Элеенты системы

ОСНОВЫ РАСЧЕТА МЕХАНИЧЕСКОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ. ПОДБОР ВЕНТИЛЯЦИОННОГО  ОБОРУДОВАНИЯ.

 

    Проведение многих технологических процессов сопровождается выделением в производственные помещения теплоты, влаги, различных паров, газов и аэрозолей, что вызывает изменения состава и метеорологического состояния (микроклимата) воздушной среды в помещениях. Состав воздушной среды характеризуется концентрацией содержащихся в ней веществ. Микроклимат определяют следующие физические параметры воздушной среды: температура, относительная влажность, скорость движения воздуха и барометрическое давление. Изменение состава и состояния воздушной среды может негативно влиять на самочувствие людей, снижать производительность труда и вызывать различные заболевания.

    Для нормирования вредного воздействия воздушной среды на организм человека разработаны гигиенические требования к составу и метеорологическому состоянию воздуха в производственных помещениях. Если поступающие в помещение теплота и влага вызывают отклонения состояния воздуха от гигиенических нормативов, то их называют соответственно избыточной теплотой и избыточной влагой и рассматривают как вредные факторы производственной среды. Аналогично, если концентрация выделяющихся в помещении веществ превышает норму, то их рассматривают как вредные выделения.

    Поддержание во всем помещении или в отдельных его зонах состава и метеорологического состояния воздушной среды, удовлетворяющих гигиеническим нормативам, обеспечивается вентиляцией, представляющей собой процесс удаления из помещения загрязненного воздуха и подачи в него свежего. В зависимости от способа подачи воздуха в помещение различают естественную вентиляцию, при которой перемещение воздуха происходит вследствие наличия ветрового напора или разности температур воздуха в помещении и наружного воздуха, и механическую вентиляцию, в которой для перемещения воздуха используются специальные механические побудители, как правило, вентиляторы.

   Вентиляция как организованный процесс удаления из помещения загрязненного воздуха и подачи в него свежего является процессом воздухообмена. Основной характеристикой системы вентиляции, организующей такой воздухообмен, является ее производительность. Она оценивается объемным расходом L, м /ч, численно равным количеству воздуха в м3, перемещаемого системой вентиляции в течение 1 ч.

   Системы механической вентиляции разделяют на общеобменные, местные и смешанные. Общеобменная вентиляция предназначена для удаления избытков теплоты, влаги и вредных веществ во всем объеме помещения. Применяется в тех случаях, когда вредные выделения поступают непосредственно в воздух помещения и рабочие места не фиксированы, а располагаются по всему помещению. Местная вентиляция используется для обеспечения допустимых условий в отдельных рабочих зонах и удаляет вредные выделения непосредственно у источника их образования. При смешанной системе вентиляции часть вредных выделений удаляется местной вентиляцией, а часть - общеобменной. Общеобменную вентиляцию по способу подачи и удаления воздуха разделяют на приточную, вытяжную и приточно-вытяжную.

   При использовании приточной системы вентиляции в помещении создается избыточное давление, за счет которого воздух уходит через окна и двери наружу или в другие помещения  Приточную систему применяют в случае, когда вентилируемое помещение должно быть защищено от проникновения в него загрязненного наружного воздуха и нежелательно попадание загрязненного воздуха из соседних помещений. Так, например, осуществляется вентиляция «чистых комнат» - помещений с высокими требованиями к запыленности воздуха, используемых в электронной, авиационной и ряде других отраслей промышленности. Приточная система также возмещает объем воздуха, удаляемый местными отсосами или расходуемый на технологические нужды. Обычно она состоит из следующих элементов: воздухозаборного устройства для забора наружного воздуха, воздуховодов, фильтров для очистки воздуха, калориферов, которыми подогревается холодный наружный воздух, вентилятора, увлажнителя-осушителя воздуха и приточных воздухораспределителей (решетки, панели, насадки).

   При удалении воздуха вытяжной системой вентиляции  в помещении создается пониженное давление,за счет которого в вентилируемое помещение поступает воздух соседних помещений или наружный воздух. Такую систему необходимо применять в случае, когда вредные выделения в данном помещении не должны распространяться на соседние, например, для вредных цехов и лабораторий химического и биологического профиля. В состав вытяжной вентиляции, как правило, входят: вытяжные воздухораспределители (решетки), через которые воздух удаляется из помещения, воздуховоды, вентиляторы, устройства для очистки воздуха от загрязнений и устройства для выброса воздуха в атмосферу.

  В зависимости от характера движения воздуха в вентилируемом помещении выделяют два вида вентиляции: вентиляцию вытеснением и вентиляцию перемешиванием.

