Wentylacja pomieszczeń produkcyjnych: zasady organizacji wymiany powietrza

Podstawowym zadaniem wentylacji pomieszczeń produkcyjnych jest usuwanie zużytego powietrza i wtłaczanie świeżego. Dzięki niej w halach i biurach przedsiębiorstwa tworzy się komfortowe środowisko powietrzne, zgodne z wymogami normatywnymi.

Trudno przecenić rolę efektywnego systemu wentylacyjnego. Bo przecież, przyznajcie Państwo, tylko w warunkach czystego powietrza, normalnej temperatury i wilgotności można osiągnąć wzrost wydajności pracy.

Aby zrozumieć, jak zorganizować odpowiednią wymianę powietrza w budynku, należy poznać typy i specyfikę działania różnych systemów wentylacyjnych.

Opowiemy, jak działa wentylacja naturalna i mechaniczna, opiszemy sposoby aranżacji lokalnej wentylacji strefy pracy, a także wyjaśnimy zasady obliczania wymiany powietrza.

Klasyfikacja systemów wentylacyjnych

Wszystkie istniejące systemy wentylacyjne grupuje się według 4 cech:

1. Ze względu na sposób przemieszczania powietrza wentylację dzieli się na: naturalną, mechaniczną lub sztuczną, mieszaną, gdy oba warianty występują jednocześnie.
2. Ze względu na kierunek przepływu powietrza systemy wentylacyjne dzieli się na nawiewne, wywiewne lub nawiewno-wywiewne.
3. Ze względu na miejsce działania systemy wentylacyjne łączy się w 3 grupy: ogólną, miejscową, kombinowaną.
4. Ze względu na przeznaczenie wyróżnia się systemy robocze i awaryjne.

Podstawą przy projektowaniu wentylacji dla stanowisk pracy na produkcji są normy określone w SNiP 41-01-2003. Naturalna i mechaniczna wymiana powietrza działają według różnych schematów.

Podczas gdy procesy zachodzące przy wentylacji naturalnej zależą od ciśnienia termicznego i wiatrowego i są praktycznie poza kontrolą człowieka, to wymuszona wymiana powietrza jest możliwa tylko przy jego aktywnym udziale.

Schemat działania naturalnej wymiany powietrza

Wentylacja pomieszczeń realizowana pierwszym sposobem to nic innego jak zwykłe wietrzenie. Następuje ono bez udziału człowieka i jest możliwe, gdy przegrody nie są wystarczająco szczelne i przepuszczają powietrze do pomieszczenia zarówno z zewnątrz, jak i z wewnątrz.

Na kierunek wpływa ciśnienie. Jeśli jego wartości są wyższe na zewnątrz, to otwiera się droga dla przedostawania się do pomieszczenia czystego powietrza z ulicy. W przeciwnym razie ciepłe powietrze z pomieszczenia znajduje drogi wyjścia na zewnątrz. Często procesy te przebiegają równolegle.

Dużym plusem wentylacji naturalnej jest to, że jej wykonanie nie wymaga znacznych nakładów ani na sprzęt, ani na doprowadzenie zasilania elektrycznego. Ze wszystkich istniejących schematów ten jest najprostszy.

Aktywne naturalne wietrzenie odbywa się w sposób nieorganizowany z powodu przypadkowo powstałych okoliczności. Występuje ono w warunkach, gdy temperatura powietrza na zewnątrz i wewnątrz budynku znacznie się różni.

Procesowi temu sprzyja również występowanie poszczególnych obszarów o wysokich i niskich wartościach ciśnienia po stronie korpusu intensywnie omiatanego przez wiatr i po jego bardziej osłoniętej stronie, odpowiednio. W takiej sytuacji obserwuje się infiltrację – powietrze wnika do pomieszczenia od strony nawietrznej, a wychodzi na zewnątrz od strony zawietrznej.

Współczynnik wymiany powietrza, charakteryzujący intensywność procesu, przy naturalnym sposobie wentylowania nie przekracza 0,5.

Komfortowych warunków dla osób znajdujących się w pomieszczeniu produkcyjnym oraz pracującego sprzętu nieorganizowana wentylacja nie może zapewnić. Tutaj muszą być obowiązkowo obecne specjalnie zaprojektowane systemy.

Naturalna wentylacja zorganizowanego rodzaju realizowana jest za pomocą aeracji lub przy użyciu deflektorów. Zarówno dostarczanie, jak i usuwanie powietrza z pomieszczenia odbywa się albo przez otwory w przegrodach budowlanych, albo przez przewody wentylacyjne. W wentylacji kanałowej obowiązkowo występuje deflektor.

