Wenn auf einer Baustelle erzeugte Schadstoffe kontrolliert werden sollen, indem der gesamte Ort, von dem wir sprechen, belüftet wird allgemeine Belüftung. Die Verwendung einer allgemeinen Belüftung impliziert die Akzeptanz der Tatsache, dass der Schadstoff bis zu einem gewissen Grad über den gesamten Raum der Baustelle verteilt wird und daher Arbeitnehmer betreffen könnte, die weit von der Kontaminationsquelle entfernt sind. Allgemeine Belüftung ist daher eine Strategie, die das Gegenteil von ist lokalisierte Extraktion. Lokale Absaugung versucht, den Schadstoff zu eliminieren, indem er so nah wie möglich an der Quelle abgefangen wird (siehe „Raumluft: Methoden zur Kontrolle und Reinigung“ an anderer Stelle in diesem Kapitel).

Eines der grundlegenden Ziele eines jeden allgemeinen Belüftungssystems ist die Kontrolle von Körpergerüchen. Dies kann erreicht werden, indem nicht weniger als 0.45 Kubikmeter pro Minute zugeführt werden, m³/min, Frischluft pro Insasse. Wenn häufig geraucht wird oder die Arbeit körperlich anstrengend ist, ist die erforderliche Belüftungsrate höher und kann 0.9 m überschreiten³/min pro Person.

Wenn die einzigen Umweltprobleme, die das Lüftungssystem überwinden muss, die gerade beschriebenen sind, ist es eine gute Idee, daran zu denken, dass jeder Raum ein gewisses Maß an „natürlicher“ Lufterneuerung durch sogenannte „Infiltration“ aufweist, die tritt durch Türen und Fenster auf, selbst wenn diese geschlossen sind, und durch andere Wanddurchdringungsstellen. Klimaanlagen-Handbücher geben in der Regel umfangreiche Informationen in dieser Hinsicht, aber es kann gesagt werden, dass das Belüftungsniveau aufgrund von Infiltration mindestens zwischen 0.25 und 0.5 Erneuerungen pro Stunde liegt. Ein Industriestandort erfährt üblicherweise zwischen 0.5 und 3 Lufterneuerungen pro Stunde.

Bei der Bekämpfung chemischer Schadstoffe darf die allgemeine Belüftung nur auf Situationen beschränkt werden, in denen die erzeugten Mengen an Schadstoffen nicht sehr hoch sind, ihre Toxizität relativ mäßig ist und Arbeitnehmer ihre Arbeit nicht in unmittelbarer Nähe der Quelle der Schadstoffe verrichten Kontamination. Wenn diese Anordnungen nicht respektiert werden, wird es schwierig sein, Akzeptanz für eine angemessene Kontrolle der Arbeitsumgebung zu erlangen, da so hohe Erneuerungsraten verwendet werden müssen, dass die hohen Luftgeschwindigkeiten wahrscheinlich Unbehagen verursachen werden, und weil hohe Erneuerungsraten teuer zu halten sind. Es ist daher ungewöhnlich, die Verwendung einer allgemeinen Belüftung zur Kontrolle chemischer Substanzen zu empfehlen, außer im Fall von Lösungsmitteln mit zulässigen Konzentrationen von mehr als 100 Teilen pro Million.

Wenn es hingegen das Ziel der allgemeinen Belüftung ist, die thermischen Eigenschaften der Arbeitsumgebung im Hinblick auf gesetzlich zulässige Grenzwerte oder technische Empfehlungen wie die Richtlinien der Internationalen Organisation für Normung (ISO) aufrechtzuerhalten, sind dieser Methode weniger Grenzen gesetzt. Die allgemeine Belüftung wird daher häufiger zur Kontrolle der thermischen Umgebung als zur Begrenzung der chemischen Kontamination eingesetzt, aber ihre Nützlichkeit als Ergänzung lokaler Absaugtechniken sollte klar anerkannt werden.

