Когда загрязняющие вещества, образующиеся на рабочем месте, необходимо контролировать путем вентиляции всего помещения, о котором мы говорим общая вентиляция. Использование общеобменной вентиляции предполагает принятие того факта, что загрязняющее вещество будет в той или иной степени распространяться по всему пространству производственной площадки и, следовательно, может воздействовать на работников, находящихся вдали от источника загрязнения. Таким образом, общая вентиляция является стратегией, противоположной локализованное извлечение. Локальная вытяжка направлена ​​на устранение загрязнителя путем его перехвата как можно ближе к источнику (см. «Воздух в помещении: методы контроля и очистки» в другом месте этой главы).

Одной из основных задач любой общей системы вентиляции является контроль запахов тела. Этого можно добиться подачей не менее 0.45 куб.м в минуту, м³/мин, свежего воздуха на человека. При частом курении или тяжелой физической работе необходимая скорость вентиляции выше и может превышать 0.9 м.³/мин на человека.

Если единственные экологические проблемы, которые должна решать система вентиляции, — это только что описанные, то следует иметь в виду, что каждое помещение имеет определенный уровень «естественного» обновления воздуха с помощью так называемой «инфильтрации», которая происходит через двери и окна, даже когда они закрыты, и через другие места проникновения в стены. Инструкции по кондиционированию воздуха обычно содержат достаточно информации в этом отношении, но можно сказать, что как минимум уровень вентиляции за счет инфильтрации находится между 0.25 и 0.5 обновлениями в час. На промышленной площадке обычно происходит от 0.5 до 3 обновлений воздуха в час.

При использовании для контроля химических загрязнителей общеобменная вентиляция должна ограничиваться только теми ситуациями, когда количество образующихся загрязняющих веществ не очень велико, когда их токсичность относительно умеренная и когда рабочие не выполняют свои задачи в непосредственной близости от источника загрязнения. загрязнение. Если эти предписания не соблюдаются, будет трудно получить согласие на адекватный контроль рабочей среды, потому что необходимо использовать такие высокие скорости обновления, что высокие скорости воздуха, вероятно, создадут дискомфорт, и потому что поддерживать высокие скорости обновления дорого. Поэтому не рекомендуется рекомендовать использование общей вентиляции для контроля химических веществ, за исключением растворителей с допустимой концентрацией более 100 частей на миллион.

Когда, с другой стороны, целью общей вентиляции является поддержание тепловых характеристик рабочей среды с учетом допустимых законом пределов или технических рекомендаций, таких как руководящие принципы Международной организации по стандартизации (ISO), этот метод имеет меньше ограничений. Таким образом, общая вентиляция чаще используется для контроля температуры окружающей среды, чем для ограничения химического загрязнения, но следует четко осознавать ее полезность в качестве дополнения к методам локальной вытяжки.

Хотя на протяжении многих лет фразы общая вентиляция и вентиляция путем разбавления считались синонимами, сегодня это уже не так из-за новой стратегии общей вентиляции: вытесняющая вентиляция. Несмотря на то, что вентиляция с разбавлением и вентиляция с вытеснением подпадают под определение общей вентиляции, которое мы изложили выше, обе они сильно различаются по стратегии, используемой для контроля загрязнения.

Вентиляция разбавлением имеет целью максимально полное смешивание воздуха, подаваемого механически, со всем воздухом, уже находящимся в помещении, так, чтобы концентрация данного загрязняющего вещества была как можно более равномерной по всему объему (или чтобы температура была как можно более однородным, насколько это возможно, если желаемой целью является термоконтроль). Для достижения этой однородной смеси воздух нагнетается с потолка в виде потоков с относительно высокой скоростью, и эти потоки создают сильную циркуляцию воздуха. Результатом является высокая степень смешивания нового воздуха с воздухом, уже присутствующим внутри помещения.

Вентиляция вытеснением, в своей идеальной концептуализации состоит в нагнетании воздуха в пространство таким образом, что новый воздух вытесняет воздух, находившийся ранее, не смешиваясь с ним. Вытесняющая вентиляция достигается за счет нагнетания нового воздуха в помещение с низкой скоростью и близко к полу, а вытяжки воздуха у потолка. Использование вытесняющей вентиляции для регулирования тепловой среды имеет то преимущество, что оно использует естественное движение воздуха, создаваемое изменениями плотности, которые сами по себе возникают из-за разницы температур. Несмотря на то, что вытесняющая вентиляция уже широко используется в промышленных условиях, научная литература по этому вопросу все еще весьма ограничена, и поэтому оценка ее эффективности все еще затруднена.

Вентиляция путем разбавления

Конструкция системы вентиляции с разбавлением основана на гипотезе о том, что концентрация загрязнителя одинакова во всем рассматриваемом пространстве. Это модель, которую инженеры-химики часто называют мешалкой.

Если предположить, что воздух, нагнетаемый в помещение, не содержит загрязняющих веществ и что в начальный момент времени концентрация в помещении равна нулю, для расчета требуемой скорости вентиляции необходимо знать два факта: загрязняющего вещества, образующегося в пространстве, и искомого уровня концентрации в окружающей среде (который гипотетически будет одинаковым повсюду).

