Оздоровление воздушной среды. Естественная вентиляция
Воздухообмен при естественной вентиляции происходит вследствие разности температур воздуха в помещении и наружного воздуха, а также в результате действия ветра.
Разность температур воздуха внутри (более высокая температура) и снаружи помещения, а следовательно, и разность плотностей вызывают поступление холодного воздуха в помещение и вытеснение из него теплого воздуха. При действии ветра с заветренной стороны зданий создается пониженное давление, вследствие чего происходит вытяжка теплого или загрязненного воздуха из помещения; с наветренной стороны здания создается избыточное давление и свежий воздух поступает в помещение на смену вытягиваемому воздуху. Работа ряда вытяжных вентиляционных устройств в сильной степени также зависит от обдува их ветром.
Естественная вентиляция производственных помещений может быть неорганизованной и организованной.
При неорганизованной вентиляции поступление и удаление воздуха происходит через неплотности и поры наружных ограждений (инфильтрация), и через окна, форточки, специальные проемы (проветривание).
Организованная (поддается регулировке) естественная вентиляция производственных помещений осуществляется аэрацией и дефлекторами.
Аэрация — это организованная естественная вентиляция, которая осуществляется в холодных цехах за счет ветрового давления, а в горячих цехах — благодаря совместному или раздельному действию гравитационного и ветрового давлений.
Аэрация осуществляется следующим образом. В здании цеха, оборудованном тремя рядами проемов (2, 2, 3) со створками в летнее время открываются проемы 2 и 3 (рис. 4, а). Свежий воздух поступает в помещение через нижние проемы 2, располагаемые на небольшой высоте от пола (1—1,5 м), а удаляется через проемы 3 в фонаре здания.
Поступление наружного воздуха в зимнее время осуществляется через проемы 2, расположенные на высоте 4—7 м от пола (рис. 4, б). Данная высота принимается с таким расчетом, чтобы холодный наружный воздух, опускаясь до рабочей зоны, успел достаточно нагреться за счет перемешивания с теплым воздухом помещения. Меняя положение створок, можно регулировать воздухообмен.
Температура воздуха внутри цеха вследствие избыточных тепловыделений бывает, как правило, выше температуры наружного воздуха tH. Следовательно, плотность наружного воздуха рн больше плотности воздуха внутри цеха, что обуславливает, в свою очередь, наличие разности давлений наружного и внутреннего воздуха. На определенной высоте помещения, в так называемой плоскости равных давлений, расположенной примерно на середине высоты здания цеха (рис. 4, д), эта разность равна нулю.
Ниже плоскости равных давлений существует разрежение, обусловливающее поступление наружного воздуха (кгс/м2):
Выше плоскости равных давлений существует избыточное давление, которое на уровне центра верхних отверстий равно (кгс/м2):
Общая величина гравитационного давления, под влиянием которого происходит воздухообмен в помещении цеха, равна сумме давлений на уровне нижних и верхних проемов (кгс/м2):
a, б — открытие створок проемов при безветрии в теплое и холодное время года: в, г — то же при боковом ветре; д — распределение давления воздуха в здании цеха; е — незадуваемые фонари
и величину Hг по формуле (2), принимая температуру уходящего воздуха tyx = tн + (10 - 15°) и определяя по таблицам или известным формулам плотность рн и рcр.п соответствующие температурам
После этого находят избыточное давление в плоскости верхних вытяжных проемов:
Н2 = Нг — Н1 и требуемую площадь проемов (м2)
При обдувании здания ветром с надветренной стороны создается повышенное давление воздуха, а на заветренной стороне — разрежение, величины которых могут быть определены по формуле
где Hв — избыточное ветровое давление или разрежение; vB — скорость ветра, м/с; а — аэродинамический коэффициент, зависящий от конфигурации здания и определяемый по результатам обдува моделей (величина а обычно составляет 0,7—0,85 для наветренной стороны здания и от —0,3 до —0,45 для заветренной стороны).
Под напором воздуха с наветренной стороны наружный воздух будет поступать через нижние проемы и, распространяясь в нижней части здания, вытеснять более нагретый и загрязненный воздух через проемы в фонаре здания наружу (рис. 4, в, г). Таким образом, действие ветра усиливает воздухообмен, происходящий за счет гравитационного давления, а в ряде случаев (в жаркие дни) является основным действующим фактором.
Расчет аэрации при совместном действии ветра и теплоизбытков производится аналогично приведенному выше, при этом дополнительно к давлениям воздуха, возникающим вследствие разности температур, прибавляются или вычитаются давления, создаваемые ветром.
При задувании ветра в верхние проемы в фонаре потоки наружного воздуха опускаются вниз, где смешиваются с пылью и газами и попадают в рабочую зону. В этом случае уменьшается воздухообмен, увеличивается температура воздуха в рабочей зоне, т. е. задувание ветра приводит к ухудшению условий труда. Для исключения этого явления устраивают так называемые незадуваемые фонари (рис. 4, е), в которых используют ветрозащитные щиты. Благодаря срыву струй ветра, с заветренной стороны щита (у проема) всегда имеет место разрежение и тем большее, чем выше скорость ветра. Поэтому незадуваемые фонари работают на вытяжку при любых направлениях ветра.
Преимуществом аэрации является то, что большие объемы воздуха (до нескольких миллионов кубических метров в час) подаются и удаляются без применения вентиляторов и воздуховодов. Как следствие этого, система аэрации значительно дешевле механических систем вентиляции; она является мощным средством для борьбы с избыточными тепловыделениями в горячих цехах.
Наряду с достоинствами, аэрация обладает существенными недостатками, а именно: в летнее время эффективность аэрации может существенно падать вследствие повышения температуры наружного воздуха, особенно в безветренную погоду; кроме того, поступающий в помещение воздух не обрабатывается (не очищается, не охлаждается).
Дефлекторы представляют собой специальные насадки, устанавливаемые на вытяжных воздуховодах и использующие энергию ветра.
Дефлекторы применяют для удаления загрязненного или перегретого воздуха из помещений сравнительно небольшого объема, а также для местной вентиляции, например, для вытяжки горячих газов от кузнечных горнов, печей и т. д.
В настоящее время наибольшее распространение получил дефлектор ЦАГИ (рис. 5). Он состоит из диффузора 1, верхнюю часть которого охватывает цилиндрическая обечайка 2. Колпак 3 служит для защиты от попадания атмосферных осадков в патрубок 5, а конус 4 — для предохранения от задувания ветром внутрь дефлектора.
Ветер, обдувая обечайку дефлектора, создает на большей части его окружности разрежение, вследствие чего воздух из помещения движется по воздуховоду и патрубку 5 и затем выходит наружу через две кольцевые щели между обечайкой 2 и краями колпака 3 и конуса 4.
Эффективность работы дефлекторов зависит от силы ветра и высоты установки их над коньком крыши.
При ориентировочном подборе дефлекторов определяется диаметр подводящего патрубка D (м) и соответственно конструктивные размеры дефлектора:
где Lд — производительность дефлектора, м3/ч; vn — скорость воздуха в патрубке, м/с, которая принимается равной половине скорости ветра; обычно vA = 1,5 -н 2 м/с при скорости ветра 3—4 м/с (для каждой местности известна средняя скорость ветра за наиболее жаркие месяцы; для Москвы такая скорость равна 3,5 м/с).
Диаметры патрубков дефлекторов обычно составляют от 0,2 до 1,0 м.
Полезная информация: