Как рассчитать вентиляцию на производстве

На промышленных предприятиях технологические процессы сопровождаются выбросом загрязняющих веществ в рабочую среду. Они включают твердые частицы, газообразные и парообразные соединения, аэрозоли и водяной пар. Работа промышленного оборудования часто приводит к выделению тепла и влаги. Выбросы могут оказать негативное влияние на здоровье и безопасность работников, а также на окружающую среду.

Поэтому на промышленных объектах необходимо обеспечивать соответствующие условия труда, включающие не только температуру в цеху и на производстве, соответствующую физической нагрузке и сезону, но и снижение объема вредных веществ до безопасного уровня, т.е. ниже предельно допустимого значения.

Как рассчитать вентиляцию на производстве, чтобы внутри цеха сохранялась допустимая концентрация опасных веществ, и не поднималась выше разрешенных нормативами показателей. Данные показатели определяются путем замеров. Они должно соответствовать действующим санитарным нормам и соотноситься с объемом помещения. Расчет вентиляции на производстве подразумевает определение необходимого воздухообмена для поддержания адекватных условий труда.

Расчет и нормативы

Расчет вентиляции является неотъемлемой частью проектирования зданий и сооружений. Нормативные требования к вентиляции регламентированы в следующих документах:

• СНиП 13330.2012 “Внутренние санитарно-технические системы зданий”
• СНиП 41-01-2003 “Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха”
• СНиП 2.08.01-89 “Жилые здания”

Целью расчета вентиляции является определение параметров системы. Микроклимат рабочей зоны связан со следующими характеристиками:

• Вентиляция:
  • объем и скорость подачи свежего воздуха (приток);
  • объем и скорость удаления отработанного воздуха (вытяжка).
• Распределение воздуха:
  • распределение воздушных потоков по высоте и площади помещения;
  • направление движения воздуха (восходящее, нисходящее, горизонтальное).
• Температурно-влажностный режим:
  • температура воздуха;
  • относительная влажность воздуха.
• Химический состав воздуха:
  • концентрации вредных (токсичных, взрывоопасных, пожароопасных) веществ.

Эти параметры влияют на самочувствие, работоспособность и гигиеничность условий труда. Их контроль и поддержание в соответствии с установленными нормами и требованиями промышленной гигиены и санитарии имеет большое значение для сохранения здоровья и производительности работников.

Для проведения расчета необходимо определить следующие параметры:

• площадь, объем и назначение помещения;
• количество постоянно находящихся внутри людей;
• источники загрязнения;
• допустимые концентрации вредных веществ.

Расчет вентиляции производится по различным методикам, которые подбираются исходя из существующих условий. После подбирается оборудование и комплектующие. 

Важный фактор — правильное определение диаметра воздуховодов. Если он подобран неправильно, то возможно снижение эффективности вытяжной вентиляции и накопление опасных веществ в рабочей зоне.

Для проверки работоспособности необходимо проводить регулярные измерения тяги в вентиляционных каналах. Если тяга отсутствует или недостаточная, необходимо выявить и устранить причины нарушения.

Основные требования к вентиляции цеха

Требования к вентиляции зависят от протекающих внутри технологических процессов и продолжительности работы людей. В производственных цехах велика вероятность выделения токсичных веществ в недопустимой концентрации или с неприятным запахом. В такой ситуации используются местные вытяжные устройства в сочетании с общеобменной вентиляцией. 

В результате производственного процесса образуется много пыли. Если вентиляционная система спроектирована правильно, то в объем свежего воздуха в рабочей зоне всегда будет достаточен. Задача местной вытяжки локализовать токсичные вещества, чтобы они не распространялись по всей площади.

Общеобменная вентиляция работает путем подачи свежего воздуха в здание и выведение загрязненного через вытяжные отверстия, расположенные в верхней части помещений. Скорость подачи и удаления воздуха рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить достаточное разбавление загрязняющих веществ и поддержание приемлемой концентрации в рабочей зоне.

