2.3. Устройство вентиляционных систем

Системы естественной вентиляции отличаются бесшумностью работы, отсутствием каких-либо механизмов, простотой обслуживания. Действие естественной вентиляции обусловлено гравитационным давлением, возникающим вследствие разности плотностей наружного и внутреннего воздуха. Плотность воздуха в большой степени зависит от температуры. Так, при температуре 0 ºС и обычном барометрическом давлении плотность воздуха - 1,29 кг/м³, при температуре 16 ºС – 1,22 кг/м³, а при 100 ºС – всего 0,95 кг/м³. В промышленных цехах воздух, как правило, имеет более высокую температуру, чем наружный воздух и, следовательно, меньшую плотность. При наличии открытых проемов в наружных ограждениях или вытяжных вентиляционных труб и шахт внутренний, менее плотный воздух будет вытесняться наружным. Чем больше разность плотностей и чем больше расстояние между центром входного (нижнего) проема или низом шахты и центром вытяжного (верхнего) либо устьем шахты, тем выше гравитационное давление и интенсивнее действие естественной вентиляции (рис. 2.1).

Естественная вентиляция может быть бесканальной, если воздух проходит только через открытые проемы в наружных ограждениях (рис. 2.1, а), или канальной, когда воздух перемещается по каналам, воздуховодам и шахтам (рис. 2.1, б).

Рис. 2.1. Схемы систем естественной вентиляции, работающих

под действием гравитационного давления:

а) и б) – перемещение воздуха через проемы в наружных ограждениях

и через проемы и вытяжную шахту

Работа естественной вентиляции в значительной степени зависит от действия ветра. Ветер, набегая на здание, создает на наветренной стороне зону избыточного давления, а на заветренной – зону отрицательного давления. Это явление используется для усиления воздухообмена.

Управляемый естественный воздухообмен в промышленных зданиях называется аэрацией. Такие здания обычно оборудуются фонарями со створками, открываемыми вручную или специальными механизмами. Такими же открывающимися створками снабжены проемы в наружных стенах. Открывая их частично или полностью, можно регулировать воздухообмен.

Преимуществом аэрации является то, что воздухообмен создается без помощи вентиляторов и не требуется расхода электроэнергии. Однако аэрация обеспечивает только общеобменную вентиляцию и не предусматривает очистку приточного и вытяжного воздуха.

Системы механической вентиляции получили наибольшее распространение, так как не подвержены влиянию внешних метеорологических условий, легко поддаются регулированию и имеют значительный радиус действия.

Приточные системы механической вентиляции подают очищенный с заданной температурой и в некоторых случаях и влажностью воздух в рабочую зону помещения для обеспечения требуемых санитарно-гигиенических условий пребывания людей и работы технологического оборудования. Вытяжные системы механической вентиляции удаляют загрязненный воздух, очищая его в случае необходимости перед выбросом в атмосферу.

Системы механической вентиляции могут быть включены и остановлены в любое время, их работа легко поддается контролю и управлению, что способствует их широкому распространению. Приточные системы вентиляции состоят из следующих основных элементов (рис. 2.2): воздухозаборного устройства 1, приточной камеры, а также сети воздуховодов и воздухораспределителей 7. Между воздухозаборным устройством 1 и фильтром приточной камеры 5 устанавливают утепленный клапан с ручным или электрическим приводом 3. При неработающем вентиляторе клапан должен быть закрыт для защиты оборудования приточной камеры от попадания холодного наружного воздуха, который может заморозить воду в трубах воздухонагревателей и вывести их из строя.

Рис. 2.2. Схема приточной вентиляционной системы

Приточная камера в строительном исполнении (рис. 2.3) состоит из жалюзийной решетки 1, утепленного клапана 2, фильтра для очистки воздуха 3, калориферов для его нагрева 4 и вентилятора 7 с электродвигателем 8. Вентилятор соединен с металлическим конфузором 11 и диффузором 6 сети воздуховодов с помощью мягких вставок 5 из брезента. Раму 9 вентилятора устанавливают на виброизоляторах 10. Виброизоляторы и мягкие вставки уменьшают уровень шума от вентоборудования. Герметические двери 12 предназначены для входа в вентиляционную камеру с целью обслуживания калориферов, фильтра, клапана в процессе эксплуатации.

Рис. 2.3. Приточная камера

1 – жалюзийная решетка; 2 – утепленный клапан; 3 – фильтр;

4 – воздухонагреватель (калорифер); 5 – мягкие вставки; 6 – диффузор;

7 – вентилятор; 8 – электродвигатель; 9 – рама; 10 – виброизоляторы;

11 – металлический конфузор; 12 – герметические двери

Приточные камеры в металлическом исполнении можно устанавливать на фундаменте, либо площадке, или даже подвешивать к фермам покрытий помещений. Для этих камер не требуется ограждение из строительных конструкций. На рис. 2.4 приведена схема компоновки приточной металлической камеры типа 2ПК.

