Системы промышленной вентиляции (СПВ) играют главную роль в обеспечении требуемых параметров микроклимата в производственных помещениях, улучшению общественного здоровья работающих, сокращению профзаболеваний, текучести персонала и затрат на обучение. В настоящее время актуальной научно-практической задачей СПВ является их оптимизация. В рамках общей задачи возможно оптимизировать следующие параметры: производительность приточной и вытяжных систем (местных и общеобменных), величину воздухообмена [1], площади сечений воздуховодов, значения давления соответствующих вентиляторов, конечное сопротивление фильтров и т. п. Одной из задач оптимизации СПВ также является поиск наиболее эффективной конструкции местных вытяжных устройств (МВУ). Судить об эффективности МВУ следует по совокупности значений коэффициентов: улавливания kул и эффективности kэф [2].

Коэффициент улавливания газообразных веществ определяется по следующей зависимости:

где смо — концентрация вредного вещества в воздухе, удаляемом местным вытяжным устройством, мг/м³; ср.з — концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны, мг/м³; Lмо — расход удаляемого воздуха местным вытяжным устройством, м³/с; Gвр — общее количество вредных веществ, выделяемое источником, оборудованным МВУ, мг/с.

Общая теоретическая экспоненциально-степенная зависимость коэффициента улавливания вредностей МВУ была предложена авторами в работе [3] для описания многочисленных опытных данных:

kул = 1 — exp[-(avмо)n] = f(vмо, Fмо, …) ∈ [0, 1], (2)

где a [с/м] и n — множитель и показатель степени, хорошо согласующие с экспериментальными данными испытаний МВУ с гипотетической экспоненциально-степенной зависимостью (2) и обеспечивающие выражение в круглых скобках безразмерным; vмо — скорость всасывания в рабочем сечении МВУ, м/с; Fмо — площадь рабочего сечения МВУ, м². Для выбранного типа МВУ данные коэффициенты можно определить по данным [3, 4].

Ввиду того, что не во всех работах удалось обнаружить численное значение площади всасывания МВУ Fмо, коэффициент a указан не для всех конструкций.

Коэффициент эффективности kэф, предложенный Г. М. Позиным и М. И. Гримитлиным [5], определяется как отношение концентраций вредных веществ в удаляемом воздухе МВУ и в рабочей зоне, где концентрация cр.з принимается равной ПДК. Если сравнивать МВУ при одинаковом kул, то удачнее будет та конструкция МВУ, у которой kэф больше при спр << ср.з:

Однако мы предлагаем эти соотношения записывать в несколько ином виде, тогда они будут сравнимы с величиной kул < 1:

Связь между коэффициентом улавливания и коэффициентом эффективности [2], с учётом зависимости (4):

Концентрация вредных веществ в уходящем воздухе МВУ:

В общем случае максимальная концентрация вредных веществ в уходящем воздухе МВУ смо.max, в зависимости от расхода удаляемого воздуха или коэффициента улавливания [см. формулу (1)], может быть определена графически с помощью построений линий концентраций по зависимости (6). Однако существует графоаналитическое решение для нахождения максимальной концентрации смо.max, которое приведено ниже.

Оптимальное значение коэффициента эффективности kэф соответствует максимальной концентрации вредных веществ в уходящем воздухе МВУ. Используя формулу (2) преобразуем выражение для концентрации вредных веществ в уходящем воздухе МВУ (ср.з = ПДК):

Найдём производную выражения (7) и приравняем её к нулю:

На рис. 1 представлены результаты решения уравнения (8). Оказалось, что каждому значению n соответствует значение avмо, при котором достигается максимальное значение концентрации и, соответственно, оптимальный коэффициент эффективности kэф.опт.


Рис. 1. Определение avмо и kул при оптимальном коэффициенте эффективности kэф.опт в зависимости от показателя степени n (ключ: для n = 1,6 находим, что avмо ≈ 0,92 и kул ≈ 0,58)

График, приведённый на рис. 1, справедлив для нахождения оптимального коэффициента эффективности как по вредным выделениям, так и по теплоте. Определив по рис. 1 kул, при котором достигается максимальная концентрация вредного вещества в уходящем воздухе МВУ, далее по формуле (5) вычисляем оптимальный коэффициент эффективности kэф.

Таким образом, предложенный подход возможно использовать для выбора режима работы МВУ, сравнения нескольких типов МВУ между собой и выбора наиболее экономичного сочетания конструктивных и режимных параметров МВУ.