Одним из основных средств защиты от вредного воздействия пыли, газов, тепловыделений и влаговыделений является вентиляция. Вентиляция - это комплекс взаимосвязанных устройств и процессов, предназначенных для создания организованного воздухообмена, заключающегося в удалении из производственного помещения загрязненного или перегретого (охлажденного) воздуха с подачей вместо него чистого и охлажденного (нагретого) воздуха, что позволяет создать в рабочей зоне благоприятные условия воздушной среды. Количество воздуха, необходимое для обеспечения требуемых параметров воздушной среды в рабочей зоне, определяется для помещений с газовыделениями по количеству выделяющихся вредностей с таким расчетом, чтобы обеспечить предельно допустимые концентрации; для помещений с тепловыделениями - по избыткам явного тепла; для помещений с тепло- и влаговыделениями - по избыткам явного тепла, влаги и скрытого тепла. Под вентиляционной системой понимают совокупность различных по своему назначению вентиляционных установок, способных обслуживать отдельное помещение или корпус. Все многообразие используемых в промышленности вентиляционных систем можно представить в виде структурной схемы, показанной на рис. 7.1. Р и с. 7.1. Классификация типов вентиляции В зависимости от способа перемещения воздуха в рабочих помещениях вентиляция делится на искусственную (механическую), естественную и комбинированную. Достоинством естественной вентиляции является простота устройства, а следовательно, и дешевизна, недостатком – влияние на ее эффективность природных и других факторов. При искусственной вентиляции воздух перемещается механическими устройствами (вентиляторами, эжекторами и др.). При естественной вентиляции воздухообмен осуществляется двумя способами: неорганизованно - посредством проветривания и инфильтрации воздуха через оконные, дверные проемы и щели в них; организованно - посредством аэрации и с помощью дефлекторов. В настоящее время наибольшее распространение получил дефлектор ЦАГИ (рис. 7.2). Он состоит из диффузора 1, верхнюю часть которого охватывает цилиндрическая обечайка 2. Колпак 3 служит для защиты от попадания атмосферных осадков в патрубок 5, а конус 4 – для предохранения от задувания ветром внутрь дефлектора. Ветер, обдувая обечайку дефлектора, создает на большей части его окружности разрежение, вследствие чего воздух из помещения движется по воздуховоду и патрубку 5 и затем выходит наружу через две кольцевые щели между обечайкой 2 и краями колпака 3 и конуса 4. Эффективность работы дефлекторов зависит главным образом от скорости ветра, а также высоты установки их над коньком крыши. Р и с. 7.2. Дефлектор ЦАГИ Естественный неорганизованный воздухообмен в помещении обусловлен действием двух изменяющихся факторов: теплового движения воздуха и ветрового давления. Тепловое давление создается разностью весов столбов воздуха вне и внутри помещения. Таким образом, возникает перепад давлений, вызывающий воздухообмен. Ветровое давление обусловлено действием ветра, благодаря которому на наветренных поверхностях здания возникает избыточное давление, а на заветренных сторонах - разряжение. Возникающий перепад давлений обусловливает вход воздуха с наветренной стороны здания и выход его через отверстия на противоположной заветренной стороне. Аэрацией называется организованный естественный воздухообмен, осуществляемый в заранее рассчитанных объемах и регулируемый в соответствии с внешними метеорологическими условиями. По характеру охвата помещения вентиляционные системы могут быть общеобменными, локальными (местными) и комбинированными. При общеобменной вентиляции смена воздуха происходит по всему объему помещения. Такой вид вентиляции применяется при удалении избыточных тепло- и влаговыделений. Он может осуществляться естественным образом с помощью аэрации и механически. Назначение местной вентиляции - локализация вредных выделений в местах образования и удаление их из помещения. Она может осуществляться механическим путем с помощью вентиляторов и естественным образом с помощью дефлекторов. При комбинированной системе одновременно с общим воздухообменом локализуются также и отдельные наиболее интенсивные источники выделений. Локальная вентиляция может быть приточной или вытяжной. Приточную вентиляцию предусматривают с целью подачи чистого воздуха в рабочую зону для создания микроклимата на отдельных местах (воздушные души, завесы и оазисы). Воздушный душ представляет собой поток воздуха, направленный на человека. Воздушная завеса позволяет предотвратить проникновение в производственное здание через ворота холодного воздуха в зимнее время. Воздушные оазисы улучшают метеоусловия на ограниченной площади помещения, которая для этого отделяется со всех сторон легкими предварительными перегородками и затапливается воздухом более холодным и чистым, чем воздух помещения. Вытяжную вентиляцию устраивают в местах образования вредных выделений в виде шкафов, зонтов, отсосов от различного оборудования, пылесосов, пылестружкоприемников, эжекционных установок, индивидуальных отсасывающих агрегатов и т.