Материал: ЛР_ПЭ_БЖД

Воздух, всасываемый вентиляторами из атмосферы, после очистки и подогрева поступает в специальные каналы, называемые воздуховодами, и разводится по производственному помещению. Такая вентиляция называется приточной. Нагретый воздух из помещения, содержащий вредные примеси и водяные пары, отводится из помещения с помощью системы вытяжной вентиляции.

Приточная и вытяжная ветви вентиляции могут быть объединены, в этом случае система вентиляции называется приточно-вытяжной. Большое распространение на практике получила приточно-вытяжная вентиляция с рециркуляцией воздуха. Для нее характерно использование части воздуха, удаляемого из помещения и прошедшего очистку в системе приточной вентиляции. При этом рециркулирующий воздух разбавляется частью свежего воздуха, поступающего из атмосферы. Использование такой системы вентиляции позволяет снизить расходы на очистку воздуха, поступающего из атмосферы, и на его нагрев в холодное время года.

Для создания требуемых параметров микроклимата на определенном участке производственного помещения служит местная приточная вентиляция. Различают следующие устройства местной приточной вентиляции - воздушные души и оазисы, а также воздушно-тепловые завесы.

Воздушные души применяются для защиты работающих от воздействия теплового излучения интенсивностью 350 Вт/м² и более. Принцип действия этих устройств основан на обдуве работающего струей увлажненного воздушного потока, скорость которого составляет 1 - 3,5 м/с. При этом увеличивается теплоотдача организма в окружающую среду.

В воздушных оазисах, представляющих собой часть производственного помещения, ограниченного со всех сторон переносными перегородками, создаются требуемые параметры микроклимата. Воздушные оазисы используются в горячих цехах.

Для защиты людей от переохлаждения в холодное время года в дверных проемах и воротах устраивают воздушные и воздушно-тепловые завесы, в которых теплый воздух подается под углом к холодному воздушному потоку, поступающему в помещение. При этом снижается скорость либо изменяется направление холодного воздушного потока, уменьшая вероятность возникновения сквозняков в производственном помещении. Воздушно-тепловые завесы действуют на станциях метрополитена и в дверях крупных магазинов.

В настоящее время для поддержания требуемых параметров микроклимата широко применяются установки для кондиционирования воздуха (кондиционеры). Кондиционированием воздуха называется создание и автоматическое поддержание в производственных или бытовых помещениях, независимо от внешних метеорологических условий, постоянных или изменяющихся по определенной программе параметров микроклимата (температура, влажность, чистота и скорость движения воздуха), сочетание которых создает комфортные условия для труда или требуется для нормального протекания технологического процесса. Кондиционер - это автоматизированная вентиляционная установка, которая поддерживает в помещении заданные параметры микроклимата. Эксплуатация установок для кондиционирования воздуха обычно дороже, чем эксплуатация вентиляционных систем.

Для эффективной работы системы общеобменной вентиляции при поддержании требуемых параметров микроклимата количество воздуха, поступающего в помещение в единицу времени L_пр, должно быть практически равно количеству воздуха удаляемого из него L_выт и соответствовать количеству примесей, выделяемых в помещении в единицу времени.

В данной лабораторной работе в качестве вредности, которую нужно удалить, рассматривается избыточное тепло. Требуемая величина воздухообмена для удаления избыточного тепла из помещения Q_изб кДж/ч определяется выражением

L_пр = Q_изб / c×r×(t_уд – t_пр), м³/ч, (1)

где L_пр - требуемое количество приточного воздуха, м³/ч; с - удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, равная 1 кДж/кг×град; r - плотность приточного воздуха, кг/м³; t_уд - температура удаляемого воздуха, ºС; t_пр - температура приточного воздуха, ºС.

Если в производственном помещении находятся различные источники тепла, температура которых превышает температуру человека, то тепло от них самопроизвольно переходит к менее нагретому телу, т.е. к человеку. Различают три принципиально разных элементарных способа распространения тепла - теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.