Kiedy mówi się o wentylacji w produkcji, ma się na myśli nie tylko urządzenia, ale także ich obsługę techniczną oraz cały zestaw działań dotyczących tworzenia zdrowego mikroklimatu

Wentylacja naturalna z wykorzystaniem aeracji

W halach, gdzie technologia przewiduje wytwarzanie dużych ilości ciepła, aeracja zakłada wymianę powietrza realizowaną przez świetliki i otwory okienne pod wpływem ciśnienia temperaturowego i wiatrowego. W zimnych halach asymilacja powietrza następuje tylko pod wpływem ciśnienia wiatrowego.

Przy urządzaniu aeracji konieczne jest obowiązkowe uwzględnienie róży wiatrów, w przeciwnym razie do pomieszczenia produkcyjnego mogą przedostać się szkodliwe emisje z rur sąsiednich zakładów. Nic nie powinno również przeszkadzać w uchodzeniu par i szkodliwych gazów przez świetliki.

Najlepsze warunki dla wentylacji stwarza usytuowanie budynku od strony nawietrznej w stosunku do szkodliwej produkcji. Otwieranie i zamykanie naświetli powinno być zautomatyzowane, aby można było nimi sterować z dołu.

Różne ich położenie pozwala regulować dopływ świeżego powietrza. Aeracja jest bardziej odpowiednią opcją dla hal o dużej kubaturze, w których nie ma możliwości zastosowania wentylacji mechanicznej ze względu na jej wysoki koszt.

Za pomocą aeracji w niektórych przypadkach udaje się zorganizować, opierając się na naturalnym ciągu, efektywną wymianę powietrza. W tym celu instaluje się świetliki świetlno-aeracyjne

Zalecana wysokość podawania powietrza do pomieszczenia przy tego typu wentylacji wynosi minimum 0,3 m i maksimum 1,8 m w okresie ciepłym oraz minimum 4 m w okresie zimnym. Optymalnym rozwiązaniem są naświetla specjalnej konstrukcji na 3 poziomach. Gdy jest ciepło, świeże powietrze przechodzi przez naświetla znajdujące się na dole, a zanieczyszczone uchodzi przez górę.

Środkowy rząd naświetli zapewnia przepływ powietrza przy ujemnej temperaturze. W czasie, gdy masa powietrza dociera do poziomu podłogi, udaje jej się ogrzać.

Gdy konieczne jest usunięcie dużej objętości powietrza, wymagany jest deflektor o znacznej wielkości lub kilka mniejszych, równoważnych większemu pod względem wydajności

W niewielkich budynkach produkcyjnych na kanały lub rury przeznaczone do wyciągu instaluje się deflektory. Za ich pomocą usuwa się powietrze zużyte z hal, w których znajduje się wyciąg ogólnowymienny.

A także wykorzystuje się je do odprowadzania nagrzanych gazów z pieców, pras, palenisk. Przy ich instalacji wychodzi się z trajektorii dominującego strumienia powietrza.

Wentylacja sztuczna lub mechaniczna

Będąc bardziej zaawansowanym niż naturalny, ten typ wentylacji wymaga znacznych nakładów finansowych i eksploatacyjnych. W takim systemie mogą występować urządzenia nie tylko oczyszczające, ale także jonizujące, nawilżające i ogrzewające powietrze.

W skład mechanicznego systemu wentylacji wchodzą: szyb czerpni powietrza (1), nagrzewnica (2), dopływ powietrza (3), wentylator wyciągowy (4), przewody wyciągowej instalacji wentylacyjnej (5), kanały wentylacyjne (6), cyklon (7)

Wentylacja mechaniczna może być nawiewna, wyciągowa lub kombinowana, czyli nawiewno-wyciągowa.

Jej zalety są oczywiste:

• zapewnienie poboru czystego powietrza i jego obróbkę — ogrzewanie, osuszanie, nawilżanie;
• przemieszczanie mas powietrza na znaczne odległości;
• dostarczanie czystego powietrza bezpośrednio na stanowisko pracy;
• usuwanie zanieczyszczonego powietrza i jego oczyszczanie;
• niezależność działania – skuteczność systemu nie zależy od warunków otoczenia.

Zasadniczo, system wyciągowy i nawiewny działają razem, ale czasami zaleca się stosowanie tylko jednego z tych dwóch typów.