Рис. 2.4. Схема компоновки приточной камеры 2ПК:

1 – вентилятор; 2 – соединительная секция; 3 – калориферная секция;

4 – приемная секция с фильтром

Приточные камеры 2ПК рассчитаны на производительность по воздуху от 3500 до 150000 м³/ч. Допускается отклонение производительности камер в пределах 15 %.

В состав камер от 2ПК10 до 2ПК125 входят следующие секции:

- приемная;

- соединительная с вентиляторной установкой;

- оросительная;

- калориферная;

- фильтр.

В зависимости от технологических требований к обработке приточного воздуха камеры могут быть выполнены с полным набором секций, а также без секции фильтра и оросительной секции. Камеры могут быть левого и правого исполнения и монтироваться как с одним вентилятором, так и с двумя (один из которых резервный).

На рис. 2.5 приведены схемы компоновки унифицированных приточных установок, которые имеют производительность от 0,3 до 50 тысяч м³/ч как с обводным клапаном, так и без него. Характеристики модульных приточных установки серии АПК (рис. 2.6) производительностью до 8000 м³/ч, разработанных НПП «Инновент», представлены в табл. 2.1.

Рис. 2.5. Схемы компоновки унифицированных приточных установок (УПУ):

а – с одним вентилятором; б – с двумя вентиляторами (рабочим и резервным); 1 – воздухозаборная шахта; 2 – патрубок; 3 – воздухонагреватель; 4 – конфузор; 5 – коробка; 6 – гибкая вставка; 7 – вентилятор

Рис. 2.6. Типовая схема приточной камеры АПК:

1 – входной клапан с приводом; 2 – воздушный фильтр; 3 – канальный вентилятор; 4 – калорифер (водяной или электрический); 5 – глушитель шума

Таблица 2.1

Аэродинамические параметры и геометрические размеры

приточных установок типа АПК

Тип камеры	Номинальная производительность, тыс. м3/ч	Номинальное статическое давление, Па	Частота вращения, об/мин	Поперечное сечение, квадрат А, мм	Продольная длина вентилятора L, мм
АПК-1,6	0,1 ... 0,5	270 ... 150	2750	270	300
АПК-2	0,2 ... 1,0	370 ... 220	2750	330	350
АПК-2,5-2	0,3 ... 1,8	670 ... 350	2750	400	420
АПК-2,5-4	0,2...0,9	180 ... 80	1350
АПК-3,15-2	1,0 ... 4,0	1200 ... 600	2850	500	500
АПК-3,15-4	0,4 ... 1,8	260 ... 120	1350
АПК-4-4	1,0 ... 4,0	480 ... 200	1350	620	560
АПК-4-6	0,5 ... 2,2	190 ... 120	880
АПК-5-4	2,0 ... 8,0	780 ... 350	1420	780	700
АПК-5-6	1,0 ... 5,0	340 ... 150	920

Стандартная комплектация приточной камеры включает в себя: воздушный клапан с электроприводом, блок фильтра, электрический или водяной калорифер, вентилятор, шумоглушитель.

Воздуховоды систем вентиляции обычно изготовляют из кровельной тонколистовой оцинкованной или черной стали толщиной от 0,50 до 1,4 мм, принимаемой для каждого из сечений в соответствии с [42]. Воздуховоды могут быть круглого или прямоугольного сечения. Металлические воздуховоды быстро монтируются, достаточно прочны и обладают хорошей герметичностью.

Воздухораспределители (приточные насадки) предназначены для раздачи приточного воздуха. Приточный воздух может подаваться в рабочую зону. Для этого воздухораспределители должны иметь незначительную скорость выходящего воздуха, чтобы исключить ощущение дутья. При подаче воздуха в верхнюю зону помещения, наоборот, скорость выхода воздуха должна быть выше, чтобы струя свежего воздуха достигала рабочей или обслуживаемой зоны. Воздухораспределители устанавливают в подвесных потолках или на небольшой высоте над рабочей зоной у наружных стен или колонн.

Разновидностью приточных вентиляционных систем является воздушное душирование, которое обеспечивает подачу потока воздуха на постоянное рабочее место. Такая подача воздуха необходима при интенсивном тепловом (от 140 до 2800 Вт/м² и более) облучении рабочих, например около промышленных печей, при работе с нагретым или расплавленным металлом, либо при открытых производственных процессах с выделением вредных газов и паров, когда невозможно устроить местные укрытия. Принципиально схема воздушного душирования не отличается от приточной вентиляционной системы, но вместо воздухораспределителей устанавливают душирующие поворотные патрубки.

