Расчет потребного воздухообмена

Методические указания к выполнению самостоятельной работы по дисциплине “Безопасность жизнедеятельности” для студентов всех специальностей

 

Томск 2005

 

УДК 658.382.3.001.2:075

 

Расчет потребного воздухообмена. Методические указания к выполнению самостоятельной работы по дисциплине “Безопасность жизнедеятельности” для студентов всех специальностей. - Томск: изд. ТПУ, 2005. - 16 с.

 

Составители: доц., канд. техн. наук А.Г. Дашковский

доц., канд. техн. наук М.Э. Гусельников

 

Рецензент доц., канд. техн. наук А.М. Плахов

 

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности

“_ 17 _” ____ мая _________ 2005 г.

Зав. кафедрой проф., д-р техн. наук _______________ В.Ф. Панин

Одобрено методической комиссией ИЭФ.

Предс. метод. комиссии

доц., канд. техн. наук _________________ А.Г. Дашковский

“ 22 ”____ 12 _____ 2005 г.

 

 

РАСЧЕТ ПОТРЕБНОГО ВОЗДУХООБМЕНА

 

Воздухообмен в производственных помещениях необходим для очистки воздуха от вредностей: для удаления вредных веществ (выделяющихся вредных газов, паров и пыли); для удаления излишних водяных паров; для удаления избыточного тепла.

В данных методических указаниях рассматривается расчет потребного воздухообмена (L м³/ч), для очистки воздуха от вредных газов и паров и для удаления избыточного тепла с помощью механической общеобменной вентиляции.

 

1.РАСЧЕТ ВОЗДУХООБМЕНА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА

 

Потребный воздухообмен определяется по формуле:

 

, м³/ч (1)

 

где: L, м³/ч - потребный воздухообмен;

G, г/ч - количество вредных веществ, выделяющихся в воздух помещения;

x_в, мг/м³ - предельно допустимая концентрация вредности в воздухе рабочей зоны помещения, согласно ГОСТ 12.1.005-88 по [1];

x_н, мг/м³ - максимально возможная концентрация той же вредности в воздухе населенных мест по таблице 1, согласно СН-3086-84.

 

Применяется также понятие кратности воздухообмена (n), которая показывает сколько раз в течение одного часа воздух полностью сменяется в помещении. Значение n < l может быть достигнуто естественным воздухообменом без устройства механической вентиляции.

Кратность воздухообмена определяется по формуле:

 

n = L/V_п , ч^-1 (2)

 

где: V_п - внутренний объем помещения, м³.

Согласно СН 245-71, кратность воздухообмена n >10 недопустимо.

Так как x_н определяется по таблице 1 (см. приложение), а x_в по таблице 2; то для расчета потребного воздухообмена необходимо в каждом случае определять количество вредных веществ, выделяющихся в воздух помещения.

Рассмотрим отдельные характерные случаи выделения вредных веществ в воздух помещения и определения потребного воздухообмена.

 

1.1.Определение воздухообмена при испарении растворителей и лаков

 

Испарение растворителей и лаков обычно происходит при покраске различных изделий. Количество летучих растворителей, выделяющихся в воздухе помещений можно определить по следующей формуле:

 

, г/ч (4)

 

где: а, м²/ч - средняя производительность по покраске одного рабочего, составляющая при ручной покраске кистью, а =12 м²/ч; пульверизатором; а =50 м²/ч

А, г/м² - расход лакокрасочных материалов;

m, % - процент летучих растворителей, содержащихся в лакокрасочных материалах;

n - число рабочих, одновременно занятых на покраске.

Численные значения величин А и m определяются по таблице 3. Приложения

П р и м е р:

Определить количество выделяющихся в воздух помещения летучих растворителей.

По таблице 3 для цветного аэролака при окраске распылением:

А = 180 г/м², m = 75 %

 

G = 50×180×75×2/100 = 13500 г/ч

 

Определяем потребный воздухообмен в помещении по (4):

- для ацетона находим из таблиц 1 и 2, Приложения:

Х_в = 200 мг/м³;

Х_н = 0,35 мг/м³;

 

L = 13500*1000/(200 - 0.35) = 67500 м³/ч

О т в е т: L = 67500 м³/ч.

 

1.2. Определение потребного воздухообмена при пайке электронных схем

 

Пайка осуществляется свинцово-оловянным припоем ПОС-60, который содержит С = 0,4 доли объема свинца и 60 % олова. Наиболее ядовиты аэрозоли (пары) свинца.

В процессе пайки из припоя испаряется до B = 0,1% свинца, а на 1 пайку расходуется 10 мг припоя. При числе паек - N, количество выделяемых паров свинца определяется как:

 

, мг/ч (5)

 

П р и м е р

В помещении объемом V_п = 1050 м³ три человека осуществляют пайку припоем ПОС-40 с производительностью по 100 контактов в час. Найти требуемую кратность воздухообмена.

