в отсутствии – k ₃ = 1, при укрытии шариками k ₃ = 0,75);

k ₄– коэффициент, учитывающий укрытие зеркала пенным слоем, путем введения добавок ПАВ (в отсутствии k ₄ = 1, при наличии – k ₄ = 0,5).

Таблица 4.1 - Коэффициент учёта разности температур раствора и воздуха в помещении [5]

, °С		, °С		, °С
	1,00		1,47		1,94
	1,03		1,55		2,02
	1,16		1,63		2,10
	1,24		1,71		2,18
	1,31		1,79		2,26
	1,39		1,86	-	-

Таблица 4.2 - Коэффициент учёта токсичности и интенсивности выделения вредных веществ [5]

Группа ванн (см. таблицу 2.3)
	2,00	1,60	1,25	1,00	0,50

Таблица 4.3 - Удельное количество вредных веществ, удаляемых местным отсосом от гальванических ванн, группы ванн и рекомендации по очистке выбросов [5]

Технологический процесс нанесения гальванических покрытий	Определяющее вещество	Макси-мальное количе-ство, г/(м²×с)	Группа ванн	Способ очистки
Meтод очистки*	Aппаpaты очистки**
Электрохимическая обработка металлов в растворах, содержащих хромовую кислоту в концентрации 150-350 г/л, при силе тока более 1000 А (хромирование, анодное активирование, снятие меди и др.)	Хромовый ангидрид				1; 6
То же, в растворах, содержащих хромовую кислоту в концентрации 30-60 г/л (электрополирование алюминия, стали и др.)	То же				1; 6
То же, в растворах, содержащих хромовую кислоту в концентрации 30-100 г/л, при силе тока менее 500 А (анодирование алюминия и магниевых сплавов и др.), а также химическое оксидирование алюминия и магния	"				1; 6
Химическая обработка стали в растворах хромовой кислоты и её солей при t ≥ 50 °С (пассивирование, травление, снятие оксидной пленки, наполнение в хромпике и др.)	"	5,5∙10³			1; 6
Химическая обработка металлов в растворах хромовой кислоты и её солей при t ≤ 50 °С (осветление, пассивация и др.)	"			–	–
Электрохимическая обработка в растворах щелочи (анодное снятие шлама, обезжиривание, лужение, цинкование в щелочных электролитах, снятие олова, оксидирование меди, снятие хрома и др.)	Щелочь				2; 6
Химическая обработка металлов в растворах щелочи (оксидирование стали, химическое полирование алюминия, рыхление окалины на титане, травление алюминия, магния и их сплавов и др.) при температуре раствора более 100^оС менее 100 ^оС	То же "				2; 6 2; 6
Химическая обработка металлов, кроме алюминия и магния, в растворах щелочи (химическое обезжиривание, нейтрализация и др.) при температуре раствора более 50 °С менее 50 ^оС	" "			- -	- -
Кадмирование, серебрение, золочение и электрохимическое декапирование в цианистых растворах	Цианистый водород	5,5
Цинкование, меднение, латунирование, химическое декапирование, амальгамирование в цианистых растворах	То же	1,5
Химическая обработка металлов в растворах, содержащих фтористоводородную кислоту и её соли	Фтористый водород
Химическая обработка металлов в концентрированных холодных и разбавленных нагретых растворах, содержащих соляную кислоту (травление, снятие шлама и др.)	Хлористый водород
Химическая обработка металлов, кроме снятия цинкового и кадмиевого покрытия, в холодных растворах, содержащих соляную кислоту в концентрации до 200 г/л	То же	3∙10^-1
Электрохимическая обработка металлов в растворах, содержащих серную кислоту в концентрации 150-350 г/л, а также химическая обработка в концентрированных холодных и разбавленных нагретых растворах (анодирование, электрополирование, травление, снятие никеля, серебра, гидридная обработка титана и др.)	Серная кислота				1; 6
Меднение, лужение, цинкование и кадмирование в сернокислых растворах при t < 50 °С, а также химическая активация	То же			-	-
Химическая обработка металлов в концентрированных холодных и разбавленных нагретых растворах, содержащих ортофосфорную кислоту (фосфатирование и др.)	Фосфорная кислота	6∙10^-1			1; 6
Химическая обработка металлов в концентрированных нагретых растворах и электрохимическая обработка в концентрированных холодных растворах, содержащих ортофосфорную кислоту (химическое полирование алюминия, электрополирование стали, меди и др.)	То же				1; 6
Химическая обработка металлов в разбавленных растворах, содержащих азотную кислоту (осветление алюминия, химическое снятие никеля, травление, декапирование меди, пассивация и др.) при концентрации раствора: более 100 г/л менее 100 г/л	Азотная кислота и оксиды азота			-	-
Никелирование в хлоридных растворах при плотности тока свыше 1 А/дм²	Растворимые соли никеля	1,5∙10^-1			1; 6
Никелирование в сульфатных растворах при плотности тока свыше 1 А/дм²	То же	3∙10^-2			1; 6
Меднение в этилендиаминовом электролите	Этилен- диамин			–	–
Кадмирование и лужение в кислых электролитах с добавкой фенола	Фенол			–	–
Крашение в анилиновом красителе	Анилин			–	–
Промывка в горячей воде	Вода			–	–
Безвредные технологические процессы при наличии неприятных запахов, например, аммиака, клея и др.	–		4-5	–	–
Примечания: * 1 - абсорбционный метод очистки; 2 - фильтрация. ** Типы аппаратов очистки: 1 - фильтры-туманоуловители ФВГ-Т (корпус из титана); 2 - фильтры-туманоуловители ФВГ-С (корпус из стали); 3 - фильтры-туманоуловители ФВГ-Т с орошаемой приставкой; 4 - фильтры-туманоуловители ФВГ-С-Ц; 5 – насадочный типа ВЦНИИОТ; 6 – сепараторы, встраиваемые в бортовой отсос.

Выбор вентилятора производится с учетом необходимого напора и производительности.

Потребная мощность на валу электродвигателя рассчитывается по формуле:

где N - потребная мощность на валу электродвигателя, кВт;

Определить необходимую мощность электродвигателя вентилятора, обеспечивающего эффективную работу бортового отсоса выделяющихся из ванны газов для заданного технологического процесса. Варианты заданий приведены в таблице 2.4.

Таблица 4.4 - Варианты заданий по расчету бортовых отсосов