При работе вентиляции любого вида в помещении происходит смена воздуха. Отношение количества поданного в помещение в течение 1 часа свежего воздуха к внутреннему объему помещения называется кратностью воздухообмена. В реальных условиях эта величина может изменяться от 0,5 до 20 и более.
Помимо организованного воздухообмена, осуществляемого вентиляционными системами, воздух может проникать в помещения путем инфильтрации через неплотности окон, стен, дверей, ворот и т. д., вследствие гравитационного (естественного) давления и за счет ветрового напора. Таким же образом воздух может и удаляться.
Если в помещении нет вредных выделений, то приточные системы вентиляции выполняют таким образом, что часть воздуха они забирают снаружи, а часть берут внутри. Такое вторичное использование воздуха из самого помещения называется рециркуляцией: оно позволяет уменьшить перепад температур между приточным и внутренним воздухом в холодный период года, увеличить относительную влажность воздуха и, главное, экономить тепло (зимой) или холод (летом).
2.3. Устройство вентиляционных систем
Системы естественной вентиляции могут быть бесканальными, если воздух проходит только через открытые проемы в наружных ограждениях; или канальными, когда воздух перемещается по каналам или воздуховодам.
Работа естественной вентиляции в значительной степени зависит от действия ветра. Ветер, набегая на здание, создает на наветренной стороне зону избыточного давления, а на подветренной – зону отрицательного давления.
Управляемый естественный воздухообмен в цехах промышленных зданий называется аэрацией. Подобные здания оборудованы фонарями со створками (фрамугами), открываемыми вручную или специальными механизмами. Такими же створками снабжены оконные проемы в наружных стенах. Открывая их частично или полностью, можно создать требуемый воздухообмен. Аэрация рассчитывается только на действие гравитационного давления, так как ветровое давление носит эпизодический характер и, как правило, усиливает воздухообмен. Аэрацию предусматривают обычно в промышленных зданиях со значительным выделением тепла.
Преимуществом аэрации является то, что воздухообмен создается без помощи вентиляторов, не расходуется электроэнергия. Однако аэрация обеспечивает только общеобменную вентиляцию и не предусматривает очистку приточного и вытяжного воздуха.
Механические системы могут обеспечить местную вентиляцию.
Приточные системы механической вентиляции подают очищенный, с заданной температурой, а в некоторых случаях и влажностью воздух в рабочую зону цеха для обеспечения требуемых санитарно-гигиенических условий пребывания людей и функционирования технологического оборудования. Вытяжные системы механической вентиляции удаляют запыленный и загрязненный воздух, очищая его в случае необходимости перед выбросом в атмосферу.
Приточные системы вентиляции состоят из следующих основных элементов: воздухозаборного устройства; приточной камеры, которая включает в себя утепленный клапан, фильтр, воздухонагреватель (калорифер) и вентилятор; сети воздуховодов и воздухораспределителей, а также регулирующих устройств (называемых диафрагмами).
Воздухозаборное устройство располагают в наименее запыленной зоне площадки, но по возможности ближе к приточной камере или на крыше. На входе в воздухозаборную шахту или канал устанавливают жалюзийную решетку для защиты от атмосферных осадков и попадания посторонних предметов. Воздухозаборная шахта или канал выполняются в строительных конструкциях из кирпича или бетона. Иногда один воздухозаборный канал питает наружным воздухом несколько приточных систем.
Между воздухозаборным устройством и фильтром приточной камеры устанавливают утепленный клапан (заслонку) с ручным или электрическим приводом. При неработающем вентиляторе клапан должен быть закрыт для защиты оборудования приточной камеры от попадания холодного наружного воздуха.
Приточная камера состоит из жалюзийной решетки, фильтра для очистки воздуха, калориферов для его нагрева и вентилятора с электродвигателем. Приточные камеры можно устанавливать на фундаменте либо площадке или подвешивать к потолочным конструкциям. Для этих камер не требуется ограждение.