  Вентиляция вытеснением  используется обычно для вентилирования больших помещений. При этом воздух подается на нижний уровень помещения и движется в рабочую зону с малой скоростью. Для реализации принципа вытеснения приточный воздух должен быть несколько холоднее воздуха в помещении. Такой подход легко обеспечивает требуемые параметры микроклимата во всем объеме рабочей зоны, но он менее пригоден для небольших офисных помещений из-за сложности организации в них такого рода направленной подачи воздуха.

   Вентиляция перемешиванием  является основным видом вентиляции, применяемым для вентилирования как больших, так и небольших помещений. При таком методе вентиляции свежий воздух в рабочую зону поступает уже смешанным с воздухом помещения. При вентилировании перемещение воздуха в помещении осуществляется благодаря наличию в нем приточных струй, конвективных потоков и движению воздуха у всасывающих отверстий.

   Приточные струи, распространяющиеся в безграничном пространстве (на практике в помещении достаточно большого объема), называются свободными. Если температура струи не отличается от температуры окружающей среды, то струя называется изотермической. Параметры струи будут зависеть от некоторой опытной константы а, называемой коэффициентом турбулентной структуры. Значение этого коэффициента зависит от формы и конструктивного оформления приточного патрубка.

 

Основные требования к устройству вентиляции

   Для успешной работы системы вентиляции важно, чтобы ещё на стадии проектирования были выполнены следующие санитарно-гигиенические и технические требования:

 

    1. Объём притока воздуха в помещение Vпр должен соответствовать объёму вытяжки Vвыт; разница между этими объёмами не должна превышать 10-15%.

   В ряде случаев необходимо так организовывать воздухообмен, чтобы один из них обязательно был больше другого. Например, при проектировании вентиляции двух смежных помещений, в одном из которых выделяются вредные вещества, объём вытяжки из этого помещения делается больше объёма притока, т.е. Vвыт >Vпр, в результате чего в этом помещении создаётся небольшое раздражение и безвредный воздух из помещения 2 с небольшим избыточным давлением ΔP будет подсасываться в помещение 1, не давая возможности вредным веществам попадать в помещение 2.

   Возможны и такие случаи организации воздухообмена, когда во всём помещении поддерживается избыточное, по отношению к атмосферному, давление. Например, в цехах электровакуумного производства, для которого особенно важно отсутствие пыли, проникающей через различные неплотности и ограждения, объём притока воздуха делается больше объёма вытяжки, за счёт того и создаётся некоторый избыток давления (Pпом > Pатм).

 

   2.  Свежий воздух необходимо подавать в те части помещения, где количество вредных выделений минимально (или нет их вообще), а удалять, где выделения максимальны.

Механическая вентиляция осуществляется принудительно за счёт:

1)  механической тяги  осевыми или центробежными вентиляторами;

2)  эжекторными установками, перемещающими воздух по специальным каналам (воздуховодам), применяются во взрыво- и пожароопасных производствах, где искрение недопустимо.

   Эжекторное побуждение основано на следующем: воздух, создающий побуждение, нагнетается от вентиляторов, расположенных вне здания к соплу. Выходя из сопла с большой скоростью, создаёт разрежение в вытяжной камере, вызывающее подсос воздуха из вытяжного воздуховода. В основном этот способ применяется в вытяжных системах для удаления из помещения взрывоопасных газов и паров, где не должно быть искрения, там, где нельзя применить традиционные воздуходувки.

Основными элементами механической вентиляции являются:

 

1) воздухозаборник;

2) воздуховоды;

3) вентиляторы;

4) циклоны;

5) воздухоочистители;

6) калориферы;

7) увлажнители;

8) насадки.

 

Местная приточная вентиляция (воздушные души, завесы и др.)

    Воздушные души устраиваются для уменьшения вредного влияния теплового излучения от оборудования и установок, нарушающего нормальный теплообмен организма (рабочие места кузнечных, термических, литейных, сушильных цехов). Они могут осуществляться стационарными, переносными, передвижными установками. Струя воздуха направляется на верхнюю часть туловища горизонтально или наклонно, но с учётом соседних рабочих мест.

  Воздушные завесы устраивают для защиты рабочих от переохлаждения при проникновении в помещения большого количества холодного воздуха.

 Если вентиляция устроена таким образом, что в помещении поддерживаются постоянные заранее определённые условия (температура, влажность, чистота воздуха), независимо от наружных условий и колебаний технологического режима, - такие вентиляционные системы называются кондиционерами воздуха.

   Расчёт механической вентиляции прежде всего сводится к определению необходимого воздухообмена.

