Определение необходимого воздухообмена

Воздухообменом называется частичная или полная замена загрязненного воздуха помещений чистым.

Определить воздухообмен можно по различным формулам в зависимости от выделяющихся в помещение вредностей.

1. По кратности воздухообмена.

Количество воздуха, подаваемого или удаляемого из помещения за 1 ч, отнесенное к внутреннему объему помещения, называется кратностью воздухообмена

,

где k – кратность воздухообмена; L – объем подаваемого или удаляемого воздуха (воздухообмен), м³/ч; W – внутренний объем помещения, м³.

Кратности притока присвоен знак (+), а вытяжки – знак (–).

Решая это уравнение относительно величины L, получим выражение для определения необходимого воздухообмена:

L = kW.

Определять количество воздуха для вентиляции по кратности воздухообмена не допускается за исключением случаев, оговоренных в нормативных документах (в атмосферу помещения выделяется много вредностей, среди которых невозможно определить основную вредность, например – станочное отделение мастерских и т.п.).

Значения крайностей воздухообмена приведены в табл. 3.

Таблица 3. Кратность воздухообмена для различных производственных помещений.

Категория помещений	k
Станочное отделение	2-3
Мотороремонтное	1,5-2
Медницко-заливочное	3-4
Сварочное	4-6
Кузница	4-6
Отделение ремонта топливной аппаратуры	1,5-2
Отделение испытания двигателей	2-3
Моечное отделение	2-3
Столярные мастерские	2
Административно-конторские помещения	1,5
Залы заседаний	3
Курительные комнаты	10

Воздухообмен определяется в зависимости от выделяющейся в помещение вредности. К факторам, вредное воздействие которых устраняется при помощи вентиляции, относятся: а) избыточное тепло; б) избыточные водяные пары – влага; в) газы и пары химических веществ; г) токсичная и нетоксичная пыль; д) радиоактивные вещества.

2. По избыточному теплу L_T, м³/ч,:

,

где Q_изб – избыточное количество тепла, поступающего в помещение, Дж/ч; С –средняя удельная теплоемкость воздуха, принимается равной 1,0 кДж/кг∙град; t_вн – температура воздуха, удаляемого из помещения, °С; t_н – температура наружного воздуха, поступающего в помещение, °С; γ_н – плотность наружного воздуха, кг/м³.

3. По избытку водяных паров L_вп, м³/ч:

,

где G_вп – масса водяных паров, выделяющихся в помещение, г/ч; q_в – содержание паров в 1 кг воздуха в помещении при относительной влажности φ_в, соответствующей температуре помещения t_в, г; q_н – содержание паров в 1 кг воздуха, подаваемого в помещение при его относительной влажности φ_н и температуре t_н, г.

При одновременном поступлении в помещение тепла и влаги воздухообмен можно определить по I – d-диаграмме тепловлажностного состояния воздуха.

4. По газовой вредности L_г, м³/ч:

,

где К — весовое количество газов, выделяющихся в помещении, мг/ч; К_доп – предельно допустимая концентрация газов (табл. 4), мг/м³; К_пр – концентрация газов в приточном воздухе, мг/м³.

5. По пыли L_п м³/ч:

,

где Р – количество пыли, выделяющееся в помещении, мг/ч; P_доп – допустимое количество пыли в помещении (табл. 5), мг/м³; Р_пр – количество пыли в приточном воздухе, мг/м³.

Таблица 4. Предельно допустимая концентрация газов и паров токсических жидкостей в производственных помещениях.

Наименование жидкостей и газов	Концентрация мг/м3
Аммиак	20
Ацетон	200
Бензин топливный (в пересчете на С)	100
Бензин растворитель (в пересчете на С)	300
Керосин (в пересчете на С)	300
Окись углерода	20
Бензол	15
Серная кислота	1
Хлор	1
Сероводород	10
Соляная кислота	5

Таблица 5. Допустимая концентрация пыли в производственных помещениях.