Während seit vielen Jahren die Phrasen allgemeine Belüftung und Belüftung durch Verdünnung als synonym galten, ist das heute wegen einer neuen allgemeinen Lüftungsstrategie nicht mehr der Fall: Belüftung durch Verdrängung. Obwohl die Belüftung durch Verdünnung und die Belüftung durch Verdrängung in die oben skizzierte Definition der allgemeinen Belüftung passen, unterscheiden sich beide stark in der Strategie, die sie anwenden, um die Kontamination zu kontrollieren.

Belüftung durch Verdünnung hat das Ziel, die mechanisch eingebrachte Luft möglichst vollständig mit der gesamten bereits im Raum befindlichen Luft zu vermischen, so dass die Konzentration eines bestimmten Schadstoffs überall möglichst gleichmäßig ist (bzw gleichmäßig wie möglich, wenn thermische Kontrolle das gewünschte Ziel ist). Um diese gleichmäßige Mischung zu erreichen, wird Luft von der Decke als Ströme mit relativ hoher Geschwindigkeit eingeblasen, und diese Ströme erzeugen eine starke Luftzirkulation. Das Ergebnis ist eine starke Vermischung der neuen Luft mit der bereits im Raum vorhandenen Luft.

Belüftung durch Verdrängung, besteht in seiner idealen Konzeption darin, Luft so in einen Raum einzublasen, dass neue Luft die vorher dort befindliche Luft verdrängt, ohne sich mit ihr zu vermischen. Die Verdrängungslüftung wird erreicht, indem neue Luft mit niedriger Geschwindigkeit und in Bodennähe in einen Raum eingeblasen und Luft in der Nähe der Decke abgesaugt wird. Die Nutzung der Verdrängungslüftung zur Steuerung der thermischen Umgebung hat den Vorteil, dass sie von der natürlichen Luftbewegung profitiert, die durch Dichteschwankungen erzeugt wird, die ihrerseits auf Temperaturunterschiede zurückzuführen sind. Obwohl die Belüftung durch Verdrängung in industriellen Situationen bereits weit verbreitet ist, ist die wissenschaftliche Literatur zu diesem Thema noch recht begrenzt, und die Bewertung ihrer Wirksamkeit ist daher immer noch schwierig.

Belüftung durch Verdünnung

Der Entwurf eines Verdünnungssystems basiert auf der Hypothese, dass die Schadstoffkonzentration im gesamten betreffenden Raum gleich ist. Dies ist das Modell, das Chemieingenieure oft als Rührkessel bezeichnen.

Wenn Sie davon ausgehen, dass die Luft, die in den Raum eingeblasen wird, frei von Schadstoffen ist und dass die Konzentration im Raum zu Beginn Null ist, müssen Sie zwei Fakten kennen, um die erforderliche Belüftungsrate zu berechnen: die Menge des im Raum erzeugten Schadstoffs und der angestrebten Umweltkonzentration (die hypothetisch überall gleich wäre).

Unter diesen Bedingungen ergeben die entsprechenden Berechnungen folgende Gleichung:

woher

c (t) = die Konzentration des Schadstoffs im Raum zu der Zeit t

a = die Menge des erzeugten Schadstoffs (Masse pro Zeiteinheit)

Q = die Rate, mit der neue Luft zugeführt wird (Volumen pro Zeiteinheit)

V = das Volumen des betreffenden Raums.

Die obige Gleichung zeigt, dass die Konzentration bei dem Wert zu einem stationären Zustand tendiert ein/Q, und zwar umso schneller, je kleiner der Wert von ist F/V, häufig als „Anzahl der Verlängerungen pro Zeiteinheit“ bezeichnet. Obwohl der Index der Lüftungsqualität gelegentlich als praktisch äquivalent zu diesem Wert angesehen wird, zeigt die obige Gleichung deutlich, dass sich sein Einfluss auf die Kontrolle der Lufttemperatur beschränkt Geschwindigkeit der Stabilisierung von den Umgebungsbedingungen, nicht aber von der Konzentration, bei der ein solcher stationärer Zustand eintritt. Das wird abhängen einzige von der Menge des erzeugten Schadstoffs (a) und von der Ventilationsrate (Q).

