Robert Przygoda WROCŁAW 29.02.96

Wentylacja przemysłowa

1. Dobór parametrów powietrza w pomieszczeniu.

Parametry powietrza w pomieszczeniach powinny zapewniać użytkownikom dobre samopoczucie lub odpowiadać wymaganiom procesu technologicznego. Najważniejsze czynniki kształtujące parametry powietrza to:

- temperatury powietrza

- wilgotność względna powietrza

- prędkość ruchu powietrza

- czystość powietrza

Mówiąc o temperaturze i ruchu powietrza w pomieszczeniu, wytwarzanych za pomocą urządzeń wentylacyjnych ( nagrzewnice, wentylatory ), mamy na myśli strefę przebywania ludzi lub strefę pracy w danym pomieszczeniu do wysokości 2 m nad poziomem podłogi. Dotyczy to zarówno pomieszczeń użyteczności publicznej jak i większości pomieszczeń przemysłowych. W pomieszczeniach przemysłowych, w których występują jedynie miejscowe, bardzo intensywne źródła zanieczyszczeń, wymagane parametry powietrza zapewnia się jedynie na stanowisku pracy.

Dotyczy to wszystkich pomieszczeń użyteczności publicznej oraz większości pomieszczeń przemysłowych. Natomiast w pomieszczeniach przemysłowych, w których występują jedynie miejscowe, bardzo intensywne źródła zanieczyszczeń powietrza, wymagane parametry powietrza zapewnia się tylko na stanowiskach pracy.

W praktyce nie można uzyskać jednakowych wartości parametrów powietrza w całej strefie przebywania ludzi. Zawsze należy się liczyć z pewnymi odstępstwami parametrów od wartości wymaganych wewnątrz pomieszczeń wentylowanych lub klimatyzowanych. Wartości temperatury i wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu zależą w dużym stopniu od rozdziału powietrza w pomieszczeniu i od możliwości uzyskania odpowiednich parametrów powietrza nawiewanego za pośrednictwem urządzeń do uzdatniania powietrza.

Instalacje wentylacyjne z oczyszczaniem i ogrzewaniem powietrza umożliwiają utrzymanie wymaganej temperatury wewnętrznej jedynie w okresie zimowym; w okresie letnim temperatura powietrza wewnątrz pomieszczenia zwykle jest wyższa od temperatury powietrza zewnętrznego o wartość określaną warunkami użytkowania pomieszczenia. Dlatego też rozróżniamy dwa podstawowe rodzaje urządzeń klimatyzacyjnych:

- z normowaniem temperatury powietrza w okresie zimnym

- z całorocznym normowaniem temperatury powietrza w pomieszczeniu.

W urządzeniach z normowaniem temperatury powietrza w okresie zimnym zmiana termodynamicznego stanu powietrza może osiągnięta jedynie przez jego ogrzewanie, jeśli nie brać pod uwagę mieszania powietrza zewnętrznego z powrotnym, zadaniem ich jest niedopuścić do wzrostu temperatury powietrza w strefie przebywania ludzi.

Urządzenia z całorocznym normowaniem temperatury powietrza są w stanie w ciągu całego roku utrzymać w pomieszczeniu wymaganą temperaturę.

Wilgotność względna powietrza w pomieszczeniach wentylowanych zmienia się w szerokich granicach, w zależności od aktualnych parametrów powietrza zewnętrznego i zysków wilgoci w pomieszczeniu. Wilgotność względna powietrza w granicach 30 ÷ 60 % ma niewielki wpływ na odczucia człowieka.

Urządzenia wentylacyjne z normowaniem temperatury powietrza w okresie zimnym nie mają praktycznie możliwości wpływu na wielkość wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu, która to zależy przede wszystkim od stanu powietrza zewnętrznego jak i ilości pary wodnej wydzielającej się w tym pomieszczeniu.

W urządzeniach o całorocznym normowaniem temperatury powietrza w pomieszczeniu, jest możliwość oziębiania i osuszania powietrza w pewnych granicach jego wilgotności względnej.

Urządzenia wentylacyjne z adiabatycznym chłodzeniem powietrza mogą normować jego wilgotność względną w pomieszczeniu w całorocznym cyklu pracy. W okresie letnim może jednak nastąpić wzrostu zawartości wilgoci x powietrza, co spowodować może, że powietrze stanie się duszne.

Uzyskanie wymaganych wartości temperatury i wilgotności względnej powietrza wewnętrznego zapewnia tylko urządzenie klimatyzacyjne. Pełny proces uzdatniania powietrza polega na oczyszczaniu, ogrzewaniu lub chłodzeniu oraz nawilżaniu lub osuszaniu powietrza.

Wartości temperatury powietrza w pomieszczeniach wentylowanych przyjmuje się zgodnie
z PN-82/B-02402. Natomiast w PN-78/B-03421 podane są optymalne, dopuszczalne i maksymalne wartości wilgotności względnej w pomieszczeniach.

Parametry powietrza w pomieszczeniach produkcyjnych i innych.

Parametry powietrza w zamkniętych pomieszczeniach zakładów przemysłowych, w których nie istnieją specjalne - technologiczne - wymagania co do ich wartości, podano w tablicy 1.

W tablicy przyjęto następującą klasyfikację intensywności pracy:

- praca lekka, przy której strata ciepła organizmu człowieka wynosi do 150 J/s, wykonywana
w pozycji siedzącej lub stojącej, ale nie wymagająca stałego wysiłku fizycznego,

- praca średnio ciężka, przy której strata ciepła organizmu człowieka wynosi 151÷200 J/s, związana ze stałym chłodzeniem i przenoszeniem niewielkich mas,

- praca ciężka, przy której strata ciepła organizmu człowieka przekracza 200 J/s, związana ze stałym wysiłkiem fizycznym oraz ciągłym przenoszeniem przedmiotów o masie powyżej 10 kg.

Parametry wewnętrzne w przypadku klimatyzacji pomieszczeń przemysłowych dyktują wymagania technologii i muszą być utrzymane przez cały czas produkcji na stałym poziomie. Przykładowe wartości temperatury i wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniach różnych zakładów przemysłowych podano w tablicy 2.

Prędkość powietrza w strefie przebywania ludzi zależy od ilości powietrza wentylacyjnego oraz od sposobu rozdziału powietrza w danym pomieszczeniu. Ogólnie można przyjąć, że w normalnych pomieszczeniach użyteczności publicznej i przemysłowych prędkość ruchu powietrza w strefie przebywania ludzi nie powinna przekraczać 0,25 ÷ 0,3 m /s. Wyjątek stanowią pomieszczenia przemysłowe o dużej intensywności promieniowania cieplnego (hutnictwo), w których stosuje się specjalne natryski powietrzne na stanowiskach pracy o prędkości nawet do 5 m /s.

Charakterystyka pomieszczenia	zima i przejściowa pora roku tz < 10 °C			ciepła pora roku tz > 10 °C
	temperatura t°C	wilgotność względna ϕ, %	prędkość powietrza v, m/s		temperatura t°C	wilgotność względna ϕ, %	prędkość powietrza v, m/s
pomieszczenia produkcyjne, w których ciepło wydziela się przeważnie przez konwekcje a) nieznaczne wydzielanie ciepła - praca lekka - praca średnio ciężka - praca ciężka b) znaczne wydzielanie się ciepła - praca lekka - praca średnio ciężka - praca ciężka c) występuje konieczność regulowania temperatury i wilgotności względnej Pomieszczenia produkcyjne, w których wydzielają się znaczne ilości pary wodnej: a) nieznaczne wydzielanie się ciepła - praca lekka - praca średnio ciężka b) znaczne wydzielanie się ciepła - praca lekka - praca średnio ciężka - praca ciężka	18 -21 14 - 18 10 - 14 21 - 24 18 - 21 10 - 18 24 - 25 26 - 27 28 - 29 18 - 20 15 - 18 20 - 23 18 - 20 15 - 18	nie ustala się j.w j.w nie ustala się j.w j.w 75 65 55 80 80 80 80 80	2.0 - 0.3 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.2 - 0.3 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.2 - 0.3 0.2 - 0.3 0.2 - 0.3 0.2 - 0.3 0.3 - 0.5 0.2 - 0.3 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5		nie większa niż o 3°C od tem. zewnętrznej nie większa niż o 5°C od tem. zewnętrznej 23 - 24 25 - 26 27 - 28 nie większa niż o 3°C od tem. zewnętrznej nie większa niż o 5°C od tem. zewnętrznej	nie ustala się j.w j.w nie ustala się j.w j.w < 75 < 65 < 55 < 70 < 70 < 70 < 70 < 70	03 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5

Parametry powietrza w pomieszczeniach przemysłowych.

Rodzaj przemysłu	Nazwa pomieszczenia	t,°C	ϕ,%
Przemysł elektroniczny	produkcja ogólna produkcja higro- i termostatów produkcja przyrządów precyzyjnych	21 24 22	50 - 55 50 - 55 40 - 45
Produkcja linoleum	utlenianie oleju lnianego wyciskanie	32 - 38 26 - 28	20 - 28 30 - 50
Przemysł maszynowy	montażowanie montaż części precyzyjnych dział kontroli precyzyjnej dział kontroli ogólnej	24 - 26 20 - 24 24 20 - 24	35 - 40 40 - 50 45 - 50 45 - 50
Przemysł fotograficzny	produkcja filmów produkcja aparatury opracowanie filmów magazyn negatywów czarno - białych magazyn pozytywów czarno - białych magazyn filmów kolorowych	23 - 24 15 - 27 18 - 24 5 - 18 10 - 24 5 - 18	40 - 65 45 - 50 40 - 60 --- --- ---
Drukarnie	składy papieru druki druki wielokolorowe fotogramy inne procesy produkcyjne	20 - 23 24 - 26 24 - 28 21 - 23 18 - 23	50 - 60 45 - 60 45 - 60 40 - 50 50 - 60
Przemysł zapałczany	produkcja składowanie suszenie	18 - 22 15 21 - 24	50 50 40
Przemysł skórzany	suszenie ( garbowanie roślinne ) suszenie ( garbowanie chromowe ) magazyn skór	21 50 10 - 18	75 45 40 - 60
Przemysł gumowy	magazynowanie surowców produkcja wulkanizacja produkcja sprzętu chirurgicznego	16 - 24 31 - 33 26 - 28 24 - 33	40 - 50 --- 25 - 30 25 - 30
Przemysł ceramiczny	magazyn surowca produkcja pomieszczenie do formowania	16 - 26 26 - 28 27	35 - 65 60 - 70 60 - 70

2. Zasady obliczania strumienia objętości powietrza.

1. Objętość powietrza użytego w celu ograniczenia stężenia zanieczyszczeń gazowych lub zawartości wilgoci w pomieszczeniu

Do obliczenia strumienia powietrza wentylującego dostatecznego by stężenie niepożądanej substancji przekroczyło wartość dopuszczalną stężenia s₂.

(1)

gdzie:

V_s - objętość powietrza niezbędnego by dostatecznie ograniczyć stężenie niepożądanej substancji m³/s lub m³/h

K_s - ilość substancji zanieczyszczającej g / s

s₂ - s₁ - masa zanieczyszczeń, którą każdy metr sześcienny powietrza wentylującego powinien zasymilować, przepływając przez pomieszczenie.

Φ - wsp. przyjmujący wartości większe lub mniejsze od 1. Wartość większą od 1 przyjmujemy
w dwóch przypadkach:

- gdy rozmieszczenie w pomieszczeniu źródeł wydzielania się zanieczyszczeń jest nierównomierne lub rozmieszczenie jest równomierne a emisja ich jest zróżnicowana, a wymagane jest stworzenie wymiany o jednakowej intensywności.

- gdy istnieje przyczyna uniemożliwiająca stworzenie w całym pomieszczeniu wymiany o jednakowej intensywności, choć wydzielanie się zanieczyszczeń jest równomierne w całym pomieszczeniu.

Nadanie współczynnikowi Φ odpowiedniej wartości większej niż 1, zwiększa się strumień objętości powietrza wentylującego w takim stopniu, by w każdym miejscu pomieszczenia stężenie zanieczyszczeń nie przekroczyło wartości s₂ = s_max , czyli wartości najwyższego dopuszczalnego stężenia, zwanego w skrócie NDS. Zestawienie maksymalnych stężeń dopuszczalnych podano
w tabeli.(Tab. 4.1 „Wentylacja” S.Przydróżny)

Wartość współczynnika Φ zawiera się z reguły w granicach 0,75 - 1,3, wyjątkowo osiągają wartości większe niż 1,3.

Przy wydzielaniu się w pomieszczeniu równocześnie kilku szkodliwych zanieczyszczeń, wówczas niezbędny strumień powietrza wynosi sumę strumieni przypadających na poszczególne zanieczyszczenie.

Jeżeli trzeba ograniczyć zawartość wilgoci w powietrzu pomieszczenia do wartości x_max = x₂ kg / kg, strumień masy powietrza wentylującego musi wynosić

(2)

gdzie:

M_h - strumień masy powietrza wentylującego, kg / h

W_s - masa doprowadzanej lub wytwarzanej pary wodnej w pomieszczeniu, kg / s

x₁ - zawartość wilgoci w powietrzu nawiewanym, kg / kg

2.Obliczenie strumienia powietrza wentylującego na podstawie obciążenia cieplnego.

Jeżeli wentylacja ma na celu nie dopuścić do wzrostu temperatury w strefie przebywania ludzi (strefie pracy) ponad pewną wartość t_max , przy czym temperatura powietrza nawiewanego wynosi t₁, to strumień masy powietrza wentylującego oblicze się ze wzoru.

( 3)

gdzie:

- M_h - strumień powietrza wentylującego, kg /h

- Q_sj - sumaryczna moc zbędnego ciepła jawnego, które musi być usunięte z pomieszczenia
w ciągu 1 s, kW,

- c_p - ciepło właściwe powietrza wilgotnego, c_p = 1,0 kJ/(kg * K)

Ciepło jawne (odczuwalne) jest ciepło, która doprowadzone do powietrza powoduje jego przemianę przy x = idem. Ciepło zbędne jawne nazywa się inaczej jawnym lub odczuwalnym obciążeniem cieplnym pomieszczenia. Można je obliczyć jako rożnicę wszystkich zysków i strat ciepła.

Wzór (3) jest miarodajny, gdy otwory wywiewne są rozmieszczone na wysokości strefy przebywania ludzi (strefy pracy), wtedy temperatura powietrza t_p w tej strefie jest równa temperaturze powietrza wywiewanego.

t_p = t₂ = t_max

Natomiast podczas wywiewania powietrza otworami umieszczonymi w górnej strefie pomieszczenia, zazwyczaj.

t₂ > t_p ; t₂ = t_p + Θ

wtedy wzór przyjmuje postać:

( 4 )

różnica Θ = t₂ - t₁ wzrasta przede wszystkim ze wzrostem:

- jednostkowego obciążenia cieplnego Q_sj/ V, W / m³

- udziału zysków ciepła przenikającego do pomieszczenia do góry w stosunku do całkowitego obciążenia cieplnego pomieszczenia,

a maleje głównie ze wzrostem:

- intensywności wymiany powietrza, zwanym krotnością wymiany

- stosunku powierzchni zajmowanej przez źródła wydzielania się ciepła Σa do ogólnej powierzchni pomieszczenia A.

QSJ /V W / m^3	Θ = t2 - tp
do 12 d025 do45 do 70 ponad 70	1.5 - 3.5 2.0 - 4.5 2.5 - 5.5 3.0 - 7.0 do 10.0

W tabeli podano orientacyjne wartości Θ w zależności od jednostkowego obciążenia cieplnego pomieszczenia.

Różnica wartości temperatury Θ może być wyrażona również w sposób następujący:

Θ = δt (h - 2) K

gdzie:

h - wysokość środka otworów wywiewnych od podłogi, m

δt - średni przyrost temperatury powietrza na 1 m wysokości (średni gradient temperatury), K / m

wtedy wzór wygląda tak:

(5)

Gradient temperatury δt, podobnie jak różnica wartości temperatury, zależy od wielu przyczyn, między innymi od sposobu nawiewania powietrza i wynosi zazwyczaj od 0,2 do 0,4 , dochodząc w pomieszczeniach przemysłowych „gorących” do 0,8 K / m, a wyjątkowo do 1,2 K / m. Gradient δt maleje ze wzrostem wysokości pomieszczenia i ze wzrostem krotności wymiany.
W pomieszczeniach o wysokości do ok. 3,5 - 4 m gradientu się nie uwzględnia.

3. Urządzenia wentylacji przemysłowej

W opracowaniu ninejszym zajmować się będziemy jedynie wentylacją mechaniczną, ktorą możemy podzielić na ogólną i miejscową.