Воздушные и воздушно-тепловые завесы предназначены для защиты рабочей или обслуживаемой зоны у наружных ворот или открытых проемов от поступления холодного воздуха в холодный период года. Различают два типа завес: шибирующие, у которых плоская струя воздуха подается либо снизу, либо сверху, либо с боков проемов и ворот под некоторым углом навстречу холодному воздуху, и смесительные, когда воздух из здания или цеха подается в тамбур между двойными входными дверями. Смесительные завесы применяют в административно-общественных зданиях, торговых центрах. Завесы, в которых воздух предварительно нагревается в воздухонагревателе, называются воздушно-тепловыми, а завесы, подающие воздух без нагрева, – воздушными. В системах воздушного отопления часто используют воздушно-отопительные агрегаты с полной либо частичной рециркуляцией воздуха. Воздух подогревается в воздухонагревателе и вентилятором через направляющую решетку подается в помещение.

Общеобменные вытяжные системы вентиляции обычно удаляют воздух из верхней, реже из средней или нижней зоны помещений. Перед выбросом в атмосферу воздух в общеобменных вытяжных системах обычно не проходит очистку. Общеобменные вытяжные системы могут быть бесканальными, если воздух удаляется крышными вентиляторами, которые устанавливают на специальных железобетонных стаканах перекрытиях цехов, и канальными (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Схема общеобменной вытяжной вентиляционной системы:

1 – воздухоприемные решетки; 2 – воздуховоды; 3 – вентилятор; 4 – шибер; 5 – вытяжная шахта; 6 – зонт

В канальных системах вытяжной вентиляции воздух всасывается в воздухоприемные отверстия или решетки 1, по воздуховодам 2 подается к вентилятору 3 и, пройдя вытяжную шахту 5, попадает в атмосферу. Для защиты вытяжной шахты от атмосферных осадков над ней устанавливают зонт 6, а воздуховоды при неработающем вентиляторе перекрывают шибером 4.

Местные вытяжные системы вентиляции предназначены для забора вредных выделений у мест их образования с помощью укрытий или местных отсосов, транспортировки загрязненного воздуха, его очистки в фильтрах или пылегазоуловителях и выброса в атмосферу (рис. 2.8). Местные отсосы и укрытия имеют самую разнообразную конструкцию и форму: это зонты, вытяжные шкафы, полные укрытия, бортовые и кольцевые отсосы у ванн и шахтных печей, отсасывающие панели, воздухоприемники, кожухи и др.

Рис. 2.8. Схема местной вытяжной вентиляционной системы:

1 – местные отсосы; 2 – воздуховоды; 3 – пылеотделитель; 4 – вентилятор;

5 – заслонка (клапан); 6 – вытяжная шахта с факельным выбросом

Многие вредности, выделяющиеся при технологических процессах, активно воздействуют на местные отсосы, воздуховоды, вентиляторы, фильтры, вызывая их сильную коррозию, кроме того, они могут быть взрыво- и пожароопасными. В этих случаях воздуховоды и другие устройства, контактирующие с агрессивной средой, изготовляют из материалов, не подверженных интенсивной коррозии перемещаемой средой (коррозионностойких легированных сталей, алюминия, титана, металлопласта, полиэтилена и др.), либо применяют специальные покрытия стальных воздуховодов кислото- и щелочестойкими перхлорвиниловыми красителями, эмалями и лаками. В таких системах устанавливают вентиляторы и другое оборудование в коррозионностойком или искрозащищенном исполнении.

К местным вытяжным системам вентиляции относятся системы аспирации и пневматического транспорта. Аспирационные системы удаляют воздух вместе с взвешенными в нем частицами пыли от аспирируемых укрытий мест пылеобразования порошкообразных и зернистых материалов. В аспирируемых укрытиях поддерживается разрежение, чтобы частицы пыли не проникали в помещение через неплотности. Для очистки воздуха от взвешенных частиц в аспирационных системах используют циклоны, скрубберы, рукавные фильтры и другие пылеотделители.

Системы пневмотранспорта предназначены для транспортировки сыпучих материалов и различных отходов производства (древесных стружек, опилок и прочее), которые перемещаются по воздуховодам вместе с потоком воздуха. Чтобы транспортируемый материал не осаждался внутри воздуховодов, должна поддерживаться определенная скорость движения воздуха, зависящая от плотности материала и размеров его частиц. Чем тяжелее материал и чем больше размеры частиц, тем выше должна быть скорость для их транспортировки (табл. 2.2).

В системах аспирации и пневмотранспорта применяют более плотные и прочные воздуховоды, чем в обычных системах, чаще сварные из металла толщиной от l,4 до 2 мм. Пылевые вентиляторы для этих систем сконструированы таким образом, чтобы противостоять абразивному и ударному воздействию транспортируемой среды.

Таблица 2.2

Скорость движения воздуха в воздуховодах, предназначенных

для пневматического транспорта материалов

Транспортируемый материал	Скорость, м/с, на участках воздуховодов
	вертикальных	горизонтальных
Гипс, тонкомолотая известь	10	11
Земляная и песочная пыль	13	15
Древесные отходы (опилки, стружки)	13	15
Шамот	14	17
Пыль наждачная	16	19
Шлак (частицы размером 10 … 15 мм)	20	22