Воздуховоды приточных систем обычно изготавливают из кровельной тонколистовой оцинкованной стали толщиной 0,35–1,4 мм. Они могут быть круглого или прямоугольного сечения. Металлические воздуховоды быстро монтируются, достаточно прочны и обладают хорошей герметичностью. При прокладке воздуховодов под полом их выполняют из бетона или кирпича.
Воздухораспределители (приточные насадки) предназначены для раздачи приточного воздуха. Он может подаваться в рабочую зону; для этого воздухораспределители должны иметь короткий факел и незначительную скорость выходящего воздуха, чтобы исключить ощущение сквозняка. При подаче воздуха в верхнюю зону помещения, наоборот, скорость должна быть выше, чтобы струя достигала рабочей зоны. Воздухораспределители устанавливают в подвесных потолках, некоторые монтируют на небольшой высоте над рабочей зоной.
Разновидностью приточных вентиляционных систем является воздушное душирование, которое обеспечивает подачу сосредоточенного потока воздуха на рабочее место. Рабочим местом называется площадка диаметром 1 м, на которой человек находится не менее 4 часов в смену либо 2 часа непрерывно. Такая подача воздуха необходима при интенсивном тепловом (от 300 до 3000 Вт/м
и более) облучении рабочих либо при открытых производственных процессах с выделением вредных газов и паров, когда невозможно устроить местные укрытия. Принципиально схема воздушного душирования не отличается от приточной вентиляционной системы, но вместо воздухораспределителей здесь устанавливают душирующие поворотные патрубки.
Воздушные и воздушно-тепловые завесы предназначены для защиты ворот и открытых проемов промышленных зданий от поступления холодного воздуха в зимний период. Различают два типа завес: шибирующие, у которых плоская струя воздуха подается либо снизу, либо с боков проемов и ворот под некоторым углом навстречу холодному воздуху; и смесительные, когда воздух из здания подается в тамбур между двойными входными дверями. Смесительные завесы применяют в административно-общественных зданиях, в проходных и т. д. Завесы, в которых воздух предварительно нагревается в воздухонагревателе, называются воздушно-тепловыми, а завесы, подающие воздух без нагрева, – просто воздушными.
В системах воздушного отопления часто используют воздушно-отопительные агрегаты с полной либо частичной рециркуляцией воздуха.
Общеобменные вытяжные системы вентиляции обычно удаляют воздух из верхней, реже из средней зоны зданий. Перед удалением воздух в таких системах обычно не проходит очистку. Общеобменные вытяжные системы могут быть бесканальными (если воздух удаляется крышными вентиляторами, которые устанавливают на перекрытиях) и канальными. В последних воздух всасывается в воздухоприемные отверстия или решетки, по воздуховодам подается к вентилятору и, пройдя вытяжную шахту, попадает в атмосферу. Для защиты вытяжной шахты от атмосферных осадков над ней устанавливают зонт, а воздуховоды при неработающем вентиляторе перекрывают заслонкой.
Местные вытяжные системы вентиляции предназначены для забора вредных выделений у мест их образования с помощью укрытий или местных отсосов, транспортировки загрязненного воздуха, его очистки в фильтрах или пылеуловителях и выброса в атмосферу. Местные отсосы и укрытия имеют самую разнообразную конструкцию и форму: это зонты, вытяжные шкафы, полные укрытия, бортовые и кольцевые отсосы у ванн и шахтных печей, отсасывающие панели, кожухи и др.
Многие вредные вещества, выделяющиеся при технологических процессах, активно воздействуют на местные отсосы, воздуховоды, вентиляторы, фильтры, вызывая их сильную коррозию, кроме того, они могут быть взрыво- и пожароопасными. В этих случаях воздуховоды и другие устройства, контактирующие с агрессивной средой, изготовляют из материалов, не подверженных интенсивной коррозии перемещаемой средой (коррозионно-стойкой легированной стали, алюминия, титана, металлопласта, винипласта, полиэтилена и др.), либо применяют специальные покрытия стальных воздуховодов кислото- и щелочестойкими красителями, эмалями и лаками. В таких системах устанавливают вентиляторы и другое оборудование в искрозащищенном исполнении.