В этих условиях соответствующие расчеты приводят к следующему уравнению:

в котором

с (т) = концентрация загрязнителя в помещении в момент времени t

a = количество образовавшегося загрязняющего вещества (масса в единицу времени)

Q = скорость подачи нового воздуха (объем в единицу времени)

V = объем рассматриваемого помещения.

Приведенное выше уравнение показывает, что концентрация будет стремиться к устойчивому состоянию при значении а/к, и что он будет делать это тем быстрее, чем меньше значение Вопрос/В, часто называемое «количеством обновлений в единицу времени». Хотя иногда показатель качества вентиляции считается практически эквивалентным этому значению, приведенное выше уравнение ясно показывает, что его влияние ограничивается контролем скорость стабилизации условий окружающей среды, но не уровень концентрации, при котором такое устойчивое состояние будет иметь место. Это будет зависеть только от количества образующегося загрязняющего вещества (a), так и от скорости вентиляции (Q).

Когда воздух в данном помещении загрязнен, но не образуется новых количеств загрязнителя, скорость уменьшения концентрации за период времени определяется следующим выражением:

в котором Q и V имеют значение, описанное выше, t₁ и t₂ - соответственно начальное и конечное время и c₁ и c₂ – начальная и конечная концентрации.

Можно найти выражения для расчетов в случаях, когда начальная концентрация отлична от нуля (Constance 1983; ACGIH 1992), когда воздух, нагнетаемый в помещение, не полностью лишен загрязнителя (поскольку для снижения затрат на отопление в зимней части воздуха перерабатывается, например), или когда количество образующихся загрязняющих веществ изменяется в зависимости от времени.

Если пренебречь переходной стадией и предположить, что установившееся состояние достигнуто, уравнение показывает, что скорость вентиляции эквивалентна а / с_Ит, Где c_Ит – значение концентрации, которое необходимо поддерживать в данном пространстве. Это значение будет установлено нормативными актами или, как вспомогательная норма, техническими рекомендациями, такими как пороговые предельные значения (ПДК) Американской конференции государственных промышленных гигиенистов (ACGIH), которая рекомендует рассчитывать интенсивность вентиляции по формуле

в котором a и c_Ит имеют уже описанное значение и K является фактором безопасности. Значение K от 1 до 10 следует выбирать в зависимости от эффективности воздушной смеси в данном пространстве, от токсичности растворителя (чем меньше c_Ит то есть, чем больше значение K будет) и любых других обстоятельств, которые специалист по промышленной гигиене сочтет важными. ACGIH, среди прочего, приводит продолжительность процесса, цикл операций и обычное расположение рабочих по отношению к источникам выброса загрязнителя, количество этих источников и их расположение в заданном пространстве, сезонность. изменение объема естественной вентиляции и ожидаемое снижение функциональной эффективности вентиляционного оборудования в качестве других определяющих критериев.

В любом случае использование приведенной выше формулы требует достаточно точного знания значений a и K это следует использовать, и поэтому мы предлагаем некоторые предложения в этом отношении.

Количество образующихся загрязняющих веществ довольно часто можно оценить по количеству определенных материалов, израсходованных в процессе, в результате которого образуются загрязнители. Таким образом, в случае растворителя используемое количество будет хорошим показателем максимального количества, которое может быть обнаружено в окружающей среде.

Как указано выше, значение K следует определять в зависимости от эффективности воздушной смеси в данном помещении. Это значение, следовательно, будет меньше прямо пропорционально тому, насколько точно можно определить ту же концентрацию загрязняющего вещества в любой точке данного пространства. Это, в свою очередь, будет зависеть от того, как распределяется воздух внутри вентилируемого помещения.

По этим критериям минимальные значения K следует использовать, когда воздух нагнетается в пространство распределенным образом (например, с помощью камеры нагнетания) и когда нагнетание и вытяжка воздуха осуществляются на противоположных концах данного пространства. С другой стороны, более высокие значения для K следует использовать, когда воздух подается с перерывами, а воздух вытягивается в точках, близких к впуску свежего воздуха (рис. 1).

Рис. 1. Схема циркуляции воздуха в помещении с двумя приточными отверстиями

Следует отметить, что когда воздух нагнетается в заданное пространство, особенно если это делается с высокой скоростью, создаваемый поток воздуха будет оказывать значительное притяжение на окружающий его воздух. Затем этот воздух смешивается с потоком и замедляет его, создавая измеримую турбулентность. Как следствие, этот процесс приводит к интенсивному смешиванию воздуха, уже находящегося в помещении, с новым воздухом, который нагнетается, создавая внутренние воздушные потоки. Предсказание этих течений даже в общем случае требует большого опыта (рис. 2).

Рисунок 2. Предлагаемые коэффициенты К для мест впуска и выпуска

Во избежание проблем, возникающих в результате воздействия на рабочих потоков воздуха с относительно высокой скоростью, воздух обычно нагнетается через рассеивающие решетки, сконструированные таким образом, чтобы они облегчали быстрое смешивание нового воздуха с воздухом, уже присутствующим в помещении. космос. Таким образом, площади, где воздух движется с высокой скоростью, остаются как можно меньше.

