Види та призначення вентиляційних систем

Вентиляція - процес повітрообміну у виробничих приміщеннях, який забезпечує нормовані значення параметрів мікроклімату та чистоту повітря. Системи вентиляції можна умовно класифікувати за такими основними ознаками:

- спосіб організації повітрообміну (природна, механічна а змішана (застосовується і природна, і механічна вентиляція));

- спосіб подачі та видалення повітря (припливна, витяжна та припливно-витяжна);

- призначення (загальнообмінна та місцева).

Природна вентиляція. При природній вентиляції повітрообмін здійснюється під дією природних сил - різниці густини теплого повітря всередині приміщення, більш холодного зовнішнього та сили вітру.

Природна вентиляція буває неорганізованою, якщо здійснюється через нещільності у зовнішніх огороджувальних конструкціях (інфільтрація), та організованою і регульованою (аерація).

Аерація застосовується у приміщеннях з невеликим аеродинамічним опором, які мають значні виділення теплоти і вимагають великих витрат припливного зовнішнього повітря без попередньої його обробки (котельні, хлібопекарні цехи, сушарні макаронних фабрик, варильні відділення пивзаводів, продуктові відділення цукрових заводів та інші.) а також коли не відбувається конденсація вологи із повітря на будівельних конструкціях та утворення туману. Здійснюється аерація за допомогою аераційних ліхтарів, спеціальних вентиляційних каналів, фрамуг та вікон.

Принцип дії аерації будівлі (приміщення) великого об'єму мри наявності джерел тепловиділення показано на рис. 9.1. Зовнішнє повітря надходить з низу приміщення через припливні прорізи (вікна або фрамуги), асимілює забруднювачі (надлишки тепла, вологи, шкідливі речовини), нагрівається, підіймається догори конвективними струминами і виходить і приміщення через витяжні прорізи аераційного ліхтаря. У приміщенні створюється спрямована циркуляція повітря. При спрямованій циркуляції виникає незначне розрідження, що сприяє підсмоктуванню зовнішнього холодного (більш важкого) повітря. В теплий період року, коли незначна різниця температур внутрішнього і зовнішнього повітря, відчиняється найбільша кількість фрамуг, при цьому свіже повітря надходить через нижній ряд прорізів на рівні 0,3...1,8 м від підлоги. У холодний період року, для запобігання охолодженню працівників,, надходження зовнішнього повітря регулюють в обмеженій кількості за допомогою верхнього ряду прорізів, який розташовують на рівні не нижче 4 м від підлоги.

розрідження 20...30 мм рт.ст

Рис. 9.1. Схема аерації цеху за допомогою ліхтаря із вітрозахисними щитами:

1 - джерела тепловиділення; 2 -вітрозахисні щити

Ефективність аерації забезпечується вітрозахисними щитами (сталь, азбестоцемент), які запобігають дії лобового вітру на потік вентильованого повітря.

Процес природного повітрообміну буде тим інтенсивнішим, чим більша різниця температур внутрішнього і зовнішнього повітря та вища швидкість вітру V. Вітер, незалежно від його напрямку, створює ще одну зону розрідження у просторі між щитами та стінками ліхтаря, яке сприяє вилученню забрудненого повітря.

У багатоповерхових будівлях та приміщеннях невеликих об’ємів замість ліхтарів використовують витяжні аераційні шахти (канали у стінах), які закінчуються зонтами для захисту від атмосферних опадів або дефлекторами.

Дефлектор (рис. 9.2) підсилює аерацію. Вітровий потік будь-якого напрямку при об^тіканні дефлектора створює навколо переважної його поверхні додаткове розрідження, що викликає тягу забрудненого повітря із витяжної труби. Ефективність дефлектора зростає із збільшенням швидкості вітру і висоти установки над дахом будівлі.

Перевагами природної системи вентиляції є простота конструктивного виконання та експлуатації, а також її економічність у зв'язку з відсутністю витрат енергії на переміщення великих об'ємів повітря. До недоліків природної вентиляції можна віднести залежність ефективності вентиляції від температури та швидкості зовнішнього повітря, неможливість очищення і регулювання параметрів (температура, відносна вологість) припливного та забрудненого повітря, що надходить, є атмосферу.

Рис 9.2 Дефлектор конструкції ЦАП:

1 - витяжна труба; 2 - протидощовий ковпак (зонт); 3 - конус, що запобігає зворотній тязі повітря у приміщення; 4 - зовнішня оболонка

Механічна вентиляція. Механічна вентиляція - комплекс вентиляторів і повітроводів, що забезпечує постійний повітрообмін у приміщенні незалежно від зовнішніх метеорологічних умов. У разі необхідності він включає пристрої для обробки повітря, яке надходить у приміщення (підігрівання, охолодження, зволоження чи осушення) та забрудненого повітря (очищення), яке викидається назовні.