 

 

Возможны следующие конкретные условия:

1. При нормальном микроклимате  и отсутствии вредных веществ

 

L=N×L1 м3/ч,                                                                                            

где N - число работающих в наиболее многочисленной смене;

L1 - расход воздуха на  одного рабочего в час, принимаемый  в зависимости от объёма помещения,  приходящегося на каждого работающего  (при объёме на одного работающего  менее 20 м3 расход воздуха должен  быть не менее L1 = 30 м3/ч). При  объёме более 40 м3 на одного  работающего и наличии окон  и дверей воздухообмен не рассчитывается.

2. При выделении паров  или газов в помещении необходимый  воздухообмен определяется исходя  из условия разбавления их  до допустимых концентраций:

L=G/(qвыт-qпр),                                                                                        

где G - количество выделяющихся паров, газов, пыли, мг/ч;

qпр - концентрация вредных веществ в приточном воздухе, м2/м3;

qвыт - концентрация вредных веществ в удаляемом воздухе, м2/м3.

3. При борьбе с избыточным  теплом воздухообмен определяется  из условий ассимиляции теплоизбытков объёмом приточного воздуха, м3/ч:

L=Q/0,24ρ(t1-t2),                                                                                       

где Q - избыточное тепловыделение, ккал/ч;

0,24 - теплоёмкость сухого  воздуха, ккал/кг*град.;

ρ - плотность приточного воздуха, кг/м3;

t1 - температура уходящего  воздуха;

t2 – температура  приточного  воздуха.

4.  При влаговыделениях воздухообмен определяется по формуле:

L=W/(d1-d2),                                                                                              

где W - масса водяных паров, выделяющихся в помещении, г/ч;

d1 - влагосодержание воздуха,  уходящего из помещения, г/м3;

d2 - влагосодержание наружного  воздуха, г/м3.

5.  Метод определения  воздухообмена по кратности применяется  для ориентировочных расчётов (инспекторский  метод):

L = V × K,                                                                                                   

где V - объём помещения;

  Таким образом, рассматривая данный вопрос, мы убедились, насколько важным аспектом в организации охраны труда является правильный расчет и выбор элементов систем механической вентиляции.

 

МОЛНИЕЗАЩИТА  ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

 

   Молниезащи́та — это комплекс технических решений и специальных приспособлений для обеспечения безопасности здания, а также имущества и людей находящихся в нем. На земном шаре ежегодно происходит до 16-и миллионов гроз, то есть около 44 тысяч за день. Прямой удар молнии очень опасен для здоровья людей, нередки случаи смертельного исхода. Для зданий и сооружений угрозами вследствие непосредственного контакта канала молнии с поражаемыми объектами являются возможность возгорания либо разрушения, а также повреждение чувствительного оборудования вследствие сопутствующего молнии импульсного электромагнитного поля.

Внешняя молниезащита представляет собой систему, обеспечивающую перехват молнии и отвод её в землю, тем самым, защищая здание (сооружение) от повреждения и пожара. Система внешней молниезащиты, организованная по принципу молниеприёмной сетки, проектируется индивидуально под каждое конкретное здание. Задача внешней системы молниезащиты — на долю секунды раньше непосредственного контакта уловить разряд молнии и отправить его по токоотводам на заземление.

  Размещение устройств молниезащиты и их тип выбираются на стадии проектирования нового объекта, чтобы иметь возможность максимально использовать проводящие элементы этого объекта. Это облегчает разработку и исполнение устройств молниезащиты, совмещенных с самим зданием, позволяет улучшить его эстетический вид, повысить эффективность молниезащиты, минимизировать ее стоимость и трудозатраты. При этом средства и методы молниезащиты выбираются исходя из условия обеспечения требуемой надежности.

1. Термины и  определения

   Удар молнии в землю – электрический разряд атмосферного происхождения между грозовым облаком и землей, состоящий из одного или нескольких импульсов тока.

 Точка поражения – точка, в которой молния соприкасается с землей, зданием или устройством молниезащиты. Удар молнии может иметь несколько точек поражения.

  Устройство молниезащиты – система, позволяющая защитить здание или сооружение от воздействий молнии. Она включает в себя внешние (снаружи здания или сооружения) и внутренние (внутри здания или сооружения) устройства. В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства.

    Устройства защиты от прямых ударов молнии (молниеотводы) – комплекс, состоящий из молниеприемников, токоотводов и заземлителей. Молниеприемник – часть молниеотвода, предназначенная для перехвата молний.

  Токоотвод – часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприемника к заземлителю.

 Заземлитель – проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

  Отдельно стоящий молниеотвод – молниеотвод, молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, чтобы путь тока молнии не имел контакта с защищаемым объектом.

  Молниеотвод, установленный на защищаемом объекте – молниеотвод, молниеприемники и токоотводы которого расположены таким образом, что часть тока молнии может растекаться через защищаемый объект или его заземлитель.

 Зона защиты молниеотвода – пространство в окрестности молниеотвода заданной геометрии, отличающееся тем, что вероятность удара молнии в объект, целиком размещенный в его объеме, не превышает заданной величины.

 

2. Классификация  зданий и сооружений по устройству  молниезащиты

 

 Объекты классифицируются по опасности ударов молнии для самого объекта и его окружения.

 Непосредственное опасное воздействие молнии – это пожары, механические повреждения, травмы людей и животных, а также повреждения электрического и электронного оборудования. Последствиями удара молнии могут быть взрывы твердых, жидких и газообразных материалов и веществ и выделение опасных продуктов – радиоактивных и ядовитых химических веществ, а также бактерий и вирусов. Удары молнии могут быть особо опасны для информационных систем, систем управления, контроля и электроснабжения.

Рассматриваемые объекты  могут подразделяться на обычные и специальные.

Обычные объекты – жилые  и административные строения, а также  здания и сооружения высотой не более 60 м, предназначенные для торговли, промышленного производства, сельского  хозяйства. К таким объектам относятся: жилой дом, театр, школа, универмаг, спортивное сооружение, банк, страховая компания, коммерческий офис, больница, детский сад, промышленные предприятия, музеи и т.д.

Специальные объекты:

– объекты, представляющие опасность для непосредственного  окружения;

– объекты, представляющие опасность для социальной и физической окружающей среды (объекты, которые  при поражении молнией могут  вызвать вредные биологические, химические и радиоактивные выбросы);

– прочие объекты, для которых  может предусматриваться специальная молниезащита, например, строение высотой более 60 м, игровые площадки, временные сооружения, строящиеся объекты.

 К специальным объектам относятся: средства связи, электростанции, пожароопасные производства, нефтеперерабатывающие предприятия, АЗС, производства петард и фейерверков, химический завод, АЭС, биохимические фабрики и лаборатории.

При строительстве и реконструкции  для каждого класса объектов требуется  определить необходимые уровни надежности защиты от прямых ударов молнии (ПУМ). Для  обычных объектов существует четыре уровня защиты, указанные в таблице 1.

Таблица 1 – Уровни защиты от ПУМ для обычных объектовУровень защиты Надежность защиты от ПУМ

I 0,98

II 0,95

III 0,9

IV 0,8

3. Классификация  воздействий токов молнии

Для каждого уровня молниезащиты определяются предельно допустимые параметры тока молнии.

 Соотношение полярностей разрядов молнии зависит от географического положения местности. В отсутствие местных данных принимаю 10% разрядов с положительными токами и 90% разрядов с отрицательными токами.

Значение расчетных параметров для принятых в таблице 1 уровней  защищенности (при соотношении 10% к 90% между долями положительных и  отрицательных разрядов) приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Соответствие параметров тока молнии и уровней  защищенностиПараметр молнии Уровень защиты

I II III, IV

Пиковое значение тока I, кА 200 150 100

Средняя крутизна di/dt30/90%,кА/мкс 200 150 100

 

 

 

4. Комплекс средств  молниезащиты

  Комплекс средств молниезащиты зданий и сооружений включает в себя устройства защиты от ПУМ [внешняя молниезащитная система (МЗС)] и устройства защиты от вторичных воздействий молнии (внутренняя МЗС). В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства. В общем случае часть токов молнии протекает по элементам внутренней молниезащиты.

  Внешняя МЗС может быть изолирована от сооружения (отдельно стоящие молниеотводы – стержневые или тросовые, а также соседние сооружения, выполняющие функции естественных молниеотводов), или может быть установлена на защищаемом сооружении и даже быть его частью. Внутренние устройства молниезащиты предназначены для ограничения электромагнитных воздействий тока молнии и предотвращения искрений внутри защищаемого объекта. Токи молнии, попадающие в молниеприемники, отводятся в заземлитель через систему токоотводов и растекаются в земле.

 

5. Внешняя молниезащитная система

 

Внешняя МЗС в общем случае состоит из молниеприемников, токоотводов и заземлителей. Их материал и сечение выбираются в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3 – Материал и  минимальные сечения элементов  внешней МЗСУровень защиты Материал 

Сечение, мм2

молниеприемника токоотвода заземлителя

I – IV Сталь 50 50 80

I – IV Алюминий 70 25 не применяется

I – IV Медь 35 16 50

Указанные значения могут  быть увеличены в зависимости  от повышенной коррозии или механических воздействий.