Wentylacja ogólna polega na wymianie umożliwiającej rownomierne całkowite przewietrzenie całego pomieszczenia. Stosowanajest wtedy, gdy substancje szkodliwe, ciepło lub wilgoć rozprzestrzeniaję się w pomieszczeniu i nie ma możliwości uchwycenia ich u źródła.

Wentylacja miejscowa polega na usuwaniu zanieczyszczeń niejako u żrodła i nie pozwala na dalsze ich rozprzestrzenienie po pomieszczeniu. Do wentylacji miejscowej służą odciągi, nawiewy lub zasłony powietrzne.

3.1. Instalacje wentylacyjne

W zależności od sposobu wymiany powietrza instalacje wentylacyjne dzieli się na: nawiewne, wywiewne lub nawiewno-wywiewne. Instalacja może być indywidualna, tzn. dla poszczególnych pomieszczeń oddziałów, albo wspólna dla całego zakładu.

Powietrze należy rozprowadzać możliwie najkrótszą drogą o najmniejszej liczbie oporów miejscowych w przewodzie głównym. Przewodem głównym nazywa się przewód łączący wentylator z dalej położonym wylotem. Jest to najbardziej obciążony przewód zawierający największą liczbę kształtek. Kształtki powodują straty ciśnienia. W przewodzie głównym należy zatem stosować kształtki o jak najmniejszym oporze miejscowym (łagodne łuki, właściwy montaż uszczelek itd.). Istotna jest również, jak już wspomniano, droga transportu powietrza od czerpni do pomieszczenia wentylowanego i odwrotnie - z pomieszczenia do wyrzutni. Doboru rozwiązań właściwych pod względem technicznym i ekonomicznym dokonuje projektant.

Przed przystąpieniem do projektowania sieci przewodów wentylacyjnych należy dokładnie zapoznać się z dokumentacją techniczną budynku oraz z jego elementami konstrukcyjnymi. W budownictwie przemysłowym należy ponadto zapoznać się z przebiegiem procesów technologicznych, z trasami transportu wewnętrznego oraz ustalić usytuowanie maszyn i urządzeń produkcyjnych. Układ przewodów powinien być jak najprostszy. W miarę możliwości należy starać się zachować symetrie sieci przewodów, gdyż ułatwia to wyrównanie ciśnienia Przewody nie mogą zasłaniać zródeł światła, szpecić wnętrza ani naruszać konstrukcji budowlanej.

Przepływ powietrza w sieci przewodów jest prawidłowy, gdy straty ciśnienia na odcinkach od wentylatora do punktu nawiewu i wywiewu są jednakowe we wszystkich przewodach. Sieci przewodów powietrza (obsługujących poszczególne pomieszczenia budynku) można umownie podzielić na dwa podstawowe typy (systemy), są to:

- sieć odgałęziona,

- sieć rozgałęziona,

3.2. Wentylacja mechaniczna ogólna

W celu określenia wielkości urządzenia wentylacyjnego, a więc określenia wydajności wentylatorów, nominalnych mocy silników elektrycznych, mocy cieplnych wyrnienników ciepła, powierzchni poprzecznych przekrojów przewodów powietrznych itp., oblicza się strumień powietrza wentylującego, na przykład ze wzorów 1÷4, które są opisane w poprzednim rozdziale

Dla warunków najniekorzystniejszych, gdy wielkości Ks,Q_sj, występujące w tych wzorach, osiągają wartości największe. Strumień powietrza wentylującego można obliczyć lub wyznaczyć również w inny sposób, ale zawsze mając na uwadze, aby był on wystarczający nawet wtedy, gdy K_s,Qsj uzyskują swoje maksima.

Tematem rozważań zawartych w tym rozdziale sa mechaniczne urządzenia wentylacyjne, których charakterystyczną cechą jest niezmienność przepływu objętości powietrza.

W ciągu całorocznej eksploatacji urządzeń wentylacyjnych zarówno strumień wydzielających się zanieczyszczeń Ks, strumień wydzielającej się pary wodnej Ws, jak i moc zbędnego ciepła jawnego Qgj są z reguły mniejsze lub znacznie mniejsze niż ich wartości maksymalne, będące podstwą do wyznaczania strumienia objętości powietrza wentylującego, a wtedy wentylacja staje się niepotrzebnie zbyt intensywna. Wobec tego nasuwa się wniosek, by przy obniżaniu się tych wielkości ulegał proporcjonalnej redukcji również strumień objętości powietrza. Pozwoliłoby to uzyskać oszczędności energii elektrycznej do napędu wentylatorów oraz oszczędności ciepła i ewentualnie zimna do uzdatniania powietrza. Oto przyczyna, że oprócz urządzeń wentylacyjnych typu konwencjonalnego, o stałym (niezmiennym) strumieniu objętości powietrza (w skrócie urządzeń systemu SPO), powstały urządzenia o zmiennym strumieniu objętości powietrza (urzadzenia systemu ZPO). Urządzenia tego systemu znajdują, od połowy, lat siedemdziesiątych, to jest od kiedy notuje się silny wzrost cen surowców energetycznych, coraz większe zastosowanie w klimatyzacji, jak również wentylacji, ale tylko w urządzeniach z całorocznym normowaniem temperatury powietrza
w pomieszczeniu.

W urządzeniach wentylacyjnych mających inne zadania do spełnienia, na przykład utrzymanie stałej zawartości wilgoci lub stężenia określonych substancji gazowych w powietrzu, system ZPO stosuje się sporadycznie.

W tym rozdziale, jak już powiedziano, zajmiemę się wyłącznie urządzeniami wentylacyjnymi systemu SP0.