Теплопроводность - перенос тепла вследствие беспорядочного (теплового) движения микрочастиц (атомов, молекул или электронов) тел непосредственно соприкасающихся друг с другом.

Конвекция - перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости.

Тепловое излучение - распространение электромагнитных колебаний с различной длиной волны, обусловленное тепловым движением атомов или молекул излучающего тела.

В реальных условиях тепло передается не каким-либо одним из указанных способов, а комбинированным. Тепло, поступающее в производственное помещение от различных источников, влияет на температуру воздуха в нем. В производственных помещениях с большим тепловыделением приблизительно 2/3 тепла поступает за счет излучения, а практически все остальное тепло приходится на долю конвекции.

Тепловыделение в помещении от солнечной радиации учитывается в теплый период года при температуре наружного воздуха более 10 ºС. Тепло поступает в помещение через остекленные поверхности.

Количество тепла Q_р, поступающего в помещение за счет солнечной радиации, для застекленных поверхностей определяется по формуле

Q_р = F_оq_оA_о, (2)

где F_о - площадь поверхности остекления; q_о - величина солнечной радиации через поверхности остекления, зависящая от ориентации по сторонам света, кДж/м²×ч (см. планшет 1, табл.1); A_о - коэффициент зависящий от характеристики остекления и его загрязнения. Значения коэффициента A_о для различных видов остекления и состояния поверхности остекления:

двойное остекление в одной раме 1,15

одинарное остекление 1,45

обычное загрязнение стекла 0,8

сильное загрязнение стекла 0,7

застекление матовыми стеклами 0,4

Человек в процессе труда постоянно находится в состоянии теплового равновесия с окружающей средой. Величина тепловыделения организмом человека зависит от степени его физического напряжения и параметров микроклимата в производственном помещении и составляет в состоянии покоя 86 Вт, при тяжелой физической работе до 500 Вт. (см. планшет 1, табл.2).

При работе вентиляционной системы для эффективного удаления избытков тепла температура приточного воздуха должна быть на 5 - 8 °С ниже температуры воздуха в рабочей зоне.

Определение производительности вентиляционной установки

Объем подаваемого или удаляемого вентиляцией воздуха определяют по формуле

L = F×v×3600 м³/ч, (3)

где v - скорость движения воздуха, м/с; F - площадь сечения отверстий или воздуховода, м².

Поэтому для оценки производительности механической вентиляционной установки необходимо определить скорость движения воздуха, проходящего по закрытому воздуховоду.

В основе описания движения воздуха лежат два фундаментальных закона - закон сохранения количества вещества (в гидро- и аэродинамике закон постоянства потока) и закон сохранения энергии (в гидро- и аэродинамике при установившемся или стационарном режиме уравнение Бернулли).

По закону постоянства потока

П = m / t = const, кг/с,

где П - величина потока; m - масса вещества; t - время.

Если плотность жидкости или газа равна r, то через сечение площадью F проходит со скоростью v поток жидкости или газа, равный П = r×F×v, кг/с.

Для двух произвольных сечений потока площадью F₁ и F₂ закон постоянства потока может быть выражен соотношением

r×F₁×v₁ = r×F₂×v₂ или F₁×v₁ = F₂×v₂,

т.е. чем меньше площадь поперечного сечения воздуховода, тем с большей скоростью движется поток, и наоборот.

Уравнение Бернулли записывается в виде

r×v₁² / 2 + r×g×h₁ + P₁ = r×v₂² / 2 + r×g×h₂ + P₂,

или

r×v² / 2 + r×g×h + P = const

для любых сечений потока, где v₁, v₂ - скорость потока жидкости или газа при входе в трубу и выходе из нее, ρ - плотность газа или жидкости, P₁, P₂ - давление газа или жидкости при входе в трубу и выходе из нее, g - ускорение свободного падения, h₁, h₂ - расстояние между центром сечения трубы и некоторым уровнем, принятым за нулевой (рис.2).

В уравнении Бернулли слагаемое r×v² / 2 =P_дин определяет динамическое давление, а rgh + P = P_ст - статическое давление. Для горизонтальной линии потока, если h₁ = h₂, уравнение Бернулли принимает вид

r×v₁² / 2 + P₁ = r×v₂² / 2 + P₂.

