ВРЕДНЫЕ ВЫДЕЛЕНИЯ В ПОМЕЩЕНИЯХ

Классификация вредных выделений

Избыточную теплоту и влагу, различные примеси, делающие воздух не удовлетворяющим санитарно-гигиеническим требованиям принято именовать термином "вредности*.

Конвективная теплота, поступающая от нагретых поверхностей до какого-то момента полезна, так как создает условия комфорта в помещении. Однако при достижении определенных температур воздуха дальнейшее поступление конвективной теплоты ухудшает самочувствие человека, снижает производительность труда и может привести к тепловому удару.

Лучистая теплота от расплавленного металла, нагретых материалов, продукции и поверхности технологического оборудования, облучая строительные конструкции, нагревает их и в конечном итоге трансформируется в конвективную теплоту.Кроме того, она облучает открытые поверхности тела человека, а это в значительной мере ухудшает самочувствие, снижает производительность труда.

Очень многие технологические процессы сопровождаются поступлением в воздух помещения водяных паров. Как и конвективная теплота, водяные пары до определенной концентрации полезны. Большое их содержание в воздухе помещений приводит к дискомфорту, ухудшению теплотехнических показателей строительных конструкций, коррозии и порче оборудования, приборов, сырья и готовой продукции.

Пыль, вредные газы и пары поступают в воздух производственных помещений при различных технологических операциях и в самых разных количествах. Попадая в организм человека, вредные вещества могут вызвать отравление. Физиологическое влияние вредных веществ на организм человека зависит от их концентрации (запыленности), характера и времени воздействия, токсичности, кумулятивного действия , а пыли, кроме того и дисперсности.

Под концентрацией (запыленностью) вредных веществ (пыли) понимается содержание их в единице объема или массе воздуха. Существует несколько способов выражения концентрации: массовая, объемная, в долях, в процентах и др. При санитарной оценке воздуха пользуются объемно-массовой, концентрацией: содержанием массы загрязняющего вещества (мг) в 1 м^ воздуха. Такое выражение концентрации удобно для любого агрегатного состояния вредных веществ: газов, паров, твердых веществ, капельно-жидкого состояния.

Различают разовую концентрацию, среднесуточную и среднюю за более длительный промежуток времени - среднемесячную и среднегодовую. Осредненными концентрациями характеризуют атмосферный воздух. Под разовой концентрацией понимают содержание загрязняющих веществ в воздухе при кратковременном отборе проб (до 20 мин). Наивысшее значение концентрации, полученное при анализе многократно отобранных проб воздуха, называют максимально разовой концентрацией.

Концентрации по эффекту действия на организм человека могут быть предельно допустимыми, опасными для жизни и смертельными. При нормировании состояния воздушной среды приняты максимально разовые предельно допустимые концентрации (ПДК). Под ПДК понимается такое количество вредного вещества, которое при ежедневном длительном воздействии на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений в нем или заболеваний, обнаруживаемых современными методами исследования. Нормативные документы [4] устанавливают ПДК вредных веществ для воздуха рабочей зоны и воздуха населенных мест. Концентрация загрязняющих веществ в воздухе, поступающем внутрь зданий и сооружений через воздухоприемные отверстия систем вентиляции, воздушного отопления и кондиционирования воздуха, не должна превышать 30% от ПДК воздуха рабочей зоны.

По характеру воздействия вредные вещества могут быть: удушающими (окись углерода, синильная кислота); раздражающими (хлор, Хлористый и фтористый водород, сернистый газ, сероводород);

наркотическими (бензин, бензол, сероуглерод, анилин, нитробензол); отравляющими (фосфор, ртуть, мышьяковые соединения).

Понятие токсичности (вредности, ядовитости) означает меру несовместимости вещества с жизнью или нормальным состоянием здоровья. Токсичность является обратной величиной смертельной дозы или концентрации. Вещества по степени их токсичности разделены на 4 класса :

класс 1-й - вещества чрезвычайно опасные; класс 2-й - вещества опасные; класс 3-й - вещества умеренно опасные; класс 4-й - вещества мало опасные.

Большое значение в оценке опасности химических соединений с точки зрения возникновения хронических отравлений имеет степень их кумулятивного действия. Кумулятивное действие вещества является результатом многих процессов, таких как всасывание, распределение в организме, химические превращения, накопление в наиболее уязвимых органах и тканях, выделение вещества из орга - низма и многие другие.

