Рис. 1. Схемы подачи воздуха в цехах большой высоты
Рис. 2. Схемы подачи воздуха в цехах небольшой высоты (небольшого объема)
Табл. 1. Ориентировочные значения коэффициентов воздухообмена
В состав судостроительных заводов входят следующие цехи: корпусообрабатывающие, сборочно-сварочные, окраски и подготовки изоляции, судостроительные, пластмассового судостроения и др. [1]. С точки зрения организации воздухообмена помещения этих цехов относятся к так называемой «первой категории» [2]. Они размещаются, как правило, в зданиях с пролетами шириной от 12 до 36 м.
Особых технологических требований к равномерности распределения параметров воздуха по рабочей зоны не предъявляется. Судостроительные цехи относятся к производственным помещениям, характеризуемым незначительными избытками теплоты (менее 23 Вт/м2). Выполняемая в этих цехах работа относится к категории работ средней тяжести Пб (ГОСТ 12.1.005–88) [3].
Расчетные параметры наружного и внутреннего климата, а также содержание в воздухе рабочей зоны помещений вредных газов, паров и пыли принимаются в соответствии с требованиями действующих нормативных документов [4–8]. В судостроительных цехах следует предусматривать вентиляцию с механическим побуждением. Для улавливания вредностей непосредственно у места их выделения необходимо устройство местной вытяжной вентиляции.
Следует выбирать наиболее эффективный тип местного отсоса, обеспечивающий требуемый санитарно-гигиенический эффект при наименьшем количестве удаляемого воздуха. Известные типы местных отсосов при одновременном выделении теплоты и вредных веществ можно расположить по мере уменьшения эффективности в следующем порядке: полные укрытия; укрытия с рабочим проемом; подъемно-поворотные вытяжные устройства; зонты; кольцевые отсосы; бортовые, боковые и угловые отсосы; нижние отсосы.
С целью повышения эффективности работы местного отсоса и сокращения количества удаляемого воздуха необходимо учитывать следующие положения: местный отсос должен быть максимально приближен к источнику выделения вредностей; отсос следует ориентировать так, чтобы поток вредностей при улавливании минимально отклонялся от естественного направления движения; форма и размеры отсоса должны соответствовать форме и размерам источника вредных выделений; подтекание воздуха к отсосу целесообразно максимально ограничивать стенками, фланцами, свесами; при возможности обеспечивать устойчивость потоков вредных веществ и направлять их к местному отсосу с помощью струй; работа местных отсосов не должна нарушаться подвижностью воздуха в помещении, создаваемой системами приточной вентиляции, движущимся транспортом, оборудованием и т.п. Типы рекомендуемых местных отсосов для конкретных видов производства приведены в литературе [9, 10, 11].
В дополнение к местной вытяжной вентиляции, а также в случае невозможности ее устройства при данном технологическом процессе, следует предусматривать общеобменную вентиляцию. Рекомендуются следующие способы подачи воздуха [12, 13, 14]. В цехах большой высоты (более 8 м) с малым количеством фиксированных рабочих мест и небольшой (до 5 ч–1) кратностью воздухообмена: наклонными струями в направлении рабочей зоны (рис. 1а); сосредоточенно горизонтальными струями в верхнюю зону (рис. 1б); методом «затопления» рабочей зоны приточным воздухом (рис. 1в), выпускаемым через крупногабаритные перфорированные поверхности с высоты 4–6 м.
В производственных помещениях сравнительно небольшой высоты (до 8 м) со значительным количеством фиксированных рабочих мест и кратностью, достигающей 20–30 ч–1: сверху-вниз веерными, коническими и компактными струями (рис. 2а, б) через воздухораспределители-плафоны; горизонтальной неполными веерными и компактными струями в верхнюю зону помещения (рис. 2в) через вентиляционные решетки; сверху-вниз плоскими струями (рис. 2г) через перфорированные воздуховоды.
Кроме широко известных способов подачи воздуха, приведенных на рис. 1 и 2, в сварочных цехах судостроительных и других предприятий в настоящее время находит применение система РПВС. Над сварочными постами образуется облако сварочного аэрозоля с повышенными концентрациями вредных выделений. Через него подают горизонтальную плоскую струю, которая эжектирует вредные выделения; в конце развития из нее отбирают загрязненный воздух (в количестве, равном расходу на истечении), очищают его и снова направляют в приточный воздуховод.
