Расчет потребного воздухообмена

 

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Томский политехнический университет

РАСЧЕТ ПОТРЕБНОГО ВОЗДУХООБМЕНА

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

Томск 2006

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_________ 2006 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_____ 2006 г.

Введение

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.

потребный воздухообмен вентиляция очистка

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;

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

xн, 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/Vп, ч-1 (2)

где: Vп - внутренний объем помещения, м3.

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

Так как xн определяется по таблице 1 (см. приложение), а xв 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

Пример:

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:

Хв = 200 мг/м3;

Хн = 0,35 мг/м3;

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

Ответ: 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)

Пример

В помещении объемом Vп = 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:

Хв = 0,01 мг/м3;

Хн = 0,001 мг/м3;

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

Ответ: 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

Пример

Определить потребную кратность воздухообмена в помещении, где работают три человека

Решение:

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

веком g = 23 л/ч.

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

Определяем потребный воздухообмен:

L = 23*3/ (1 - 0.5) = 138 м3/ч

Ответ: 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 просочившихся 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, атадо 2271741161с0,1210,1660,1820,1890,250,29

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

М - молекулярный вес газов, находящихся в аппаратуре;

Т - абсолютная температура газов в аппаратуре, оК.

Пример:

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

Внутренний объем аппаратуры vа = 5 м3, объём трубопроводов, vтр = 1,2 м3. Температура газа в аппаратуре - tтр = 120 оС, в трубопроводе - tтр = 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: Хв = 10 мг/м3; Хн = 0,008 мг/м3;

Потребный воздухообмен:

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

Ответ: 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;

Qизб, ккал/ч - избыточное тепло;

gв = 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 - Qн:

при Qн £ 20 ккал/ (м3*ч) Dt = 6 oC;

при Qн > 20 ккал/ (м3*ч) Dt = 8 oC;

, ккал/ (м3*ч) (9)

где Vп, м3 - внутренний объем помещения.

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

Qизб = Qоб + Qосв + Qл + Qр - Qотд, ккал/ч (10)

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

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

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

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

Qотд, ккал/ч - теплоотдача естественным путем.

Определяем количество тепла, выделяемого оборудованием

Qоб = 860 ×Роб × U1, ккал/ч (11)

где: Y1 - коэффициент перехода тепла в помещение, зависящий от вида оборудования; Роб, кВт - мощность, потребляемая оборудованием;

Роб, = Рном ×Y2 ×Y3 × Y4, кВт (12)

где: Рном, 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

Qосв = 860 × Росв × 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;

Росв, кВт - мощность осветительной установки.

Определяем количество тепла, выделяемого находящимися в помещении людьми

Qл = N× qл, ккал/ч (15)

где: N - количество людей в помещении

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

Определяем количество тепла, вносимого за счет солнечной радиации

Qр = m × S× qост, ккал/ч (16)

где: m - количество окон

S, м2 - площадь одного окна

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

Определяем теплоотдачу, происходящую естественным путем

Если нет дополнительных условий, то можно считать ориентировочно,

что Qотд = Qр для холодного и переходного периодов года (среднесуточная температура наружного воздуха ниже +10 oC).

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

Общий вывод:

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

Приложение

Таблица 1

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

НаименованиеПДКм. р.,ПДКс. с.,Агрегатноевредных веществмг/м3мг/м3состояниеАзота диоксид0,0850,04пАзота оксид0,60,06пАкролеин 0,03 0,03 пАмилацетат0,100,10пАммиак0,20,04пАцетон0,350,35пБензин (углеводороды) 5,01,5пБензол1,50,1пБутан200 - пБутилацетат0,10,1пВинилацетат0,150,15пДихлорэтан3,01,0пКсилол0,20,2пМарганец и его соединения0,010,001аМетилацетат0,070,07пМышьяк и его неорг. соединения-0,003аОзон0,160,03пПыль (кремнесодержащая - более 70 %) 0,150,05аПыль нетоксичная (фиброгенного дейст-я) 0,50,15аРтути хлорид (сулема) - 0,0003аСажа0,150,05аСвинец и его соединения0,0010,0003аСерная кислота0,30,1аСернистый ангидрид0,50,15пСероводород0,008 - пСероуглерод0,030,005пСпирт бутиловый0,16 -пСпирт изобутиловый0,1 0,1пСпирт метиловый1,0 0,5пСпирт этиловый5 5пСтирол0,040,002пТолуол0,60,6пУглерода оксид5,03,0пФенол0,010,003пФтористые соединения (газообразные) 0,020,005пХлор0,10,03пХлористый водород0,20,2пЭтилацетат0,10,1п