д. Аспирация - это способ предотвращения вредных выделений в помещении за счет создания разрежения в аппарате и отсасывания их по воздуховодам. Эжекционные установки применяют в тех случаях, когда необходимо удалить очень агрессивную среду, пыль, способную к взрыву не только от удара, но и от трения, или легко воспламеняющиеся и взрывоопасные газы (ацетилен, эфир и т.д.). Р и с. 7.3. Схема работы эжектора Принцип действия эжектора заключается в следующем (рис. 7.3). Воздух, нагнетаемый расположенным вне вентилируемого помещения компрессором или вентилятором высокого давления, подводится по трубе 1 к соплу 2 и, выходя из него с большой скоростью, создает за счет эжекции разрежение в камере 3, куда подсасывается воздух из помещения. В конфузоре 4 и горловине 5 происходит перемещение эжектируемого (из помещения) и эжектирующего воздуха. Диффузор 6 служит для преобразования динамического давления в статическое. Недостатком эжектора является низкий КПД, не превышающий 0,25. Общеобменная механическая вентиляция бывает приточной, вытяжной, приточно-вытяжной и может осуществляться с помощью кондиционеров. При приточной общеобменной вентиляции свежий воздух забирается из мест вне здания и распределяется по всему объему помещения. Загрязненный воздух вытесняется свежим через двери, окна, фонари и щели строительных конструкций. Приточная вентиляция применяется при наличии тепловыделений и отсутствии газовыделений. Вытяжная общеобменная вентиляция позволяет удалять загрязненный и перегретый воздух из всего объема помещения. Чистый воздух для замещения удаленного подсасывается извне через двери, окна, щели строительных конструкций (инфильтрация). Приточно-вытяжная общеобменная механическая вентиляция состоит из двух отдельных установок. Через одну подается чистый воздух, через другую удаляется загрязненный. Кондиционер - это вентиляционная установка, которая с помощью приборов автоматического регулирования поддерживает в помещении заданные параметры воздушной среды. Кондиционеры бывают двух видов: установки полного кондиционирования воздуха, обеспечивающие постоянство температуры, относительной влажности, скорости движения и чистоты воздуха, и установки неполного кондиционирования, обеспечивающие постоянство только части этих параметров или одного параметра, чаще всего температуры. В зависимости от способа холодоснабжения кондиционеры подразделяются на автономные и неавтономные. В автономных кондиционерах холод вырабатывается собственными встроенными холодильными агрегатами. Неавтономные кондиционеры снабжаются холодоносителями централизованно. По способу приготовления и раздачи воздуха кондиционеры подразделяются на центральные и местные. Конструкция центральных кондиционеров предусматривает приготовление воздуха вне обслуживаемых помещений и его раздачу по системе воздуховодов. В местных же кондиционерах приготовление воздуха происходит непосредственно в обслуживаемых помещениях, воздух раздается сосредоточенно, без воздуховодов. Тип вентиляционного устройства выбирается в зависимости от характера выполняемых работ и количества выделяемых вредностей (тепловыделений, влаговыделений, газовыделений). В последние годы развиваются сравнительно новые способы вентиляции: прямоточная, зональная (прямоточная и вихревая); удаление воздуха из верхней зоны крышными вентиляторами; посредством подачи воздуха закрученными струями; локальная общеобменная. В помещениях небольшого объема (лаборатории, окрасочные камеры и т.п.) с большим количеством выделяющихся газов или в помещениях, где имеются местные отсосы от оборудования, использование обычных способов вентиляции приводит к образованию циркуляционных зон и повышенных скоростей воздуха в зоне пребывания человека. В таких случаях целесообразно применение так называемой прямоточной вентиляции с направленным движением воздуха по схеме «сверху-вниз» или горизонтально при расположении работающего непосредственно в зоне движения воздуха. В одном случае гигиенический эффект может достигаться отклонением вредных газов от зоны дыхания рабочих вниз или в сторону (при организации воздухообмена в окрасочных камерах), в другом - устранением возможности попадания вредностей из открытых проемов местных отсосов в зону дыхания (лаборатории с вытяжными шкафами). Таблица 7.1. Минимальное количество наружного воздуха, подаваемого в помещения системами вентиляции и кондиционирования воздуха Объем помещения (участка, зоны), приходящийся на 1 чел., м3 Количество наружного воздуха на 1 чел. при естественном проветривании, м3/ч Кратность воздухообмена при невозможности естественного проветривания для любого объема помещения Примечание Менее 30 30 20 и более 20 60, но не менее однократного обмена в час При системах, подающих только наружный воздух, и при системах, работающих с рециркуляцией, если последние обеспечивают воздухообмен кратностью 10 и более в час Зональная вентиляция рассматривается как местное затопление небольшого пространства рабочего помещения, что является своего рода модернизацией широко распространенного способа душирования рабочих мест. Требованиям зональной вентиляции наилучшим образом соответствует организация воздухообмена с использованием вихревого эффекта. Принцип вихревого воздухораспределения состоит в образовании циркуляционной зоны, создаваемой на рабочем участке струйной подачей воздуха по периметру выделенного контура с удалением воздуха из центра вихря. Такой принцип подачи - удаления воздуха обеспечивает создание устойчивого вихревого жгута, в котором свежий воздух распределяется по периферии. Вихревая система универсальна и может быть применена для вентиляции рабочих мест при различных технологических процессах на объектах разной планировки. Организация направленного движения воздуха в помещениях, не имеющих больших тепловыделений, но процессы в которых сопровождаются рассеянными газовыделениями, вызывает затруднения. В этих случаях может быть элективной распределенная подача воздуха в рабочую зону в сочетании с механическим удалением загрязненного воздуха через проемы в покрытии посредством крышных вентиляторов, правильная расстановка и мощности которых могут дать требуемый гигиенический эффект. Такая вентиляция может оказаться более экономичной по сравнению с установкой аэрационных фонарей. Устраняются проблемы чисто строительного характера: появляется возможность использовать легкие кровли, значительно упрощается освещение рабочих мест. Кроме того, крышные вентиляторы можно использовать в любых климатических условиях. При периодической работе газовыделяющего оборудования с учетом коэффициента одновременности работы целесообразно применять так называемую локальную общеобменную вентиляцию. Под локальной вентиляцией в данном случае понимают одновременное действие приточной и вытяжной вентиляций, режим работы которых позволяет подать и удалить воздух из зоны расположения действующего в данный момент технологического оборудования. Организация воздухообмена является узловым вопросом вентиляции производственных помещений, характер решения которого определяет эффективность и экономичность вентиляции, что особенно важно в помещениях с выделением токсичных газов. В этом случае выбор рациональной схемы воздухообмена представляет задачу, осложненную многочисленными факторами. Основные из них следующие: зависимость характера распространения газов в объеме помещения от циркуляции воздуха, возникающей при взаимодействии приточных струй и конвективных потоков; недостаточно совершенное в отношении герметичности технологическое оборудование, для которого характерны постоянные, а также периодические (заранее не учитываемые) газовыделения; постоянная интенсификация производственных процессов и работы отдельных агрегатов, а также внедрение технологических процессов, связанных с использованием новых токсичных веществ и ростом валового количества поступающих в помещения вредностей; тенденция в современной промышленности к созданию крупных промышленных узлов, включающих разнообразные производства, а также к строительству многоэтажных и многопролетных цехов больших объемов, требующих специальных санитарных мероприятий во избежание ухудшения состояния воздушной среды; объемно-планировочные решения и высокая плотность расстановки оборудования, оптимальная для технологических процессов, но затрудняющая создание рационального воздухообмена. Отопление служит для создания нормальных метеорологических условий в помещениях в холодное время года. К отоплению помещений предъявляются следующие требования. Санитарно-гигиенические. Системы отопления должны поддерживать внутри помещения заданную температуру воздуха, равномерную по объему рабочей зоны помещения. Температуры внутренних поверхностей наружных ограждений и нагревательных приборов должны находиться в пределах нормы. Экономические. Системы отопления должны обеспечить