Комп'ютерне моделювання місцевої вентиляції

Охорона праці та екологія

Постановка лабораторної роботи на комп'ютері з дослідження місцевої вентиляції

Мета роботи

У роботі досліджується залежність об'єму повітря, що видаляється відкількості тепла, що виділяється джерелом всередині витяжної шафи.
Розробляється програма, що досліджує модель місцевої вентиляції.

Зміст роботи

1) Вивчення методичних вказівок по забезпеченню оптимальних параметрів повітряного середовища в робочій зоні.

2) Розробка програми , що досліджує модель місцевої вентиляції.

3) Побудова графіка залежності обсягу повітря, що видаляється від кількості що виділяється від нагрітих поверхонь під повітряним парасолькою тепла.

4) Побудова графіка залежності обсягу повітря, що видаляється від площі робочих прорізів витяжної шафи.

5) Побудова графіка залежності обсягу повітря, що видаляється від кількості тепла, що виділяється всередині витяжної шафи.

Теоретична частина

Приступаючи до проектування вентиляції, необхідно перш за все датихарактеристику виробничого приміщення і проводяться в ньомутехнологічних процесів. Слід зазначити всі види виділень (вологи,шкідливих речовин, надлишку тепла), характер їх впливу на людину,нормовані гранично допустимі концентрації шкідливих речовин і параметримікроклімату в приміщенні, де здійснюється виробничий процес.

1. Вологовиділення

Волога виділяється в результаті випаровування з вільної поверхні води івологих поверхонь матеріалів та шкіри, в результаті дихання людей, а такожхімічних реакцій, роботи устаткування і т.д. Кількість вологи, що виділяєтьсялюдьми (див. табл. 1), г/год, визначається за формулою:

W = n/w, де n - число людей; w - кількість вологи, виділене однією людиною,г/ч.
Таблиця 1. Кількість тепла і вологи, що виділяється людиною.
| Характер | Тепло, Вт | Волога, г/ч |
| Виконуваної | | |
| Роботи | | |
| | Повне | явне | |
| | При 10 | при 35 | при 10 | при 35 | при 10 | при 35 |
| | (С | (С | (С | (С | (С | (С |
| Розумова | 160 | 93 | 140 | 16 | 30 | 115 |

Кількість вологи, що випаровується з відкритою поверхні не окропу,кг/год, визначається за формулою:

де - коефіцієнт, що залежить від температури поверхні випаровування
(табл. 2); - швидкість руху повітря над поверхнею випаровування,м/с.;, - тиск водяної пари, відповідно, при температуріповерхні випаровування і повному насиченні і в навколишньому повітрі, кПа; - площа поверхні випаровування,; - барометричний тиск,кПа.
Таблиця 2. Значення коефіцієнта
|, (С | 3 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
| | 0 | | | | | | |
| | 0,02 | 0,028 | 0,033 | 0,037 | 0,041 | 0,046 | 0,051 |

Для некіпящей води температура поверхні випаровування знаходитисяз таблиці 3 по середній температурі води
Таблиця 3. Температура поверхні випаровування води
|, (С | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
|, (С | 18 | 28 | 37 | 45 | 51 | 58 | 69 | 82 |

Кількість вологи, випарується при кипінні води,, кг/год, залежитьвід кількості підводиться до води тепла і виду укриття води і може бутивизначено за формулою:

, де - досвідчений коефіцієнт, що враховує вид укриття: для щільних укриттів без відсмоктування повітря -, при відсмоктування повітря -
; - Потужність теплового джерела випаровування, Вт; - прихованатеплота випаровування, кДж/кг.

Орієнтовно інтенсивність випаровування може бути прийнята рівноюкг в 1 годину з 1 поверхні.

Кількість випаровується вологи (кг/год) при застосуванні охолоджуючихемульсій при охолодженні металорізальних верстатів визначається за формулою
, Де - потужність верстатів, кВт.