Należy tu wyjaśnić że do urządzeń systemu SPO zaliczyć należy również urządzenia o dwóch różnych strumieniach objętości powietrza wentylującego, przełączanych zwykle ręcznie, zmieniających się w sposób skokowy. Zmiana strumienia objętosci odbywa się na przykład przez włączanie
i wyłączanie z ruchu jednego z dwóch wentylatorów zainstalowanych równolegle lub zastosowanie silnika dwubiegowego. Praca urządzenia przy określonym niezmiennym, jednym z dwóch możliwych, strumieniu objętaści trwa z reguły przez czas dłuższy i to upoważnia do zakwalifikowania takich urządzeń do kategorii o stałym przepływie objętości.

Mechaniczne urządzenia wentylacyjne dzielą się na dwie podstosowane grupy, w zależności od tego, czy pracują wyłącznie na powietrzu zewnętrznym, czy na mieszaninie powietrza zewnętrznego z powietrzem wywiewanym z pomieszczenia wentylowanego. Urządzenia należące do pierwszej grupy to urządzenia o otwartym przepływie powietrza, a do drugiej - urządzenia z obiegiem (cyrkulacją) powietrza.

W mechanicznych urządzeniach wentylacyjnych rozróżnia się część nawiewną i część wywiewną. Bywają urządzenia, które mają w sposób mechaniczny rozwiązaną tylko część nawiewną, a wywiewanie powietrza odbywa się w sposób naturalny, pod wpływem nadciśnienia. Gdy powietrze jest wywiewane mechanicznie przez odciągi miejscowe, zachodzi potrzeba nawiewania do pomieszczenia w sposób mechaniczny takiego samego strumienia powietrza, zwanego powietrzem kompensacyjnym; aby nie dopuścić do powstawania podciśnienia, które przy niskich temperaturach zewnętrznych przyczyniłoby się do wyziębienia pomieszczenia. Urządzenie do nawiewu powietrza kompensacyjnego niczym nie różni się od części nawiewnej mechanicznego urządzenia wentylacyjnego do wentylacji ogólnej.

W normie PN-68/B-O1411, pt. Urządzenia i elementy urządzeń wentylacyjnych, zamieszczono podział urządzeń wentylacyjnych, nazwy i określeni ,elementów oraz urządzeń wentylacyjnych itd.
W niniejszym opracowaniu, z pełną świadomością, w wielu przypadkach odstąpiono od podanych określeń, podziałów itp. w przytoczonej normie. Norma, o której mowa, została opracowana ponad 20 lat temu i trudno się dziwić, że w pewnej części jest nie aktualna.

Dalej omówiono przede wszystkim urządzenia przeznaczone do wentylacji ogólnej

3.3. Instalacje wentylacyjne z otwartym przepływem powietrza

Mechaniczne urządzenia wentylacyjne w formie pełnej składają się z następujących elementów

1 - czerpnia

2 - przewodu czerpalnego, w ktorym jest

2a - przepustnica wlotowa,

3 - centralnej komory wentylacyjnej (centrali) zawierającej:

3a - filtr powietrza

3b - nagrzewnice

3c - wentylator nawiewny (może być zainstalowany również poza komorą wentylacyjną)

3d - oziębiacz (nie przedstawiony na rysunku) stosowany tylko w urządzeniach z całorocznym normowaniem temperatury

4 - przewodu lub sieci przewodów nawiewnych zakończonych nawiewnikami lub otworami (kratkami) nawiewnymi 4a, w przewod nawiewny jest wmontowany

4b - tłumik akustyczny

5 - wentylatora wywiewnego

6 - przewodu wywiewnego (lub sieci przewodów wywiewnych) wyposarzonego w wywiewniki lub otwory (kratki) wywiewne 6a, w przewód ten bywają wmontowane:

6b - tłumik akustyczny

6c - przepustnica wylotowa,

7 - wyrzutni,

8 - automatyki.

Schemat instalacji wentylacyjnej z otwartym przepływem powietrza.

Elementy wyszczególnione w punktach od 1 do 4b zalicza się do części nawiewnej, pozostałe,
z wyjątkiem automatyki, do części wywiewnej. Oprócz urządzeń o takiej pełnej, rozwiniętej postaci, bywają urządzenia pozbawione niektórych elementów nie zawsze jest przewód (kanał) czerpalny, czasami niepotrzebne są filtry powietrza i tłumiki akustyczne; niekiedy centrala nawiewna - jako zwarta całość - zanika. Wtedy elementy, które zawiera centrala, to jest: flltr powietrza, nagrzewnica i wentylator nawiewny, występują luźno, powiązane odcinkami przewodu powietrznego. Skrajnym przypadkiem jest urządzenie szczątkowe, które składa się tylko z jednego elementu, mianowicie wentylatora nawiewnego lub wywiewnego.

Urządzenia wentylacyjne bez funkcji grzewczej.

Zadanie tych urządzen polega na:

- utrzymaniu w pomieszczeniu wentylowanym odpowiedniej czystości powietrza,

- niedopuszczeniu do nadmiernego wzrostu temperatury powietrza w pomieszczeniu.

Omawiane urządzenia można podzielić na dwie grupy: z nagrzewnicą i bez nagrzewnicy powietrza.

Urządzenia z nagrzewnicą stosuje się wówczas, gdy w pomieszczeniu, które jest ogrzewane

w okresie zimnym, zachodzi potrzeba intensywnej wentylacji nie stale, lecz tylko w ciągu pewnych okresów. Odrębne urządzenie grzewcze, najczęściej centralne ogrzewanie grzejników, pokrywa w takim rozwiązaniu straty ciepła pomieszczenia, a gdy działa urządzenie wentylacyjne
w okresie grzewczym, nawiewa ono do pomieszczenia powietrze, którego temperatura powinna być stała i równa temperaturze powietrza w pomieszczeniu. Charakterystyczną cechą tych urządzeń jest więc stałość temperatury powietrza nawiewanego w okresie zimnym, grzewczym.

