2. Воздухообмен W_гп для удаления из помещения вредностей в виде газов, пыли рассчитывают по формуле

W_гп = В_гп /(В_д- В_в),

где Вгп количество вредного вещества, выделяющегося в помещении, мг/ч; Вд допустимое содержание вредного вещества в воздухе помещения, мг/мі; Вв содержание вредного вещества в приточном воздуxе, мг/мі.

а) Количество вредных паров, растворителей Вр (г/ч), выделяющихся при окрасочных работаx, определяют по формуле:

Вр = 0,01Smр qр,

где S площадь окрашиваемой поверхности изделия, м²; mр доля летучих растворителей в краскаx, %; qр расход лакокрасочного материала на 1 м² окрашиваемой поверхности (при распылении qр = 60.90, при нанесении кистью qр = 100.180 г/м²).

б) Количество вредных веществ Вдв (кг/ч) (окиси углерода, окислов азота и альдегидов), выделяющееся при работе двигателя внутреннего сгорания, определяют по формуле:

Вдв = (А1+ Б1Vц) q0t / 6000,

где А1 и Б1 коэффициенты равные: для карбюраторных двигателей А1= 9, Б1 = 12; для дизельных А1 = 160; Б1 = 13,5; Vц - рабочий объем цилиндров двигателей, л; q0 объемная доля вредных веществ в отработанных газах (принимается для карбюраторных двигателей окиси углерода 4.6 %, для дизельных двигателей окиси углерода 0,05…0,07 %, окиси азота 0,007…0,009 %, альдегидов 0,035.0,050 %); t время работы двигателя.

3. В некоторых сельскохозяйственных производственных помещениях, например кузницах, кормоцеxаx, теплицах и т.д., возможно выделение избыточного тепла. В этом случае при расчете тепловыделений необходимо исходить из следующего.

а) Количество тепла, выделяемое людьми зависит от интенсивности выполняемой ими работы. При легкой работе оно меньше 150 ккал/ч, при работе средней тяжести - от 150-250 ккал/ч, при тяжелой работе более 250 ккал/ч. Отсюда:

Q1 = 150(250) n_р, ккал/ч,

где n_р - число рабочих, чел.

б) При полном переходе механической энергии в тепловую выделяется:

при затрате 1 л.с. - 632 ккал (округленно 630);

при затрате 1 кВт - 864 ккал (округленно 860).

Практически производственные механизмы выделяют в виде тепла лишь часть энергии - около 80%. Поэтому величину тепловыделений от механизмов можно подсчитать по формуле:

Q2 = 0,8N•860 или 0,8N•630, ккал/ч,

где N - суммарная мощность одновременно работающих механизмов.

в) Тепловыделение с поверхности нагретых производственных агрегатов. Оно происходит за счет конвекции, причем величина его зависит от разницы температур нагретой поверхности и воздуха, от величины поверхности и ее положения (вертикальные поверхности отдают конвекцией тепла меньше чем горизонтальные); лучеиспускание по направлению к более холодным внешним ограждениям помещения (его величина зависит от температуры нагретой поверхности и ее площади).

Суммарное тепловыделение с нагретых производственных поверхностей вычисляется по формуле:

Q3 = б Дt⁴ vДt+ С [(Т1/ 100)⁴- (Т2/ 100)⁴] ккал/ м²ч,

где б - коэффициент конвекции, равный для вертикальных поверхностей 2,2, для горизонтальных 2,8; Дt - разность температуры нагретой поверхности и температуры воздуха; С - приведенный коэффициент лучеиспускания взаимно облучаемых материалов (обычно принимается равным 3, 4); Т1 и Т2 - соответственно абсолютная температура нагретой поверхности и температура поверхности стен, К;

При невысоких температурах поверхности оборудования (до 50 єС) излучения незначительны и расчет можно производить только по первой половине формулы, учитывающей конвекционные тепловыделения:

Qґ3 = б Дt⁴vДt, ккал/м²ч.

г) Тепловыделение от нагретого и остывающего в помещении материала вычисляют по формуле:

Q4 = РС(tнач - tкон), ккал/ч,

где Р - масса материала, кг; С - теплоемкость материала; tнач - температура нагретого материала при поступлении в помещение; tкон - температура нагретого материала при уносе из помещения.

д) Тепло, вносимое за счет солнечной радиации (учитывается только в теплое время года). Количество его приблизительно равно потерям через внешние ограждения благодаря разнице температур снаружи и внутри. Поэтому при приближенных вычислениях его можно не учитывать, если не учитываются теплопотери. В случае необходимости точного подсчета, например, при очень большой площади остекления (теплицы и др.), можно пользоваться для РБ следующими данными: для окон, ориентированных на юг, количество вносимого тепла принимают равным 150 ккал/мІч; для окон, ориентированных на юго-запад и юго-восток 100; для стен соответственно 10 и 7,5; для плоских перекрытий 20 и 15 ккал/мІч; при ориентировке на запад и на восток эти цифры уменьшаются на 1/3.

е) Общее количество тепловыделений подсчитывается по формуле:

Qизб = Q1 + Q2 + Q3 +…+ Qn.

Воздухообмен Wт (м^з/ч) для удаления избыточного тепла рассчитывают по формуле:

Wт = 3,6 Qизб/ Сс_вн(tвв - tвн),

где С теплоемкость сухого воздуха, Дж/кг·К; с_вн плотность приточного воздуха, кг/мі; tвв температура в помещении, соответствующая ГОСТ 12.1.00588, °С; tвн расчетная температура наружного воздуxа, °С.

4. Расчет воздухообмена для животноводческих помещений в холодный период года производится, исходя из следующих условий:

а) удаление избыточной влаги

Wн2о = (Вж + Висп)/ (gв - gн),

где Вж - количество влаги, выделяемой всеми животными в виде пара, г/ч; Висп количество влаги, испаряющейся с пола, потолка, кормушек, стен и перекрытий, г/ч.; gв - количество водяного пара (г/мі) при данной температуре; gн количество водяного пара в наружном воздухе при температуре на основе данных метеостанций (абсолютная влажность).

Например, для Минского района средняя температура в марте - 2,2°С и абсолютная влажность 4 г/мі.

Количество влаги, выделяемой всеми животными (m) в виде пара, рассчитывается по формуле:

Вж = УВi mi,

где Вi - выделение влаги одним животным данной категории в виде пара, г/ч. (по табличным данным).

б) из условия удаления двуокиси углерода:

Wсо2 =У/(Уд - Уп),

где У - количество двуокиси углерода, выделяемой всеми животными, находящимися в данном помещении, л/ч; Уд - допустимое содержание двуокиси углерода в воздухе помещения, л/мі (согласно нормам оно не должно превышать 2,5 л/мі); Уп - содержание окиси углерода в приточном воздухе (л/мі), принимаемое в среднем 0,3 л/мі.

Количество двуокиси углерода, выделяемое всеми животными

где Уi выделение двуокиси углерода одним животным данной категории, л/ч; mi - количество животных данной категории.

Из двух расчетных расходов вентиляционного воздуха принимается наибольший. После этого необходимо определить расход воздуха на 1 ц живой массы животных:

W? = W/ mG,

где G - средний вес одного животного, ц.

Значение W? необходимо сравнить с нормой рекомендуемого воздухообмена на 1 ц живого веса в холодный период года и если W? окажется меньше, то следует рассчитать необходимый воздухообмен по данным табл. 3.2.

Для ферм КРС в переходный и теплый периоды года при открытых вытяжных каналах естественной вентиляции обеспечивается необходимый воздухообмен из условий удаления избыточного тепла.

Естественная вентиляция в соответствии с санитарными нормами должна быть предусмотрена во всех помещениях. Естественное движение воздуха в помещении происходит вследствие разности его плотностей, а также за счет разности давления наружного воздуха с наветренной и заветренной сторон здания.

Естественная вентиляция осуществляется через вытяжные каналы, шахты, форточки и фрамуги зданий. Она позволяет подавать и удалять из помещений большие объемы воздуха без применения вентиляторов, вследствие этого она дешевле механических систем вентиляции. Естественная вентиляция является наиболее мощным средством удаления избыточного тепла из горячих цехов. Недостаток этой вентиляции зависимость ее эффективности от температуры наружного воздуха, силы и направления ветра.

По характеру действия естественная вентиляция может быть организованной и неорганизованной. Естественная система вентиляции считается организованной, если она имеет устройства, позволяющие регулировать направление воздушных потоков и величину воздухообмена. При неорганизованной вентиляции воздух подается и удаляется из помещения за счет инфильтрации через неплотности и поры наружных ограждений.

В соответствии с нормативами подачу приточного воздуха с помощью естественной вентиляции в теплый период года следует предусматривать на высоте не менее 0,3 м и не выше 1,8 м, а в холодный период года не менее 4 м от уровня пола. Общая площадь каналов для подачи воздуха через боковые световые проемы должна быть не менее 20% площади световых проемов, а фрамуги и жалюзи должны иметь устройства, обеспечивающие направление приточного воздуха вверх в холодный период года и вниз в теплый период года.

Движение воздуха за счет теплового напора основано на том, что теплый воздух внутри помещения имеет меньшую плотность, чем наружный более холодный воздух. За счет разной плотности наружного (более тяжелого) и внутреннего (более легкого) воздуха создается перепад давления Нт (Па), который и обеспечивает движение воздуха:

Н_т ? 9,8h_п(с_вн - с_вв),

где hп высота между серединами приточных и вытяжных проемов, м; с_вн и с_вв плотности наружного воздуха и воздуха внутри помещения, кг/м^з .

Величина теплового напора Н_т растет с увеличением высоты между осями приточных и вытяжных проемов h_п и разности температур наружного и внутреннего воздуха. Поэтому для регулирования аэрации здания нужно, чтобы оно имело приточные и вытяжные каналы.

Расчет основных параметров вытяжных устройств для естественной вентиляции ведется в такой последовательности:

1. Определяют необходимый воздухообмен W по вышеприведенным формулам данного параграфа;

2. Плотность воздуха, находящегося внутри рвв помещения и снаружи рвн (кг/м^з), определяют по таблице или рассчитывают по формулам:

рвв = 353/(273 + tвв);

рвн = 353/(273 + t_вн),

где tвв и tвн температура воздуха внутри и снаружи помещений, °С;

3. Рассчитывают скорость х (м/с) воздушного потока в аэрационном канале или проеме:

х =1,42шсv Нт/ рвн,

где шс коэффициент, учитывающий сопротивление воздуха в канале, проеме (шс = 0,5);

4. Находят суммарную площадь вытяжных каналов или проемов (мІ):

Sпк = W/ 3600 х,

где W необходимый воздухообмен;

5. Определяют число вытяжных устройств (nв):

nв^:= Sпк /fо,

где fо площадь сечения вытяжного канала или проема, мІ.

Использование ветрового напора для аэрации заключается в следующем. Под действием ветра на наветренной стороне здания создается повышенное давление, а на заветренной пониженное (разрежение). За счет этого и перемещается воздух.

Повышение давления воздуха на наветренной стороне здания и понижение на заветренной ветровой напор Нв (Па) можно определить по формуле:

Нв = ± шв хІв рвн,

где шв экспериментальный коэффициент, зависящий от конструкции здания, расположения вентиляционного проема и направления ветра (приведен в таблицах); хв скорость ветра, м/с.

Знак плюс означает положительное давление, знак минус отрицательное.