Zadaniem wentylacji nawiewnej jest zapewnienie dopływu powietrza do pomieszczenia roboczego, korzystnie wpływającego na zdrowie ludzi.

Stosuje się ją tam, gdzie procesy produkcyjne wiążą się z dużymi wydzielaniami ciepła, zawierającymi niewielką ilość szkodliwych substancji. Czyste powietrze doprowadzane przewodami wentylacyjnymi jest rozprowadzane na stanowiska pracy za pomocą końcówek rozprowadzających.

Systemy usuwające z pomieszczenia powietrze zawierające różne zanieczyszczenia nazywane są wyciągowymi. Tego rodzaju wymianę powietrza stosuje się w pomieszczeniach produkcyjnych, gdzie nie ma szkodliwych emisji i nie wyklucza się minimalnej wartości takiego parametru, jak krotność wymiany powietrza.

Mogą to być pomieszczenia magazynowe, pomocnicze, bytowe. Dopływ powietrza zapewniany jest poprzez infiltrację. Z zadaniem skutecznego usuwania zanieczyszczonego powietrza i jego oczyszczania dobrze radzą sobie systemy aspiracyjne.

W przypadku potrzeby aktywnej i niezawodnej wymiany powietrza stosuje się wentylację nawiewno-wyciągową. Aby w pewnym stopniu chronić pomieszczenia o niskim poziomie zanieczyszczeń przed sąsiadującymi z nimi halami o podwyższonym poziomie zanieczyszczeń, w systemie wytwarza się niewielkie nadciśnienie.

Schemat wymiany powietrza w zakładzie montuje się na podstawie obliczeń. Ich dokładność jest gwarancją poprawnego i efektywnego funkcjonowania systemu.

Na etapie prac projektowych przy tworzeniu systemu wentylacji nawiewno-wyciągowej oblicza się strumień powietrza, do czego używa się wzoru:

Lots = 3600FWo, gdzie

F – całkowita powierzchnia otworów w m², Wo – średnia wartość prędkości, z jaką następuje wciąganie powietrza. Parametr ten zależy od toksyczności emisji i rodzaju wykonywanych operacji.

Urządzenia wyciągowe mogą znajdować się na różnych wysokościach. Ważne, aby zanieczyszczone strumienie powietrza nie zmieniały swojej naturalnej trajektorii ruchu. Emisje o większym ciężarze właściwym niż powietrze zawsze znajdują się w dolnej strefie, dlatego w tym samym miejscu należy umieszczać urządzenia do ich odbioru.

W okresie jesienno-zimowym powietrze dostarczane do pomieszczenia należy ogrzewać. Aby zmniejszyć koszty, stosuje się recyrkulację, która polega na ogrzaniu części oczyszczonego powietrza i jego powrocie do pomieszczenia.

Aby działał system wentylacji nawiewno-wywiewnej z rekuperacją, muszą być spełnione 2 zasady:

1. Z zewnątrz dostaje się co najmniej 10% świeżego powietrza, a w powietrzu powracającym zawartość zanieczyszczeń nie przekracza 30% w stosunku do maksymalnej dopuszczalnej zawartości.
2. Zabrania się stosowania recyrkulacji w zakładach, gdzie w masie powietrza występuje pył wybuchowy, mikroorganizmy mogące wywoływać różne choroby, emisje należące do 1-3 klas zagrożenia.

Wybór rodzaju wentylacji ze względu na miejsce działania zależy od ciężaru emisji, ich koncentracji, temperatury. Wentylacja ogólna pozwala na odprowadzenie całej objętości brudnego powietrza niezależnie od tego, z jakich punktów ono napływa.

Wentylacja mechaniczna może być zarówno ogólna, jak i miejscowa. Pierwsza z nich bywa kanałowa i bezkanałowa.

Najbardziej rozpowszechniony jest wariant kanałowy. Tutaj do przemieszczania powietrza przez specjalne kanały wentylacyjne przewidziano zastosowanie urządzenia eżektorowego lub wykorzystuje się wentylator – osiowego lub odśrodkowego.

Jeśli kanały wentylacyjne nie występują, system nazywa się bezkanałowym. Urządzenia wentylacyjne w tym przypadku montuje się bezpośrednio w ścianie lub w stropie. Głównym warunkiem jest obecność wentylacji naturalnej.

Możliwość wystąpienia w pomieszczeniu emisji o wysokim stopniu wybuchowości nie pozwala na montowanie na kanałach wentylacyjnych urządzeń wentylacyjnych, dlatego w takich przypadkach stosuje się eżektory.

