Рис. 1. Принципиальная схема вентиляции помещения малого объема
Рис. 2. Схема воздухораспределения душирующей струей воздуха
Табл. 1. Работа запорных устройств
Введение
Высокие уровни заболеваемости и смертности трудоспособного населения являются одной из наиболее острых современных проблем здравоохранения Российской Федерации. Смертность трудоспособного населения Российской Федерации превышает аналогичный показатель по Европейскому Союзу в 4,5 раза; его потери, согласно научным прогнозам, могут составить в ближайшее десятилетие более 10 млн человек [1].
Поэтому снижение уровня вредных воздействий на организм человека является актуальной задачей. Вентилируемые помещения малого объема (например, кабины операторов пультов управления оборудованием) находят широкое распространение в производственных зданиях различного назначения, особенно в цехах с напряженным тепловым режимом.
Однако данные помещения часто не отвечают требованиям по обеспечению нормируемых параметров микроклимата на рабочем месте, что делает условия труда операторов напряженными. Обеспечение требуемых метеорологических условий является комплексной задачей, решение которой невозможно без повышения герметичности помещения и улучшения теплозащитных свойств ограждений.
Кроме того, последние исследования, например, П.О. Фангера [2, 3] показали, что при подаче приточного воздуха улучшенных кондиций (охлажденного, осушенного и очищенного) непосредственно в зону дыхания конкретного человека (принцип индивидуальной вентиляции) можно повысить не только качество вдыхаемого воздуха, но и уменьшить расход обрабатываемого приточного воздуха, что снижает стоимость климатической установки.
Предмет исследования и результаты
Задачей исследования явились разработка принципиальной схемы системы индивидуальной вентиляции в вентилируемых помещениях малых объемов и обоснование возможности использования вихревой трубы (ВТ) в этой системе. Для решения поставленной задачи выполнен анализ известных работ по исследованию качества внутреннего воздуха и проведены экспериментальные исследования ВТ.
В качестве генератора холода для системы индивидуальной вентиляции возможно применение ВТ. Для работы ВТ требуется сжатый воздух. На промышленных предприятиях всегда предусмотрена система сжатого воздуха для технологических нужд. Отбор небольшого количества сжатого воздуха для ВТ всегда возможен. Принципиальная схема системы вентиляции помещения малого объема показана на рис. 1.
Приточная вентиляция решена с помощью общеобменной системы и системы индивидуальной вентиляции, подающей воздух улучшенных кондиций непосредственно в зону дыхания оператора. Остановимся на последней подробнее. Сжатый воздух поступает в ВТ 7, где разделяется на охлажденный и нагретый потоки. Охлажденный поток поступает в воздуховоздушный теплообменник 4, а нагретый поток в атмосферу.
Дроссельный вентиль 8 служит для регулирования величины относительного расхода охлажденного потока. Давление сжатого воздуха перед вихревой трубой регулируется клапаном 6. Очищенный в фильтре 1 и охлажденный в воздуховоздушный теплообменнике 4 наружный воздух с помощью вентилятора 2 подается воздухораспределителем 5 в помещение. Воздухораспределитель сосредоточенной подачи воздуха 5 расположен на панели управления и направляет струю приточного охлажденного воздуха в зону дыхания оператора.
Предложенная схема позволяет использовать ВТ также в качестве теплового насоса. В холодный период года с помощью переключения запорных устройств 9, 10, 11, 12 (табл. 1) нагретый в ВТ воздух поступает в теплообменник 4 и нагревает наружный воздуха, который поступает через воздухораспределитель 5 в помещение. Регулирование теплои холодопроизводительности предлагаемой системы осуществляется с помощью регулирования работы ВТ [4].
Схема рассмотрена для ВТ диаметром D = 16 мм, длиной L = 10D = 160 мм с развихрителями нагретого и охлажденного потоков, диаметр отверстия диафрагмы d = 8 мм. Экспериментальные исследования ВТ приведены в материале [5]. Полный расход сжатого воздуха через ВТ М1 = 24 м3/ч при степени его расширения n = 2, температура на входе в ВТ t1 = 25°C. Режим работы ВТ при n = 0,65 (режим максимальной холодопроизводительности).
Воздухоохладитель 4 выполнен в виде теплообменника типа «труба в трубе». По внутренней трубе (труба наружного воздуха tнар = 22,4°C (параметры А). Расход ДКРНП 24 × 1 М1р ГОСТ 21646–2003) протекает охлажденный поток из ВТ, а по наружной — обрабатываемый приточный воздух (труба ДКРНП 35 × 1,5, расход равен 0,65 × 24 = 15,6 м3/ч). Расход обрабатываемого приточного М1р ГОСТ 21646–2003 воздуха в воздухоохладителе 4 составляет величину 18,5 м3/ч.
Площадь теплообменной поверхности составляет 0,116 м2. Воздухораспределение предусмотрено душирующей струей воздуха, чтобы на своем пути она по возможности минимально подмешивала нагретый и загрязненный воздух (рис. 2). Воздух подавался снизу вверх под углом 30°. Поскольку в качестве генератора холода используется ВТ, то при расчете воздухораспределителя рассматривался вариант неадиабатного охлаждения воздуха.
Исходя из решения прямой задачи воздушного душирования, расчетная площадь воздухораспределителя составила Fo = 0,0484 м2, что позволяет установить его на панели управления. Для данного рассмотренного случая голова оператора располагается на начальных по температуре и скорости участках струи.
Выводы
Разработана принципиальная схема системы индивидуальной вентиляции с ВТ помещений малых объемов. Применение системы позволит улучшить параметры вдыхаемого воздуха и снизить вредные воздействия на организм оператора. Простота конструкции ВТ и возможность использования заводской пневмосети в качестве источника энергии делает заманчивым применение ВТ в качестве генератора тепла и холода предложенной системы.