Механическая вентиляция производственных помещений проектируется так, чтобы соответствовать строгим требованиям пожарной безопасности и санитарно-гигиеническим нормам:

1. Риск возгорания сводится до минимума, также исключена возможность распространения огня. 
2. Удаление опасных веществ производится до их попадания в область рабочей зоны. 
3. Все элементы вентиляционной системы, включая воздуховоды, вентиляторы и фильтры, изготавливаются из материалов, имеющих гигиенический и пожарный сертификаты. 
4. Воздуховоды покрываются антикоррозийными составами или производятся из материалов, стойких к коррозионному воздействию. Это предотвращает образование ржавчины и сохраняет вентиляционную систему в рабочем состоянии.
5. При покрытии воздуховодов горючей краской, ее толщина не должна превышать 0,2 мм. 
6. Концентрация токсичных частиц в зоне, где находятся сотрудники, находится в пределах превышающих предельно допустимую концентрацию (ПДК) не более чем на 30%.
7. Влажность и скорость воздушного потока не нормируются в летние месяцы.
8. Зимой, при наличии персонала, температура внутри цеха поддерживается на уровне не ниже +10°C. В случае отсутствия людей допускается снижение температуры до +5°C.
9. Летом температура в цеху должна быть равна или ненамного выше температуры наружного воздуха (не более чем на 4°C). Это снижает тепловую нагрузку на организм работников.
10. В летний период для неэксплуатируемых помещений требования к производственной вентиляции по поддержанию температуры не регламентируются.
11. Для защиты слуха работников и предотвращения развития профессиональных заболеваний общий уровень шума внутри промышленного цеха, включая рабочий шум, должен находиться под строгим контролем и не превышать 110 дБА.

Вентиляция на производстве требует комплексного подхода, учитывающего специфику технологических процессов и выделяемых при них вредных веществ. Точно подобранные параметры микроклимата и оборудование гарантируют комфорт работников. Необходимо проводить регулярное обслуживание и мониторинг работоспособности системы. Своевременная диагностика и устранение проблем в работе оборудования позволяют обеспечить оптимальные условия труда, отвечающие санитарно-гигиеническим нормам.

Для чего нужна вентиляция

Основная функция промышленной вентиляции — удаление опасных примесей и загрязнений, таких как пыль, дым, пары и газы, которые выделяются в процессе производственной деятельности. Эти примеси могут представлять серьезную угрозу для здоровья работников, вызывая респираторные заболевания, аллергии и другие проблемы со здоровьем людей.

Преимущества эффективной вентиляции:

• Повышение производительности труда за счет создания комфортных условий.
• Снижение риска пожаров и взрывов путем удаления горючих газов и паров.
• Соблюдение требований законодательства и нормативов по охране труда и окружающей среды.
• Снижение износа оборудования и продление срока его службы.
• Регулирует температуру и влажность в цехах, что особенно важно в отраслях, где производственные процессы приводят к выделению большого количества тепла или влаги. 

Проектирование требует тщательного планирования и расчетов. Инженеры должны учитывать размер и назначение вверенного пространства, количество и тип загрязняющих веществ, выделяемых в процессе производства, а также нормативные требования к микроклимату. Это обеспечит оптимальный воздухообмен.

Параметры микроклимата для расчета

Микроклимат производственного цеха существенно влияет на здоровье, комфорт и производительность труда работников. Правильный расчет вентиляции необходим для поддержания оптимальных параметров.

Показатели микроклимата

Температура

Температура воздуха в рабочей зоне цеха зависит от категории выполняемых работ и времени года. Гигиеническими нормами установлены следующие допустимые температуры:

• для тяжелых физических работ: не менее 17 °C зимой и 17-20 °C летом;
• для работ средней тяжести: 17-19 °C зимой и 19-21 °C летом;
• для легких работ: 19-21 °C зимой и 21-23 °C летом.

Относительная влажность

Оптимальный уровень относительной влажности составляет 40-60%. При слишком низкой влажности воздух становится сухим и раздражает слизистые оболочки, а при слишком высокой влажности возникает ощущение духоты.

Скорость движения воздуха

Скорость движения воздуха в рабочей зоне должна обеспечивать равномерное распределение температуры и влажности, а также удаление вредных веществ. Оптимальная скорость для легких работ составляет 0,1-0,2 м/с, а для тяжелых работ – 0,2-0,4 м/с. 

Температура поверхностей

Температура поверхностей окружающих тело человека конструкций и предметов также должна соответствовать гигиеническим нормативам. Температура пола и потолка не должна отличаться от температуры воздуха в помещении более чем на 3 °C. Температура стен может быть ниже температуры воздуха на 2-4 °C.