Действие пыли на человека кроме ее состава определяется и дисперсностью, характеризующей размеры пылевых частиц. Дисперсность влияет на глубину проникновения пыли в дыхательные пути человека. Высокодисперсная пыль (менее 10 мкм) почти не задерживается слизистой оболочкой верхних дыхательных путей, а попадая в легкие, вызывает серьезные заболевания.

3.2. Определение количества вредных выделений 3.2.1. Тепл ©поступления

По физической сути все источники тепловыделений можно разделить на следующие группы:

теплопоступления от нагретых поверхностей;

теплопоступления при остывании материала;

теплопоступления при переходе электрической энергии в тепловую;

теплопоступления при переходе электрической энергии в механическую;

теплопоступления при переходе механической энергии в тепловую;

теплопоступления от человека;

теплопоступления в результате солнечной радиации;

теплопоступления в результате химических реакций.

Теплопоступления от нагретых поверхностей. Теплоотдача Q0 , Вт, нагретыми поверхностями в окружающую среду складывается из тепл ©поступлений за счет конвекции QK , Вт, и лучеиспускания Q А , Вт:

Конвективный теплообмен может быть определен зависимостью

где ос.* - коэффициент теплоотдачи конвекций, Вт/(м^ *°С); tB ,^0Кр- температура поверхности и окружающего воздуха, *С; F - поверхность теплоотдачи, м2.

Величину коэффициента теплоотдачи можно вычислить из критерия Нуссельта:

где 1 - определяющий размер теплоотдаюшей поверхности, м; А -

теплопроводность пленки воздуха, при t вКр= 20° С А «

- 0,0221 Вт/(м.°С).

Интенсивность естественного конвективного потока для любых форм и сред определяется в обобщенном виде для ламинарного режима критерием Грасгофа ( G и ), для турбулентного режима - произведением критериев Грасгофа на критерий Прандтля ( Рг).

При температуре воздуха 20° С произведение этих критериев равно:

где fi - коэффициент температурного расширения воздуха без учета сжимаемости воздуха, J* ? 1/ Т » 1,297 К"1; 3 - ускорение силы тяжести, я 9,81 м/с2; At - разность между температурами поверхности tfl и окружающего воздуха t ; •- кинематическая вязкость, при tfl(c = 20° С } = 15,06 • 10”^ м^/с;

а-температуропроводность, при tw20° С а = 0,0184 м^/с.

Критериальное уравнение теплообмена при турбулентном режиме для вертикальных поверхностей можно представить в следующем виде [з}:

Из соотношений (3.1)-(3.3) можно определить среднее для перепада температуры от -50 до +150°С значение коэффициента конвективного теплообмена, которое при температуре воздуха 20°С равно

Экспериментально установлено ?3j, что для иных расположений нагретой или охлажденной поверхности можно пользоваться формулой (3.4), но при других значениях численного коэффициента, определяемых по табл. 3.1.

Т абл ица 3.1

Значение численного коэффициента в формуле (3.4)

Поверхность

К оэффицие нт

Вертикальная

1,66

Горизонтальная, обращенная вверх:

нагретая

1,86

охлажденная

1

Горизонтальная, обращенная вниз:

нагретая

1

охлажденная

1,86

Интенсивность излучения нагретой поверхности Е0,Вт/м2э определяется законом Стефана-Больцмана:

где с0 — коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,77 Вт/(м2.К4); Тп - температура поверхности излучения, К.

В помещении поверхности являются серыми телами. Коэффициент излучения поверхности серого тела с всегда меньше с0 и выражается зависимостью

где е - степень черноты, или относительный коэффициент излучения поверхности, величина с безразмерна и всегда меньше единицы.

Поток теплоты излучением с учетом зависимостей (3.5) и (3.6) равен

а общие теплопоступления от нагретой, например, вертикальной поверхности составят:

Открытые проемы (загрузочные отверстия) печей и сушил являются значительным источником теплоизлучений. Допуская, что излучение из отверстия соответствует излучению абсолютно черного

тела, можно определить количество теплоты Q , Вт, поступающей

„ ото

через открытый проем:

где PTe“ коэффициент диафрагмирования, зависящий от соотношения толщины стенки печи к и наименьшего размера отверстия d [lOj при к / d =*1 f0Te = 0,65; при к/ d = 1,5 eTe * 0.55; T|fц - температура внутри печи, К; FflTa ** площадь отверстия, м2.