минимум приведенных затрат по сооружению и эксплуатации. Показателями экономичности являются также расход металла, затраты труда на изготовление и монтаж. Экономичность системы определяется технико-экономическим анализом вариантов различных систем и применяемого оборудования. Строительные. Системы отопления должны соответствовать архитектурно-планировочному решению помещений. Размещение отопительных элементов должно быть увязано со строительными конструкциями. Монтажные. Элементы систем отопления должны изготовляться преимущественно в заводских условиях, детали и узлы унифицированы, затраты ручного труда минимальны. Эксплуатационные. Система отопления должна быть надежной в поддержании заданных температур воздуха. Надежность системы обусловливается ее долговечностью, безотказностью, простотой регулировки управления и ремонта. Система должна быть безопасной и бесшумной в работе, должна обеспечивать наименьшее загрязнение вредными выделениями помещений и атмосферного воздуха. Различают местные и центральные системы отопления. К местным системам относятся системы, в которых все элементы объединены в одном устройстве и которые предназначены для обогрева одного помещения. К местным системам относятся печное отопление, газовое (при сжигании топлива в местном теплообменнике) и электрическое. Центральные системы обогревают ряд помещений из одного центра (котельная, ТЭЦ), в котором вырабатывается теплота, передаваемая теплоносителем к нагревательным приборам отапливаемых помещений. По виду теплоносителя системы отопления делятся на системы водяного, газового, парового, воздушного и электрического отопления. В водяных и паровых системах теплоноситель - вода или пар - нагревается в генераторе теплоты и передается по трубопроводам к нагревательным приборам. В воздушных системах нагретый воздух поступает непосредственно в помещение из распределительных каналов или от отопительных агрегатов, расположенных в самом отапливаемом помещении. По способу перемещения теплоносителя центральные системы отопления подразделяются на системы с естественной циркуляцией и системы с механическим побуждением. Выбор системы отопления производится на основании технико-экономического расчета. Системы отопления, вид и параметры теплоносителя, а также типы нагревательных приборов предусматриваются с учетом тепловой инерции ограждающих конструкций и в соответствии с характером и назначением зданий и сооружений по СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование осуществляется следующим образом (табл. 7.2). Таблица 7.2 № п/п Здания, сооружения и помещения Система отопления, вид теплоносителя и нагревательных приборов 1 Производственные помещения с повышенными требованиями к чистоте воздуха Воздушное, совмещенное с приточной вентиляцией; водяное со встроенными в строительные конструкции нагревательными элементами и стояками; водяное с радиаторами и конвекторами 2 Помещения с производствами, технологический процесс в которых не сопровождается выделением пыли Воздушное, совмещенное с приточной вентиляцией; воздушное с рециркуляциониыми агрегатами; водяное и паровое высокого и низкого давлений с ребристыми трубами, радиаторами, конвекторами; водяное со встроенными в строительные конструкции нагревательными элементами и стояками 3 Производственные помещения, технологический процесс в которых связан с выделением: а) невзрывоопасной и негорючей неорганической пыли, негорючих и не поддерживающих горение газов и паров Воздушное, совмещенное с приточной вентиляцией; водяное и паровое с высоким и низким давлениями с радиаторами; водяное со встроенными в строительные конструкции нагревательными элементами и стояками б) невзрывоопасной, органической, возгоняемой, неядовитой пыли Воздушное, совмещенное с приточной вентиляцией; водяное и паровое низкого давления с радиаторами; водяное со встроенными в строительные конструкции стояками и нагревательными элементами в) легковозгоняемых ядовитых веществ По специальным нормативным документам 4 Производственные здания и помещения различного назначения со значительными влаговыделениями Воздушное, совмещенное с приточной вентиляцией; водяное или паровое с радиаторами и ребристыми трубами 5 Производственные здания и помещения различного назначения с тепловыделениями При количестве выделений тепла, достаточном для обогревания помещений, система отопления не проектируется; при недостаточном количестве выделений тепла или невозможности использования тепла для обогревания помещений следует предусматривать устройство систем отопления, как для помещений с производствами, технологический процесс в которых не сопровождается выделением пыли