Często omawiane urządzenia są stosowane w fabrykach przemysłu chemicznego, rzadziej spożywczego, w takich przypadkach, gdy w pewnych fazach procesu technologicznego nie można uniknąć wydzielania się znacznych ilości gazów, par lub dymów, w mniejszym lub większym stopniu toksycznych.

Poza nie zbędnym automatycznym zabezpieczeniem nagrzewnicy przed zamarznięciem, w urządzeniach o dużym, a nawet średnim strumieniu objętości powietrza, zwłaszcza pracujących bez odzysku ciepła, należy stosować automatyczną regulację temperatury powietrza nawiewanego. Regulacja ręczna powoduje często przegrzewanie tego powietrza o 1-3 °C, rzadziej - jak uczy doświadczenie - niedogrzewanie.

Urządzenia bez nagrzewnicy. nawiewają, nie tylko w okresie letnim, lecz również w zimnym, powietrze nieuzdatnione. Są one stosowane, poza krótkotrwałym periodycznym przewietrzeniem pomieszczeń, również do wentylacji o charakterze ciągłym pomieszczeń produkcyjnych nieogrzewanych. Są to najczęściej pomieszczenia, w których jest prowadzony nie wymagający stałego nadzoru schermetyzowany proces technologiczny.

Urządzenia te stosowane są na ogół do tak zwanej wentylacji awaryjnej. Uruchomienie jej następuje wtedy, gdy w schermetyzowanym procesie technologicznym instalacja, w której się on odbywa, ulega uszkodzeniu (na przykład pęknięcie uszczelki), co powoduje wypływ na zewnątrz, do pomieszczenia, gazów lub par, w mniejszym lub większym stopniu, toksycznych. Zadaniem wentylacji awaryjnej jest obniżenie stężenia tych substancji gazowych do wartości umożliwiającej usunięcie uszkodzenia. Czasami interwencja montera jest możliwa dopiero po przerwaniu procesu technologicznego.

Intensywność wentylacji awaryjnej (jest to z reguły mechaniczna wentylacja wywiewna) jest określana w odniesieniu do każdej technologii i warunków lokalnych odrębnymi przepisami i na ogół krotność jej nie bywa niższa od 10 h^-1. Należy jednak zdawać sobie sprawę, że w niektórych pomieszczeniach wentylacja awaryjna osiąga krotność 15-20 h^-1.

3.4. Mechaniczne urządzenia wentylacyjne z obiegiem powietrza

Mimo znacznych oszczędności energii, jakie można osiągnąć w urządzeniach wentylacyjnych dzięki zastosowaniu zmiennego strumienia objętości powietrza, zakres stosowania urządzeń tego systemu jest ograniczony choćby dlatego, że są one pozbawione zdolności normowania temperatury powietrza w pomieszczeniu, gdy tylko obciążenie cieplne pomieszczenia przybiera wartość ujemną, czyli, gdy pomieszczenie wymaga ogrzewania.

Bardziej uniwersalna metoda, dająca w efekcie oszczędności, co prawda tylko ciepła i zimna do uzdatniania powietrza, polega na kierowaniu części powietrza usuwanego z pomieszczenia, gdy tylko intensywność wentylacji staje się niepotrzebnie duża, do komory, w której miesza się ono
z powietrzem zewnętrznym. Dlatego komora ta nosi nazwę komory mieszania. Wentylator nawiewny o stałym strumieniu objętości zasysa z niej mieszaninę powietrza zewnętrznego z powrotnym
i tłoczy ją po odpowiednim uzdatnieniu do pomieszczenia.

Zasadniczo temperatura tej mieszaniny mniej różni się od temperatury powietrza nawiewanego niż temperatura powietrza zewnętrznego i dlatego uzdatnianie tej mieszaniny jest mniej kosztowne.

Urządzenia wentylacyjne, które pracują według omówionej zasady, noszą nazwę urządzeń wentylacyjnych z. obiegiem lub cyrkulacją powietrza. Urządzenia te są powszechnie stosowane do utrzymania w pomieszczeniu właściwej temperatury przy zmieniającym się jawnym obciążeniu cieplnym.

Cyrkulację powietrza stosuje się również w urządzeniach wentylacyjnych o zmiennym strumieniu powietrza. Cyrkulacji powietrza nie można stosować, jeżeli w pomieszczeniu wentylowanym wydzielają się gazy toksyczne lub łatwo palne, nieprzyjemne zapachy lub dymy.

W urządzeniach wentylacyjnych z obiegiem powietrza rozróżnia się. powietrze:

- wywiewane V_w , jest to strumień powietrza odprowadzany z pomieszczenia,

- powrotne V_p , jest to część strumienia powietrza wywiewanego - kierowanego do komory mieszania

- zewnętrzne V_z , jest to strumień powietrza czerpany z zewnątrz,

- nawiewane V_n , jest to strumień powietrza doprowadzany (po odpowiednim uzdatnieniu) do pomieszczenia

Schemat instalacji wentylacyjnej z obiegiem powietrza.

C - czerpnia powietrza, K_m - komora mieszania, F - filtry powietrza, N - nagrzewnica,
Ch - oziębiacz, WN - wentylator nawiewny, WW - wentylator wywiewny, W - wyrzutnia,
P_z,P_P,P_u, - przepustnice powietrza zewnętrznego, powrotnego i usuwanego, V_z,V_n,V_w,V_p,V_u - strumienie powietrza zewnętrznego, nawiewanego, wywiewanego, powrotnego i usuwanego.

