IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Вентиляция по существу является наукой об организации воздухообмена и представляет сложный комплекс взаимосвязанных процессов, в результате которых в рабочей и обслуживаемой зонах помещений создаются требуемые условия воздушной среды, влияющих на здоровье и работоспособность человека. Воздухообмен в помещении обусловливает газовый состав воздуха, содержание в воздухе загрязняющих веществ, устраняет неприятные запахи и во многом обеспечивает комфортные условия воздушной среды. Параметры, определяющие комфортные условия, действуют на человека взаимосвязано. Следовательно, для обеспечения заданных параметров воздуха в помещении необходимо все процессы, влияющие на самочувствие человека, рассматривать как единую технологическую систему, включающую внешнюю среду, здание, помещение и системы жизнеобеспечения. Связующим элементом в единой технологическая системе является воздушная среда, состояние и интенсивность изменения которой определяет воздушный режим здания.

В результате жизнедеятельности различных организмов и несовершенства технологических процессов в воздух помещений могут поступать загрязняющие вещества: избыточные теплота и влага, пыль, вредные газы и пары, вызывая нежелательные изменения его состояния. Поддерживать в помещении состав и состояние воздуха, удовлетворяющего гигиеническим и технологическим требованиям, - это основная задача вентиляции.

Решение этой задачи осуществляется: удалением вредных выделений от места их образования; разбавлением наружным воздухом до определенных концентраций выделяющихся веществ; нагреванием; охлаждением, увлажнением и очисткой наружного воздуха, поступающего в помещение; распределением воздуха по отдельным зонам помещения.

Исходя из сказанного, вентиляцию можно определить как совокупность мероприятий и устройств, направленных на поддержание в помещении требуемых условий воздушной среды.

Современное развитие промышленности характеризуется постоянным совершенствованием технологических процессов. Это существенно сказывается на эффективности вентиляционных устройств. В условиях быстро меняющейся технологии, размещения в одном помещении на огромной площади без разделяющих перегородок различных производств необходимо изменить принцип определения воздухообмена, уйти от традиционных решений по распределению воздуха и размещению вентиляционного оборудования [3].

Воздухообмен помещений должен определяться не какой-то конкретной технологией, а характером производства и рассчитываться на единицу производственной площади, оборудования, продукции, количество людей, с обязательным учетом перспективы развития. Величина воздухообмена может быть нормирована подвижностью воздуха в поперечном сечении помещения, с проверкой на разбавление технологических вредных выделений [2].

В большинстве случаев расчеты по вентиляции проводят для стационарных условий, когда состояние системы (параметры, характеризующие состояние воздуха помещения, подаваемого и удаляемого, а так же расходы воздуха) не меняется со временем. Однако в некоторых случаях технологический процесс является нестационарным. Это приводит к изменению потока вредных выделений в воздух помещения и нестационарности вентиляционного процесса. В этой связи представляется важным создание микроклимата помещения с переменной во времени и пространстве скоростью движения воздуха, которая может быть достигнута, в частности, применением вентиляции с количественным регулированием воздухообмена.

Определение необходимой величины воздухообмена для помещений - одна из важнейших проблем отопительно-вентиляционной техники, так как количество энергии, вносимой приточными струями, и как следствие величина турбулентного перемешивания воздуха в вентилируемом помещении пропорциональны кратности воздухообмена и квадрату скорости выхода воздуха из приточных воздухораспределителей [1].

Существующая на сегодня практика допускает в некоторых случаях расчет вентиляции по кратности воздухообмена. Однако, согласно требованиям [5] в помещениях с вредными выделениями, в том числе и с взрывопожароопасными вентиляцию необходимо рассчитывать по интенсивности этих выделений [1].