Площадь сечения аэрационных отверстий Sо (мІ) при ветровом напоре рассчитывается по формуле

Sо = W/ 3600 ф х_в,

где ф коэффициент расхода, зависящий от условий истечения (приведен в таблицах).

Для усиления тяги существуют специальные устройства -- дефлекторы, которые устанавливаются в верхней части вентиляционных каналов. Поток ветра, обтекая дефлектор, создает в канале некоторое разрежение, за счет этого скорость движения воздуха по каналу увеличивается.

Диаметр патрубка D (м) дефлектора рассчитывают по формуле

D = 0,0188v Wд/хд ,

где Wд производительность дефлектора, м^з/ч; хд скорость воздуха в патрубке дефлектора, м/с.

Производительность одного дефлектора Wд рассчитывают по формуле

Wд = W/n_д,

где W заданный воздухообмен, м^з/ч; nд число устанавливаемых дефлекторов.

В приближенных расчетах обычно принимают хд = (0,2…0,4) хв.

Эффективность естественной вентиляции зависит от соблюдения правил ее эксплуатации. После монтажа элементов естественной вентиляции проводят ее испытание. Для этого проверяют ее производительность в период, когда ветер в наибольшей степени способствует усилению воздухообмена, и в период, когда влияние ветра минимально. При испытаниях открывают проемы или каналы на определенную величину, вычисляют общую площадь сечения открытых проемов и каналов Sпк. С помощью крыльчатого анемометра, установленного в середине проема или в центре сечения канала, измеряют среднюю скорость хср движения воздуха в проемах и каналах. Производительность вентиляции (м^з/ч) рассчитывают по формуле:

Wвц =3600 хср Sпк .

Общая длительность испытаний при устойчивом технологическом процессе в цехе должна составлять 1,5. 2,0 ч.

3.3. Методы расчета механической вентиляции

В основе расчета всех систем вентиляции лежат приближенные методы, учитывающие с помощью коэффициентов различные факторы, влияющие на производительность вентиляции. Чем больше коэффициентов входит в расчетные формулы, тем больше факторов при этом учитывается и тем точнее будет результат.

Однако в ряде случаев допустимо применение и менее точных формул с обобщенными коэффициентами, учитывающими несколько факторов или только наиболее значимые из них. Применение такого метода оправдано тем, что фактическая производительность любой рассчитанной, спроектированной и смонтированной вентиляции проверяется как перед ее пуском, так и в процессе эксплуатации. Если обнаруживаются отклонения от требуемых показателей, то они устраняются изменением производительности вентилятора.

Расчет системы вентиляции предлагается выполнять в такой последовательности:

1. Вычерчивают схему вентиляционной сети с поворотами, переходами, жалюзи, разбивают ее на участки и подбирают диаметры труб воздуховодов.

2. Определяют воздухообмен W (м^з/ч) по формулам §3.2 и находят производительность вентилятора Wв:

Wв = kзW,

где kз коэффициент запаса (1,3…2,0);

3. Рассчитывают потери напора на прямых участках труб:

Нпп = шф хІср рв lт/2dт,

где шф коэффициент, учитывающий сопротивление труб (для металлических труб шф = 0,02); хср средняя скорость воздуха на рассчитываемом участке воздушной сети; для прилегающих к вентилятору участков она принимается 8.12 м/с, а для удаленных 1.4 м/с; lт длина участка трубы, м; dт принятый диаметр трубы на участке, м;

4. Рассчитывают местные потери Нм (Па) напора в переxодаx, коленах, жалюзи и др.:

Нм =0,5 шм хІср рв,

где шм коэффициент местных потерь напора (табл. 3.3).

5. Определяют суммарные потери напора Нуч (Па) на участке и в целом на линии Нл по формулам:

Нуч = Нпп + Нм;

Нл = ?Нуч = Нв,

где Нв напор вентилятора.

6. Зная величину максимальных потерь, по номограмме [38] выбирают номер вентилятора N, коэффициент полезного действия зв и безразмерное число А. При этом стремятся обеспечить необходимый воздухообмен с помощью вентилятора с наибольшим коэффициентом полезного действия;

7. Найдя величины А и N, вычисляют количество оборотов вентилятора по формуле

n_в = А / N.

8. Рассчитывают мощность Рдв (кВт) электродвигателя для вентилятора:

Р_дв = Н_в W_в/(З,6·10^вз_вз_п),

где Нв полное давление вентилятора, Па; зп -- коэффициент полезного действия передачи (0,90. 0,95).

В системах механической вентиляции движение воздуха может также осуществляться эжекторами.

Преимущества искусственной механической вентиляции в том, что она позволяет подавать воздух в любую зону помещения или удалять его из мест образования пыли, влаги, теплоты, газов и т. д. В системах механической вентиляции можно предусматривать устройства для подогрева, увлажнения и очистки воздуха от пыли.

Чтобы воздушная струя не приводила к простудным заболеваниям, она должна иметь как можно больший темп падения скорости и перепада температур. Для этого применяют специальные воздухораспределительные устройства в виде решеток, плафонов и перфорированных панелей. В зависимости от конструкции воздухораспределительного устройства струя воздуха может быть плоской или веерной.

У всасывающих отверстий поток воздуха не имеет струйных течений, так как он подтекает к отверстию со всех сторон. Вследствие этого его скорость на расстоянии диаметра всасывающего отверстия dо составляет всего 5.6 % хо, в то время как в приточной струе она равна 50.60 % хо на расстоянии 10 dо.

В практике эксплуатации вентиляционных систем часто возникает задача повышения производительности вентиляции.

Решая ее, необходимо помнить, что производительность вентилятора прямо пропорциональна частоте его вращения, полное давление квадрату частоты вращения, а потребляемая мощность кубу скорости вращения.