За счет очистки удается уменьшить количество приточного воздуха, подаваемого в помещение. Основные характеристики воздухораспределительных устройств, используемых в схемах на рис. 1 и 2, приведены в работах [2, 12, 13]. Количество воздуха L [м3/ч] при общеобменной вентиляции определяется по следующим формулам, для разбавления вредных паров, газов и пыли:
а для поглощения избыточной теплоты:
В приведенных формулах: Lм — количество воздуха, удаляемого местной вытяжной вентиляцией, м3/ч; G — количество газовыделений, поступающих в помещение, мг/ч; Q — количество избыточного тепла, Вт; tрз — средняя температура воздуха в рабочей зоне, °С; t0 — температура воздуха, подаваемого в помещение, °С; zрз — средняя концентрация вредностей в рабочей зоне, мг/м3; z0 — концентрация вредностей в воздухе, поступающем в помещение, мг/м3; c — объемная теплоемкость воздуха, кДж/(м3⋅°С); kt и kz — коэффициенты воздухообмена. Коэффициенты воздухообмена, характеризующие связь между параметрами воздуха рабочей зоны и параметрами удаляемого воздуха, при поглощении вредных паров и газов:
а при поглощении избыточной теплоты:
где tух — температура удаляемого воздуха, °С; zух — концентрация вредностей в удаляемом воздухе, мг/м3. Величины kt и kz зависят от взаиморасположения приточных и вытяжных отверстий, размещения источников выделения вредностей и способа подачи приточного воздуха в помещение. Расчет коэффициентов воздухообмена изложен в справочнике проектировщика [12] и в методических рекомендациях [15].
Примерные величины kt и kz приведены в табл. 1. При оценке эффективности системы организации воздухообмена следует руководствоваться не только величиной коэффициента воздухообмена kt, но и величиной произведения kt (tрз – t0), стремясь к максимальной его величине [16]. Расчет воздухообмена и воздухораспределения следует производить комплексно, базируясь на закономерностях струйных течений с учетом особенностей их развития в вентилируемых помещениях (характеристик воздухораспределительных устройств, а также взаимодействия, стеснения и неизотермичности струй).
Определение количества и типоразмеров воздухораспределителей зависит от условий обеспечения нормируемых значений скоростей и температур в рабочей зоне помещения, равномерности скоростных и температурных полей, обеспечения расчетных схем циркуляции при подаче нагретого и охлажденного воздуха, эффективного использования приточного воздуха [2, 12, 15].
Проведение комплексных расчетов воздухообмена и воздухораспределения рекомендуется осуществлять с использованием разработанного программного комплекса «Привоз-W». В «Привоз-W» реализованы методы расчета воздухообмена и воздухораспределения, наиболее близкие к действующим нормативным и справочным данным и им не противоречащие [17]. Если использование для расчетов воздухообмена и воздухораспределения инженерных методов не представляется возможным, допускается применение численных методов расчета.
Рециркуляцию воздуха в системах вентиляции и кондиционирования воздуха и воздушного отопления следует предусматривать согласно [4, 18]. Автомобильные и железнодорожные ворота, а также проемы для пропуска листов металла следует оборудовать воздушно-тепловыми завесами. Локализацию холодных потоков воздуха, поступающего через неплотности у притворов ворот, предназначенных для вывоза крупногабаритных секций и судов, следует производить с помощью воздушных завес, использующих неподогретый воздух помещений и встроенных в полотно ворот.
Для предотвращения прорывания в рабочую зону ниспадающего вдоль наружных стен потока холодного воздуха рекомендуется в цехах значительной высоты (более 8–10 м) предусматривать воздушную защиту рабочей зоны [19]. Выбрасываемый в атмосферу воздух, содержащий вредные вещества, следует, как правило, очищать. Для более интенсивного рассеивания в атмосфере остаточных количеств вредных веществ целесообразно предусматривать факельный выброс удаляемого воздуха.
В вентиляционно-отопительных системах следует, как правило, использовать тепловые вторичные энергетические ресурсы (ВЭР). Целесообразность использования ВЭР, выбор схем утилизации теплоты и теплоутилизационного оборудования должны быть обоснованы технико-экономическим расчетом. В судостроительных цехах предусматривается, как правило, воздушное отопление, совмещенное с приточной вентиляцией. Результаты, изложенные в настоящей статье, использованы при разработке новой редакции основных положений по вентиляции и отоплению судостроительных цехов.