По (5) определяем количество аэрозолей свинца, выделяемых в воздух:

 

G = 0,6 × 0,001×10 × 100 ×3 = 1,8 мг/ч

 

Определяем потребный воздухообмен:

 

- для свинца и его соединений находим из таблиц 1 и 2, Приложения:

Х_в = 0,01 мг/м³;

Х_н = 0,001 мг/м³;

L = 1,8 / (0,01 - 0,001) = 200,0 м³/час,

 

О т в е т: L = 185,5 м³/час,

 

1.3. Определение воздухообмена в жилых и общественных помещениях

 

В жилых и общественных помещениях постоянным вредным выделением является выдыхаемая людьми углекислота (СО₂).

Определение потребного воздухообмена производится по количеству углекислоты, выделяемой человеком и по допустимой ее концентрации.

Количество углекислоты в зависимости от возраста человека и выполняемой работы а также допустимые концентрации углекислоты для различных помещений приведены в таблицах 4 и 5.

Содержание углекислоты в атмосферном воздухе можно определить по химическому составу воздуха. Однако, учитывая повышенное содержание углекислоты в атмосфере населенных пунктов, следует принимать при расчете содержание СО₂:

 

для сельских населенных пунктов - 0,33 л/м³

для малых городов (до 300 тыс. жителей) - 0,4 л/м³

для больших городов (свыше 300 тыс. жителей) - 0,5 л/м³

П р и м е р

Определить потребную кратность воздухообмена в помещении, где работают три человека

Решение:

1.По таблице 3 определяем количество СО₂,выделяемой одним чело-

веком g = 23 л/ч.

По таблице 4 определяем допустимую концентрацию СО₂, Х_в = 1 л/м³ и содержание СО₂ в наружном воздухе для больших городов принимаем: Х_н = 0.5 л/м³.

Определяем потребный воздухообмен:

 

L = 23*3/(1 - 0.5) = 138 м^3/ч

 

О т в е т: L = 138 м³/ч

 

1.4. Определение потребного воздухообмена при выделении газов (паров) через неплотности аппаратуры, находящейся под давлением

 

Производственная аппаратура, работающая под давлением, как правило, не является вполне герметичной. Степень герметичности аппаратуры уменьшается по мере ее износа.

Считая, просачивание газов через неплотности подчиняется тем же законам, что и истечение через небольшие отверстия, и предполагая, что истечение происходит адиабатически, количество газов просачившихся через неплотности можно определить по формуле:

, кг/ч (6)

где, k - коэффициент, учитывающий повышение утечки от износа оборудования (k=1-2);

c - коэффициент, учитывающий влияние давление газа в аппарате:

Давление, ата	до 2
с	0,121	0,166	0,182	0,189	0,25	0,29

v - внутренний объем аппаратуры и трубопроводов, находящихся под давлением, м³;

М - молекулярный вес газов, находящихся в аппаратуре;

Т - абсолютная температура газов в аппаратуре, ^оК.

П р и м е р:

Система, состоящая из аппаратов и трубопроводов, заполнена сероводородом. Рабочее давление в аппаратуре р_а = 3 ата, а в проводящих трубопроводах р_а=4 ата.

Внутренний объем аппаратуры v_а = 5 м³, объём трубопроводов, v_тр = 1,2 м³. Температура газа в аппаратуре - t_тр = 120 ^оС, в трубопроводе - t_тр = 25 ^оС.

Определить потребный воздухообмен в помещении.

 

Решение:

Определяем величины утечек сероводорода (H₂S) из аппаратуры и трубопроводов.

Принимаем k = 1,5;

с = 0,169 (по таблице);

М = 34, для H₂S;

Утечка газа из аппаратуры составляет:

= 0,372 кг/ч

Утечка газа из трубопроводов составляет:

= 0,104 кг/ч

= 0,372 + 0,104 = 0,476 кг/ч = 476 г/ч

Используя данные таблицы 1 Приложения, находим:

- для сероводорода находим: Х_в = 10 мг/м³; Х_н = 0,008 мг/м³;

 

Потребный воздухообмен:

L = 476×1000 / (10 - 0,008) = 47638,1 м³/час

 

О т в е т: L = 47638,1 м³/час

 

Вывод: В воздух помещения одновременно могут выделяться несколько вредных веществ, которые по действию на организм человека могут быть однонаправленными и разнонаправленными. Для однонаправленных веществ расчетные значения потребного воздухообмена суммируются, а для разнонаправленных веществ выбирается наибольшее значение потребного воздухообмена.

Пример:

Для первой вредности в воздухе рабочей зоны - вредных (токсичны) веществ в рассмотренных примерах все они относятся к веществам разнонаправленного действия, поэтому принимаем к дальнейшему расчету максимальное из полученных значений, т.е. L = = 67500 м³/ч (потребный воздухообмен для паров растворителей при окраске).

Для проверки соответствия требованиям устройства вентиляции определим кратность воздухообмена,

n = 67500/4800 = 14,1 ч^-1.

Данное значение превышает установленную величину – 10 ч^-1, поэтому необходимо принять дополнительное решение по устройству вентиляции в помещении. Например, таким решением может быть исключение распространения от двух мест окраски растворителей по всему помещению за счет применения местной вытяжной вентиляции.

Расчет объема воздуха удаляемого местной вентиляцией определяется по формуле:

где, F – площадь сечения всасывающих отверстий, м²;

v – скорость воздуха в сечении вытяжной вентиляции, м/с. Рекомендуется принимать значение скорости в интервале 0,8 – 1,5 м/с.

 

Таким образом, потребный воздухообмен для оставшихся вредных веществ принимаем для выделений сероводорода:

L = = 47638,1 м³/ч;

Проверка:

n = 47638,1/4800 = 9,9 ч^-1.

 

2. РАСЧЕТ ПОТРЕБНОГО ВОЗДУХООБМЕНА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ИЗБЫТОЧНОГО ТЕПЛА

 

Расчет потребного воздухообмена для удаления избыточного тепла

производится по формуле:

, м³/ч (7)

 

где: L, м³/ч - потребный воздухообмен;

Q_изб, ккал/ч - избыточное тепло;

g_в = 1.206 кг/м³ - удельная масса приточного воздуха;

c _в = 0,24 ккал/кг×.град - теплоемкость воздуха;

 

_Dt = t _вых - t _пр, ^oC (8)

 

где: t _вых, ^oC - температура уделяемого воздуха;

t _пр, ^oC - температура приточного воздуха;

 

Величина _Dt при расчетах выбирается в зависимости от теплонапряженности воздуха - Q_н:

при Q_н £ 20 ккал/(м³*ч) _Dt = 6 ^oC;

при Q_н > 20 ккал/(м³*ч) _Dt = 8 ^oC;

 

, ккал/(м³*ч) (9)

 

где V_п, м³ - внутренний объем помещения.

Таким образом, для определения потребного воздухообмена необходимо определить количество избыточного тепла по формуле:

 

Q_изб = Q_об + Q_осв + Q_л + Q_р - Q_отд , ккал/ч (10)

 

где: Q_об, ккал/ч - тепло, выделяемое оборудованием;

Q_осв, ккал/ч - тепло, выделяемое системой освещения;

Q_л, ккал/ч - тепло, выделяемое людьми в помещении;

Q_р, ккал/ч - тепло, вносимое за счет солнечной радиации;

Q_отд, ккал/ч - теплоотдача естественным путем.

Определяем количество тепла, выделяемого оборудованием

 

Q_об = 860 ×Р_об × U₁, ккал/ч (11)

 

где: Y₁ - коэффициент перехода тепла в помещение, зависящий от вида оборудования;

Р_об, кВт - мощность, потребляемая оборудованием;

 

Р_об, = Р_ном ×Y₂ ×Y₃ × Y₄, кВт (12)

 

где: Р_ном, кВт - номинальная (установленная) мощность электрооборудования помещения;

Y₂ - коэффициент использования установленной мощности, учитывающий превышение номинальной мощности над фактически необходимой;

Y₃ - коэффициент загрузки, т.е. отношение величины среднего потребления мощности (во времени) к максимально необходимой;

Y₄ - коэффициент одновременности работы оборудования.

 

При ориентировочных расчетах произведение всех четырех коэффициентов можно принимать равным

Y₁ ×Y₂ × Y₃ ×Y₄ = 0,25 (13)

 

Определяем количество тепла, выделяемого системой освещения

 

Q_осв = 860 × Р_осв × a × b × cos(j), ккал/ч (14)

 

где: a - коэф.перевода электрической энергии в тепловую,

лампы накаливания a = 0,92 - 0,97,

люминесцентные лампы a = 0,46 - 0,48;

b - коэффициент одновременности работы (при работе всех светильников b = 1);

сos(j) = 0,7 - 0,8 - коэффициент мощности;

Р_осв, кВт - мощность осветительной установки.

 

Определяем количество тепла, выделяемого находящимися в помещении людьми

 

Q_л = N× q_л, ккал/ч (15)

 

где: N - количество людей в помещении

q_л, ккал/ч - тепловыделения одного человека (таблица 6)

Определяем количество тепла, вносимого за счет солнечной радиации

Q_р = m × S× q_ост , ккал/ч (16)

 

где: m - количество окон

S, м² - площадь одного окна

q_ост, ккал/ч - солнечная радиация через остекленную поверхность (табл.7)

 

Определяем теплоотдачу, происходящую естественным путем

 

Если нет дополнительных условий, то можно считать ориентировочно,

что Q_отд = Q_р для холодного и переходного периодов года (среднесуточная температура наружного воздуха ниже +10 ^oC).

Для теплого периода года (среднесуточная температура воздуха выше +10 ^oC) принимаем Q_отд = 0.

Общий вывод:

Среди полученных расчетных значений потребного воздухообмена для вредных веществ и удаления избыточного тепла выбирается наибольшее значение потребного воздухообмена.

 

П Р И Л О Ж Е Н И Е

Таблица 1

Предельно-допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест (СН 3086-84)

Наименование	ПДКм.р.,	ПДКс.с.,	Агрегатное
вредных веществ	мг/м3	мг/м3	состояние
Азота диоксид	0,085	0,04	п
Азота оксид	0,6	0,06	п
Акролеин	0,03	0,03	п
Амилацетат	0,10	0,10	п
Аммиак	0,2	0,04	п
Ацетон	0,35	0,35	п
Бензин (углеводороды)	5,0	1,5	п
Бензол	1,5	0,1	п
Бутан		-	п
Бутилацетат	0,1	0,1	п
Винилацетат	0,15	0,15	п
Дихлорэтан	3,0	1,0	п
Ксилол	0,2	0,2	п
Марганец и его соединения	0,01	0,001	а
Метилацетат	0,07	0,07	п
Мышьяк и его неорг. соединения	-	0,003	а
Озон	0,16	0,03	п
Пыль (кремнесодержащая - более 70 %)	0,15	0,05	а
Пыль нетоксичная (фиброгенного дейст-я)	0,5	0,15	а
Ртути хлорид (сулема)	-	0,0003	а
Сажа	0,15	0,05	а
Свинец и его соединения	0,001	0,0003	а
Серная кислота	0,3	0,1	а
Сернистый ангидрид	0,5	0,15	п
Сероводород	0,008	-	п
Сероуглерод	0,03	0,005	п
Спирт бутиловый	0,16	-	п
Спирт изобутиловый	0,1	0,1	п
Спирт метиловый	1,0	0,5	п
Спирт этиловый			п
Стирол	0,04	0,002	п
Толуол	0,6	0,6	п
Углерода оксид	5,0	3,0	п
Фенол	0,01	0,003	п
Фтористые соединения (газообразные)	0,02	0,005	п
Хлор	0,1	0,03	п
Хлористый водород	0,2	0,2	п
Этилацетат	0,1	0,1	п

Примечание:

п - пары и/или газы;

а - аэрозоль

Таблица 2

Предельно-допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны (ГОСТ 12.1.005-88)

Наименование	ПДК.,	Класс	Агрегатное
Вредных веществ	мг/м3	опасности	состояние
Азота диоксид	2,0		п
Азота оксиды	5,0		п
Акролеин	0,2		п
Амилацетат			п
Аммиак			п
Ацетон			п
Бензин (углеводороды)			п
Бензол	15/5	2 к	п
Бутан			п
Бутилацетат			п
Винилацетат	10,0		п
Дихлорэтан	10,0		п
Ксилол	50,0		п
Марганец и его соединения (от 2-30 %)	0,1		а
Метилацетат			п
Мышьяк и его неорг. соединения	0,04/0,01		а
Озон	0,1		п
Пыль (кремнесодержащая - более 70 %)	1,5		а
Пыль нетоксичная (фиброгенного действия)	4,0		а
Ртути хлорид (сулема)	0,2/0,05		а
Сажа	4,0		а
Свинец и его соединения	0,01/0,005		а
Серная кислота	1,0		а
Сернистый ангидрид			п
Сероводород	10,0		п
Сероуглерод	1,0		п
Спирт бутиловый	10,0		п
Спирт изобутиловый	10,0		п
Спирт метиловый	5,0		п
Спирт этиловый			п
Стирол	30/10		п
Толуол			п
Углерода оксид			п
Фенол	0,3		п
Фтористые соединения (газообразные)	0,5/0,1		п
Хлор	1,0		п
Хлористый водород	5,0		п
Этилацетат			п

Примечание: значение в числителе - максимально разовые; в знаменателе - среднесменные

Таблица 3

Расходы лакокрасочных материалов на один слой покрытия изделий и содержание в них летучих растворителей

Наименование лакокрасочных материалов/способ нанесения краски	Расход лакокрасочных материалов (А, г/м2)	Содержание летучей части (m, %)
Нитролаки и краски
Бесцветный аэролак /кистью
Цветные аэролаки / распыление пульверизатором
Нитрошпаклевка /кистью	100-180	10-35
Нитроклей /кистью		80-85
Масляные лаки и эмали
Окраска распылением	60-90

 

Таблица 4