При механічній вентиляції організований рух повітря виникає за рахунок різниці тисків (напорів), що створюється вентиляторами. Вона застосовується у вентиляційних системах із значними аеродинамічними опорами, які виникають у випадках складної обробки та розподілу повітря. Механічна вентиляція може бути припливною чи витяжною, а також припливно-витяжною.

Припливна система вентиляції (рис.9.3, а) забирає зовнішнє повітря вентилятором через фільтр для очищення від пилу, через калорифер для підігріву повітря чи через кондиціонер, яке потім подається у приміщення, де створюється надлишковий тиск. Забруднене повітря виходить назовні через двері, вікна, ліхтарі та щілини або в інші приміщення неочищеним. Припливні системи застосовуються для вентиляції приміщень, в яких не допускається попадання забрудненого повітря знадвору чи суміжних приміщень. Припливні системи вентиляції також компенсують повітря, що витягується місцевими відсмоктувачами та витрачається на технологічні потреби: вогневі процеси, компресорні установки, пневмотранспорт і ін.

Рис. 9.3. Схеми механічної вентиляції:

а) припливна; б) витяжна;

1 - пилоочисний фільтр; 2 - калорифер; 3 - вентилятор; 4 - магістральний повітровід, 5 - вентиляційні нагнітальні (забірні) насадки; 6 - очисник забрудненого повітря; 7 - припливна вентиляційна камера

Звичайно при промисловому монтажі вентиляційного обладнання пилоочисний фільтр, калорифер, вентилятор та розподільну систему повітроводів розміщують в окремому приміщенні - вентиляційній камері, яка будується із вогнетривких матеріалів (бетон, цегла, метал).

Витяжна система вентиляції (рис.9.3, б) через мережу повітроводів видаляє за допомогою вентилятора забруднене повітря, яке перед викидом в атмосферу очищається. При цьому в приміщенні створюється знижений тиск, внаслідок чого повітря підсмоктується знадвору через вікна, двері, нещільності конструкцій або із суміжних приміщень. Витяжні системи доцільно застосовувати:

у випадках, коли шкідливі виділення даного приміщення не повинні поширюватися на інші;

для приміщень із короткочасним перебуванням людей та при невеликих кількостях витяжного повітря.

Припливно-витяжна система вентиляції складається з двох окремих систем - припливної та витяжної, які одночасно подають у приміщення чисте повітря та витягують із нього забруднене. Припливно-витяжні системи є найбільш поширеними у промисловості, тому що вони більш повно задовольняють умовам створення нормованих параметрів повітря у робочій зоні виробничих приміщень.

Іноді для зменшення витрат теплоти у холодний період року або холоду при кондиціюванні повітря у теплий період року застосовуються системи із рециркуляцією відпрацьованого повітря (до зовнішнього повітря підмішується частина витяжного повітря).

Можливо улаштування також змішаної системи при одночасній дії механічної та природної вентиляції

Позитивними якостями механічної вентиляції є можливість обробки припливного та витяжного повітря (очищення, підігрівання, зволоження тощо); подачі та забирання повітря з будь-якого місця об’єму приміщення при регулюванні його витрати (повітрообміну). Недоліки цієї системи вентиляції - висока енергоємність, металоємність та значні експлуатаційні витрати.

Загальнообмінна вентиляція призначена для заміни забрудненого повітря на чисте в усьому об'ємі приміщення. Вона застосовується в тому випадку, коли шкідливі виділення надходять безпосередньо у повітря приміщення та коли робочі місця розташовуються по усьому приміщенню. Види загальнообмінної вентиляції: природна, механічна і змішана.

Місцева вентиляція. При значних об'ємах виробничих приміщень, невеликій кількості працюючих та наявності постійних робочих місць технічно обґрунтовано та економічно доцільно створювати необхідні метеорологічні умови та чистоту повітря безпосередньо на робочих місцях місцевими способами вентиляції - витяжною (локалізована) чи припливною (душування) та ін.

Система витяжної (локалізованої) вентиляції застосовується для уловлювання та витягування шкідливих виділень в місці утворення, що запобігає їх поширенню по усьому приміщенню від окремих машин, апаратів або окремих дільниць технологічного процесу.

Конструкції місцевих відсмоктувачів можуть бути повністю закритими, напіввідкритими чи відкритими. Найбільш ефективними є закриті відсмоктувачі. До них належать кожухи та камери з відсмоктувачами, які герметично чи щільно закривають обладнання. Різновидом місцевої витяжної вентиляції є аспірація, яка служить для видалення шкідливих речовин з місця їх утворення шляхом відсмоктування забрудненого повітря від герметизованого обладнання (рис.9.4, а).