Wenn die Luft eines bestimmten Raums kontaminiert ist, aber keine neuen Mengen des Schadstoffs erzeugt werden, wird die Geschwindigkeit der Abnahme der Konzentration über einen bestimmten Zeitraum durch den folgenden Ausdruck angegeben:

woher Q und V die oben beschriebene Bedeutung haben, t₁ und t₂ sind jeweils die Anfangs- und Endzeiten und c₁ und c₂ sind die Anfangs- und Endkonzentrationen.

Ausdrücke können für Berechnungen in Fällen gefunden werden, in denen die Anfangskonzentration nicht Null ist (Konstanz 1983; ACGIH 1992), in denen die in den Raum eingeblasene Luft nicht vollständig schadstofffrei ist (weil zur Reduzierung der Heizkosten im Winter Teil der Luft ist). recycelt wird) oder wo die Menge des erzeugten Schadstoffs als Funktion der Zeit variiert.

Wenn wir die Übergangsphase außer Acht lassen und davon ausgehen, dass der stationäre Zustand erreicht wurde, zeigt die Gleichung an, dass die Ventilationsrate äquivalent zu ist a / c_lim, Wobei c_lim ist der Wert der Konzentration, die in dem gegebenen Raum aufrechterhalten werden muss. Dieser Wert wird durch Vorschriften oder als ergänzende Norm durch technische Empfehlungen wie die Schwellenwerte (TLV) der American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) festgelegt, die empfiehlt, die Belüftungsrate nach der Formel zu berechnen

woher a und c_lim haben die bereits beschriebene Bedeutung und K ist ein Sicherheitsfaktor. Ein Wert von K zwischen 1 und 10 gewählt werden in Abhängigkeit von der Wirksamkeit des Luftgemisches im gegebenen Raum, der Toxizität des Lösungsmittels (je kleiner c_lim ist, desto größer ist der Wert von K sein wird) und alle anderen Umstände, die der Arbeitshygieniker für relevant hält. Die ACGIH nennt unter anderem die Dauer des Prozesses, den Betriebszyklus und den üblichen Standort der Arbeiter in Bezug auf die Emissionsquellen des Schadstoffs, die Anzahl dieser Quellen und ihren Standort im gegebenen Raum, die Jahreszeit Änderungen der natürlichen Belüftung und die zu erwartende Verringerung der Funktionstüchtigkeit der Belüftungseinrichtungen als weitere Bestimmungskriterien.

In jedem Fall erfordert die Verwendung der obigen Formel eine einigermaßen genaue Kenntnis der Werte von a und K die verwendet werden sollten, und wir geben daher einige Vorschläge in dieser Hinsicht.

Die erzeugte Schadstoffmenge kann recht häufig anhand der Menge bestimmter Materialien abgeschätzt werden, die bei dem Verfahren verbraucht werden, das die Schadstoffe erzeugt. Im Falle eines Lösungsmittels ist die verwendete Menge also ein guter Hinweis auf die maximale Menge, die in der Umwelt gefunden werden kann.

Wie oben angegeben, ist der Wert von K sollte in Abhängigkeit von der Wirksamkeit des Luftgemisches im gegebenen Raum bestimmt werden. Dieser Wert wird daher kleiner sein in direktem Verhältnis dazu, wie gut die Schätzung ist, an jedem Punkt innerhalb des gegebenen Raums dieselbe Konzentration des Schadstoffs zu finden. Dies wiederum hängt davon ab, wie die Luft im zu belüftenden Raum verteilt ist.

Nach diesen Kriterien sind Mindestwerte von K sollte verwendet werden, wenn Luft verteilt in den Raum eingeblasen wird (z. B. durch Verwendung eines Plenums) und wenn die Ein- und Ausblasluft an gegenüberliegenden Enden des gegebenen Raums erfolgen. Andererseits sind höhere Werte für K sollte verwendet werden, wenn Luft intermittierend zugeführt wird und Luft an Stellen in der Nähe des Einlasses neuer Luft abgesaugt wird (Abbildung 1).