Nawiewną ogólną sztuczną instalację wentylacyjną często łączy się z centralnym ogrzewaniem. Na zewnątrz budynku organizuje się czerpnie powietrza do dopływu świeżego powietrza.

Szyby umieszcza się nad dachem i nad ziemią. Ważne, aby w pobliżu czerpni nie znajdowały się zakłady z emisją szkodliwych substancji.

Same otwory czerpne powinny znajdować się w odległości od ziemi minimum 2 m, a jeśli zakład znajduje się w strefie zielonej – minimalna dopuszczalna odległość od poziomu gruntu do dolnego punktu otworu powinna wynosić 1 m.

Zasada działania ogólnej wentylacji nawiewnej jest prosta:

• wentylator zasysa masy powietrza przez nagrzewnicę;
• powietrze jest ogrzewane i nawilżane;
• strumienie powietrza dostają się do wnętrza budynku specjalnymi kanałami wentylacyjnymi.

Ilość napływającego powietrza jest regulowana za pomocą przeznaczonych do tego celu zaworów lub przepustnic.

Skoncentrowane opary i gazy, których nie mogła usunąć ogólna i miejscowa wentylacja wyciągowa, są rozcieńczane przez nawiewny system ogólnej wymiany. System ten przyswaja również nadmiar wilgoci i ciepła.

Sztuczna wentylacja ogólna typu nawiewno-wywiewnego może być otwarta lub zamknięta. W pierwszym przypadku są to dwa niezależne systemy: jeden wtłacza powietrze, a drugi równolegle usuwa wstępnie unieszkodliwione powietrze wywiewane.

Systemy te nadają się do hal, w których wydzielane są substancje 1-2 klasy szkodliwości, a samo przedsiębiorstwo należy do kategorii A, B, C.

Oprócz wentylacji roboczej w potencjalnie niebezpiecznych pomieszczeniach produkcyjnych, musi być również jej wariant awaryjny. Wykonuje się ją głównie jako wyciągową. Dla pomieszczeń kategorii A, B, E system wyposaża się w napęd mechaniczny.

Wszystkie elementy systemu muszą spełniać wymagania PUE. W halach kategorii B, G, D dopuszczalne jest stosowanie naturalnego ciągu wentylacyjnego, jeśli wydajność jest zapewniona w najbardziej niekorzystnych warunkach atmosferycznych.

Kratki i króćce awaryjnego systemu wentylacyjnego umieszcza się w miejscach o najwyższym stężeniu substancji niebezpiecznych.

Na rurach i szybach wentylacji awaryjnej nie trzeba instalować osłon. Samych otworów nie wolno umieszczać tam, gdzie stale przebywają ludzie. Pogorszyłoby to lokalny mikroklimat.

Rolą wentylacji awaryjnej jest zmniejszenie nasycenia emisji substancjami szkodliwymi na czas ewakuacji pracowników z hali. Im więcej osób pracuje na produkcji, tym więcej czasu zajmuje proces ewakuacji.

Nawiewną wentylację awaryjną instaluje się w halach, gdzie w sytuacji awaryjnej nastąpi uwolnienie par lub gazów lżejszych od powietrza. Przełączenie na wentylację awaryjną powinno następować automatycznie, gdy tylko zwykły system ulegnie awarii.

Lokalne wietrzenie pomieszczeń

Miejscowy wyciąg usuwa zużyte powietrze w miejscach, gdzie dochodzi do jego zanieczyszczenia. W skład zestawu wyciągów produkcyjnych wchodzą wentylatory wyciągowe, rurociągi, kratki wentylacyjne.

Wentylację miejscową przeznaczoną do usuwania z urządzeń substancji 1 i 2 klasy zagrożenia urządza się w taki sposób, aby przy wyłączonym systemie wentylacyjnym uruchomienie urządzeń było niemożliwe.

W niektórych przypadkach przewiduje się wentylatory rezerwowe i wyposaża się miejscowe wyciągi w automatykę. Dzieli się taką wentylację na dwa rodzaje – nawiewny i wywiewny. Nawiewny rodzaj wentylacji wykonuje się w postaci kurtyn cieplnych, natrysków powietrznych.

Kurtyny powietrzne

Otwory, które pozostają otwarte przez dłuższy czas (ponad 40 m na zmianę) lub otwierane są dość często (ponad 5 razy), powodują wychłodzenie osób przebywających w pomieszczeniu. Do negatywnych skutków prowadzi również praca urządzeń suszących, emitujących zanieczyszczenia.