С целью уменьшения шума, создаваемого вентиляционной системой, следует добиваться выполнения следующего условия:

Dвnв < 1800,

где Dв диаметр рабочего колеса вентилятора, м.

Местная вентиляция подразделяется на вытяжную и приточную. Местная вытяжная вентиляция удаляет вредные вещества от места их образования и таким образом препятствует распространению их по помещению.

В сельскохозяйственном производстве с помощью местных отсосов удаляют вредные вещества в виде пыли, паров, газов от деревообрабатывающих станков, от ванн для гальванопокрытий, от шлифовальных и заточных станков, в аккумуляторном цехе, в цехе обкатки двигателей и т.д.

В ряде случаев местная вентиляция выполнена в качестве дополнения к общеобменной.

Иногда над местом вредных выделений устанавливают зонт, через который удаляется вентилятором загрязненный воздух. Такой местный отсос открытого типа можно применять лишь в том случае, когда голова работающего не находится в зоне между источником выделения вредных производственных факторов и отверстием зонта.

Местная приточная вентиляция служит для создания воздушных душей, воздушных оазисов или воздушных завес.

Воздушное душирование применяется на рабочих местах производственных помещений:

а) при воздействии на работающего теплового облучения интенсивностью 349 Вт/мІ (300 ккал/ч.мІ) и более, а также интенсивностью174,5-349 Вт/мІ (150-300 ккал/ч.мІ) при площади излучающих поверхностей в пределах рабочего места более 0,2 мІ;

б) при температуре воздуха в рабочей зоне, превышающей значения, установленные ГОСТом 12.1.005-88;

в) при открытых производственных процессах с выделением вредных газов и паров и отсутствии местных укрытий.

Интенсивность теплового облучения на рабочих местах определяется характером работы. В тех случаях, когда интенсивность теплового облучения на рабочем месте не постоянна, для расчета следует принимать не максимальные величины, а преобладающие в течение рабочей смены.

Для расчета воздушного душирования горизонтальными и наклонными струями при избытке тепла, определяется отношение разности температур:

Рт =(tрз - tр)/(tрз - tо),

где tрз - температура воздуха в рабочей зоне (температура окружающего воздуха на рабочем месте), принимается, исходя из условий работы, °С; tр - нормируемая температура на рабочем месте, °С; tо - температура воздуха на выходе из душирующего патрубка, °С:

tо = tохл + Дtn,

где tохл - температура воздуха на выходе из форсуночной камеры после адиабатического охлаждения, °С; Дtn - нагрев воздуха в вентиляторе и воздуховодах между форсуночной камерой и душирующим патрубком, принимается не менее 1,5 °С.

При значениях Рт < 1 предусматривается адиабатическое охлаждение воздуха, при Рт > 1 - искусственное охлаждение его.

Определяется в зависимости от значения Рт сечение душирующего патрубка Fо, мІ.

Рт < 0,6 Fо = (Рт x/ 0,6n)І;

Рт = 0,6- 1,0 Fо = ((x + 5,3Рт - 3,2)/ 0,75n)І;

Рт > 1 Fо=(x/ 0,8m)І,

где x - расстояние от душирующего патрубка до рабочего места; n - опытный коэффициент [30], характеризующий изменение температуры или концентрации газов по оси струи; m - опытный коэффициент [30], характеризующий изменение скорости по оси струи.

Выбирается модель патрубка и его сечение.

Определяется скорость воздуха на выходе из патрубка хо м/с.

Рт < 0,6 хо = хр x/ 0,7mvFо;

Рт = 0,6-1,0 хо = хр/(0,7+ 0,1(0,8 mvFо- x));

Рт > 1 хо = хр/ 0,7,

где хр - нормируемая скорость воздуха на рабочем месте, м/с.

При величинах Рт, близких к 1, могут получиться патрубки очень больших размеров. В этих случаях необходимо предусматривать искусственное охлаждение воздуха и вести расчет по формулам, предложенным для условия Рт > 1.

Определяется температура воздуха, выходящего из приточного патрубка:

tо = tрз- [(tрз- tр)х/ 0,6n vFо],°С

Если кроме расстояния до душирующего патрубка х задан его размер Fо, причем х/ vFо > 1, то скорость движения воздуха определяется по формуле:

хо = хрx/0,7mvFо, м/с

Определяется расход воздуха, подаваемого через душирующий патрубок:

W = 3600 Fохо , мі/ч

При расчете воздушного душирования горизонтальными и наклонными струями при выделении вредных газов, определяется отношение разностей концентрации газов

Рк = (Крз- Кр)/ (Крз- Ко),

где Крз - концентрация газов в рабочей зоне (принимается исходя из условий работы), мг/мі; Кр - предельно допустимая концентрация газов на рабочем месте, принимается по ГОСТ 12.1.005-88, мг/мі; Ко - концентрация газов в воздухе, подаваемом из душирующего патрубка, мг/мі;

Выбирается тип воздухораспределителя и определяются коэффициенты m и n [30].

Определяется сечение душирующего патрубка Fо, мІ

Рк < 0,4 Fо = ( Рк x/ 0,4n)І;

Рк = 0,4- 1,0 Fо = ((x+ 3,7Рк- 1,5)/ 0,75n)І.

Выбираем модель патрубка по его сечению.

Определяется скорость воздуха на выходе из патрубка хо, м/с

Рк < 0,4 хо = хр x/ 0,5mvFо;

Рк = 0,4- 1,0 хо = хр/(0,55+ 0,14(0,8 mvFо- x)).

Определяется температура воздуха, выходящего из патрубка

Рк < 0,4 tо = tрз- [(tрз- tр)х/ 0,45n vFо],

Рк = 0,4- 1,0 tо = tрз- (tрз- tр)/ (0,45+ 0,25(0,75n vFо- х)).