Род пыли	Допустимая концентрация пыли, мг/м3
Пыль цемента, глин, минералов и их смесей, не содержащая свободной двуокиси кремния (Si02)	6
Пыль угольная, содержащая до 10% свободной Si02	4
Пыль угольная, не содержащая свободной Si02	10
Пыль растительного и животного происхождения, содержащая до 10% свободной Si02	4
Пыль растительного и животного происхождения, содержащая 10% и более свободной Si02	2
Пыль искусственных абразивов (корунд и карборунд)	5

Выбор систем вентиляции. Проектирование и выбор способов вентиляции начинают с определения характеристики производственных помещений (санитарная, пожарная, взрывная). Для этого устанавливают степень опасности сырья, материалов и готовой продукции, определяют характеристику выделяемых паров, газов, пыли и скорость их распространения в производственном помещении, их ПДК в соответствии с санитарными и пожарными нормами, необходимый воздухообмен.

Затем выбирают способ устранения и предупреждения образования токсичных, пожаро- и взрывоопасных выделений. При этом устанавливают расчетные скорости всасывания, разрабатывают схему воздуховодов, вентиляторов и очистных устройств. При наличии пожаро- и взрывоопасных удаляемых паров, газов и пыли проектируют огнезадерживающие и сигнализирующие устройства.

В соответствии с выбранным способом и схемой вентиляции рассчитывают необходимое число оконных фрамуг, фонарей, дефлекторов, производительность вентиляторов, размеры воздуховодов, после чего выбирают тип вентиляторов, тип и мощность электродвигателей, а с учетом пожарной и взрывной опасности – и типы пусковых устройств и электропроводки.

Спроектированная вентиляция должна полностью удалять загрязнения или разбавлять их до предельно допустимой как по токсичности, так и пожаровзрывоопасности концентрации. Загрязненный воздух перед удалением в атмосферу должен быть очищен, поэтому необходимо принять существующий или разработать иной способ очистки воздуха и конструкцию очистного сооружения.

Очистка воздуха от вредных загрязнений осуществляется в двух случаях: при подаче в помещение наружного воздуха, если он загрязнен свыше установленной нормы (С_п > 0,3 ПДК); при отводе выбросов в атмосферу, когда они создают вокруг предприятия концентрации, превышающие допустимые уровни санитарных норм.

Обычно воздух загрязняется пылевыми, жидкими и газообразными вредностями, иногда бактериями и дурными запахами.

Очистку от пыли осуществляют с помощью пылеуловителей и фильтров. К фильтрам относят устройства, в которых отделение частиц пыли от воздуха производится путем фильтрации через пористые среды. Остальное обеспыливающее оборудование называют пылеуловителями.

По принципу действия пылеуловители и фильтры подразделяют на девять классов: гравитационные, инерционные, масляные, электрические, мокрые, пористые, матерчатые, акустические, комбинированные.

По назначению пылеулавливающее оборудование подразделяют на два вида: для очистки подаваемого в помещение наружного воздуха в системах вентиляции и кондиционирования: для очистки воздуха, выбрасываемого в атмосферу.

По степени очистки воздуха от пыли пылеулавливающее оборудование подразделяется на три группы: для грубой очистки воздуха с эффективностью пылезадержания Э_п = 40...70% (пылеосадочные камеры, циклоны больших размеров); для средней степени очистки воздуха при Э_п = 70...90% (циклоны, ротационные пылеуловители); для тонкой очистки воздуха при Э_п = 90...99,9 (ячейковые, рукавные, электрические, мокрые аппараты).

Для очистки приточного воздуха применяют ячейковые фильтры, представляющие собой металлический каркас, заполненный фильтрующим материалом. В качестве заполнителей используются стальные гофрированные сетки, винипластовые сетки и стекловолокнистый фильтрующий материал (рис. 12, а). Эффективность пылезадержания таких фильтров составляет 60...80%.

В случаях, когда к чистоте приточного воздуха предъявляются повышенные требования, его очищают фильтром каркасным с предварительным фильтром. При эффективности пылезадержания почти 100% эти фильтры (рис. 12, б) задерживают также ультратонкую пыль и микроорганизмы.

В рулонных фильтрах (рис. 12, в) применяются стекловолокнистые фильтрующие материалы, изготовленные в виде полотнищ длиной 15...20 м, перематываемых с верхней катушки на нижнюю и по мере загрязнения материала заменяемых на новые. Эффективность пылезадержания рулонных фильтров для пылевых частиц крупнее 10 мкм составляет 90%.