Расчет вентиляции

Для поддержания оптимальных параметров микроклимата в цехе необходимо правильно рассчитать систему вентиляции. Расчеты ведутся на основе следующих показателей:

• производительность определяется количеством удаляемого (вытяжного) и подаваемого (приточного) воздуха;
• эффективность определяется степенью разбавления токсичных веществ;
• аэродинамическое сопротивление определяется сопротивлением воздуховодов и иных компонентов.

Расчет вентиляции должен учитывать объем помещения, количество рабочих, особенность деятельности, которую они выполняют, тепло- и влаговыделения оборудования, а также климатические условия.

Какими проблемами чреваты неверные расчеты вентиляции

Прокладка воздуховодов произвольного диаметра в произвольных местах может привести к следующим негативным последствиям:

• Нарушение воздушного баланса. Диаметр воздуховода должен соответствовать объемному расходу воздуха, который необходимо обеспечить для конкретного помещения. Неправильно подобранный диаметр может привести к недостаточному воздухообмену или чрезмерному шуму.
• Неравномерное распределение воздуха. Важно рассчитать оптимальное расположение и количество диффузоров для равномерного распределения воздушного потока.
• Повышенное энергопотребление из-за неэффективного использования энергии. 
• Конденсация влаги. Если диаметр трубы недостаточен, влага может конденсироваться на стенках воздуховода. Это приводит к образованию плесени и коррозии, что отрицательно скажется на качестве воздуха и долговечности системы.
• Шум. Воздуховоды неправильного диаметра могут генерировать избыточный шум из-за турбулентности воздушного потока. Это создает акустический дискомфорт.
• Пожаробезопасность. Вентиляционные инженерные конструкции должны соответствовать требованиям пожарной безопасности.

В целом, неправильный расчет вытяжной вентиляции приводит к серьезным последствиям для здоровья людей и целостности здания. Поэтому крайне важно поручать проектирование и монтаж вентиляционных систем квалифицированным специалистам.

Виды вентиляционных систем по способу создания тяги

Вентиляция обеспечивает оптимальное качество воздуха на территории промышленного объекта. Она обеспечивает надлежащий воздухообмен путем удаления загрязнителей (пыль, дым, пары) и пополнением свежим или обработанным воздухом.

Виды:

• Естественная вентиляция функционирует за счет природных сил — разницы температур и давления воздуха. Обновление происходит через открытые вентиляционные отверстия или окна. Испорченный воздух выходит естественным путем. Она не предполагает никаких механизмов.
• Механическая вентиляция включает различные компоненты, такие как вентиляторы и воздуховоды, для обеспечения управляемого воздухообмена. Вентиляторы создают движущую силу, которая перемещает воздух через систему независимо от внешних условий.
• Приточная вентиляция — устройства, установленные в здании, которые обеспечивают приток свежего наружного воздуха извне. При этом он может подвергаться обработке, такой как нагрев, очистка или охлаждение.
• Вытяжная вентиляция работает по принципу создания отрицательного давления в рабочей зоне, которое заставляет загрязненный или нагретый воздух перемещаться к точке удаления. Это достигается путем установки вытяжных вентиляторов, которые вытягивают воздух из цеха и выбрасывают его наружу. Скорость воздушного потока и количество точек вытяжки рассчитываются на основе объема помещения, выделяемых загрязняющих веществ и допустимых пределов концентрации.
• Общеобменная вентиляция обеспечивает постоянное обновление воздуха. В ее работе лежит принцип смешивания или вытеснения. При первом варианте происходит разбавление и снижается концентрация токсичных веществ. Во втором отработанный воздух поднимается к потолку за счет диффузии. В нижней части, где находятся люди, остается свежий и прохладный. 

Проектирование начинается с выбора типа вентиляционной системы, исходя из того, какой лучше всего подходит по характеристикам и параметрам для конкретного объекта, будь то промышленный объект или жилое здание.

Естественное вентилирование

Естественная вентиляция — это система, где природные силы приводят к воздухообмену. В ее основе лежит принцип разницы температур, давления воздуха и ветровой нагрузки. 

• не требует затрат на электроэнергию и обслуживание;
• простота установки — не требует сложных монтажных работ;
• легкость обслуживания, так как не имеет движущихся частей;
• возможность модернизации — можно наращивать или изменять объем вентиляции без значительных затрат;
• отсутствие электрооборудования повышает надежность и долговечность системы.