5.1 Молниеприемники

 

   Молниеприемники могут быть специально установленными, в том числе на объекте, либо их функции выполняют конструктивные элементы защищаемого объекта, тогда они называются естественными молниеприемниками.

  Молниеприемники могут состоять из произвольной комбинации следующих элементов: стержней, натянутых проводов (тросов), сетчатых проводников (сеток). Сетка укладывается на крыше зданий под слоем гидроизоляции. Следующие конструктивные элементы зданий и сооружений могут рассматриваться как естественные молниеприемники:

а) металлические кровли защищаемых объектов при условии, что:

- электрическая непрерывность  между разными частями обеспечена  на долгий срок;

- толщина металла кровли  составляет не менее значения, приведенного в таблице 4, если  необходимо предохранить кровлю  от повреждения или прожога;

Таблица 4 – толщина кровли, выполняющей функции естественного  молниеприемникаУровень защиты Материал Толщина не менее, мм

I – IV Железо 4

I – IV Медь 5

I – IV Алюминий 7

- толщина металла кровли  составляет не менее 0,5 мм, если  необязательно защищать от повреждений и нет опасности воспламенения находящихся под кровлей горючих материалов;

- кровля не имеет изоляционного  покрытия. При этом небольшой  слой антикоррозийной краски  или слой 0,5 мм асфальтового покрытия, или слой 1 мм пластикового покрытия  не считается изоляцией;

- неметаллические покрытия  на /или под металлической кровлей не выходят за пределы защищаемого объекта;

б) металлические конструкции  крыши (соединенная между собой  стальная арматура);

в) металлические элементы типа водосточных труб, украшений, ограждений по краю крыши и т.п., если их сечение  не меньше значений, предписанных для обычных молниеприемников;

г) технологические металлические  трубы и резервуары, если они выполнены  из металла толщиной не менее 2,5 мм и  проплавление или прожог этого металла  не приведет к опасным или недопустимым последствиям;

д) металлические трубы  и резервуары, если они выполнены  из металла толщиной не менее значения, приведенного в таблице 4, и если повышение температуры с внутренней стороны объекта в точке удара  молнии не представляет опасности.

5.2 Токоотводы

В целях снижения вероятности  возникновения опасного искрения токоотводы располагаются таким образом, чтобы  между точкой поражения и землей ток растекался по нескольким параллельным путям, и длина этих путей была ограничена до минимума.

Токоотводы располагаются  по периметру защищаемого объекта  таким образом, чтобы среднее  расстояние между ними было не меньше значений, приведенных в таблице 5.

Таблица 5 – Средние расстояния между токоотводамиУровень защиты Среднее расстояние, м

I 10

II 15

III 20

IV 25

Токоотводы соединяются  горизонтальными поясами вблизи поверхности земли и через  каждые 20 м по высоте здания. Токоотводы прокладываются по прямым и вертикальным линиям, так чтобы путь до земли  был по возможности кратчайшим. Не рекомендуется прокладка токоотводов  в виде петель.

Следующие конструктивные элементы зданий могут считаться естественными  токоотводами:

а) металлические конструкции  при условии, что:

- электрическая непрерывность  меду разными элементами является  долговечной и соответствует  требованиям;

- они имеют не меньшие  размеры, чем требуются для  специально предусмотренных токоотводов;

- металлические конструкции  могут иметь изоляционное покрытие

б) металлический каркас здания или сооружения;

в) соединенная между собой  стальная арматура здания или сооружения;

г) части фасада, профилированные  элементы и опорные металлические  конструкции фасада при условии, что их размеры соответствуют  указаниям, относящимся к токоотводам, а их толщина составляет не менее 0,5 мм.

 

5.3 Заземлители

 

  Заземлитель молниезащиты совмещается с заземлителями электроустановок и средств связи, за исключением отдельно стоящего молниеотвода.

В качестве заземляющих электродов может использоваться соединенная  между собой арматура железобетона или иные подземные металлические  конструкции. Если арматура железобетона используется как заземляющие электроды, повышенные требования предъявляются  к местам ее соединений, чтобы исключить  механическое разрушение бетона.

Заземлитель в виде наружного  контура предпочтительно прокладывать на глубине не менее 0,5 м от поверхности  земли и на расстоянии не менее 1 м от стен. Заземляющие электроды  должны располагаться на глубине  не менее 0,5 м за пределами защищаемого  объекта и быть как можно более  равномерно распределенными.

 

 

Список литературы

 

1. «Инструкция по устройству  молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» – Москва: Издательство МЭИ, 2004 г.