Определяется расход воздуха, подаваемого через душирующий патрубок W= 3600Fохо , мі/ч.

Поток воздуха из душирующего патрубка должен омывать голову, туловище и верхнюю часть ног человека. Ось воздушного потока направляют горизонтально или сверху под углом 45є.

3.3. Оценка и меры по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу

Охрана воздушного бассейна от промышленных выбросов - это не только защита человека и природной среды, но и важнейший элемент охраны труда на предприятиях, являющихся источниками вредных веществ.

Предприятия считаются не оказывающими вредного влияния на атмосферный воздух, если ни один их источник выбросов не попадает в категорию опасности:

М/ ПДК ? Ф,

где М - максимальная величина выброса вредного вещества в атмосферу из источника, мг/с; ПДК - предельная максимально-разовая концентрация, мг/мі; Ф - величина, характеризующая условный расход воздуха, необходимый для разбавления вредного вещества, поступающего в атмосферу, до ПДК, мі/с.

Для Н ? 10 Ф = 0,1мі/с; для Н > 10 Ф = 0,01 Н,

где Н - средняя по предприятию высота источников выбросов данного вещества, м.

Категория опасности предприятия (КОП) определяется из выражения:

где Мi - масса выброса i-го вещества, т/год; ПДКi - среднесуточная предельно-допустимая концентрация i-го вещества, мг/мі; n - количество загрязняющих веществ, выбрасываемых предприятием; бi - безразмерная константа, позволяющая соотнести степень вредности i-го вещества с вредностью сернистого газа (табл.3.4).

Значение КОП рассчитывают при условии, когда

В случае, когда Mi /ПДКI < 1, значение КОП не определяют. Для расчета КОП при отсутствии среднесуточных предельно допустимых концентраций (ПДК_СС) используют значения максимально разовых ПДК, ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) или уменьшенные в 10 раз значения ПДК рабочей зоны. При отсутствии информации о ПДК или ОБУВ значение КОП приравнивают к массе выбросов данных веществ.

На основе расчета концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, создаваемых источником выбросов, устанавливаются предельно допустимые выбросы веществ, переносимые воздушными потоками от стационарных источников.

ПДВ, являясь научно-техническим нормативом, устанавливается для каждого конкретного источника загрязнения атмосферы при условии, что выбросы вредных веществ от него, с учетом их рассеивания и превращений, не создадут приземных концентраций, превышающих установленные нормативы качества воздуха.

Критериями качества воздуха, используемыми при расчетах, являются предельно-допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест.

Рассеивание вредных примесей в атмосфере от холодных и нагретых источников происходит по-разному. Мерой нагретости газовоздушной смеси служит разность температур выброса при выходе из устья источника и окружающего воздуха.

?Т =Т_г - T_в,

где Т_г температура газовоздушной смеси, град.; Т_в - температура окружающего воздуха, град.

Скорость перемещения температурного фронта (х_т) определяется по формулам:

При ДТ > Т_в

где W₁ - объем газовоздушного выброса, мі/с; Н - высота источника выброса, м; Д - диаметр устья источника выброса, м; х_у - скорость выхода смеси из устья, м/с.

Ускорение перемещения фронта охлаждения смеси, (м/сІград), учитывается параметром f

.

Выбросы, для которых f ? 100, относятся к холодным, при f < 100 - к нагретым.

Величина опасной скорости ветра (_оп) на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой имеет место наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, определяется из следующих соотношений:

х_оп = 0,5 м/с при х_т ? 0,5, а ?Т > Т_в;

х_оп = х_т при 0,5 < х_т ? 2, а ?Т > Т_в;

х_оп = х_т (1+ 0,12f ) при х_т > 2, а ?Т > Т_в;

х_оп = 2,2х_т при х_т > 2, а ?Т < Т_в.

Для определения условий выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса вводятся безразмерные коэффициенты m и n:

n = 3 (при х_т ? 0,3);

n = 3- ( х_т- 0,3)(4,34- х_т) (при 0,3 < х_т ? 2);

n = 1 (при х_т > 2).

Величина максимальной приземной концентрации вредных веществ (С_max) одиночного источника с круглым устьем для выброса нагретой и газовоздушной смеси при неблагоприятных метеорологических условиях определяются по формуле:

где А - коэффициент, характеризующий неблагоприятные климатические условия (для РБ А=120); М - количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с; F - безразмерный коэффициент, учитывающий интенсивность оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей, когда скорость упорядоченного оседания наиболее крупных фракций не превышает 3…5 см/с, F = 1); для крупнодисперсной пыли и золы: при степени очистки более 90% F = 2, при степени очистки 75.90% F = 2,5; при степени очистки менее 75% F = 3; если: выбросы пыли сопровождаются выделением водяного пара и его конденсацией и коагуляцией пылевых частиц F = 3; з -доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях;

Величина максимальной приземной концентрации вредных веществ (С_max) для выброса холодной газовоздушной смеси из круглого устья одиночного источника при неблагоприятных метеоусловиях определяется по формуле:

Расстояние от источника выброса (?_Т), на котором достигается максимальная приземная концентрация вредного вещества, находится из следующих соотношений:

?_Т = dН, (при F < 2);

?_Т = (5- F)/ 4dН (при F ? 2).

Для выбросов нагретой газовоздушной смеси из одиночного источника с круглым устьем или группы таких близко расположенных одинаковых источников, в случаях, когда фоновая концентрация ( С_ф) рассматриваемой примеси установлена независящей от направления и скорости ветра и постоянной по всей территории промплощадки, принимаем С_ф = С_max

Расчет ПДВ (г/с) для источника нагретых выбросов:

.

Величина ПДВ для случая выброса холодной газовоздушной смеси при прочих условиях:

.

Величина ПДВ устанавливается для конкретного источника и вещества. Пользуясь полученным значением ПДВ, определяется требуемая степень очистки отходящих пылегазовых потоков перед их выбросом в атмосферу.

Для улавливания газов (паров) и аэрозолей применяют различные сухие и мокрые очистные устройства и их комбинации. Выбор очистного устройства зависит от агрегатного состояния улавливаемых вредных веществ, их дисперсного состава и концентрации, физико-химических свойств (плотности, смачиваемости, гигроскопичности, растворимости и др.).

Работа установок очистки газа характеризуется такими показателями, как эффективность (степень) очистки, гидравлическое сопротивление газоочистного аппарата, расходом энергоресурсов, стоимостью установки, и очистки. Эти показатели следует учитывать при выборе оптимального варианта очистки.

Очистка вентиляционных и технологических выбросов от вредных веществ может осуществляться следующими способами: механическим (сухим и мокрым), электрическим, термическим, биологическим и др.

Механический способ (сухой) применяется для очистки газа от аэрозолей. Основан на использовании одного или нескольких механизмов осаждения взвешенных частиц: гравитационного, инерционного, центробежного, зацепления, диффузионного, термофореза и некоторых других.

В газоочистных аппаратах используются в основном первые три механизма осаждения частиц: гравитационный (пылеосадительные камеры), инерционный (инерционные пылеуловители) и центробежный (одиночные, групповые и батарейные циклоны; вихревые и динамические пылеуловители). Часто перечисленные пылеуловители выполняют роль аппаратов предварительной очистки.

Пылеуловители фильтрационного действия используются для фильтрации газа через пористую перегородку (фильтрующую среду), в результате чего твердые или жидкие частицы, взвешенные в газе, задерживаются в ней, а газ полностью проходит сквозь нее. Фильтры тонкой очистки рекомендуется использовать для улавливания частиц при входной концентрации менее 1 мг/м,³ и скорости фильтрации 10 см/с. Фильтры для очистки атмосферного воздуха используются в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. Они рассчитаны при входной концентрации частиц менее 50 мг/м³ и скорости фильтрации до 2,5. 3,0 м/с. Промышленные фильтры (тканевые, зернистые, грубоволокнистые) рекомендуется использовать для очистки газов с входной концентрацией дисперсной фазы до 60 г/м³. Эффективность очистки в фильтрах может достигать 95 . 98%.

Для улавливания паров органических соединений, токсичных газов рекомендуется использовать адсорберы (вертикальные, горизонтальные и кольцевые). Адсорбционная очистка применяется, когда концентрация вредных веществ в паровоздушных смесях на 2/3 ниже нижнего предела взрываемости этих веществ и составляет 4.5 г/м³.

В качестве орошающей жидкости в мокрых пылеуловителях (при "мокром" механическом способе очистки газа от вредных веществ) чаще всего применяется вода. Рекомендуются следующие мокрые пылеуловители: полые газопромыватели (оросительные устройства, промывные камеры, полые и форсуночные скрубберы); насадочные скрубберы; тарельчатые газопромыватели (барботажные и пенные аппараты); газопромыватели с подвижной насадкой; мокрые аппараты ударно-инерционного действия (ротоклоны); мокрые аппараты центробежного действия; механические газопромыватели (механические скрубберы, динамические скрубберы); скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури, эжекторные скрубберы).

Для абсорбционной очистки газов рекомендуется использовать ротоклоны, скрубберы Дойля, скрубберы Вентури.

Отчистка вентиляционного воздуха может осуществляться и с помощью двухзонных электрофильтров. Эффективность улавливания вредных веществ обеспечивается в интервале дисперсности частиц от 0,01 до 100 мкм. Концентрация взвешенных частиц в газе может колебаться от долей г/м³ до 50 г/м³, а температура газового потока может достигать 500°С.

Термический способ обезвреживания газообразных выбросов подразделяется на огневое обезвреживание и окисление газообразных органических соединений в присутствии катализатора.

Для первого случая рекомендуется использовать, шахтные, камерные, барабанные и циклонные печи сжигания. Огневое обезвреживание экономически оправдано при высоких концентрациях примесей в выбросах. Каталитическое дожигание рекомендуется, когда концентрация вредных веществ 10…50 г/м³. В качестве носителей металлов, применяемых как катализаторы, можно использовать медь, цинк, марганец и др., а также силикагель, пемзу, керамику.

3.5. Акустический расчет производственных помещений

Основными источниками шума и вибраций на тракторах и сельскохозяйственных машинах являются силовые установки-двигатели и агрегаты трансмиссии. К прочим источникам относятся система пуска с двигателями внутреннего сгорания, агрегаты рабочего оборудования гидронасосы, компрессоры, вентиляторы. У гусеничных машин источником шума и вибраций является также ходовая часть. Подробнее дифференциацию и классификацию отмеченных выше источников можно проследить, используя специальную литературу.

Шумы аэрогазодинамического и гидродинамического происхождения вызываются колебаниями рабочей среды-воздуха, газа или жидкости. Эти колебания обусловлены пульсациями давления, вихреобразованиями и неоднородностью потока.

Механические шумы вызываются инерционными возмущениями в механизмах, соударениями и трением между деталями в кинематических парах.

Шумы электрического происхождения обусловлены колебаниями, возникающими в результате взаимодействия магнитных полей. Эти шумы, как и шумы гидродинамического происхождения, как правило, незначительны.

На колесных тракторах, например типа "Беларусь", с некоторыми допущениями можно выделить следующие главные источники: процесс выпуска отработанных газов, процесс впуска воздуха, вентилятор системы охлаждения, двигатель и трансмиссию.

Как физическое явление шум - это волновое колебание упругой среды, как физиологическое явление он определяется ощущением, воспринимаемым органом слуха при воздействии звуковых волн в диапазоне частот 16-20000Гц.

Звуковая волна характеризуется давлением Р (Па), колебательной скоростью С (м/с), интенсивностью I (Вт/мІ).

Эти величины связаны между собой соотношением

I = РІ/ Сс,

где С - скорость распространения звука (для воздуха при t= 20 °С, С= 343 м/с, для воды С = 1500 м/с, а для металлов С = 3000- 4000 м/с); с - плотность среды, кг/мі (для воздуха с = 12·10Пі кг/мі).

Величины звукового давления и интенсивности, с которыми приходится иметь дело в практике борьбы с шумом, меняются в широких пределах: по давлению - в 10⁸ раз, по интенсивности - в 10¹⁶ раз. Естественно, что оперировать такими цифрами довольно неудобно. Поэтому в качестве основной величины, участвующей в нормировании шума и в расчетах по шумоглушению, приняты логарифмические величины - уровни звукового давления или уровни интенсивности, выраженные в децибелах (дБ или dB).

Уровни интенсивности звука (дБ) определяют по формуле

L = 10lgI/ Iо,

где Iо - интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости.

Величина уровня звукового давления (дБ)

L= 20lgР/ Ро,

где Ро - пороговая величина звукового давления при частоте 1000Гц.

Величина уровня интенсивности применяется для акустических расчетов, а уровня давления - для измерения шума и оценки его воздействия на человека.

При нормальных атмосферных условиях уровни давления и интенсивности равны.

Уменьшение шума также оценивается в децибелах:

L1- L2 = 20lgР1/ Р2 = 10lgI/ Iо.

Например, если шум двигателя внутреннего сгорания снизить по интенсивности в 100 раз, то уровень интенсивности будет уменьшен на

L1- L2= 10lg 100 = 20 дБ.

При совместном действии различных источников шума слагаются не уровни их звукового давления, а интенсивности. Поэтому общий уровень определяют по формулам:

Для одинаковых источников

Lобщ = L+10lgN,

где L - уровень звукового давления одного источника; N - количество источников.

Для двух разных источников

Lобщ = Lmax + D,

где Lmax - уровень большого шума, дБА; D - добавка (определяется по табл.).

Степень вредности шума определяется его уровнем, частотным составом и продолжительностью действия. Нормы допустимого шума на рабочих местах, в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки регламентируются требованиями ГОСТ 12.1.003-83 и СанП и Н 2.2.4/2.1.8.10-32-2002.

При нормировании шума используют два метода: 1) нормирование по предельному спектру (ПС); 2) нормирование уровня звука в дБА (LА).

Первый метод нормирования является основным для постоянных шумов, уровни звука которых в течение рабочей смены изменяются во времени не более чем на 5 дБ. Здесь нормируются уровни звуковых давлений в дБ в девяти октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.

Совокупность девяти нормативных уровней звукового давления называют предельным спектром (ПС). Номер предельного спектра означает уровень при частоте 1000 Гц.

Второй метод нормирования применяют для ориентировочной оценки шума (например, при проверке органами надзора, выявлении необходимых мер по шумоглушению и др.). Здесь нормируемой характеристикой является общий уровень звукового давления, измеренный по шкале А шумомера и именуемый уровнем звука в дБ.

Характеристикой непостоянного шума, уровень звука которого за восьмичасовой рабочий день (рабочую смену) изменяется более чем на 5 дБА на рабочих местах, является интегральный критерий - эквивалентный по энергии уровень звука в дБА, определяемый по формуле

Lэкв = 10lg1/ Т [?(Ра(t)/ Ро)І dt],

где Ра(t) - текущее значение среднего квадратичного звукового давления с учетом коррекции <А> шумомера; Ро - исходное значение звукового давления, Ро = 0,00002 Па; Т - время действия шума, ч.

Допускается в качестве характеристики непостоянного шума использовать дозу шума или относительную дозу шума.

Допустимую дозу шума Ддоп определяют по формуле

где РАдоп - значение звукового давления, соответствующего допустимому уровню звука, Па; Тр.д. - продолжительность рабочего дня (смены), ч.

Фактическая доза - интегральная величина, учитывающая акустическую энергию, воздействующую на человека за определенный период времени, и определяемая по формуле

Относительную дозу шума в процентах определяют по формуле

Дотн =Д/ Ддоп·100%.

Для уменьшения шума применяются следующие основные методы:

1 уменьшение возмущения звуковых колебаний в источнике;

2 изменение направленности излучения;

3 рациональная планировка предприятий и цехов;

4 звукоизоляция;

5 звукопоглощение;

6 применение средств индивидуальной и коллективной защиты.

Предпочтение всегда следует отдавать первому методу, т.к. при этом уменьшается влияние причин, вызывающих повышенный шум. Однако выявить эти причины в ряде случаев весьма затруднительно, т.к. на увеличение уровней шума оказывают одновременно влияние целый ряд механизмов, систем, кинематических пар. С одной стороны это связано с кинематикой и динамикой механизмов, совершенством выбранных конструктивных решений и материалов, а с другой с технологией изготовления, сборки и т.д. На определенном этапе методы уменьшения шума в источнике становятся экономически нецелесообразными. Поэтому в практике борьбы с шумом чаще комплексно используются различные методы.

Для уменьшения шумов механического происхождения непосредственно в источнике применяется, например, цикл оборудования с гидроприводом вместо оборудования и механизмов с кривошипными и эксцентриковыми приводами, вместо прямозубых шестерен косозубые и шевронные, по возможности следует применять клиноременные и зубчатоременные передачи вместо зубчатых и цепных передач. Замена подшипников качения на подшипники скольжения приводит в ряде случаев к уменьшению шума порядка 10дБ. По возможности следует заменять металлические детали деталями из пластмасс и других "незвучных" материалов. Необходимо применять балансировку вращающихся элементов машин, уравновешивание механизмов.

В большинстве случаев меры по ослаблению аэродинамических шумов в источниках оказываются недостаточно эффективными и часто основное снижение шума достигается путем установки глушителей или звукоизоляцией источников. На сегодня, например, большую проблему составляет уменьшение шума в процессе сгорания топлива в тракторных и других дизелях.

Снижение электромагнитных шумов достигается путем конструктивных изменений в электрических машинах, например, путем изготовления скошенных пазов якоря ротора. В трансформаторах необходимо применять более плотную прессовку пакетов, использовать демпфирующие материалы. Хорошая притирка щеток может уменьшить шум до 8 -- 10дБ. Уменьшение механического шума при этом, кроме того, достигается лучшей балансировкой ротора.

Изменение направленности излучения шума достигается соответствующей ориентацией установок по отношению к рабочим местам. Например, отверстия воздухозаборной шахты вентиляционной или компрессорной установки должны располагаться так, чтобы максимум производимого шума был направлен в противоположную сторону от рабочего места или от жилого дома.

При рациональной планировке наиболее шумные источники должны располагаться по возможности дальше от другого оборудования. При этом шумные источники должны оказывать минимальное влияние на жилые массивы.

Шум из одного помещения в другое может распространяться по трем направлениям:

I. Через ограждение, которое под действием переменного давления падающей на него волны, колеблясь как диафрагма, излучает шум в тихое помещение.

2. Непосредственно по воздуху через различного рода щели и отверстия.

3. Посредством вибраций, возбуждаемых в строительных конструкциях механическим путем (удары, хождение и т.п.).

В первых двух случаях передаются звуки, возникающие и распространяющиеся по воздуху и условно называемые воздушными звуками. В третьем случае энергия возникающих упругих колебаний распространяется по конструкциям (стенам, перекрытиям, трубопроводам и т.п.) и затем излучается в виде шума. Такие колебания называют структурным шумом.

Уменьшение шумов достигается применением средств коллективной и индивидуальной защиты. Средствами коллективной защиты являются акустическая обработка залов, салонов, рабочих помещений, улучшение герметичности дверных и др. проемов, которые позволяют уменьшить проникновение шума в эти помещения.

К средствам индивидуальной защиты от шума относят вкладыши, наушники, шлемы. Вкладыши устанавливаются непосредственно в ушную раковину (снижение шума 6-20дБ). Наушники плотно облегают ушную раковину и удерживаются дугообразной пружиной. При интенсивных шумах (более 120дБ) используют специальные шлемы.

При таких производственных процессах, как клепка, обрубка, штамповка, зачистка, при обкатке и испытаниях ДВС и т.д., когда уменьшить шум общетехническими мероприятиями не всегда удается, средства индивидуальной защиты являются основными мерами.

Одним из широко используемых на практике методов снижения шума на предприятиях является применение звукопоглощающих облицовок, которые служат для поглощения звука в помещениях с самим источником шума и в изолированных от него.

Свойством поглощать звук в большей или меньшей степени обладают все материалы, однако к звукопоглощающим принято относить только те из них, у которых значение коэффициента поглощения л > 0,3 (л = Iпогл/ Iпад, где Iпогл и Iпад - интенсивность поглощенного и падающего звука, Вт/мІ). Звукопоглощающие материалы - это пористые и рыхлые волокнистые материалы типа ультратонкого стеклянного и базальтового волокна, минеральной ваты и плит на ее основе, капронового волокна, специальных акустических плит и др. Процесс поглощения звука происходит в результате превращения звуковой энергии в тепловую. Падающие на звукопоглощающую поверхность звуковые волны вызывают колебания воздуха в узких порах материала и вследствие вязкости воздуха эти колебания сопровождаются трением и переходом кинетической энергии в тепловую. Поскольку звуковая энергия относительно не велика, температура звукопоглощающего материала даже при полном поглощении звука увеличивается незначительно.

Наибольший эффект при акустической обработке можно получить в точках, расположенных в зоне отраженного звука; в зоне прямого звука акустический эффект от применения облицовок значительно ниже. Максимальное снижение уровня звукового давления составляет 10-12 дБа в отраженном звуковом поле и 4-5 дБа преимущественно в зоне прямого звука.

Звукопоглощающие облицовки на потолке и в верхней части стен размещаются при высоте помещений не более 6-8 м так, чтобы акустически обработанная поверхность составляла не менее 60% от общей площади стен и потолка.

Уровень снижения шума с помощью звукопоглощающих материалов зависит также от вида помещений, его размеров, формы реверберационного коэффициента звукопоглощения облицовки лобл и ее площади Sобл.

Необходимость акустической обработки помещения определяется величиной его акустических характеристик: постоянной В и средним коэффициентом звукопоглощения л. Рассмотрим методику расчета снижения шума на рабочих местах. Расчет построен так, что при выбранной конструкции звукопоглощающей облицовки с учетом спектра уменьшаемого шума постепенно с определенным шагом, площадь облицовки увеличивается до получения требуемого снижения шума в заданном диапазоне частот. Его производят в девяти октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31,5, 63, 125, 250, …, 8000 Гц (см. выше).

Зададим число активных полос N < 9, исключив из расчета высокочастотные октавные полосы, шум в которых составляет менее 70 дБ, и рассчитаем следующие параметры:

1. Объем помещения:

V = abh, мі,

где a, b, h - длина, ширина и высота помещения, м.

2. Площадь стен:

Sc = 2h(a + b), мі.

3. Площадь потолка:

Sп = ab, мІ.

4. Площадь внутренних поверхностей помещений:

Sв.п .= 2(h (a + b) + ab), мІ.

5. Требуемое снижение шума:

Дlтрi = Li- Lдопi, дБ,

...