Только что описанный эффект потока не возникает вблизи мест, где воздух выходит или вытягивается через двери, окна, вытяжные вентиляционные отверстия или другие отверстия. Воздух достигает вытяжных решеток со всех сторон, поэтому даже на относительно небольшом расстоянии от них движение воздуха не так легко воспринимается как воздушный поток.

В любом случае при воздухораспределении важно иметь в виду удобство размещения рабочих мест по возможности таким образом, чтобы новый воздух поступал к рабочим раньше, чем к источникам загрязнения.

При наличии в данном пространстве важных источников тепла движение воздуха будет во многом обусловлено конвекционными течениями, возникающими из-за разности плотностей более плотного, холодного и более легкого, теплого воздуха. В таких помещениях проектировщик воздухораспределения должен обязательно учитывать существование этих источников тепла, иначе движение воздуха может оказаться совсем не таким, как предполагалось.

Наличие химического загрязнения, с другой стороны, не изменяет измеримым образом плотность воздуха. В то время как в чистом виде загрязняющие вещества могут иметь плотность, сильно отличающуюся от плотности воздуха (обычно намного большую), при реальных, существующих концентрациях на рабочем месте смесь воздуха и загрязняющего вещества не имеет плотности, существенно отличающейся от плотности плотность чистого воздуха.

Кроме того, следует отметить, что одной из самых распространенных ошибок при применении этого типа вентиляции является обеспечение помещения только вытяжными установками без учета достаточного притока воздуха. В этих случаях эффективность вытяжных вентиляторов снижается и, следовательно, фактические темпы вытяжки воздуха намного меньше запланированных. Результатом являются более высокие концентрации загрязнителя в окружающей среде в данном пространстве, чем первоначально рассчитанные.

Чтобы избежать этой проблемы, следует подумать о том, как воздух будет поступать в помещение. Рекомендуемый курс действий - использовать иммиссивные вентиляторы, а также вытяжные вентиляторы. Обычно скорость экстракции должна быть выше скорости иммиссии, чтобы обеспечить проникновение через окна и другие отверстия. Кроме того, рекомендуется поддерживать в помещении небольшое отрицательное давление, чтобы предотвратить попадание образующихся загрязнений в незагрязненные области.

Вентиляция вытеснением

Как упоминалось выше, при вытесняющей вентиляции стремятся свести к минимуму смешивание нового воздуха с воздухом, ранее находившимся в данном пространстве, и пытаются настроить систему на модель, известную как поршневой поток. Обычно это достигается путем подачи воздуха на малых скоростях и на малых высотах в данное пространство и его удаления у потолка; это имеет два преимущества перед вентиляцией с разбавлением.

Во-первых, это делает возможным более низкие скорости обновления воздуха, так как загрязнение концентрируется у потолка помещения, где нет рабочих, которые им дышат. в среднем концентрация в данном пространстве будет тогда выше, чем c_Ит значение, о котором мы говорили ранее, но это не означает более высокий риск для работников, так как в рабочей зоне данного помещения концентрация загрязняющего вещества будет такой же или ниже, чем c_Ит.

Кроме того, когда целью вентиляции является регулирование тепловой среды, вытесняющая вентиляция позволяет подавать в данное помещение более теплый воздух, чем это потребовалось бы для системы вентиляции с разрежением. Это связано с тем, что вытяжной теплый воздух имеет температуру на несколько градусов выше, чем температура в рабочей зоне помещения.

Основополагающие принципы вытесняющей вентиляции были разработаны Сандбергом, который в начале 1980-х годов разработал общую теорию для анализа ситуаций неравномерной концентрации загрязняющих веществ в закрытых помещениях. Это позволило нам преодолеть теоретические ограничения вентиляции с разбавлением (которое предполагает однородную концентрацию во всем заданном пространстве) и открыло путь для практических применений (Sandberg 1981).

Несмотря на то, что вытесняющая вентиляция широко используется в некоторых странах, особенно в Скандинавии, было опубликовано очень мало исследований, в которых сравнивалась эффективность различных методов в реальных установках. Это, без сомнения, связано с практическими трудностями установки двух разных вентиляционных систем на реальном заводе, а также с тем, что экспериментальный анализ этих типов систем требует использования трассеров. Отслеживание осуществляется путем добавления индикаторного газа в поток вентиляции воздуха, а затем измерения концентрации газа в различных точках в помещении и в вытяжном воздухе. Такое исследование позволяет сделать вывод о том, как воздух распределяется в помещении, а затем сравнить эффективность различных систем вентиляции.

Немногочисленные доступные исследования, проведенные на реальных существующих установках, не являются окончательными, за исключением того факта, что системы, использующие вытесняющую вентиляцию, обеспечивают лучшее обновление воздуха. Однако в этих исследованиях часто высказываются сомнения в отношении результатов, поскольку они не были подтверждены измерениями уровня загрязнения окружающей среды на рабочих местах.

Назад