Рис. 9.4. Основні конструкції місцевої витяжної вентиляції:

а - кожух-відсмоктувач від заточного верстата, б - зонт над варильним котлом, в - бортовий відсмоктувач, г - панель рівномірного відсмоктування.

Якщо з технічних причин такі конструкції застосувати неможливо, то використовуються напіввідкриті та відкриті відсмоктувачі: бортові відсмоктувачі, витяжні зонти і панелі, а також інші пристрої.

Наприклад, над обладнанням з вертикальними потоками нагрітого забрудненого повітря установлюють зонти, при наявності горизонтальних потоків повітря - бортові відсмоктувачі (рис. 9.4, б, в). Кут розкриття зонта - не більше 60°. Допускається збільшувати його до 90°. Для витягування газів, парів та пилу від відкритих джерел забруднення на підприємствах установлюють також відсмоктуючі панелі (рис.9.4, г).

Зараз розроблені конструкції переносних відсмоктувачів для технологічних процесів, в яких джерело забруднення може змінювати своє місце розташування (наприклад, зварювання великогабаритних деталей).

Місцева припливна вентиляція покращує мікроклімат в обмеженій зоні приміщення. До неї належать: повітряні душі, оазиси, завіси.

Повітряне душування - подача холоднуватого припливного повітря у вигляді струменя, який спрямований на робоче місце (рис.9.5).

Рис. 9.5 Повітряний душ

Повітряне душування використовують за таких.умов:

а) коли на робітника діє промениста теплота з інтенсивністю 350 Вт/м² і більше (стаціонарні печі, дезодоратори, екстрактори тощо);

б) при відкритих технологічних процесах з виділенням у робоче середовище шкідливих газів, парів;

в) у випадках, коли неможливо чи недоцільно застосування загальнообмінної вентиляції для цієї мети, а також коли місцева витяжна та загальнообмінна вентиляції не забезпечують на робочому місці необхідні параметри повітряного середовища.

Повітря для душування у невеликих об'ємах подається із окремих установок, незалежних від систем припливної вентиляції. Температура та швидкість повітря визначаються інтенсивністю теплового випромінювання, важкістю виконуваних робіт та періодом року і знаходяться у межах 16…21^оС та 0,5...З м/с.

Припливна механічна вентиляція застосовується для влаштування не тільки повітряного душування, а й так званих «повітряних оазисів», коли холодним повітрям «затоплюються» окремі зони цеху У цьому випадку подається значна кількість повітря з малими швидкостями, щоб воно менше перемішувалось із нагрітим повітрям.

Для захисту робітників від зовнішнього холодного повітря, що надходить у приміщення через відкриті прорізи (ворота, двері та ін.), влаштовують повітряні теплові завіси.

Повітряні теплові завіси проектують в опалювальних промислових будівлях і приміщеннях (наприклад, експедиції та склади готової продукції харчових підприємств) в таких випадках: коли за умовами експлуатації транспортні прорізи та двері протягом тривалого часу бувають відкритими, при наявності приміщень з кондиціюванням повітря або із значними вологовиділеннями, а також при розташуванні постійних робочих місць поблизу від зовнішніх дверей.

Існує декілька схем повітряних завіс. Для широких транспортних прорізів звичайно влаштовують завіси з нижньою подачею підігрітого очищеного повітря під тиском. У вхідних дверей, як правило, влаштовують повітряні завіси з бічною подачею повітря (рис.9.6).

Рис. 9.6. Схема влаштування повітрянотеплової завіси з бічною подачею повітря

Повітряні завіси влаштовують також між цехами або окремими відділеннями для запобігання надходженню забрудненого повітря через технологічні прорізи у будівельних конструкціях. Для цього транспортуюче обладнання, яке передає напівфабрикат або готову продукцію із одного цеху в інший, замикають у кожух, куди під тиском подається повітря назустріч зовнішньому чи забрудненому повітрю.

Повітряні охолоджувальні завіси встановлюють над завантажувальними отворами хлібопекарних, кондитерських печей та подібного обладнання. Конструкція їх аналогічна конструкції повітрянотеплових завіс. На відміну від останніх повітря до охолоджувальних завіс подається не підігрітим. В окремих випадках для цієї мети застосовують охолоджувальні екрани, що являють собою плоскі коробки, всередині яких циркулює холодна вода.

Комбінована система вентиляції є поєднання елементів місцевої та загальнообмінної вентиляції. Локалізована система забирає шкідливі речовини із кожухів та укриття машин. Проте частина шкідливих речовин через нещільності укриття надходить у приміщення та витягується загальнообмінною вентиляцією.