Abbildung 1. Schema der Luftzirkulation in einem Raum mit zwei Zuluftöffnungen

Es ist zu beachten, dass beim Einblasen von Luft in einen bestimmten Raum – insbesondere wenn dies mit hoher Geschwindigkeit erfolgt – der erzeugte Luftstrom eine beträchtliche Zugkraft auf die ihn umgebende Luft ausübt. Diese Luft vermischt sich dann mit dem Strom und verlangsamt ihn, wodurch ebenfalls messbare Turbulenzen entstehen. Infolgedessen führt dieser Prozess zu einer intensiven Vermischung der bereits im Raum befindlichen Luft mit der neu eingespritzten Luft, wodurch interne Luftströmungen erzeugt werden. Die Vorhersage dieser Strömungen, auch im Allgemeinen, erfordert viel Erfahrung (Abbildung 2).

Abbildung 2. Vorgeschlagene K-Faktoren für Einlass- und Auslassstellen

Um Probleme zu vermeiden, die sich daraus ergeben, dass Arbeiter Luftströmen mit relativ hohen Geschwindigkeiten ausgesetzt sind, wird Luft üblicherweise über Verteilergitter eingeblasen, die so konstruiert sind, dass sie das schnelle Mischen neuer Luft mit der bereits vorhandenen Luft erleichtern der Raum. Auf diese Weise werden die Bereiche, in denen sich Luft mit hoher Geschwindigkeit bewegt, so klein wie möglich gehalten.

Der gerade beschriebene Strahleffekt wird nicht in der Nähe von Stellen erzeugt, an denen Luft entweicht oder durch Türen, Fenster, Abluftöffnungen oder andere Öffnungen abgesaugt wird. Luft gelangt aus allen Richtungen zu den Abzugsgittern, so dass selbst in relativ geringem Abstand Luftbewegungen nicht ohne Weiteres als Luftstrom wahrgenommen werden.

In jedem Fall ist es bei der Luftverteilung wichtig, den Komfort zu berücksichtigen, Arbeitsplätze möglichst so zu platzieren, dass neue Luft die Arbeiter erreicht, bevor sie die Kontaminationsquellen erreicht.

Wenn in dem gegebenen Raum wichtige Wärmequellen vorhanden sind, wird die Luftbewegung weitgehend durch Konvektionsströmungen bedingt, die auf Dichteunterschiede zwischen dichterer, kalter Luft und leichterer, warmer Luft zurückzuführen sind. In Räumen dieser Art muss der Konstrukteur der Luftverteilung das Vorhandensein dieser Wärmequellen berücksichtigen, da sich sonst die Luftbewegung als ganz anders als vorhergesagt herausstellen kann.

Andererseits verändert das Vorhandensein einer chemischen Verunreinigung die Dichte der Luft nicht messbar. Während die Schadstoffe im reinen Zustand eine von der Luft stark abweichende (meist viel höhere) Dichte aufweisen können, weist das Luft-Schadstoff-Gemisch bei den real vorhandenen Konzentrationen am Arbeitsplatz keine wesentlich andere Dichte als die auf Dichte reiner Luft.

Darüber hinaus sollte darauf hingewiesen werden, dass einer der häufigsten Fehler bei der Anwendung dieser Art der Belüftung darin besteht, den Raum nur mit Luftabzügen zu versorgen, ohne an eine ausreichende Luftzufuhr zu denken. In diesen Fällen wird die Effektivität der Absaugventilatoren verringert und daher sind die tatsächlichen Luftabsaugraten viel geringer als geplant. Das Ergebnis sind höhere Umgebungskonzentrationen des Schadstoffs in dem gegebenen Raum als ursprünglich berechnet.