вологовиділення від технологічного устаткування зазвичай приймаються задовідкових даних.

Газо-і пилевиделенія

У приміщенні можуть перебувати різні джерела виділень газів і пилу.
Необхідно враховувати газовиділення з вільної поверхні рідин, призгорянні палива, через нещільність апаратури і трубопроводів, прирізних технологічних операціях (фарбуванню, зварюванні, гальванізації, пайку,травлення, нанесенні фоторезисторів і т.д.). Пилевиделенія мають місце примеханічній обробці матеріалів, їх очищення, полірування, дробленні,транспортуванні, зварювальних роботах та інших операціях. Місцяпилоутворення, як правило, обладнуються місцевою вентиляцією.

Кількість двоокису вуглецю, що міститься в видихається людиноюповітрі, визначається по таблиці 5.

При наявності в приміщенні джерел інших шкідливих виділень кількістьцих виділень в повітрі (гази, пари, пил та ін) підраховуються виходячи зособливостей технологічного процесу та обладнання.
Таблиця 5. Кількість двоокису вуглецю, що виділяється людиною.
| Характер виконуваної роботи | Витрата |
| | Об'ємний, л/ч | масовий, г/ч |
| Розумова | 23 | 45 |
| Фізична | | |
| | Легка | 25 | 50 |
| | Середня | 35 | 70 |
| | Важка | 45 | 90 |

Розрахунки виділень тепла

тепловиділення від людей.

тепловиділення людини залежать від важкості роботи, температури ташвидкості руху навколишнього повітря. Кількість тепла, що виділяється однимлюдиною, наведено в таблиці 1. Вважається, що жінка виділяє 85%, адитина 75% тепловиділення дорослого чоловіка.

У розрахунках використовується явне тепло, тобто тепло, впливає назміна температури в приміщенні.

тепловиділення від сонячної радіації

Розрахунок тепла, що надходить в приміщення від сонячної радіації та
, Проводитися за наступними формулами:для засклених поверхонь

;для покриттів

; де, - площі поверхні скління і покриття,;
, - Тепловиділення від сонячної радіації,, через
поверхні засклення (з урахуванням орієнтації по сторонах світу) і через
покриття (таблиці 6 і 7); - коефіцієнт врахування характерускління (таблиця 8).
Таблиця 6. Тепловиділення від сонячної радіації через скління,

