10.1.3. Вентиляция и кондиционирование

Отметим, что изоляция человека от внешней среды в помещениях имеет свои отрицательные стороны. Жизнедея­тельность человека связана с непрерывным поглощением атмосферного кислорода и выделением около 20 л в час угле­кислого газа (в состоянии покоя), что ведет к изменению состава воздуха в помещении. Повышение концентрации углекислого газа в воздухе свыше 0,1% по объему негативно сказывается на самочувствии человека, а при концентрации С0₂, равной 6%, наступает смерть человека. Поэтому необхо­дима непрерывная вентиляция помещений с подачей не менее 37,7 м³/ч свежего воздуха на каждого человека, находящегося в помещении. В жилых помещениях загрязненный углекис­лым газом теплый воздух собирается в верхней части помеще­ния и удаляется оттуда с помощью естественной вентиляции через специальные вентиляционные отверстия. Поэтому высота стандартных жилых помещений, равная 2,75—2,95 м, складывается из трех составляющих: роста человека (1,7 м), слоя загрязненного воздуха над головой человека (0,75 м) и разделительной защитной прослойки 0,3—0,5 м.

Эффективным средством обеспечения комфортных или допустимых параметров надлежащего состава воздуха в поме­щениях является вентиляция.

Вентиляцией называется организованный регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения воз­духа и подачу на его место свежего. По способу перемещения различают системы естественной и механической вентиля­ции.

Система вентиляции, перемещение воздушных масс в которой осуществляется за счет разности давлений сна­ружи и внутри здания, называется естественной вентиля­цией. Разность давлений обусловлена разностью плотностей наружного и внутреннего воздуха и ветровым напором, дей­ствующим на здание.

Неорганизованная естественная вентиляция — инфильтра­ция, или естественное проветривание, — осуществляется сме­ной воздуха в помещениях через неплотности в ограждениях и элементах строительных конструкций благодаря разности давлений снаружи и внутри помещения. Такой воздухообмен зависит от случайных факторов — силы и направления ветра, температуры воздуха внутри и снаружи здания, вида ограж­дений и качества строительных работ. Инфильтрация для жилых зданий может достигать 0,5—0,75, а для промышлен­ных предприятий до 1 — 1,5 объема помещения в час.

Для постоянного воздухообмена, требуемого по условиям поддержания чистоты воздуха в помещении, необходима организованная естественная вентиляция. Она может быть вытяжной без организованного притока воздуха и приточно-вытяжной с организованным притоком воздуха. Естественная вытяжная вентиляция без организованного притока воздуха широко применяется в жилых и административных зданиях.

Для увеличения располагаемого давления в системах есте­ственной вентиляции на устье вытяжных шахт устанавливают насадки - дефлекторы (рис. 10.1). Усиления тяги происхо­дит благодаря разряжению, возникающему при обтекании дефлектора.

Рис. 10.1. Принципиальная схема дефлектора ЦАГИ:

1 - патрубок; 2 - диффузор; 3 - цилиндрическая обечайка;

4 — зонт

Аэрацией называется организованная естественная обще­обменная вентиляция помещений в результате поступле­ния и удаления воздуха через открывающиеся фрамуги окон и фонарей. Воздухообмен в помещении регулируют различ­ной степенью открывания фрамуг (в зависимости от темпе­ратуры наружного воздуха, скорости и направления ветра). Как способ вентиляции аэрация (рис. 10.2) нашла широкое применение в промышленных зданиях, характеризующихся технологическими процессами с большими тепловыделениями (прокатных цехах, литейных, кузнечных). Поступление наружного воздуха в цех в холодный период года организуют так, чтобы холодный воздух не попадал в рабочую зону. Для этого наружный воздух подают в помещение через проемы, расположенные не ниже 4,5 м от пола.

Рис. 10.2. Схема аэрации промышленного здания

Воздухообмен, создаваемый в помещении вентиляцион­ными устройствами, сопровождается циркуляцией воздушных масс, в несколько раз больших объема подаваемого или уда­ляемого воздуха. Возникающая циркуляция является основ­ной причиной распространения и перемешивания вредных выделений и создания в помещении разных по концентрации и температуре воздушных зон. Так, приточная струя, входя в помещение, вовлекает в движение окружающие массы воз духа, в результате чего масса струи в направлении движения будет возрастать, а скорость падать. При истечении из круг­лого отверстия на расстоянии 15 диаметров от устья скорость струи составит 20% первоначальной скорости.