W takich przypadkach stosuje się kurtyny powietrzne. Stanowią one barierę na drodze zimnego lub mocno przegrzanego powietrza.

Kurtyny powietrzne i powietrzno-cieplne projektuje się tak, aby w zimne dni przy otwieraniu otworów temperatura w halach nie spadała poniżej poziomu:

• 14°C — podczas wykonywania pracy niewymagającej dużego wysiłku fizycznego;
• 12°C — gdy praca jest klasyfikowana jako średnio ciężka;
• 8°C — przy wykonywaniu ciężkiej pracy.

Jeżeli stanowiska pracy znajdują się w pobliżu bram i otworów technologicznych, instaluje się ekrany lub przegrody. Kurtyna powietrzno-cieplna przy drzwiach wychodzących na zewnątrz powinna być złożona z powietrza o maksymalnej temperaturze 50°C, a przy bramie – nie więcej niż 70°C.

Lokalny wyciąg z użyciem specjalnych odciągów

Miejscowy system wyciągowy za pomocą specjalnych odciągów najpierw wychwytuje, a następnie usuwa szkodliwe dla zdrowia zanieczyszczenia w postaci gazów, dymu i pyłu.

Jest to swoisty prysznic powietrzny, którego zadaniem jest wtłaczanie świeżego powietrza w ustalonym miejscu i obniżanie temperatury w strefie nawiewu. Stosuje się go w produkcji, gdzie na pracowników oddziałują wysokie temperatury i energia promieniowania o intensywności ponad 300 kcal/m² na godzinę, emitowana przez piece grzewcze i hutnicze.

Takie urządzenia mogą być zarówno stacjonarne, jak i przenośne. Powinny zapewniać prędkość nawiewu od 1 do 3,5 m/s.

Zastosowanie prysznica powietrznego jest jednym ze sposobów ustanowienia równowagi cieplnej między człowiekiem a środowiskiem, w którym jest zmuszony przebywać.

Istnieje również pojęcie oazy powietrznej, które jest tym samym urządzeniem włączonym do systemu wentylacji miejscowej. Tworzy ono w określonej części hali produkcyjnej mikroklimat o zadanych parametrach.

Oczyszczone powietrze podawane do wyznaczonej strefy oddzielonej podlega zwykle specjalnej obróbce cieplno-wilgotnościowej.

Oaza powietrzna tworzy ulepszone warunki na stanowisku pracy i neutralizuje działanie szkodliwych substancji. Często są to oddzielne kabiny, a gdy ich montaż jest niemożliwy, na stanowiska pracy kieruje się strumień powietrza.

Jeśli miejscowe urządzenie odciągające przybliżyć bezpośrednio do miejsca wydzielania substancji zanieczyszczających przestrzeń, uda się usunąć powietrze o wyższym ich stężeniu niż przy wentylacji ogólnej. Wentylacja miejscowa pozwala znacznie zmniejszyć wymianę powietrza.

Obliczanie wymiany powietrza

Jeżeli w wyniku działalności produkcyjnej nie są emitowane szkodliwe substancje, to ilość powietrza potrzebnego do wentylacji oblicza się według wzoru:

L = N × Ln, gdzie

N — to liczba osób zazwyczaj przebywających w pomieszczeniu, Ln — objętość powietrza potrzebnego dla 1 osoby, mierzona w m³/h. Według normy jest to od 20 do 60 m³/h.

Z wykorzystaniem takiego parametru, jak krotność wymiany powietrza, obliczenia wykonuje się według wzoru:

L = n × S × H, gdzie

n — krotność wymiany powietrza w pomieszczeniu (dla pomieszczenia produkcyjnego n=2), S — powierzchnia pomieszczenia w m², a H — jego wysokość w m.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Tutaj wszystko o subtelnościach wszelkiego rodzaju systemów wentylacyjnych:

Szczegóły dotyczące montażu systemu:

Niezależnie od tego, jaki system wentylacyjny zostanie wybrany, musi on posiadać dwie główne cechy: prawidłowe wykonanie konstrukcyjne i funkcjonalność. Tylko przy spełnieniu tych warunków na produkcji będzie utrzymywany optymalny dla zdrowia mikroklimat.

Czy jest coś do dodania, lub pojawiły się pytania dotyczące organizacji wentylacji budynków produkcyjnych? Proszę zostawiać komentarze pod publikacją. Formularz kontaktowy znajduje się w dolnym bloku.