Из минусов — в цехах, где трудятся рабочие в количестве более 10 человек, а также работает оборудование, часто фиксируют высокие показатели тепловыделения. Данный тип вентилирования не всегда может справиться и обеспечивать достаточный воздухообмен. Есть вероятность неравномерного распределения воздуха. 

Принудительная вентиляция

Принудительная вентиляция предусматривает перемещение воздуха по зданию по вентиляционным каналам. Движение в каналах возникает в результате работы вентилятора. Предварительно воздух подвергается обработке (фильтрация, подогрев, ионизация) с целью поддержания теплового комфорта и снижения количества энергии, необходимой для обогрева и охлаждения помещений (летний период). Используется для обеспечения здания свежим воздухом, снижения влажности и концентрации загрязняющих веществ. 

Как это работает:

1. Вентилятор и воздухозаборный канал располагают на крыше или на стене здания. 
2. Свежий воздух снаружи поступает внутрь через приточное отверстие и по воздуховодам попадает в кондиционируемое помещение. Отработанный воздух удаляется через вытяжную вентиляцию. 

В зависимости от здания каналы имеют разную длину и сечение. Они подобраны так, чтобы воздух двигался со скоростью 3-4 м/с. Более высокие скорости воздушного потока могут сопровождаться раздражающим шумом. Промышленные установки оснащены приточно-вытяжным вентиляционным оборудованием. 

Расчет естественной вентиляции жилых помещений

Расчет естественной вентиляции жилых помещений производится на основе норм воздухообмена и с учетом пропускной способности системы. Он позволяет соблюсти санитарно-гигиенические нормы.

Нормы расхода поступающих масс и кратности воздухообмена:

• Согласно СП 60.13330.2012 и СНиП 41-01-2003, необходимо обеспечить подачу кислорода в объеме, не менее чем требуется для комфортного проживания людей.
• Для одного человека норма составляет 30 м³/час, если на него приходится площадь помещения более 20 кв. м.
• Если на человека приходится площадь помещения менее 20 кв. м, норма составляет 3 м³/час на каждый квадратный метр.

Для расчета производительности системы вентиляции в жилых помещениях используются различные методики, которые можно разделить на две основные категории.

1. Методы, основанные на нормах потребления воздуха

Эти методы основаны на нормируемых показателях расхода воздуха на одного человека, которые установлены в строительных нормах и правилах (СНиП) и других нормативных документах. Самая простая формула для расчета производительности вентиляции по нормам потребления:

V = Vнорм * N

где:

• V — производительность вентиляции, м³/ч;
• Vнорм — норма потребления воздуха на одного человека, м³/ч;
• N — количество постоянных жильцов.

Однако эта методика имеет существенный недостаток. Она не учитывает фактическое распределение людей по комнатам и время их пребывания в них. Поэтому она может давать завышенные или заниженные значения производительности вентиляции.

2. Методы, основанные на кратности воздухообмена

Эти методы основаны на требовании обеспечения определенной кратности воздухообмена в помещениях. Кратность воздухообмена показывает, сколько раз в час воздух в помещении полностью обновляется. Рекомендуемая кратность воздухообмена в жилых помещениях составляет 1-3 обмена в час.

Формула для расчета производительности вентиляции по кратности воздухообмена:

V = K * S * H

где:

• V — производительность вентиляции, м³/ч;
• K — кратность воздухообмена, обм/ч;
• S — площадь помещения, м²;
• H — высота потолков, м.

Этот метод более универсален, так как он учитывает объем помещения и высоту потолков. Однако он также имеет ряд недостатков:

• он не учитывает фактическое количество людей в комнате и выделяемое ими тепло;
• он может приводить к избыточному воздухообмену, в результате возникают повышенные энергозатраты на нагрев или охлаждение приточного воздуха.

Выбор методики расчета производительности зависит от конкретных условий и требований. Для жилых помещений с постоянным количеством жильцов и относительно равномерным распределением их по комнатам можно использовать метод, основанный на нормах потребления воздуха. Для помещений с переменным количеством людей и неравномерным распределением их по комнатам более предпочтителен метод, основанный на кратности воздухообмена.

Следует отметить, что для точного расчета производительности системы учитывается множество факторов, поэтому рекомендуется обращаться к специалистам для выполнения расчетов и проектирования.