Na rysunku przedstawiono schemat omawianego urządzenia z obiegiem powietrza, na którym pokazano poszczególne strumienie powietrza. Z rysunku tego wynika, że

V_n = V_p + V_z oraz V_w = V_p + V_u

Centrala wentylacyjna urządzeń z obiegiem powietrza jest większa, w stosunku do centrali urządzeń z otwartym przepływem powietrza, o jeden element, jakim jest komora mieszania. Komora mieszania zawsze jest uzbrojona w przepustnice sprzężone na dopływie do niej zewnętrznego P_z
i powrotnego P_p powietrza. Z tymi przepustnicami sprzężona jest trzecia przepustnica regulująca strumień objętości powietrza usuwanego P_u (odlotowego).

3.5. Urządzenia wentylacyjne z adiabatycznym chłodzeniem powietrza

Wentylacja z adiabatycznym chłodzeniem powietrza (zwana powszechnie choć niewłaściwie, klimatyzacją z adiabatycznym chłodzeniem powietrza) nie jest w stanie zapewnić w cieplejsze
i upalne dni letnie warunków komfortu cieplnego, gdyż opiera się ona na pracy urządzeń, które
w ramach uzdatniania powietrza są zdolne tylko do obniżenia jego temperatury, ale przy stałej entalpii. Dzięki pracy takich urządzeń można w pomieszczeniu uzyskać w lecie niższą temperaturę powietrza niż byłoby to możliwe za pomocą wentylacji z normowaniem temperatury powietrza
w pomieszczeniu w okresie zimnym, jednak takiemu obniżeniu temperatury towarzyszy wzrost zawartości wilgoci x powietrza, wskutek czego stan powietrza przesuwa się w obszar duszności (na wykresie i-x na prawo od granicy krzywej duszności). Uzyskiwany spadek temperatury w pomieszczeniach przy adiabatycznym chłodzeniu powietrza wpływa z tego powodu tylko w pewnym stopniu na poprawę samopoczucia przebywających tam osób.

Urządzenia wentylacyjne z adiabatycznym chłodzeniem powietrza są jednak często stosowane zamiast urządzeń klimatyzacyjnych, gdyż wymagają znacznie niższych nakładów inwestycyjnych i są tańsze w eksploatacji (staje się zbędne urządzenie ziębnicze pokrywające zapotrzebowanie zimna dla urządzenia klimatyzacyjnego).

Urządzenia wentylacyjne z adiabatycznym chłodzeniem powietrza nie są w stanie, jak już wspomniano, zapewnić w obsługiwanych przez nie pomieszczeniach warunków komfortu cieplnego, ale wskutek zdolności do obniżania temperatury powietrza nawiewanego umożliwiają w pewnym stopniu zbliżenie się do tych warunków. I na przykład przy obliczeniowej temperaturze powietrza zewnętrznego t = 30 oC i wilgotności ϕ_z = 45 % w pomieszczeniach można za pomocą takich urządzeń uzyskiwać znośny dla ludzi stan powietrza określony temperaturą t_p = 28-29 oC i wilgotnością względną ϕ_z = 60-65 %. W pełni jednak należy zdawać sobie sprawę z tego, że wyżej wymieniony stan powietrza w pomieszczeniu odbiega dość znacznie od warunków komfortu cieplnego

W okresie ciepłym uzyskiwane za pomocą tego urządzenia parametry powietrza w pomieszczeniu zależą od stanu powietrza zewnętrznego, wówczas entalpia powietrza w pomieszczeniu jest wyższa od entalpii powietrza zewnętrznego. Powodem takiego stanu rzeczy jest brak możliwości osuszania i oziębiania powietrza w omawianym urządzeniu. W związku z tym, w rozważanym okresie ciepłym zakres parametrów powietrza w pomieszczeniu, jaki może zapewnić urządzenie
z adiabatycznym chłodzeniem jest ograniczony.

W okresie zimnym i przejściowym urządzenie z adiabatycznym chłodzeniem powietrza zapewnia wymagany stan powietrza w pomieszczeniu. Wynika to z faktu, iż procesy uzdatniania powietrza w tym okresie wymagają tylko ogrzewania i nawilżania powietrza, a te przemiany mogą być w pełni przeprowadzone w tym urządzeniu.

Na poniższym rysunku przedstawiono schemat urządzenia wentylacyjnego z adiabatycznym chłodzeniem powietrza z bezpośrednią regulacją wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu. Urządzenie to pracuje na powietrzu zewnętrznym, czyli z otwartym przepływem powietrza.

Urządzenia z adiabatycznym chłodzeniem powietrza składają się z następujących elementów:

1 - czerpni,

2 - przewodu czerpalnego, w który jest wmontowana

2a - przepustnica wlotowa,

3 - centralnej komory wentylacyjnej (centrali) zawierającej:

3a - filtr powietrza,

3b - nagrzewnicę,

3c - komorę nawilżania,

3d - przepustnicę P₁ i P₂,

3e - wentylator nawiewny,

3f - obejście komory nawilżania,

4 - sieci przewodów nawiewnych zakończonych nawiewnikami 4a, w przewód nawiewni jest montowany:

4b - tłumik akustyczny,

5 - automatyki zawierającej:

5a - układ regulacji temperatury powietrza w pomieszczeniu,

5b - układ regulacji wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu,

6 - przewodu wywiewnego uzbrojonego w wywiewniki 6a, w przewód ten wmontowane bywają:

6b - tłumik akustyczny,

6c - przepustnica wylotowa,

7 - wentylatora wywiewnego

8 - wyrzutni

W urządzeniu tym komora zraszania realizuje przemianę nawilżania (chłodzenia) adiabatycznego, pracując na wodzie obiegowej.