| Характер | При орієнтації скління за географічною широтою |
| скління | |

| Ю | С і С | В і З | СВ і С | | | 35 | 45 | 55 | 65 | 35 | 45 | 55 | 65 | 35 | 45
| 55 | 65 | 35 | 45 | 55 | 65 | | Вікна з подвійним склінням з палітурками: |
| дерев'яними | 128 | 145 | 145 | 170 | 100 | 128 | 145 | 170 | 145 | 145 | 170 | 170
| 75 | 75 | 75 | 75 | | металевими | 165 | 185 | 185 | 120 | 128 | 165 | 185 | 210
| 185 | 185 | 200 | 210 | 95 | 95 | 95 | 95 | | Ліхтарі з подвійним вертикальнимсклінням з палітурками: | | дерев'яними | 140 | 170 | 170 | 175 | 115 | 145
| 175 | 175 | 170 | 170 | 185 | 185 | 87 | 87 | 87 | 80 | | металевими | 150 | 185
| 185 | 200 | 128 | 165 | 200 | 200 | 185 | 185 | 210 | 210 | 100 | 100 | 100 | 95 | | Длязасклених поверхонь, орієнтованих на північ, = 0
Таблиця 7. Тепловиділення від сонячної радіації через покриття,
Характер покриття | При географічній широті | | | 35 | 45 | 55 | 65 | | Плоскебезчердачное | 24 | 21 | 17 | 14 | | с горищем | 6 | 6 | 6 | 6 | | Сонячнурадіацію слід враховувати при зовнішній температурі від 10 (С і вище.
Таблиця 8. Значення коефіцієнта
Характер скління, його стан | | | Подвійне скління в однійрамі | 1,15 | | Одинарне скління | 1,45 | | Звичайне забруднення | 0,8 |
| Сильне забруднення | 0,7 | | Забелка вікон | 0,6 | | Скління з матовимисклом | 0,7 | | Зовнішнє екранування вікон | 0,25 | | За величину склінняприймається велика величина, отримана при розрахунку двох варіантів:тепловиділення через скління в одній стіні в сумі з тепловиділеннямчерез покриття і ліхтарі;тепловиділення через скління в двох взаємно перпендикулярних стінах зкоефіцієнтом 0,7 у сумі з тепловиділенням через покриття і ліхтарі.
Тепловиділення від електродвигунів
Розрахунок тепловиділення від електродвигунів, Вт, проводитиметься заформулою:
,де - сумарна номінальна потужність електродвигунів, кВт; --коефіцієнт, що враховує використання настановної потужності двигунів, їхзавантаження по потужності, одночасність їх роботи, частку переходу механічноїенергії в тепловою.
Наближення для електродвигунів, що працюють з пристроями безпримусового рідинного охолодження; для приводів верстатів звикористанням емульсії; для двигунів, що приводять пристрої змісцевими відсмоктувачами,.
Тепловиділення від печей
Розрахунок тепловиділення від печей, Вт, проводитися за наступнимиформулами:для печей, що працюють на паливі:

;для електричних печей

,де - витрата палива, кг/год;, - коефіцієнти, що враховуютьчастку тепла, що надходить в приміщення (див. таблицю 9); - теплотворназдатність палива, кДж/кг (таблиця 10); - коефіцієнт неповнотизгорання палива, що приймається рівним; - сумарна потужністьелектропечей, кВт.
Таблиця 9. Значення коефіцієнтів і
Вид обладнання, технологічних процесів | Частка тепла, що надходить вприміщення | | | при обігріві обладнання паливом, | при обігрівіобладнання електрикою, | | Індукційні печі плавки ємністю
кг | - | | | електродугової печі плавки ємністю кг | - |
| | Тигельні газові печі | | - | | Таблиця 10. Теплотворназдатність,
Паливо | | | | | | | Бутан | 12250 | | | Пропан | 91340 | |
| Ацетилен | 47770 | | | Природний газ | 35620 | | | Мазут | | 38970 | | Умовнетверде паливо | | 29330 | | Вугілля кам'яне | | 29330 | | Кокс | | 21780 |
| Тепловиділення від джерел штучного освітлення
Розрахунок тепловиділення від джерел штучного освітлення, Вт,здійснюватися за формулою:
,де - сумарна потужність джерел освітлення, кВт; - коефіцієнттеплових втрат (для ламп розжарювання, для люмінесцентних ламп).
Для розрахунку тепловиділень від радіотехнічних установок і пристроївобчислювальної техніки використовується аналогічна формула, в якій длярадіотехнічних пристроїв і для пристроїв обчислювальної техніки.
Визначення потрібного повітрообміну
Необхідний витрата повітря визначається шкідливими факторами, що викликаютьвідхилення параметрів повітряного середовища в робочій зоні від нормованих
(надходження шкідливих речовин, вологи, надлишків тепла).
Потрібних повітрообмін під час вступу шкідливих речовин у повітря робочоїзони
У приміщення, забруднених шкідливими парами, газами або пилом, кількістьповітря,/ч, необхідного для розбавлення концентрації шкідливихречовин до допустимих, розраховують за формулою:
,де - кількість шкідливих речовин, що виділяються в приміщенні за 1 годину,мг/год;, - концентрація шкідливих речовин в припливно і видаляютьсяповітрі,.
Концентрація приймається рівною гранично допустимої длярозглянутого шкідливої речовини.
При одночасному виділенні в повітря робочої зони декількох шкідливихречовин, що не володіють односпрямованим дією, потрібних повітрообмінслід приймати по тому шкідливої речовини, до якого потрібно подачачистого повітря в найбільшій кількості.
У тих випадках, коли відбувається одночасне виділення декількох шкідливихречовин однонаправленої дії, розрахунок загальнообмінної вентиляціївиконується шляхом підсумовування кількості повітря, необхідного длярозведення кожного речовини до його гранично допустимої концентрації
.
Обмін повітря, що забезпечує видалення надлишків тепла
У приміщення із значними тепловиділеннями обсяг припливного повітря,необхідного для поглинання надлишків тепла,, ч, розраховують заформулою:
,де - теплоізбиткі, Вт; - масова питома теплоємність повітря
(); - Щільність припливного повітря ();, --температура видаляється і припливного повітря (С.
Температури припливного повітря приймаються за СНиП-П-33-75 для холодного ітеплої пори року. Температура повітря, що видаляється визначається заформулою:
,де - температура в робочій зоні за ГОСТ 12.1.005-76; --наростання температури на кожний 1 м висоти, (С/м; - висотаприміщення, м.
Величина залежно від тепловиділення (С/м.
Визначення потрібного повітрообміну при наявність надлишків вологи
Розрахунок витрати повітря,/ч, ведеться за формулою:
,де - кількість водяної пари, що виділяється в приміщенні, в/ч;,
- Вологовміст витяжного (приймається рівним гранично допустимого)і припливного повітря, г/кг, визначається по температурі і відноснійвологості повітря з діаграми; - щільність припливного повітря,
.
При одночасному виділення шкідливих речовин, тепла і вологи порівнюютьсявідповідний повітрообмін, потрібні для їх видалення, і вибирається зних найбільший.
Розрахунок пристроїв місцевої вентиляції, що встановлюються на робочих місцях
Повітряне душірованіе
Повітряне душірованіе слід застосовувати, коли на працюючого впливаєпромениста теплота з інтенсивністю 350 Вт/і більше.
Норми температури (С, і швидкостей, м/с, повітряного душірованіядля робіт середньої тяжкості наведені в табл.12, отримані дані для всіхкатегорій робіт дані в Санітарних нормах проектування промисловихпідприємств СН 245-71 та ГОСТ 121.005-76 «Повітря робочої зони».
Таблиця 12 Норми температури і швидкостей руху повітря при повітряномудушірованіі для категорії робіт середньої важкості
Теплове | Період року | | опромінення | Теплий (температура зовнішнього повітря
10 (С і вище) | Холодний і перехідний (температура зовнішнього повітря нижче
+10 (С) | | |, (С |, м/с |, (С |, м/с | | 350 ... 700
| 21 ... 23 | 0,7 ... 1,5 | 21 ... 22 | 0,7 ... 1,0 | | 700 ... 1400 | 20 ... 23 | 1,5. .. 2,0
| 20 ... 21 | 1,0 ... 1,5 | | 1400 ... 2100 | 19 ... 21 | 1,5 ... 2,5 | 19 ... 20 | 1,5. .. 2,0
| | 2100 ... 2800 | 18 ... 21 | 2,0 ... 3,5 | 19 ... 21 | 2,0 ... 2,5 | | більше 28000
| 18 ... 190 | 3,0 ... 3,5 | 19 ... 21 | 2,0 ... 25 | | Душірующій повітря подається наробоче місце припливними патрубками. Патрубки необхідно встановлювати натакій висоті, щоб вони створювали гарний обдування припливним повітрямверхньої частини тулуба людини і не перешкоджали нормальну експлуатаціюобладнання.
На робоче місце повітря може подаватися або горизонтально, або зверху покутом 45 (. Відстань від вихідного патрубка до робітника, обслуговуючогоустановку, повинно бути не менше 1 метра. Розрахунок душірующего патрубкаведеться але наступною схемою:
Спочатку визначається відношення різниці температур:
,де, і - температура в робочій зоні, нормованатемпература повітря на робочому місці і температура повітря на виході здушірующего патрубка.
При для досягнення досить адіабатні охолодження повітря,при потрібно штучне охолодження.
У завдання розрахунку повітряного душа входить визначення необхідної швидкостіповітря на виході з патрубка та площі вихідного перетину патрубка
.
При значення визначається за формулою:
,де - відстань від душірующего патрубка до робочого місця, м; --досвідчений коефіцієнт, що характеризують зміна температури по здійсню струн
(для патрубків типу ППД)
При в межах від до розрахунок веде за формулою:
.
Швидкість повітря на виході з патрубка (м/с), визначається як:
,де - швидкість вітру на робочому місці (нормована) м/с. За значеннями
і визначається витрата повітря через патрубок:
.
Повітряний зонт
Повітряний зонт являє собою металевий ковпак, розташований надджерелом шкідливих виділень. Перетин всмоктуючого отвори ковпака маємати форму, геометрично подібну горизонтальної проекції дзеркала шкідливихвиділень.
Розмір кожної зі сторін всмоктуючого перетину ковпака визначається заформулою:
,де - розмір сторони (або діаметра) дзеркала виділень шкідливих речовин, м;
- Відстань від поверхні джерела виділення до приймальні отвориковпака, м. Мінімальне значення визначається зручністю роботи приконкретному технологічному процесі.
Для рівномірності всмоктування кут розкриття ковпака слід приймати неменше 60 (.
Обсяг повітря, що видаляється, ч, визначається за формулою:
,де - площа приймального отвору ковпака;
- Середня швидкість вітру в приймальному отворі парасольки, м/с (дані прозначеннях наведені в таблиці 13).
Таблиця 13. Рекомендовані значення середніх швидкостей повітря в прийомнихотворах витяжних парасольок.
Кількість відкритих сторін парасольки | 4 | 3 | 2 | 1 | | Швидкість повітря, м/с |
|
|
|
| | Часто парасолі встановлюють у завантажувальних отворів печей. У цьомувипадку розмір парасольки у завантажувального отвору печі повинен відповідатирозмірами виривалося вільної струменя з урахуванням її викривлення під дієюгравітаційних сил.
Виліт парасольки розраховують за формулою:
,де - висота завантажувального отвору печі м.
Ширину парасольки необхідно приймати на м більше ширини завантажувальногоотвори. Парасолька необхідно встановлювати на рівні верхнього краю вікна. Дляпарасольок, розташованих над нагрітими поверхнями, об'єм повітря в теплійструмені, що піднімається над джерелом, дорівнює:
,де - кількість тепла, що видаляє за рахунок конвекції, Вт; --горизонтальна проекція джерела тепловиділення,; - відстаньвід площини тепловиділення до приймальні отвори парасольки, м.
Витяжні шафи
Витяжні шафи створюють укриття джерела шкідливих виділень з усіх боків.
Для спостереження за роботою в шафі є робочі отвори, що закриваютьсярухомими шторками. Витяжні шафи з механічні?? ой тягою влаштовують зверхнім відсмоктуванням, з нижнім відсмоктуванням і комбіновані.
Обсяг відсмоктується з шафи повітря розраховується за формулою:
,де - площа робочих прорізів шафи; - середня швидкістьповітря в робочих отворах шафи, м/с.
Рекомендовані значення в залежності від характеру робіт наведені втаблиці 14
Таблиця 14. Рекомендовані значення
Характер технологічного процесу | Середня швидкість руху повітря вробочому отворі витяжної шафи, м/с | | Обезжирення дрібних деталей |
| | Лудіння | | | Розчинення кислот, лугів, солей: | | | | холоднірозчини | | | | нагріті розчини | | | Кадміюванняціанисті або сріблення | | | Свінцованіе | | | травлення | | |
| азотною кислотою | | | | соляною кислотою | | | Хромування
| | | Цинкування ціанисті | | | Пайка свинцем або третніком |
| | Лабораторні роботи | | | При наявності в шафі теплового джерела
(печі, пальники), обсяг повітря, що видаляється, ч, визначається за формулою:
,де - висота робочих прорізів шафи, ч; - кількість тепла,виділяється всередині шафи, Вт.
Пиловідводним панелі
Пиловідводним видалення панелі застосовуються для шкідливих виділень, захоплюємосяконвективними потоками, в тому числі, коли зона шкідливих виділеньвідносно велика і більш повне укриття організувати важко.
Пиловідводним панелі слід застосовувати при зварюванні, пайку, видувка скла,при видаленні нагрітих газів і пилу.
Витрата повітря через панель,, ч, обчислюється за формулою:
,де - коефіцієнт, що залежить від конструкції панелі та її розташуваннящодо джерел тепла; - конвективна складова джерелатепла, Вт; - відстань від верху площині до центру всмоктуючихотворів панелі, м.; - ширина джерела тепла, м.

Коефіцієнт приймається рівним для панелей:тип 1 (односторонняя панель)тип 2 (панель з екраном)
Бортові відсмоктування
Бортовий відсмоктування є основним місцевим відсмоктуванням від ванн у гальванічних татравильних цехах та дільницях. В даний час поширення набулибортові відсмоктування звичайні і перекинуті, кожен з яких може бутиактивований піддуванням повітря (відсмоктування з передувкой). Бортові відсмоктуваннямають у своєму розпорядженні з одного боку ванни (однобортні відсмоктування) або з двох її сторін
(двобортні відсмоктування).
Опис програм
Розроблена програма призначена для моделювання місцевої вентиляції.
Програма має простий і інтуїтивно зрозумілий інтерфейс і призначена длявиконання в середовищі Windows 9x.
Для проведення розрахунків вибрати один з п'яти типів розрахунку і натиснути кнопку
«Далі». Потім необхідно ввести початкове значення досліджуваного діапазону,кількість обчислень і крок обчислень і також натиснути кнопку «Далі».
Після проведення розрахунків з'явитися найпростіший графік і, натиснувши на кнопку
«Готово», можна зберегти отримані результати розрахунку.
Кнопка «Назад» служить для повернення в попередній стан програми тазавдання нових початкових величин або вибору нового типу розрахунку.
За результатами дослідження роботи програми з моделлю повітряного парасольки
(горизонтальна проекція джерела тепловиділень 0,75 кв.м., відстань доплощині тепловиділення 1 м.) на діапазоні вхідних значень
(кількості тепла, що виділяється під повітряним парасолькою, Вт) від 10 до 100 Вт зкроком в 10 Вт, побудований графік залежності (Графік 1)
Графік 1
Залежність обсягу видаляється повітряним парасолькою повітря від кількості тепла,виділяється нагрітими поверхнями під парасолькою

За результатами дослідження роботи програми з моделлю витяжної шафи
(усередині шафи виконуються лабораторні роботи, швидкість повітря 0,4 м/с) надіапазоні вхідних значень (площа робочих прорізів шафи) від
0,1 до 1 з кроком 0,1, побудований графік залежності (Графік
2)
Графік 2

Залежність обсягу повітря, що видаляється від площі робочих прорізіввитяжної шафи
За результатами дослідження роботи програми з моделлю витяжної шафи
(висота робочих прорізів шафи 1м.; площа робочих прорізів шафи
) На діапазоні вхідних значень (кількості тепла,виділяється всередині шафи) від 10 до 100 Вт з кроком 10 Вт, побудований графікзалежності (Графік 3)
Графік 3.

Графік залежності об'єму повітря, що видаляється від обсягу виділяєтьсяусередині шафи тепла