При организации воздухообмена в помещениях необхо­димо учитывать физические свойства выделяемых в нем паров и газов и в первую очередь их плотность. Если плотность газов ниже плотности воздуха, то удаление загрязненного воздуха происходит в верхней зоне, а подача свежего — непосредст­венно в рабочую зону. При выделении газов с плотностью, большей плотности воздуха, из нижней части помещения удаляется 60—70%, а из верхней части — 30—40% загрязнен­ного воздуха. В помещениях со значительными выделениями влаги вытяжка влажного воздуха осуществляется из верхней зоны, а подача свежего — в количестве 60% в рабочую зону и 40% в верхнюю зону.

По способу подачи и удаления воздуха различают четыре схемы общеобменной вентиляции: приточная, вытяжная, приточно-вытяжная и системы с рециркуляцией. По приточной системе воздух подается в помещение после подготовки его в приточной камере. В помещении при этом создается избы­точное давление, за счет которого воздух уходит наружу через окна, двери или в другие помещения. Приточную систему применяют для вентиляции помещений, в которые нежела­тельно попадание загрязненного воздуха из соседних поме­щений или холодного воздуха извне.

Вытяжная система предназначена для удаления воздуха из помещения. При этом в нем создается пониженное дав­ление и воздух соседних помещений или наружный воздух поступает в данное помещение. Вытяжную систему целесо­образно применять в том случае, если вредные выделения данного помещения не должны распространяться на сосед­ние, например, для вредных цехов, химических и биологи­ческих лабораторий.

Приточно-вытяжная вентиляция — наиболее распростра­ненная система, при которой воздух подается в помещение приточной системой, а удаляется вытяжной; системы рабо­тают одновременно.

В отдельных случаях для сокращения эксплуатацион­ных расходов на нагревание воздуха применяют системы вентиляции с частичной рециркуляцией. В них к поступа­ющему снаружи воздуху подмешивают воздух, отсасываемый из помещения вытяжной системой. Количество свежего и вторичного воздуха регулируют клапанами. Свежая пор­ция воздуха в таких системах обычно составляет 20—10% 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 не допускается и в том случае, если в воздухе помещений содержатся болезнетворные бактерии, вирусы или имеются резко выраженные неприятные запахи.

Расчет потребного воздухообмена при общеобменной вентиляции производят исходя из условий производства и наличия избыточной теплоты, влаги и вредных веществ. Для качественной оценки эффективности воздухообмена при­меняют понятие кратности воздухообмена k_B — отношение объема воздуха, поступающего в помещение в единицу вре­мени L (м³/ч), к объему вентилируемого помещения V(м³). При правильно организованной вентиляции кратность воз­духообмена должна быть значительно больше единицы.

При нормальном микроклимате и отсутствии вредных выделений количество воздуха при общеобменной вентиля­ции принимают в зависимости от объема помещения, при­ходящегося на одного работающего. Отсутствие вредных выделений — это такое их количество в технологическом обо­рудовании, при одновременном выделении которых в воз­духе помещения концентрация вредных веществ не превысит предельно допустимую. В производственных помещениях с объемом воздуха на каждого работающего < 20 м³ рас­ход воздуха на одного работающего должен быть не менее 30 м³/ч. В помещении с V_ni = 20÷40 м³ 20 м³/ч. В поме­щениях с V_ni > 40 м³ и при наличии естественной вентиля­ции воздухообмен не рассчитывают. В случае отсутствия естественной вентиляции (герметичные кабины) расход воз­духа на одного работающего должен составлять не менее 60 м³/ч.

Необходимый воздухообмен для всего производственного помещения в целом

L = п ,

где п — количество работающих в помещении.