Schemat instalacji wentylacyjnej z adiabatycznym chłodzeniem powietrza

4. Czystość powietrza w pomieszczeniach przemysłowych.

W pomieszczeniach przemysłowych nie ma szczególnych wymagań dotyczących czystości powietrza, poza pomieszczeniami produkcyjnymi, w których wymagana czystość jest podyktowana warunkami technologicznymi, np. niektóre pomieszczenia przemysłu optycznego, precyzyjnego, elektronicznego, spożywczego, farmaceutycznego itd. Urządzenia do oczyszczania powietrza nawiewanego do pomieszczeń nazywają się filtrami powietrza.

Szkodliwe dla organizmu ludzkiego pyły można podzielić na cztery zasadnicze grupy.

1. Pyły toksyczne charakteryzują się tym, że po wchłonięciu przez organizm ludzki są rozpuszczane przez płyny fizjologiczne i tm samym wywołują zatrucia organizmu. Do tej grupy zalicza się między innymi związki arsenu, cynku, kadmu, miedzi, ołowiu itp.

2. Pyły pylicotwórcze, które po przedostaniu się do organizmu ludzkiego powodują uszkodzenia anatomiczne i funkcjonalne płuc, wywołując schorzenia zwane pylicą, zalicza się tu wszystkie pyły zawierające nie związaną krzemionkę (Si02). Typowymi przedstawicielami tej grupy pyłów są kwarc i azbest.

3. Pyły uczulające, które są przyczyną takich schorzeń jak dychawica oskrzelowa, chroniczny katar itp. wśród nich najczęściej występują pyły drzewne, pyły bawełny, wełny itd. pyły te wywołując uczulenia, zwiększają skłonność do chorób zakaźnych,

4. Pyły drażniące, których działanie prawdopodobnie nie jest bezpośrednią przyczyną zachorowań, ale ich obecność ma wpływ na zwiększoną szkodliwość działania innego rodzaju pyłów, a one same mogą być nośnikami drobnoustrojów chorobotwórczych.

W obrębie wymienionych grup spotyka się pyły o wyraźnym działaniu toksycznym i pyły tylko bardziej lub mniej uciążliwe dla organizmu, zróżnicowanie to może być spowodowane wielkością stężenia danego pyłu w powietrzu lub okresem przebywania w zanieczyszczonym powietrzu.

Z kolej, wśród gazów można wyróżnić następujące grupy o szkodliwym działaniu na organizm ludzki.

1. Gazy duszące wywołujące brak tlenu w organizmie. Do tej grupy gazów zaliczam tlenek węgla, cyjanowodór i azot.

2. Gazy drażniące działają bezpośrednio w sposób drażniący chemicznie na błony śluzowe dróg oddechowych, powodują zapalenia po drażnionych narządów. Przedstawiciele tej grupy to chlor, chlorowodór, siarkowodór, kwas siarkowy, amoniak i inne.

3. Gazy narkotyczne poprzez układ oddechowy i krążeniowy atakują układ nerwowy. W tej grupie znajdują się między innymi benzen, benzyna, dwusiarczek węgla, eter, alkohole, nitrozwiązki, aldehydy i inne.

4. Gazy i pary trujące o różnym działaniu, które ,trudno jest włączyć do wyżej wymienionych trzech grup, jak na przykład pary fosforu, arsenowodór itp.

Stopień szkodliwości i szybkości, z jaką substancja powietrze oddziaływuje na organizm ludzki, zależy od jej stężenia (koncentracji ).

Jak nadmieniłem na początku do oczyszczania powietrza stosuje się filtry. Charakterystyczną cechą filtrów powietrza, odróżniającą je od urządzeń odpylających, jest charakterystyka zapylenia powietrza napływającego do filtrów, gdyż stężanie pyłów w powietrzu atmosferycznym jest mniejsza niż w większości gazów z procesów przemysłowych.

Wymagania stawiane dobrym filtrom powietrza są następujące:

- zadowalająca i możliwie równomierna skuteczność oczyszczania powietrza, w zależności od stawianych wymagań,

- dostateczna zdolność zatrzymywania pyłu, jednak przy wzroście oporu w granicach ekonomicznie uzasadnionych,

- stosunkowo prosta konstrukcja, niskie nakłady inwestycyjne, łatwa i tania eksploatacja oraz konserwacja.

Pod względem budowy, filtry można podzielić na:

- działkowe lub kasetowe,

- taśmowe i zwarte,

- obiegowe,

- kieszeniowe,

- elektrostatyczne,

- absolutne,

- z węglem aktywnym.

5. Podsumowanie

W opracowaniu tym została omówiona wentylacja przemysłowa. Opisane zostały parametry powietrza używanego do tej wentylacji w różnych dziedzinach przemysłu, takie jak temperatura
i wilgotność dopuszczalna w niektórych zakładach lub pomieszczeniach przemysłowych, wspomniano też o prędkościach powietrza. Opisane również zostały wzory na podstawie których możemy wyznaczyć strumienie powietrza niezbędne do przewietrzenia tak ze względu na zapylenie jak
i ze względu na obciążenie cieplne. Przedstawiono też instalacje wentylacyjne klimatyzujące takie jak: urządzenia z otwartym nawiewem powietrza, urządzenia z obiegiem powietrza i urządzenia
z adiabatycznym chłodzeniem powietrza. Przedstawione zostały również schematy tych instalacji. Ostatni punkt opracowania poświęcono zagadnieniu oczyszczenia powietrza przed wprowadzeniem do pomieszczeń przemysłowych.

Literatura:

[1] Przydróżny S. : Wentylacja, Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1991.

[2] Wasilewski Z. : Instalacje wentylacyjne i klimatyzacyjne, WSiP, Warszawa 1992.

---