Вопросы к главе 2
1. Назовите основные параметры воздушной среды.
2. Каково основное назначение системы вентиляции?
3. В каких случаях обоснованно применение систем естественной вентиляции?
4. В чем преимущество систем механической вентиляции?
5. Как называется процесс теплоутилизации удаляемого воздуха, в чем его технические и экономические преимущества?
6. Какой материал применяется для изготовления воздуховодов систем вентиляции чаще всего?
7. На что, по вашему мнению, влияет толщина металла при изготовлении воздуховодов?
8. В каких случаях применяется воздушное душирование?
9. Назовите основные процессы обработки воздуха в приточной вентиляционной установке.
10. В каких случаях применяется специальное исполнение воздуховодов и вентиляционного оборудования?
Глава 3. Оборудование систем вентиляции воздуха
Как уже указывалось, требуемое состояние воздушной среды в помещениях с общеобменной вентиляцией поддерживают путем нагнетания в пространство чистого вентиляционного воздуха с необходимыми температурно-влажностными параметрами и удаления воздуха, не соответствующего нормативным требованиям. В связи с этим системы общеобменной вентиляции должны включать оборудование и устройства для забора наружного воздуха, его обработки, транспортирования и раздачи по помещениям, а также для удаления отработавшего воздуха.
3.1. Воздухоприемные и воздуховыбросные устройства
К такому оборудованию относятся воздухоприемные и воздуховыбросные устройства в системах механической вентиляции, которые выполняются в виде отверстий в ограждениях зданий, приставных или отдельно стоящих шахт. При заборе воздуха сверху воздухоприемные устройства размещают на чердаке или верхнем этаже здания, а каналы выводят выше кровли в виде шахт.
Для аэрации воздухозаборные и выбросные устройства выполняют в виде поворачивающихся фрамуг, открывающихся фонарей, окон или других перекрываемых отверстий в ограждениях зданий.
Расположение и конструкция воздухоприемных устройств выбираются с учетом необходимости обеспечения чистоты забираемого воздуха и удовлетворения архитектурных требований. Так, воздухоприемные устройства не должны находиться вблизи источников загрязнения воздуха (выбросов уже загрязненного воздуха или газов, дымовых труб, кухонь, немощеных дорог и т. д.).
Отверстия для забора воздуха должны располагаться на высоте не менее 2 м от поверхности земли и закрываться жалюзийными решетками (в зеленой зоне – на высоте не менее 1 м).
Для предохранения помещений от поступления в них через вентиляционные каналы при неработающей вентиляции холодного наружного воздуха воздухоприемные и воздуховыбросные устройства оборудуются многостворчатыми утепленными клапанами с ручным или механическим приводом. В последнем случае клапан блокируется вместе с вентилятором и перекрывает отверстия при его остановке. При низкой расчетной температуре наружного воздуха клапаны снабжаются системой электроподогрева в целях предохранения от промерзания их створок. Электроподогрев включается на 10–15 минут перед пуском вентилятора (рис. 2).
Рис. 2. Воздушный клапан с электроприводом
Наружные стены вытяжных каналов и шахт утепляются во избежание конденсации водяных паров из извлекаемого влажного воздуха и образования наледей. Скорость движения воздуха в приточных каналах и шахтах принимается в пределах 2–5 м/с, в каналах и шахтах выбросных устройств – 4–8 м/с, но не менее 0,5 м/с, в том числе и для естественной вентиляции.
3.2. Вентиляционные камеры
Основное вентиляционное оборудование приточных и вытяжных установок, как правило, монтируется в специальных помещениях, называемых вентиляционными камерами. Приточные камеры в общественных, административных, жилых зданиях проектируются обычно на первом этаже или в техническом подполье. Вытяжные камеры следует располагать в верхней части здания. В многоэтажных постройках с большим количеством вентиляционных систем камеры устраивают на технических этажах.
