IV. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха

1. Общие положения

Отопление, вентиляция и кондиционирование являются основными техническими средствами для обеспечения нормируемых метеорологических условий и чистоты воздуха в производственных помещениях.

Основополагающим документом, регламентирующим вопросы отопления, вентиляции и кондиционирования, являются Строительные нормы и правила.

2. Отопление

Отопление помещений необходимо как для создания нормальных условий труда, так и для сохранения самих зданий.

Отопительные системы бывают центральными и местными. В системе центрального отопления энергия вырабатывается за пределами отапливаемых помещений, местное – непосредственно в помещении.

В зависимости от вида теплоносителя системы отопления могут быть водяные, паровые, воздушные, электрические и газовые.

Отопление газовыми или электрическими приборами не допускается в помещениях повышенной электроопасности и химической опасности. В этих помещениях, как правило, следует применять воздушное отопление.

Дежурное отопление производственных помещений отапливаемых зданий предусматривается в холодный период года. В нерабочее время оно обеспечивает температуру ниже нормируемой, но не ниже 5°С.

Местное отопление применяется в неотапливаемых зданиях для поддержания температуры воздуха в отдельных помещениях, зонах, на временных рабочих местах при ремонте и наладке оборудования.

Вентиляция

Вентиляциейназывается организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязненного воздуха и подачу свежего чистого воздуха.

Системы вентиляции бывают естественными и принудительными (механическими).

Системы естественной вентиляции применяются в помещениях, в которых не выделяются вредные вещества, где не предъявляются требования по особой чистоте подаваемого в помещение воздуха.

Естественная вентиляция осуществляется за счет разности температур между наружным воздухом и воздухом помещений, а также разности давлений, создаваемой ветром с наветренной и подветренной сторон зданий.

Принудительная (механическая) вентиляция проектируется в случаях, когда нормируемые параметры воздуха не могут быть обеспечены естественной вентиляцией.

В зависимости от вида подачи воздуха, системы принудительной (механической) вентиляции могут быть приточными, вытяжными и приточно-вытяжными.

При приточной вентиляциивоздух с помощью вентиляционного оборудования подается в помещение. Приточный воздух следует направлять так, чтобы он не поступал через зоны с большим загрязнением в зоны с меньшим загрязнением.

Расход приточного воздуха определяется из требований:

• норм взрывопожарной безопасности.

При вытяжной вентиляции удаление воздуха из помещений осуществляется из зон наибольшего скопления вредных веществ.

При приточно-вытяжной вентиляции процессы вытяжки и притока воздуха реализуется одновременно.

4. Кондиционирование воздуха

Кондиционирование воздуха – автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, влажности, чистоты, скорости движения) с целью обеспечения оптимальных метеорологических условий и условий ведения технологических процессов.

Существуют центральные и местные системы кондиционирования воздуха.

В центральных системах воздух забирается вне помещений, где производятся работы, и подается по воздуховодам. В местных системах кондиционирования воздух забирается в самом помещении.

Системы кондиционирования могут функционировать круглогодично или сезонно.

V. Освещение рабочих мест и производственных помещений

Нормы освещения зданий и сооружений, селитебных зон, площадок предприятий и мест производства работ вне зданий регламентируются Строительными нормами и правилами (далее Правила) и Санитарными правилами и нормами.

1. Определения и общие положения

В нормах и правилах применены термины:

Коэффициент естественной освещенности (КЕО) – отношение естественной освещенности, создаваемой в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения светом неба (непосредственным или после отражения), к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода; выражается в процентах.

Естественное освещение – освещение помещений светом неба (прямым или отраженным), проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях.

Боковое естественное освещение – естественное освещение помещения через световые проемы в наружных стенах.

Верхнее естественное освещение – естественное освещение помещения через фонари, световые проемы в стенах в местах перепада высот здания.

Совмещенное освещение – освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.

Эвакуационное освещение – освещение для эвакуации людей из помещения при аварийном отключении нормального освещения.

Комбинированное освещение – освещение, при котором к общему освещению добавляется местное.

Местное освещение – освещение, дополнительное к общему, создаваемое светильниками, концентрирующими световой поток непосредственно на рабочих местах.

Нормируемые значения освещенности приводятся в точках ее минимального значения на рабочей поверхности внутри помещений для разрядных источников света, кроме оговоренных случаев.

Искусственное освещение

Искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, охранное и сигнальное. Для общего искусственного освещения помещений следует использовать, как правило, разрядные источники света. Искусственное освещение может быть двух систем – общее(когда освещается все помещение, включая рабочие поверхности, проходы, проезды и т.п. с помощью светильников) и комбинированное (когда к общему освещению добавляется местное, устанавливаемое на рабочих местах).

Аварийное освещение разделяется на:

Освещение безопасности следует предусматривать в случаях, если отключение рабочего освещения и связанное с этим нарушение обслуживания оборудования и механизмов может вызвать:

• взрыв, пожар, отравление людей;

• длительное нарушение технологического процесса;

• нарушение работы таких объектов, как электрические станции, узлы радио- и телевизионных передач и связи, диспетчерские пункты, насосные установки водоснабжения, канализации и теплофикации, установки вентиляции и кондиционирования воздуха для производственных помещений, в которых недопустимо прекращение работ и т.п.;

• нарушение режима детских учреждений независимо от числа находящихся в них детей.

Эвакуационное освещение должно обеспечивать наименьшую освещенность на полу основных проходов (или на земле) и на ступенях лестниц: в помещениях – 0,5 лк, на открытых территориях – 0,2 лк.

Классификация систем кондиционирования, вентиляции и отопления

Классификация систем кондиционирования

Кондиционирование воздуха — это создание и автоматическое поддержание (регулирование) в закрытых помещениях всех или отдельных параметров (температуры, влажности, чистоты, скорости движения воздуха) на определенном уровне с целью обеспечения оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей или ведения технологического процесса.

Прежде чем перейти к классификации систем кондиционирования, следует отметить, что общепринятой классификации до сих пор не существует, и связано это с многовариантностью принципиальных схем, технических и функциональных характеристик, зависящих не только от технических возможностей самих систем, но и от объектов применения (кондиционируемых помещений).

Современные системы кондиционирования могут быть классифицированы по следующим признакам:

• по основному назначению (объекту применения): комфортные и технологические;
• по принципу расположения кондиционера в обслуживаемом помещении: центральные и местные;
• по наличию собственного (входящего в конструкцию кондиционера) источника тепла и холода: автономные и неавтономные;
• по принципу действия: прямоточные, рециркуляционные и комбинированные;
• по способу регулирования выходных параметров кондиционированного воздуха: с качественным (однотрубным) и количественным (двухтрубным) регулированием;
• по количеству обслуживаемых помещений (локальных зон): однозональные и многозональные;
• по давлению, создаваемому вентиляторами центральных кондиционеров, подразделяются на системы низкого давления (до 100 кг/м 2 ), среднего давления (от 100 до 300 кг/м 2 ) и высокого давления (выше 300 кг/м 2 ).

Кондиционирование воздуха, согласно СНиП 2.04. 05—91*, по степени обеспечения метеорологических условий подразделяются на три класса:

первый класс обеспечивает требуемые для технологического процесса параметры в соответствии с нормативными документами; второй класс обеспечивает оптимальные санитарно-гигиенические нормы или требуемые технологические нормы; третий класс обеспечивает допустимые нормы, если они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха.

Кроме приведенных классификаций существуют разнообразные системы кондиционирования, обслуживающие специальные технологические процессы, включая системы с изменяющимися во времени (по определенной программе) метеорологическими параметрами.

1. сплит-системы (настенные, напольно-потолочные, колонного типа, кассетного типа, многозоональные с изменяемым расходом хладагента);
2. напольные кондиционеры и кондиционеры сплит-системы с приточной вентиляцией;
3. системы с чилерами и фанкойлами;
4. крышные кондиционеры;
5. шкафные кондиционеры;
6. прецизионные кондиционеры;
7. центральные кондиционеры.

Классификация систем вентиляции

Что же это такое? Энциклопедический словарь дает на этот счет следующее определение: “Под вентиляцией понимают регулируемый воздухообмен, осуществляемый для создания в помещениях воздушной среды, благоприятной для здоровья и трудовой деятельности человека. Под вентиляцией также понимается совокупность технических средств, необходимых для осуществления воздухообмена”.

Что именно следует считать комфортным и благоприятным, прописано в СНиП (Строительных Нормах и Правилах).

При всем многообразии систем вентиляции, обусловленном назначением помещений, характером технологического процесса, видом вредных выделений, их можно классифицировать по следующим характерным признакам:

1. по способу создания давления для перемещения воздуха: с естественным и искусственным (механическим) побуждением.
2. по назначению: приточные и вытяжные.
3. по зоне обслуживания: местные и общеобменные.
4. по конструктивному исполнению: канальные и бесканальные.

Системы вентиляции включают группы самого разнообразного оборудования.

• осевые вентиляторы;
• радиальные вентиляторы;
• диаметральные вентиляторы.

2. Вентиляторные агрегаты:

3. Вентиляционные установки:

4. Воздушно-тепловые завесы.

6. Воздушные фильтры.

• металлические;
• металлопластиковые;
• неметаллические;
• гибкие и полугибкие.

9. Запорные и регулирующие устройства:

• воздушные клапаны;
• диафрагмы;
• обратные клапаны.

10. Воздухораспределители и регулирующие устройства воздухоудаления:

• решетки;
• щелевые воздухораспределительные устройтва;
• плафоны;
• насадки с форсунками;
• перфорированные панели.

11. Тепловая изоляция.

Классификация систем отопления

Задачей любой системы обогрева является поддержание заданной температуры внутри помещения в то время, когда температура окружающей среды может значительно изменяться в зависимости от сезона и географического расположения. Для обеспечения заданного режима необходимо компенсировать потери тепла, возникающие вследствие разности температур, за счет подвода тепловой энергии.

Системы обогрева предназначены для компенсации всех видов тепловых потерь: как трансмиссионных (через элементы здания), так и вентиляционных (с притоком холодного воздуха снаружи и потерями теплого воздуха).

Существуют три основных вида обогревательных систем:

• передающие тепло излучением (инфракрасные системы);
• конвекционные;
• обогревающие подачей теплого воздуха.

1. Инфракрасные системы обогрева:

• печи и камины;
• лампы (электрические и газовые);
• панели (водяные, электрические и газовые);
• теплые полы (электрические и водяные);
• радиаторы водяного отопления (чугунные и трубчатые, стальные панельные без конвекторных решеток).

• радиаторы конвекторного типа (стальные панельные с конвекторными решетками);
• радиаторы с принудительной конвекцией;
• конвекторы (электрические и водяные);
• конвекторы с принудительной конвекцией (электрические и водяные).

3. Обогреватели с подачей теплого воздуха:

• тепловые завесы (электрические и водяные);
• тепловые вентиляторы переносные (электрические) и стационарные (электрические и водяные);
• системы воздушного обогрева (водяные, электрические и газовые).

Вентиляция, кондиционирование воздуха и отопление производственных помещений

Под вентиляцией понимают систему мероприятий и устройств, предназначенных для обеспечения рабочих и обслуживаемых зон помещений, создания метеорологических условий и чистоты воздушной среды, соответствующим гигиеническим и техническим требованиям. Вентиляция, уменьшающая содержание в производственных помещениях различных вредных выделений, способствует не только обеспечению безопасных (в первую очередь, с точки зрения взрывоопасности) и здоровых условий труда, но и во многих случаях увеличению долговечности строительных конструкций, сохранению внутренней отделки помещений, а также созданию условий для оптимального ведения технологических процессов.

Системы вентиляции классифицируют по способу перемещения воздуха, направлению потока воздуха, зоне действия и времени работы. По способу перемещения воздуха вентиляция бывает двух видов: естественная и механическая. Различие заключается в способе осущест­вления воздухообмена помещений.

Естественная вентиляция осуществляется за счет раз­ности температур воздуха в помещении и вне его (тепловой напор) или воздействия ветра (ветровой напор).

При механической вентиляции перемещение воздуха осуществляется с помощью вентиляторов. Она может быть приточной и вытяжной, и та и другая – общеобменной местной или комбинированной. Действующая в помещении одновременно естественная и механическая вентиляция называется совмещенной.

Естественная вентиляция может быть организованная и неорганизованная. Неорганизованный и неуправляемый приток воздуха, происходящий через неплотности и щели строительных конструкций, называется инфильтрацией, а внутреннего воздуха наружу – эксфильтрацией. Организованная и управляемая естественная вентиляция называется аэрацией. На пищевых предприятиях она применяется в помещениях, имеющих значительные выделения теплоты, и осуществляется с помощью аэрационных фонарей, специальных вентиляционных каналов, фрамуг и окон.

Для использования ветрового напора, а также удаления небольших объемов воздуха используют дефлекторы (дефлекторная вентиляция), специальные насадки, устанавливаемые в верхней части вентиляционных каналов. С их помощью усиливают тягу. Подачу приточного воздуха при естественной вентиляции (СП 2.2.1.1312-03) необходимо предусматривать в теплый период года на уровне не более 1,8 м и в холодный период года – не ниже 4 м от пола до низа вентиляционных проемов. При подаче неподогретого воздуха в холодный период года на более низких отметках необходимо предусматривать мероприятия, предотвращающие непосредственное воздействие холодного воздуха на работающих. Открывающиеся устройства в зданиях с системами аэрации должны обеспечивать возможность направления поступающего воздуха вверх в холодный период года и вниз – в теплый период года.

Преимуществом аэрации является то, что большие объемы воздуха перемещаются в производственном помещении без использования механических средств, что делает ее значительно дешевле механических систем вентиляции. Недостатки аэрации – изменение воздухообмена в зависимости от температуры воздуха в промышленных зданиях и метеорологических параметров наружного воздуха, невозможности очистки наружного воздуха, сложность регулирования параметров воздуха в помещении, в частности относительной влажности, которая должна поддерживаться на определенном уровне. Для компенсации отдельных недостатков используют сочетание естественной и механической вентиляции (совмещенная вентиляция) в различных вариантах.

В зависимости от того, для чего предназначена механическая система вентиляции, она подразделяется на приточную (для подачи воздуха в рабочую зону), вытяжную (для удаления загрязненного воздуха) и приточно-вытяжную с рециркуляцией или без рециркуляции воздуха. Преимущество механической вентиляции состоит в том, что перемещаемый вентилятором воздух можно нагревать, охлаждать, увлажнять и очищать от вредных газов и пыли.

Установки механической приточной вентиляции (рисунок 7а) обычно состоят из воздухозаборного устройства (воздухоприемника) 1, устанавливаемого снаружи здания в местах наименьшей загрязненности; воздуховодов 2, по которым воздух подается в помещение; фильтров 3, служащих для очистки воздуха от пыли; калориферов 4, в которых воздух подогревается до необходимой температуры; вентилятора 5; приточных отверстий или насадок 6, через которые воздух подается в помещение, и регулирующих устройств, которые устанавливаются в воздухоприемном устройстве и на ответвлениях воздуховодов.

Рисунок 7 Механическая вентиляция:

а — приточная; б — вытяжная; в — приточно-вытяжная

Установки механической вытяжной вентиляции (рисунок 7б) обычно состоят из вытяжных отверстий 7 или насадок вентилятора 5; воздуховодов 2; устройства для очистки воздуха от пыли, газов 8 и устройства для выброса воздуха (вытяжной шахты) 9, которое должно быть расположено на 1-1,5 м выше конька крыши. В системе механической приточно-вытяжной (рисунок 7в) вентиляции обе установки работают одновременно.

По месту действия вентиляция бывает общеобменная, когда смена воздуха происходит во всем объеме помещения, и местная, благодаря которой состояние воздушной среды нормализуется только в местах нахождения людей.

Общеобменная вентиляция наиболее часто применяется в тех случаях, когда вредные вещества, теплота, влага выделяются равномерно по всему помещению. Количество воздуха, необходимое для обеспечения нормативных параметров воздушной среды в рабочей зоне, необходимо определять расчетным путем, учитывая неравномерность распределения вредных веществ, тепла и влаги в объеме помещения. Воздухообмен, необходимый для удаления избыточного тепла (L, м 3 /ч) определяют по формуле

где Q_изб – избыточное количество тепла, Дж/с; С – удельная теплоемкость воздуха, Дж/ (кг К);  — плотность воздуха при 293 0 К, кг/м 3 ; t_уд – температура удаляемого воздуха, К; t_пр – температура приточного воздуха, К.

Необходимый воздухообмен, исходя из содержания в воздухе водяных паров (L_П, м 3 /ч), определяют по выражению

где G_П – масса водяного пара, выделяющегося в помещении, г/ч; d_уд – влагосодержание удаляемого воздуха, г/кг, сухого воздуха; d_пр – влагосодержание приточного воздуха, г/кг;  — плотность приточного воздуха, кг/м 3 .

Воздухообмен по количеству выделяющихся вредных веществ определяют по выражению

где G – интенсивность образования вредных веществ, мг/ч; С_ПДК и С₀ – соответственно предельно допустимые концентрации вредного вещества в воздухе и содержание его в приточном воздухе, мг/м 3 .

При выделении в помещении нескольких видов вредностей определяется требуемый воздухообмен по каждому из них, полученная наибольшая величина принимается за расчетную.

Характеристикой общеобменной вентиляции служит кратность воздухообмена (n), определяемая как отношение объема воздуха, подаваемого для вентиляции помещения за один час (V_в) к объему вентилируемого помещения (V_п).

Кратность воздухообмена показывает, сколько раз в час обменивается воздух в помещении.

При проектировании вентиляции следует предусматривать удаление загрязнённого воздуха непосредственно от места выделения вредностей (местная вентиляция) или из тех зон помещения, в которых наблюдаются максимальная концентрация вредных веществ или значительные тепловыделения. Устройство местной вентиляции сводится к созданию различного типа укрытий для источников выделения вредностей или созданию местных отсосов, встроенных в технологическое оборудование.

Местная вентиляции бывает вытяжная и приточная. Местную вытяжную систему вентиляции устраивают, когда загрязнения можно улавливать непосредственно у мест их возникновения. Она состоит из устройств, конструктивное оформление которых в зависимости от вида вредности различно. Это могут быть кожухи, полностью или частично закрывающие источник вредных выделений, вытяжные шкафы с рабочими окнами для обслуживания, вытяжные зонты и бортовые отсосы (устройства, всасывающие отверстия которых приближены к источнику выделения). Отсасывание воздуха непосредственно из оборудования или из-под кожуха, которым оно укрыто, называется аспирацией. Степень создаваемого в системах аспирации разряжения должна быть тем больше, чем выше токсичность удаляемой вредности.

Объемный расход воздуха, удаляемого из вытяжного шкафа при естественной вытяжке (L, м 3 /ч) определяют по выражению

(42)

где h – высота открытого проема шкафа, м; Q – количество тепла, выделяемого в шкафу, ккал/ч; F – площадь открытого (рабочего) проема шкафа, м 2 .

При механической вытяжке

где V – средняя скорость всасывания в сечениях открытого проема, м/с.

Местную приточную вентиляцию в виде воздушных душей устраивают в горячих цехах для защиты работающих от перегревания, а в виде воздушно-тепловых завес – для предотвращения проникновения наружного воздуха в помещения в холодный период года через открывающиеся ворота или двери. Воздушные и воздушно-тепловые завесы рассчитываются с учетом того, чтобы на время открывания ворот, дверей и технологических проемов температура смеси воздуха, поступающего в помещение, была не ниже:

+ 14 0 С для производственных помещений при легкой физической работе (работа категории Iа и Iб с общими энерготратами 68 и 88 Вт/м 2 соответственно);

+ 12 0 С для производственных помещений при работе средней тяжести (работа категории IIа и IIб с общими энерготратами 113 и 145 Вт/м 2 соответственно);

+ 8 0 С для производственных помещений при тяжелой работе (работа категории III с общими энерготратами 177 Вт/м 2 );

+ 5 0 С для производственных помещений при тяжелой работе (работа категории III) и отсутствии постоянных рабочих мест на расстоянии 3 м и менее от наружных стен и 6 м и менее – от дверей, ворот и проемов.

Большое значение для обеспечения безопасности эксплуатации взрывопожароопасных производств и производств, связанных с использованием токсичных веществ, имеет аварийная вентиляция, представляющая собой самостоятельную вентиляционную установку.

Для автоматического включения аварийной вентиляции её блокируют с автоматическими газоанализаторами, установленными или на величину ПДК (токсичные вещества), или на величину НКПВ (взрывоопасные вещества). Кроме автоматического, предусматривают и ручное включение, при этом пусковые устройства выносят за пределы помещения.

Кондиционирование. При кондиционировании воздуха обеспечивается поддержание в рабочих помещениях оптимальных, допустимых параметров микроклимата на рабочих местах и необходимых микроклиматических условий по технологическому регламенту. Режим работы систем кондиционирования воздуха обычно поддерживается автоматически с помощью специальной системы автоматического регулирования. В некоторых случаях при кондиционировании воздуха требуется обеспечить высокую чистоту его притока. Для этого в кондиционере предусмотрены очистка воздуха от пыли, нагрев его (первичный), обработка в оросительной камере, вторичный подогрев и, если потребуется, смешение свежего наружного воздуха с некоторым объемом воздуха, возвращаемого в кондиционер непосредственно из помещения.

Несмотря на некоторую сложность, а также дороговизну устройства и эксплуатации, системы кондиционирования позволяют поддерживать в производственных помещениях такие условия, при которых можно достичь высокой производительности труда, а также создать условия для оптимального ведения технологических процессов.

Отопление. В производственных зданиях, сооружениях и помещениях любого назначения с постоянным или длительным (более 2 ч) пребыванием людей, в помещениях во время проведения основных и ремонтно-вспомогательных работ, а также в помещениях, в которых поддержание температуры необходимо по технологическим условиям следует предусматривать соответствующую систему отопления для поддержания требуемых температур внутреннего воздуха в холодный период года.

Система отопления должна компенсировать потери тепла через ограждающие конструкции зданий и сооружений, за счет снижения температуры воздуха в помещениях в результате естественного испарения влаги с открытых водных поверхностей, а также идущие на нагревание поступающего снаружи воздуха. Расчет системы отопления проводится с учетом поступлений тепла от технологического оборудования, коммуникаций, нагретых материалов и изделий, людей, искусственного освещения и других источников.

Систему отопления, вид и параметры теплоносителя, а также типы нагревательных приборов следует предусматривать с учетом тепловой инерции ограждающих конструкций и в соответствии с характером и назначением зданий и сооружений (СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование»).

В зависимости от используемого теплоносителя системы отопления бывают водяные, паровые, воздушные, газовые и электрические. Наиболее эффективны в санитарно-гигиеническом отношении системы водяного и парового отопления, где в качестве теплоносителя используются соответственно горячая вода и водяной пар с температурой не более 130° С. Однако и эти системы применяются с ограничениями. Их установка не допускается в помещениях, где хранятся или применяются карбид кальция, калий, натрий, литий и другие вещества, способные при взаимодействии с водой загораться, взрываться или разлагаться с выделением взрывоопасных концентраций, а также в помещениях, в которых возможно выделение в воздух или осаждение на поверхности строительных конструкций и оборудования веществ, способных к самовоспламенению при прикосновении с горячими поверхностями нагревательных приборов и трубопроводов.

Поверхности нагревательных приборов во всех случаях не должны иметь температуру выше 150° С. При наличии в помещениях невзрывоопасной, органической возгоняемой, неядовитой пыли эта температура не должна превышать 110°С. Нагревательные приборы должны иметь гладкую поверхность, удобную для систематической очистки.

Наиболее безопасным является воздушное отопление, при котором нагрев воздуха производится в калориферах. В таких системах в качестве теплоносителя обычно используется горячая вода или пар. Однако в отдельных случаях для подогрева воздуха допускается применение газа (в здания I и II степеней огнестойкости с производствами категорий Г и Д при условии удаления продуктов горения непосредственно наружу) и электрической энергии (электрокалориферы).

По способу подачи и распределения воздуха система воздушного отопления может быть центральной (как правило, совмещенной с приточной вентиляцией) и местной, при которой нагрев и подачу воздуха в определенное место помещения производят специальными отопительными агрегатами.