Рис.2. Расчетная схема воздуховода

Полное или общее давление P_п - алгебраическая сумма статического и динамического давлений P_п = P_дин + P_ст.

В нагнетающих воздуховодах расположенных в системе после вентилятора, давление выше атмосферного. Однако практика измерений показывает, что в реальных воздуховодах скорость движения газа всегда неравномерна вследствие действия сил трения. В некоторых точках поперечного сечения воздуховода наблюдаются нулевые или даже отрицательные значения динамического давления, что указывает на наличие обратных потоков воздуха вследствие образования вихрей и характеризует воздуховод как гидравлически шероховатый. Поэтому при измерении динамического давления производится несколько замеров в сечении воздуховода с последующим усреднением результатов.

Шумовые характеристики вентиляторов

Вентиляционное оборудование является одним из источников шума. Шум - это совокупность звуков различной частоты. Шум неблагоприятно действует на человека, снижая его работоспособность. Основными физическими характеристиками шума являются его частота, интенсивность и звуковое давление.

На практике пользуются логарифмическими уровнями интенсивности звука и звукового давления, измеряемыми в децибелах. Уровни интенсивности звука L_i и уровни звукового давления L_p определяются следующими соотношениями:

L_i = 10lg(I / I₀), дБ; L_p = 20lg(P / P₀), дБ,

где I и P - фактические значения интенсивности звука и звукового давления; I₀ = 10^–12 Вт/м² и P₀ = 2×10^–5 Па - пороговые значения на пределе слышимости.

Характеристики и предельные уровни шума на рабочих местах устанавливает ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ. Допустимые уровни шума на рабочих местах ограничиваются в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. В планшете 2 приведены допустимые уровни звукового давления в октавных полосах частот и уровни звука на некоторых рабочих местах предприятий для широкополосного шума. Кроме того, известен метод нормирования шума, основанный на измерении шума по стандартной шкале А шумомера. Эта шкала имитирует частотную чувствительность человеческого уха. Уровень шума, измеренный по шкале А шумомера, обозначается в дБА. Постоянные шумы предпочтительно характеризовать по предельному спектру шума, а непостоянные - только в дБА.

Методика выполнения работы

1. Определить по соотношению (1) теоретическую величину воздухообмена для удаления избыточного тепла Q_изб из помещения, в котором работают 5 мужчин и 8 женщин, для чего по соотношению (2) рассчитать количество тепла Q_р, поступающего в помещение через остекленную поверхность окна за счет солнечной радиации, а также учесть тепловыделение людей Q_л, занятых работой средней тяжести: Q_изб = Q_р + Q_л. Для расчета использовать данные таблиц 1, 2 планшета 1.

2. Определить динамическое давление в двух сечениях воздуховода (1 и 2) (см. рис.1), для чего:

а) соединить концы пневмометрической трубки с микроманометром;

б) снять показания микроманометра до эксперимента, т.е. нулевой отчет статического давления P₀;

в) ввести пневмометрическую трубку в воздуховод, повернув ее отверстие навстречу потоку воздуха и держа ее горизонтально;

г) измерить давление в нескольких (трех - пяти) точках каждого сечения (см. рис.1), произвести усреднение по формуле

,

где P_дин1, P_дин2,…. P_динn - динамическое давление, замеренное в точках 1, 2, 3; n - количество измерений в одном сечении воздуховода.

3. Вычислить скорость движения воздуха, используя уравнение Бернулли. Если плотность воздуха при стандартных условиях равна r = 1,29 кг/м³, то скорость потока можно определить по формуле

v = 1,25 , м/сек.

4. Вычислить по соотношению (2) количество воздуха прошедшего через вентиляционную установку, для чего измерить линейные размеры сечения воздуховода в точках 1 и 2 и рассчитать их площадь в квадратных метрах.

5. Результаты измерений и вычислений занести в форму таблицы.

Форма таблицы

Результаты экспериментов