Для очистки запыленных выбросов в атмосферу применяются пылеуловители и фильтры, имеющие специфические особенности, поскольку содержащиеся в воздухе частицы пыли имеют широкий диапазон как по дисперсности (размер от долей до сотен микрон), так и по концентрации (до нескольких тысяч мг/м³).

Рис. 12. Фильтры: а – каркасный; б – каркасный с предварительным фильтром; в – рулонный; 1 – каркас; 2 – фильтрующий элемент; 3 – волоконный фильтр; 4 – фильтр из материала ФП; 5 – ролик; 6 – барабан.

Рис. 13. Пылеосадочные камеры: а – простая; б – лабиринтная.

Простейшими пылеуловителями являются пылеосадочные камеры (рис. 13), которые служат для грубой очистки воздуха. Здесь осаждение пыли происходит за счет сил тяжести. Поэтому улавливаются лишь частицы крупнее 40...50 мкм при эффективности пылезадержания всего 50...60%. Пылеосадочные камеры подразделяются на простые и лабиринтные.

Необходимая длина камеры L (м), обеспечивающая осаждение частиц пыли определенной крупности со скоростью витания v_в при скорости движения газов вдоль камеры v_г и высоте камеры Н, определяется из выражения

L = H∙v_г/v_в.

Циклоны являются более эффективными пылеулавливающими устройствами, в них для отделения частиц пыли от воздуха используется центробежная сила (рис. 14, а). Циклон состоит из цилиндрического корпуса с тангенциально расположенным к нему входным патрубком и нижней конической части с выходным патрубком, расположенным внутри корпуса соосно с ним.

Запыленный воздух входит в циклон и, приобретая вращательное движение, опускается вниз. При этом частицы пыли под действием инерционных сил отбрасываются к стенкам цилиндрического корпуса и, опускаясь по ним, проваливаются в бункер. Затем поток воздуха поднимается вверх и через выходной патрубок выходит из циклона.

На пылевые частицы действуют инерционные силы, определяемые из выражения

,

где m – масса частицы, кг; v – скорость движения воздуха, м/с; R – радиус поперечного сечения корпуса циклона, м.

Как следует из выражения, эффективность циклона повышается с возрастанием скорости воздушного потока и уменьшением поперечного сечения циклона. Однако увеличивать скорость воздушного потока можно лишь до 20 м/с, поскольку при этом образуется турбулентный поток, уменьшающий эффективность работы циклона.

Эффективность пылезадержания циклонов составляет 80...90%. При необходимости очистки больших объемов воздуха циклоны объединяют в группы или используют батарейные циклоны (рис. 14, б).

Рукавные фильтры очищают воздух от пыли путем его фильтрации через ткань, сшитую в виде отдельных рукавов, встраиваемых в герметичный корпус фильтра. Очищенный воздух отсасывается и удаляется в атмосферу. Рукава периодически освобождаются от осевшей на них пыли путем встряхивания с помощью специального механизма и обратной продувки. Рукава изготовляются из плотных тканей, обычно с начесом. Эффективность пылеулавливания рукавных фильтров составляет 95...99%.

Рис. 14. Циклоны-пылеуловители: а – одиночный: 1 – входной патрубок; 2 – центральная труба; 3 – коническая часть корпуса; 4 – пылесборник; б – батарейный: 1 – циклонные элементы; 2 – корпус.

При высоких концентрациях пыли перед рукавными фильтрами устанавливают циклоны, при малых концентрациях они могут служить единственной ступенью очистки.

Мокрые пылеуловители представляют собой широкий класс пылеочистното оборудования, включающий: циклон с водяной пленкой, пенные пылеуловители, скруббер (cкруббер (англ. scrubber тереть, скрести) – аппарат для очистки газа, основан на использовании очищающего действия жидкости при ее соприкосновении с газом) Вентури, барботажные аппараты, ротоциклоны, дезинтеграторы.

Электрофильтры широко применяются для очистки вентиляционных выбросов. В основу их работы положено явление ионизации газов, находящихся между двумя электродами. При прохождении загрязненного воздуха через разноименно заряженные электроды частицы пыли, получив от ионов электрический заряд, осаждаются на электродах.

Эффективность пылезадержания электрофильтров чрезвычайно высока – достигает 99,9%. При этом улавливаются мельчайшие (субмикронные) частицы при высоких концентрациях (до 50 г/м³) и температурах (до 450 °С).