Примечание:

п - пары и/или газы;

а - аэрозоль

Таблица 2

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

НаименованиеПДК.,Класс АгрегатноеВредных веществмг/м3опасностисостояниеАзота диоксид2,03пАзота оксиды5,03пАкролеин 0,2 2пАмилацетат1004пАммиак20 4пАцетон200 4пБензин (углеводороды) 1004пБензол15/52 кпБутан3004пБутилацетат2004пВинилацетат10,04пДихлорэтан10,02пКсилол50,03пМарганец и его соединения (от 2-30 %) 0,12аМетилацетат100 4пМышьяк и его неорг. соединения0,04/0,012аОзон0,11пПыль (кремнесодержащая - более 70 %) 1,54аПыль нетоксичная (фиброгенного действия) 4,04аРтути хлорид (сулема) 0,2/0,051аСажа4,03аСвинец и его соединения0,01/0,0051аСерная кислота1,02аСернистый ангидрид10 3пСероводород10,03пСероуглерод1,03пСпирт бутиловый10,0 3пСпирт изобутиловый10,03пСпирт метиловый5,0 3пСпирт этиловый10004пСтирол30/103пТолуол503пУглерода оксид20 4пФенол0,32пФтористые соединения (газообразные) 0,5/0,12пХлор1,02пХлористый водород5,01пЭтилацетат2004п

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 краскиРасход лакокрасочных материалов (А, г/м2) Содержание летучей части (m, %) Нитролаки и краскиБесцветный аэролак /кистью20092Цветные аэролаки / распыление пульверизатором18075Нитрошпаклевка /кистью100-18010-35Нитроклей /кистью16080-85Масляные лаки и эмалиОкраска распылением60-9035

Таблица 4

Количество углекислоты, выделяемой человеком при разной работе

Возраст человека и характер работыКоличество СО2в л/чв г/чВзрослые: при физической работе 4568при легкой работе (в учреждениях) 2335в состоянии покоя2335Дети до 12 лет1218

Таблица 5

Предельно-допустимые концентрации углекислоты

Наименование помещенийКоличество СО2в л/чв г/кгДля постоянного пребывания людей (жилые ком) 11,5Для пребывания детей и больных0,71Для учреждений 1,251,75Для кратковременного пребывания людей23

Таблица 6

Количество тепловыделений одним человеком при различной работе

Категория тяжестиработыКоличество тепловыделений qл, ккал/ч в зависимости от окружающей температуры воздуха15 оС20 оС25 оС30 оСЛегкаяI100705030Средней тяжестиII-а100706030II-б110807035ТяжелаяIII110808035

Таблица 7

Солнечная радиация через остекленную поверхность

Солнечная радиация, qост, ккал/ч от стороны света и широты, град. ЮГЮГО-ВОСТОК ЮГО-ЗАПАДВОСТОК ЗАПАДСЕВЕР, СЕВЕРО-ВОСТОК СЕВЕРО-ЗАПАД35455565354555653545556535455565Окна с двойным остеклением и деревянными рамами1101251251458511012514512512514514565656560Окна с двойным остеклением и металлическими рамами14016016018011014016018016016018018080808070Фонарь с двойным остеклением и металлическим переплет. 13013016017011014017017016016018018085858570Литература

1. Долин П.А. Справочник по технике безопасности. - М.: Энергоиздат, 1982. - 342 с.

. Каменев П.Н. Отопление и вентиляция. Часть II Вентиляция. - М.: Издательство литературы по строительству, 1966.

. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

. СН 3086-84. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации Томский политехнический университет РАСЧЕТ ПО

Больше работ по теме: