Проектирование вентиляционной системы деревообрабатывающего цеха

Правильно спроектированная и надлежащим образом эксплуатируемая вентиляция способствует созданию здоровых условий труда, уменьшению утомляемости работающих, повышению производительности труда и качества выпускаемой продукции. В понятие «вентиляция» входят регулируемый воздухообмен и устройства, которые его создают. Задача вентиляции заключается в том, чтобы поддерживать в помещении или в рабочей зоне помещений (на постоянных и непостоянных рабочих местах) состав и состояние воздуха, удовлетворяющего гигиеническим требованиям, а также требованиям, вытекающим из особенностей технологии производства.

1. Характеристика здания

1.1 Архитектурно- строительная характеристика объекта

Место строительства: город Ула-Удэ.

Характеристика здания: здание цеха однопролетное. Несущие конструкции – железобетонные колонны сечением 500х1000 мм. Толщина стен из кирпича 640 мм. Встроенные помещения высотой 3,0 м из железобетонных плит толщиной 100 мм. Ворота раздвижные 3,0х3,0 м. Теплоноситель – вода с параметрами 130/70 ^оC. В цехе предусмотрены системы дежурного отопления, поддерживающие температуру внутреннего воздуха + 5 ^оC в нерабочее время.

Таблица 1 – Характеристика оборудования деревообрабатывающего цеха

Коэффициент одновременности работы электродвигателей принимается равным 0,7.

1.2 Характеристика технологического процесса

Деревообрабатывающий цех предназначен для выпуска пиломатериалов из бревен и изготовления изделий из древесины. Такие цеха часто входят в состав различных предприятий, в которых по технологии предусмотрено использование древесных материалов и изделий из нее (мебельные фабрики, предприятия строительной индустрии, выпуск товаров народного потребления, модельные цеха литейных производств и другие ).

Данный цех деревообработки состоит из раскроечного участка и участка механической обработки материала древесины.

Раскроечный участок предназначен для раскроя досок на заготовки в соответствии с особенностями выпускаемых изделий. Основной технологической операцией в нем является пиление, которое производится на станках различного назначения, в данном случае круглопильные и торцовочный станки. Станки продольной распиловки предназначены для пиления вдоль волокон, то есть распиловки досок на рейки. Отрезные станки, наоборот, предназначены для поперечной резки досок. Отходами раскроечного участка являются обрезки досок и опилки.

Участок механической обработки предназначен для изготовления отдельных деталей изделий из заготовок, поступающих с раскроечного участка. Здесь используются фуговальные, рейсмусовые станки. Все станки оборудуются местными отсосами.

Фуговальные станки предназначены для получения гладкой поверхности изделия. В процессе строгания с изделия снимается стружка различных размеров. Образование пылевой фракции так же происходит, так как в отличие от обычного ручного рубанка, на механических станках образуется не длинная витая стружка, а короткая и мелкая. Это происходит потому, что чаще всего рубанок имеет режущие ножи, расположенные на вращающемся цилиндре. Ножи в процессе вращательного движения снимают короткие стружки при каждом обороте рабочего органа.

При работе деревообрабатывающих станков образуется большое количество отходов, значительную долю из которых составляет пыль. Дисперсный состав образующейся пыли зависит от выполняемой технологической операции. При всех операциях образуется древесная пыль.

Общее количество отходов и доля пыли в них зависят от марки оборудования.

1.3 Вредности, выделяющиеся при производстве и их влияние на организм человека

Атмосферный воздух, попадая в производственные помещения загрязняется примесями вредных веществ, образующихся в процессе производства. Попадая в организм человека при дыхании, а также через кожу или пищевод, такие вещества могут оказать вредное воздействие. Ухудшение здоровья человека, причиной которого является низкое качество воздуха помещений, может проявиться появлением большого набора острых и хронических симптомов и в форме множества специфических заболеваний.

Основным загрязняющим веществом, на деревообрабатывающих предприятиях, является пыль. Пыли, взвешенные в воздухе, образуют аэрозоли, скопление осевшей пыли – аэрогели.

Вредное воздействие пыли на организм человека зависит от количества вдыхаемой пыли, степени ее дисперсности, от формы частиц пыли, от ее химического состава и растворимости .

С уменьшением размеров пылевых частиц увеличивается их проникающая способность в органы дыхания. При этом снижается их механическое раздражающее действие и главной становится химическая активность. Мелкие пылевые частицы способны химически воздействовать с биологической средой организма благодаря их большой удельной поверхности .

Токсические свойства древесины определяются содержанием так называемых побочных веществ – дубильных смол, эфирных масел, минеральных веществ, пектинов, жиров. Их содержание зависит от вида, места произрастания времени года и возраста дерева .

На деревообрабатывающих предприятиях образуются раздражающие пыли, которые не обладают способностью хорошо растворяться в жидких средах организма, но могут воздействовать на организм, раздражая кожу, глаза, уши, десны, вызывая аллергические реакции.

Воздействие древесной пыли на работающего может привести к различного рода заболеваниям органов дыхания, кожных покровов и глаз. Длительная работа в воздушной среде, содержащей древесную пыль, может привести к развитию у работающего пневмокониоза и пылевого бронхита, которые объясняются как результат механического и химического воздействия пыли на органы дыхания.

Пневмокониозы являются общим хроническим заболеванием организма с преимущественным поражением легких. Изменения в органах дыхания начинаются с верхних дыхательных путей. Пыль, проникая в легкие, вызывает их защитную реакцию: происходит сжатие легких, уменьшается рабочий объем, дыхание становиться частым и поверхностным. В результате уменьшается обогащение артериальной крови кислородом, развивается кислородная недостаточность. Ранними признаками пневмокониоза являются повышенная утомляемость и общая слабость, которые по мере развития болезни прогрессируют и приводят к потере трудоспособности.

2. Выбор расчетных параметров

2.1 Выбор расчетных параметров наружного воздуха

Для города Ула- Удэ:

-расчетная географическая широта 52 ^о с.ш.;

-барометрическое давление 950 ГПа;

-параметры для теплого периода года (параметры А):

температура воздуха t_н^т =23,7 ⁰С, удельная энтальпия I^т =49,8 кДж/кг, скорость воздуха v^т =1 м/с;

-параметры для холодного периода года (параметры Б):

температура воздуха t_н^х =-37⁰С, удельная энтальпия I^х =-37,1 кДж/кг, скорость воздуха v^х = 3 м/с .

Продолжительность отопительного периода - Z_от.п = 237 сутки, средняя температура воздуха периода со среднесуточной температурой воздуха ≤ 8 ⁰С – t_от.п = -10,5 ⁰С

2.2 Выбор расчетных параметров внутреннего воздуха

Для категории работ деревообрабатывающего производства средней тяжести IIа, для постоянных рабочих мест принимаются параметры в допустимых пределах:

-параметры для теплого периода года: температура воздуха t_в^т = 18-27 ^оС, относительная влажность воздуха φ^т = 65%, подвижность воздуха v^т = 0,2-0,4 м/с;

-параметры для холодного периода года: температура воздуха t_в^х = 17-23⁰С, относительная влажность воздуха φ^х = 75%, подвижность воздуха v^х ≤ 0,3 м/с.

Для расчета вредных выделений принимается температура t_в^т = 27 ^оС.

3. Характеристика местной вытяжной вентиляции

В качестве местной вытяжной вентиляции в деревообрабатывающем цехе предусмотрена система аспирации , удаляющая отходы в виде пыли, опилок, стружки и направляющая их к пылеулавливающему оборудованию.

Современные аспирационные системы представлены компоновкой следующих элементов: аспирационного укрытия, транспортной воздуходувной магистрали, вентилятора и пылеулавливающих устройств.

Аспирационное укрытие – это средство локализации отходов резания и создания условий для направленного движения их в транспортную магистраль.

Отходы резания из аспирационных укрытий удаляют во взвешенном состоянии по воздуховодам, что обеспечивается за счет высоких значений скорости воздуха, который препятствует оседанию частиц.

Пылеулавливающая установка обеспечивает удаление частиц стружки и пыли из аспирируемого воздуха перед дальнейшим его движением в атмосферу.

Вентиляторы аспирационных систем создают необходимое разряжение в аспирационных укрытиях, обеспечивая требуемые скорости воздуха на всем пути движения отходов резания к пылеулавливающей установке.

В деревообрабатывающем цехе запроектирована централизованная напорно-всасывающая система аспирации с разветвленной сетью воздуховодов.

Разветвленная сеть более проста в изготовлении, так как собирается только из прямых и фасонных частей воздуховодов.

Воздуховоды для системы аспирации изготавливаются сварными из черной листовой стали, круглого сечения.

Для прочистки и ревизии воздуховодов в случае их закупорки на них через каждые 15 м, а также следом за отводами устраивают лючки, конструкция которых должна быть герметичной .

4 Тепловой баланс здания

4.1 Расчет теплопоступлений

4.1.1 Теплопоступления от солнечной радиации, искусственного освещения, людей

Теплопоступления от солнечной радиации:

а) через окна

где q_ср – теплопоступления от проникания солнечной радиации;

Окна ориентированы на противоположные стороны: север и юг

F_ок = 5*(1*3,0+1,8*3,0)=42м² - площадь поверхности оконных проемов, выходящих на юго-восточную сторону;

F_ок = 4*(1*3,0+1,8*3,0)=33,6м² - площадь поверхности оконных проемов, выходящих на северно-западную сторону.

q_ср = (q_пр · К_инс – q_рас · К_обл) · К_отн · τ₂

где q_пр, q_рас – количество тепла от прямой и рассеянной солнечной радиации /7, табл. 22.1/, Вт/м²:

для юго-восточной стороны: q_пр =448; q_рас =114.

для северно-западной стороны: q_пр = 391; q_рас = 106.

К_отн – коэффициент относительного проникания солнечной радиации; для двойного остекления со стеклом листовым оконным толщиной 4,0мм, без солнцезащитных устройств, в раздельных металлических переплетах К_отн = 0,8 /7, табл. 22.5/; К_инс – коэффициент инсоляции

где L_г, L_в – выступ плоскости стены от поверхности окна; для кирпичного здания L_г = L_в = 0,14м /4/; Н, В – высота и ширина окон;

Н_ср = (1,8+1,0)/2=1,4м; В = 3м

а, с – откос солнцезащитных козырьков от окна.

Так как в проектируемом здании козырьки не предусмотрены, то а = с = 0;

β = arctg (ctg h · cos A_c.о.)

где h – высота стояния солнца /4, табл. 22.3/ ;

h = 38град

A_c.o. – солнечный азимут /4, табл. 22.3/, град;

A_c (ю)= 72град

A_c (с)= 180-72=108град

β = arctg (ctg 38 · cos 72) = 21,6

Для юго-восточной стороны:

Для северно-западной стороны:

К_обл – коэффициент облучения; при отсутствии солнцезащитных устройств и при ширине и высоте окна более 1м принимается

К_обл = 1

τ₂ – коэффициент, учитывающий затенение светового проема переплетами /7, табл. 22.6/; τ₂ = 0,6

Для юго-восточной стороны:

q_ср = (448 · 0,75 + 114 · 1) · 0,8 · 0,6 = 216

Для севернозападной стороны:

q_ср = (391 · 0,75 + 106 · 1) · 0,8 · 0,6 = 191,6

q_m – теплопоступления, обусловленные теплопередачей,

где R_ок – термическое сопротивление окна /4, табл. 22.6/,  :

R_ок = 0,34

t_н.усл. – условная температура наружной поверхности окна, °С:

где t_н.ср. = 25,9°С – средняя температура наиболее теплого месяца(июль) /9, табл. 2/;

Аt_н = 13,2°С – средняя суточная амплитуда колебания температуры наружного воздуха /9, табл. 2/;

β₂ = 0 – учет гармонического изменения температуры наружного воздуха /7, табл. 22.7/;

S_в = 281 ; Д_в = 130 - количество тепла, поступающего на вертикальную поверхность, ориентированную на северо-западную сторону в 8-9 часов

S_в = 521 ; Д_в = 154 - количество тепла, поступающего на вертикальную поверхность, ориентированную на юго-восточную сторону в 8-9 часов /7,табл. 22.8/;

α_н – коэффициент теплоотдачи

α_н = 5,8 + 11,6√V

α_н = 5,8 + 11,6√1 = 17,4

ρ = 0,4 – приведенный коэффициент поглощения солнечной радиации /7, табл. 22.5/;

Для юго-восточной стороны:

Для северно-западной стороны:

Для юго-восточной стороны:

Для северно-западнойстороны:

Для юго-восточной стороны:

Для северо-западной стороны:

Теплопоступления от солнечной радиации через светопрозрачные конструкции будут равны

б) через покрытие теплопоступления определяются по следующей формуле:

Q_срп=((t_ну – t_в^т)*F_п)/R_п

где F_п = 30х12=360 м² – площадь покрытия; R_п – сопротивление теплопередаче покрытия; t_ну – условная наружная температура воздуха над покрытием.

Рассчитаем градусо-сутки отопительного периода:

D_d = (t_в^х - t_от.п )* Z_от.п = ( 17+37)*237=12798⁰С сут.

Сопротивление теплопередаче покрытия:

R_п = 3,12 (м²⁰С) /Вт

Условная наружная температура над покрытием определяется по формуле:

t_ну = t_н^т+ (q_ср*ρ_п)*α_н ,

α_н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности:

α_н = 8,7+2,6*√1 = 11,3 Вт/м²

ρ_п =0,65 – коэффициент поглощения солнечной радиации шифером;

q_ср =319 Вт – среднесуточный тепловой поток солнечной радиации на горизонтальную поверхность для широты 52 ^о с.ш.

t_ну = 23,7+(319*0,65)/11,3=42⁰С;

Q_{ср п} = (41,2-27)*360/3,12 = 1736,5 Вт

Суммарные теплопоступления от действия солнечной радиации, поступающие в помещение деревообрабатывающего цеха, складываются из двух слагаемых: теплопоступлений через светопрозрачные конструкции и теплопоступлений через плиты покрытия. Таким образом

в) тепловыделения от искусственного освещения

Q_и.о.= EF·q_осв·η_осв,

где E – освещенность рабочих поверхностей цеха; F – площадь пола помещения, м²; q_осв – максимальная удельная установленная мощность освещения для светильников прямого света, Вт/м² /8, табл.18 /; η_осв – доля тепла, поступающая от светильника в различные зоны помещения;

Е=200

А_пл = 360 м²

q_осв = 0,073 Вт/м²,

η_осв = 1, люминесцентные лампы у потолка.

Тогда тепловыделения от искусственного освещения равны

Q_ис.ос = 200*360*0,073·1 = 5256 Вт.

Теплопоступления от искусственного освещения в холодный период и в теплый период одинаковы.

4.1.2 Теплопоступления от электродвигателей станков

Тепловыделения во время работы в цехе обуславливаются теплопоступлениями от нагревающихся двигателей станков, которые определяются по формуле:

Q_{эл.двиг} = N_у*к_сп*(1-к_п*η)*10³,

где к_сп=0,5 – коэффициент спроса на электроэнергию деревообрабатывающего производства (1,табл. 25);

к_п = 1- коэффициент, учитывающий полноту загрузки электродвигателей (загрузка двигателя 0,7); η = 0,84 – КПД электродвигателя, принимается одинаковым для всех станков, т.к. мощности электродвигателей всех станков находятся в пределах 0,5-5Вт, N_у – мощность электродвигателя ,смотри табл. 1.

Q_{эл.двиг} = (2,8+2,2+3,6+4,2+2,2+2,8*2 ) *0,5*(1-1*0,84)* 10³*0.7 = 1154 Вт.

4.1.3 Теплопоступления от приборов дежурного отопления

- удельные теплопотери помещения, определяются по формуле

-удельная тепловая характеристика здания, кДж/(м³·ч·ºС), /1, табл. 1.7/

Для деревообрабатывающих цехов объемом меньше 5000м³, значение

Определим значение

- расчетная температура наружного воздуха для холодного периода, принимается равной -37 ºС

-расчетная внутренняя температура воздуха в деревообрабатывающем цехе в холодный период, принимается равной 17ºС

-средняя температура теплоносителя в отопительном приборе, определяется как среднее арифметическое двух температур: на входе и на выходе из отопительного прибора.

Есть все данные для определения теплопоступлений от приборов дежурного отопления. Подставим данные в формулу (5.15) и произведем вычисление

4.2 Расчет теплопотерь

4.2.1 Теплопотери через наружные ограждения по удельной тепловой характеристике здания для холодного периода

где    - удельные теплопотери помещения, Вт/ºС; t_в, t_н – температура внутреннего и наружного воздуха в отопительный период; - средняя температура в отопительном приборе:

4.2.2 Теплопотери за счет инфильтрации

,

где с – теплоемкость воздуха; t_в, t_н – температура внутреннего и наружного воздуха; G_H – нормативная воздухопроницаемость определяемая по формуле:

где G_н1 – воздухопроницаемость стен и покрытий, принимаем промышленности равной 1кг/(м²*ч); G_н2 – воздухопроницаемость окон, принимаем равной 8 кг/(м²*ч); F – площади, м².

Таким образом, теплопотери на нагревание инфильтрирующегося воздуха составят

Вт

Таким образом, общие потери тепла будут определяться суммой двух слагаемых

4.3 Составление уравнений теплового баланса и определение теплоизбытков в зимний и летний периоды

-суммарное потери теплоты помещением цеха за определенный период, Вт.

-суммарное поступление теплоты в помещение цеха за определенный период, Вт.

Для холодного периода уравнение теплового баланса будет иметь вид

Q_инф+ Q_нок – Q_осв – Q_ст– Q_деж..от= 0

Необходимо устранить дефицит тепла в зимний период на величину равную

Для теплого периода уравнение теплового баланса будет иметь следующий вид

Q_ср^ок+ Q_ср^пл + Q_ст = 0

Необходимо устранить избыток тепла в летний период на величину равную

Таблица 5 – Тепловой баланс деревообрабатывающего цеха