Механической вентиляцией называется система возду­хообмена в помещении, обусловленная применением спе­циальных побудителей движения воздуха. Механическая вентиляция по сравнению с естественной имеет ряд преиму­ществ: большой радиус действия вследствие значительного давления, создаваемого вентилятором; возможность изме­нять или сохранять необходимый воздухообмен независимо от температуры нужного воздуха и скорости ветра; подвер­гать вводимый в помещение воздух предварительной очи­стке, осушке или увлажнению, подогреву или охлаждению; организовывать оптимальное воздухораспределение с пода­чей воздуха непосредственно к рабочим местам; улавливать вредные выделения непосредственно в местах их образования и предотвращать их распространение по всему объему поме­щения, а также возможность очищать загрязненный воздух перед выбросом его в атмосферу. К недостаткам механиче­ской вентиляции следует отнести значительную стоимость ее сооружения и эксплуатации, необходимость проведения мероприятий по борьбе с шумом.

Системы механической вентиляции подразделяются на общеобменные, местные, смешанные, аварийные и сис­темы кондиционирования.

Общеобменная вентиляция предназначена для вывода избыточной теплоты, влаги и вредных веществ из всего объ­ема помещения. Она применяется в том случае, если вредные выделения поступают непосредственно в воздух помещения, рабочие места не фиксированы, а располагаются по всему помещению. Обычно объем приточного воздуха L_пр, пода­ваемого в помещение при общеобменной вентиляции, равен объему воздуха L_B, удаляемого из помещения. Однако в ряде случаев возникает необходимость нарушить это равенство. Так, в особо чистых цехах электровакуумного производства, для которых большое значение имеет отсутствие пыли, объем притока воздуха делается больше объема вытяжки, за счет чего создается некоторый избыток давления в производственном помещении, что исключает попадание пыли из соседних поме­щений. В общем случае разница между объемами приточного и вытяжного воздуха не должна превышать 10—15%.

Существенное влияние на параметры воздушной среды в помещениях оказывают правильная организация и устрой­ство приточных и вытяжных систем.

Для создания оптимальных метеорологических усло­вий в производственных помещениях применяют наиболее совершенный вид промышленной вентиляции — кондицио­нирование воздуха. Кондиционированием воздуха называ­ется его автоматическая обработка с целью поддержания в производственных помещениях заранее заданных метео­рологических условий независимо от изменения наружных условий и режимов внутри помещения. При кондициони­ровании автоматически регулируется температура воздуха, его относительная влажность и скорость подачи в помеще­ние в зависимости от времени года, наружных метеороло­гических условий и характера технологического процесса в помещении. Такие строго определенные параметры воз­духа создаются в специальных установках, называемых кон­диционерами (рис. 10.3).

Рис. 10.3. Схема кондиционера:

1 — заборный воздуховод; 2 — фильтр; 3 — соединительный воздуховод;

4 — калорифер; 5 — форсунки увлажнителя воздуха; 6 — каплеуловитель;

7 — калорифер второй ступени; 8 — вентилятор; 9 — отводной воздуховод

В последние годы для регулирования температуры воздуха в жилых и общественных помещениях широко применяют так называемые сплит-системы. Эти кондиционеры более про­сты по своему устройству, так как регулируют только один параметр микроклимата в помещении — температуру воздуха. Регулирование температуры воздуха осуществляется за счет его постоянной циркуляции через теплообменник, охлаждаю­щий воздух летом и подогревающий его в холодный период года. Поступление свежего воздуха в помещении осуществляется либо за счет обычного проветривания помещений, либо за счет естественной инфильтрации.

Для защиты помещений от попадания в него холодного воз­духа применяют воздушные завесы (рис. 10.4). Они предназна­чены для защиты от прорыва холодного воздуха в помещение через проемы здания (ворота, двери и т.п.). Воздушная завеса представляет собой воздушную струю, направленную под углом навстречу холодному потоку воздуха. Она выполняет роль воздушного шибера, уменьшая прорыв холодного воз­духа через проемы. Воздушные завесы необходимо устанав­ливать у проемов отапливаемых помещений, открывающихся не реже чем один раз в час либо на 40 мин единовременно при температуре наружного воздуха -15 °С и ниже.

Рис. 10.4. Схемы воздушных завес:

а - с нижней подачей; б — односторонних; в - двусторонних

Применяют завесы с нижней подачей воздуха и с двухсто­ронним боковым направлением струй.

Количество и температуру воздуха для завесы определяют рас­четным путем, причем температура нагрева воздуха для воздуш­ных ворот принимается не более 70 °С, для дверей - не более 50 °С.