Кондиціювання повітря. Найбільш досконалою системою механічної вентиляції є кондиціювання повітря, яке застосовується для штучного створення оптимальних параметрів мікроклімату у виробничих приміщеннях або на робочих місцях. Необхідність наявності оптимальних параметрів мікроклімату (температури, відносної вологості та швидкості руху повітря) обумовлено санітарно-гігієнічними або технологічними вимогами виробництва. Створення та підтримання постійних чи змінюваних за заданою програмою визначених параметрів повітряного середовища проводиться автоматично незалежно від зміни зовнішніх метеорологічних умов та всередині приміщення (при частковій рециркуляції повітря) і здійснюється в спеціальних установках - кондиціонерах.

Система кондиціювання повітря включає комплекс пристроїв для обробки повітря, його переміщення та розподілу по окремих приміщеннях і робочих місцях. Основним елементом цієї системи є кондиціонер.

Розрізняють центральні кондиціонери значної продуктивності (до 250 тис.м³/год) для обслуговування великих за розміром приміщень чи кількох окремих кімнат та місцеві - меншої продуктивності для обслуговування окремих невеликих приміщень. При цьому центральні кондиціонери розміщують поза приміщеннями, а місцеві - безпосередньо у приміщенні.

Кондиціонери бувають повного та неповного кондиціювання повітря. Установки повного кондиціювання повітря забезпечують не тільки оптимальні параметри мікроклімату, але і чистоту повітря. Крім цього, у ряді випадків повітря проходить додаткову обробку: іонізацію, дезодорацію, озонування тощо. Установки неповного кондиціювання підтримують тільки частину наведених параметрів.

Рис. 9.7. Принципова схема центрального кондиціонера з частковою рециркуляцією повітря:

I - камера змішування повітря; II - камера зрошення; III - камера підігріву; 1, 4- регулювальні клапани; 2 - повітряний фільтр; 3 - калорифери першого ступеня підігріву; 5 - форсунки; 6 - краплеуловлювачі; 7 - калорифер другого ступеня підігріву; 8 - вентилятор

Кондиціонер (рис.9.7) складається з трьох основних камер: змішування, промивки та підігріву повітря. В камері! зовнішнє повітря змішується з рециркуляційним, що надходить із приміщення у певних співвідношеннях, а в холодний період року підігрівається калориферами першого ступеня, В камері зрошення II повітря очищується, зволожується та охолоджується в теплий період року водою, що розпиляється форсунками. Охолодження повітря здійснюється частково подачею в камеру II артезіанської води, а головним чином - після спеціальних холодильних машин. В камері IIІ очищене повітря підігрівається, його відносна вологість знижується до заданої, після чого повітря вентилятором подається у виробниче приміщення.

Кондиціювання повітря має істотне значення не тільки для створення оптимальних (комфортних) умов праці, але й у багатьох технологічних процесах, де не допускається коливання температури та вологості повітря (відділення виготовлення тортів, тістечок га шоколаду кондитерських фабрик; камери сушіння сирокопчених ковбас м'ясокомбінатів та камери дозрівання твердих сирів сирзаводів; бродильні відділення, експедиція розливу; склади готової продукції пивзаводів та заводів шампанських вин; пункти управління виробничими процесами за допомогою ПЕОМ тощо).

Незважаючи на явні переваги кондиціювання повітря перед іншими системами вентиляції, слід враховувати значні матеріальні витрати при його застосуванні.

Аварійна вентиляція. У деяких виробничих приміщеннях можливе раптове надходження в повітря великої кількості шкідливих або вибухонебезпечних парів і газів (наприклад, парів бензину в маслоекстракційних цехах чи аміаку в приміщеннях аміачних компресорних).

Для швидкої заміни повітря у приміщенні на випадок аварії передбачають систему аварійної вентиляції, яка повинна вмикатися автоматично при досягненні допустимої концентраційної межі шкідливих або небезпечних виділень. Звичайно її влаштовують витяжною за допомогою осьових вентиляторів.

Продуктивність аварійної вентиляції визначається в технологічній частині проекту. При відсутності цих даних належить передбачати продуктивність аварійної вентиляції, щоб вона разом з основною вентиляцією забезпечила у приміщенні 8...12 повітрообмінів за годину.

У приміщеннях насосних і компресорних станцій виробничих категорій А, Б (вибухопожежонебезпечні) та Е (вибухонебезпечні) аварійна вентиляція повинна забезпечити 8...12 - кратний повітрообмін за годину у доповненні до повітрообміну, що створюється системами основної вентиляції