Рассмотрим помещение авиационного производства, где проводятся испытания на герметичность элементов летательных аппаратов. Контроль герметичности производится авиационным керосином, который заливается в контролируемую деталь. После чего, в эту деталь закачивается азот для создания избыточного давления 0,025 МПа. Через щели и неплотности в соединениях, керосин просачивается на поверхность детали и испаряется в окружающую среду. Эмиссию вещества G_ж, г/ч, испарившегося с поверхности F, м², можно рассчитать по формуле [3]:

G_ж=101,3×10³β(с_ж-с_о)F/р_б, (1)

где β - коэффициент массообмена; с_о, с_ж - концентрации паров испаряющегося вещества на некотором удалении от поверхности испарения (в окружающем пространстве) и при 100%-ном насыщении и температуре поверхности жидкости (в непосредственной близости от поверхности), г/м³.

Коэффициент массообмена β можно определить, используя диффузионный критерий Нуссельта:

Nu´=βl/D,

из которого

β=Nu´D/l. (2)

Общий вид, определяющий величину диффузионного критерия Нуссельта, можно представить в виде:

Nu´=C(GrPr´)ⁿ, (3)

где С - коэффициент, зависящий от граничных условий, формы поверхности испарения и режима конвекции; Gr - критерий Грасгофа, Gr=gl³(ρ-ρ_ж)/(ν²ρ_ж); Pr´ - диффузионный критерий Прандтля, Pr´=ν/D; n - показатель степени, зависящий от режима конвекции.

Для использования в расчетах формулы (1) необходимо знать концентрацию вредных выделений в помещении. Для рассматриваемых производств такие данные отсутствуют. Поэтому необходимо проводить экспериментальные исследования на действующих производствах для определения величины технологических вредных выделений.

Для решения вопроса организации воздухообмена необходимо знать, где сосредоточены максимальные вредности. Так как данные цеха относятся к категории холодных, а плотность паров керосина в несколько раз больше плотности воздуха [4], то наибольшие концентрации его будут в нижней зоне, у пола помещения.

В настоящее время в рассматриваемом производстве принята схема организации воздухообмена по схеме сверху вниз, когда приточный воздух подается в рабочую зону под некоторым углом, а удаляется из нижней зоны помещения (рис. 1).

Рис. 1. Схема организации воздухообмена в помещении: 1- приток в верхнюю зону; 2 - вытяжка из рабочей зоны

В этом случае, в результате повышенных скоростей движения воздуха увеличивается испаряемость и повышается поступление вредных веществ в помещение. Предварительный анализ показал, что наиболее оптимальной схемой организации воздухообмена для данных помещений будет следующая: воздух подается закрученными струями в рабочую зону, а удаляется из рабочей (с расходом воздуха, рассчитанным на разбавление выделяющихся паров до ПДК) и верхней (с расходом воздуха согласно требованиям [5]) зон помещения (рис. 2).

Рис. 2. Рекомендуемая схема подачи и удаления воздуха в помещении: 1 - приток в рабочую зону; 2 - вытяжка из рабочей зоны; 3 - вытяжка из верхней зоны

Выводы

Рассмотрены общие положения методики расчета вентиляции в помещениях с взрывопожароопасными выделениями. Предложена новая схема организации воздухообмена в помещении авиационного производства, в котором проводятся с использованием керосина испытания на герметичность элементов летательных аппаратов.

Библиографический список

1. Эльтерман, В.М. Вентиляция химических производств/ В.М. Эльтерман. - М.: Химия. - 1980. - 288 с.
2. Сазонов, Э.В. Организация и расчет воздухообмена помещений/ Э.В. Сазонов. - Воронеж: ВВАИИ. - 2000. - 109 с.
3. Сазонов, Э.В. Теоретические основы расчета вентиляции/ Э.В. Сазонов. - Воронеж: ВГУ. - 1990. - 208 с.
4. Варгафтик, Н.Б. Теплофизические свойства некоторых авиационных топлив в жидком и газообразном состоянии/ Н.Б. Варгафтик. - М.: Оборонгиз. - 1961. - 161с.
5. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - М.: ГОССТРОЙ РОССИИ. - 2004. - 54 с.

Код для цитирования: Скопировать