В зданиях с большим числом вентиляционных систем (более 5) предусматривается также и помещение для ремонта оборудования. Управление работой вентиляционных систем осуществляется со специальных пультов с использованием автоматики и приборов дистанционного контроля.
3.3. Вентиляторы
Вентилятор представляет собой механическое устройство, предназначенное для перемещения воздуха по воздуховодам систем вентиляции, а также для осуществления прямой подачи воздуха внутрь либо его отсоса из помещения и создающее необходимый для этого перепад давлений (на входе и выходе вентилятора). По конструкции и принципу действия вентиляторы подразделяются на: осевые (аксиальные), радиальные (центробежные), диаметральные (тангенциальные) (рис. 3).
Рис. 3. Конструкции вентиляторов
В настоящее время применяют модификации радиальных вентиляторов: прямоточные, дисковые, вихревые, смерчевые (рис. 4).
Рис. 4. Модификации радиальных вентиляторов
Вентиляторы оценивают по удельной быстроходности, которая связывает между собой частоту вращения и давление.
В зависимости от величины полного давления, которое они создают при перемещении воздуха, вентиляторы бывают: низкого давления (до 1 кПа), максимальная окружная скорость таких колес не превышает 50 м/с; среднего давления (до 3 кПа), максимальная окружная скорость достигает 80 м/с; высокого давления (до 12 кПа), окружная скорость рабочих колес больше 80 м/с.
Такое разделение вентиляторов является условным, так как любое устройство высокого давления при уменьшении частоты вращения может быть использовано как вентилятор среднего давления.
По направлению вращения рабочего колеса (если смотреть со стороны всасывания) вентиляторы могут быть правого вращения (колесо вращается по часовой стрелке) и левого вращения (против часовой стрелки).
В зависимости от состава перемещаемой среды и условий эксплуатации вентиляторы подразделяются на: обычные – для воздуха (газов) с температурой до 80 °С, коррозионно-стойкие – для коррозионных сред, термостойкие – для воздуха с температурой выше 80 °С, взрывобезопасные – для взрывоопасных сред, пылевые – для запыленного воздуха (с твердыми примесями в количестве более 100 мг/м
).
По способу соединения крыльчатки и электродвигателя вентиляторы могут быть: с непосредственным соединением, с соединением на эластичной муфте, с клиноременной передачей, с регулируемой бесступенчатой передачей.
По месту установки вентиляторы делятся на: обычные, устанавливаемые на специальной опоре (раме, фундаменте и т. д.); канальные, устанавливаемые непосредственно в воздуховоде; крышные, размещаемые на кровле.
Основными характеристиками вентиляторов являются следующие параметры: расход воздуха (м
/ч); полное давление (Па); частота вращения (об/мин); потребляемая мощность, затрачиваемая на привод вентилятора (кВт); КПД – коэффициент полезного действия, учитывающий механические потери мощности на различные виды трения в рабочих органах вентилятора, объемные потери в результате утечек через уплотнения и аэродинамические потери в проточной части устройства; уровень звукового давления (дБ).
3.4. Приточные установки
Приточные установки (рис. 5) осуществляют фильтрацию свежего воздуха, при необходимости его нагрев (в холодное время года) и подачу в систему воздуховодов для последующей раздачи по помещениям.
Рис. 5. Приточная установка
Приточные вентиляционные установки состоят из корпуса, в котором смонтированы: фильтр, водяной или электрический калорифер, вентилятор, система автоматики, звукоизоляционный материал.
Условно можно классифицировать приточные установки следующим образом: по типу нагревателя (c электрическим калорифером или с водяным), по расходу воздуха до 200–3000 м
/ч – мини-приточные, более 3000 м
/ч – центральные, по конструктивному исполнению (для вертикального монтажа, для горизонтального, универсальные).