Um dieses Problem zu vermeiden, sollte darüber nachgedacht werden, wie Luft in den Raum eingeführt wird. Die empfohlene Vorgehensweise ist der Einsatz von Immissionsventilatoren sowie Absaugventilatoren. Normalerweise sollte die Entnahmerate größer sein als die Immissionsrate, um eine Infiltration durch Fenster und andere Öffnungen zu ermöglichen. Außerdem ist es ratsam, den Raum unter leichtem Unterdruck zu halten, um zu verhindern, dass die erzeugte Kontamination in nicht kontaminierte Bereiche abdriftet.

Belüftung durch Verdrängung

Wie oben erwähnt, versucht man bei der Belüftung durch Verdrängung, die Vermischung von neuer Luft und der zuvor in dem gegebenen Raum befindlichen Luft zu minimieren, und versucht, das System an das als Pfropfenströmung bekannte Modell anzupassen. Dies wird normalerweise erreicht, indem Luft mit langsamen Geschwindigkeiten und in geringer Höhe in den gegebenen Raum eingeführt und in der Nähe der Decke abgezogen wird; dies hat zwei Vorteile gegenüber der Belüftung durch Verdünnung.

Erstens ermöglicht es geringere Lufterneuerungsraten, da sich die Verschmutzung in der Nähe der Decke des Raums konzentriert, wo es keine Arbeiter gibt, die sie einatmen könnten. Das durchschnittlich Die Konzentration im gegebenen Raum wird dann höher sein als die c_lim Wert, auf den wir zuvor Bezug genommen haben, aber das impliziert kein höheres Risiko für die Arbeiter, da die Konzentration des Schadstoffs in der Aufenthaltszone des gegebenen Raums gleich oder niedriger als a sein wird c_lim.

Wenn das Ziel der Belüftung die Kontrolle der thermischen Umgebung ist, ermöglicht es die Belüftung durch Verdrängung außerdem, wärmere Luft in den gegebenen Raum einzuführen, als dies bei einem Belüftungssystem durch Verdünnung erforderlich wäre. Denn die abgesaugte Warmluft hat eine Temperatur, die um mehrere Grad höher ist als die Temperatur im Aufenthaltsbereich des Raums.

Die Grundprinzipien der Verdrängungslüftung wurden von Sandberg entwickelt, der Anfang der 1980er Jahre eine allgemeine Theorie zur Analyse von Situationen mit ungleichmäßigen Schadstoffkonzentrationen in geschlossenen Räumen entwickelte. Dies ermöglichte es uns, die theoretischen Grenzen der Belüftung durch Verdünnung (die eine gleichmäßige Konzentration im gesamten gegebenen Raum voraussetzt) ​​zu überwinden und öffnete den Weg für praktische Anwendungen (Sandberg 1981).

Obwohl die Verdrängungslüftung in einigen Ländern, insbesondere in Skandinavien, weit verbreitet ist, wurden nur sehr wenige Studien veröffentlicht, in denen die Wirksamkeit verschiedener Methoden in tatsächlichen Installationen verglichen wird. Dies liegt zweifellos an den praktischen Schwierigkeiten bei der Installation von zwei verschiedenen Lüftungssystemen in einer realen Fabrik und daran, dass die experimentelle Analyse dieser Systemtypen die Verwendung von Tracern erfordert. Die Verfolgung erfolgt durch Zugabe eines Prüfgases zum Belüftungsstrom und anschließende Messung der Gaskonzentrationen an verschiedenen Stellen im Raum und in der abgesaugten Luft. Durch eine solche Untersuchung ist es möglich, Rückschlüsse auf die Luftverteilung im Raum zu ziehen und dann die Wirksamkeit verschiedener Lüftungssysteme zu vergleichen.

Die wenigen verfügbaren Studien, die in tatsächlich bestehenden Installationen durchgeführt wurden, sind nicht schlüssig, außer in Bezug auf die Tatsache, dass Systeme mit Verdrängungslüftung eine bessere Lufterneuerung bieten. In diesen Studien werden jedoch häufig Vorbehalte gegenüber den Ergebnissen geäußert, insofern sie nicht durch Messungen der Immissionsbelastung auf den Baustellen bestätigt wurden.

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