Зная величину теплового потока 0отв , можно рассчитать интенсивность облучения 2, площади поверхности, расположенной напротив центра отверстия на расстоянии х , м:

где if 0SA - коэффициент облученности, зависящий от расстояния х и площади отверстия F [lOl :

/-0'5

X/F 1 ' ОТ!

2

3

4

5

Чои 0,18

0,04

0,025

0,015

0,01

Теплопоступления при остывании мате риал а. Теплоотдача при остывании материала должна рпределяться с учетом его фазового превращения. Так, общее количество теплоты Q0CT , кДж, выделившейся при остывании материала и при переходе его из жидкого состояния в твердое, равно:

где сж , cTfl - удельная теплоемкость материала в жидком и твердом состоянии, кДж/(кг.°С); tH , tK , - температура материала начальная, конечная и плавления, °С; гЯЛ - теплота фазового превращения (плавления) материала, кДж/кг; М - масса материала, кг.

Если при остывании материала фазового превращения не происходит, то формула (3.7) упрощается и принимает вид

где сн, с к - удельная теплоемкость материала в начале и конце процесса, кДж/(кг.°С).

Формулы (3.7) и (3.8) определяют общее количество теплоты, отданной материалом, без учета интенсивности теплоотдачи во времени. Поэтому для определения расчетного за какой-то промежуток времени (обычно максимального) количества теплоты необходимо в расчетные зависимости вводить поправку. С учетом этого тепловой поток Qqct , Вт, при остывании равен

где - коэффициент для учета выделения теплоты во времени, зависящий от массы, вида и состояния материала, с“^.

Теплопоступления при переходе электрической энергии в тепловую. Многие технологические процессы связаны с непосредственным переходом электрической энергии в тепловую. Прежде всего это плавление и нагревание металла в печах, сушка изделий и готовой продукции, источники искусственного освещения и т.д. Количество теплоты QM, Вт, поступающей в окружающую среду без учета теплопоступлений, вносимых нагретым материалом, в этом случае определяется зависимостью

где к т — коэффициент, учитывающий долю теплоты, поступающей от оборудования в помещение: для электрических нагревательных печей к т = 0,2 - 0,5; для источников искусственного освещения, когда они находятся вне пределов помещения или охлаждаются воздухом , кт = 0,15-0,45, для сушил кт = 0,4-0,6; NH - номинальная мощность оборудования, кВт.

Теплопоступления при переходе электрической энергии в механическую. Теплопоступления от электродвигателей, не имеющих принудительного охлаждения с отводом теплоты за пределы помещения, определяются величиной потери энергии aN.kBt:

где Nc - мощность электродвигателя, потребляемая из сети, кВт,

Известно, что коэффициент полезного действия электродвигателя при полной нагрузке ?п равен

откуда

тогда

С учетом загрузки электродвигателя и замене в этом случае на - коэффициент полезного действия электродвигателя

при данной загрузке) теплопоступления Q д » Вт, от электродвигателя составят:

где к ^ - коэффициент загрузки электродвигателя, равный отношению средней мощности, передаваемой оборудованием в течение расчетного часа, к установленной мощности,

Теплопоступления при переходе механической энергии в тепловую. Технологическое оборудование может приводится в действие электрическим или другим движителем, находящимся за пределами помещения, В этом случае согласно первому закону термодинамики тепловая энергия Qoe , Вт, поступающая в окружающую среду за пределами помещения, где установлены движители, будет определяться величиной механической энергии оборудования

где к- коэффициент, учитывающий охлаждение оборудования воздухом или жидкостью, с отводом последних за пределы помещения (для металлорежущих станков с охлаждением режущего инструмента квх= 0,9; для вентиляторов к ог = 0,1; для насосов квж=0,05.

Теплопоступления от человека. Теплоотдача человеческого организма в окружающую среду может быть определена на основании общего уравнения теплового баланса человека:

где Q --метаболическая теплота, Вт; * Qu - теплоотдача за

счет конвекции, радиации и испарения, Вт; VV - тепловой эквивалент механической работы, Вт.

В тепловом балансе человека важную роль играет метаболическая теплота (метаболизм). Метаболизм (обмен веществ) - это совокупность процессов, связанных с поглощением, превращением хранением и выделением продуктов жизнедеятельности организма. Метаболическая тепловая энергия определяется по количеству потребляемого кислорода и зависит от физической трудовой деятельности, например: сон - 75 Вт, легкий труд - 250 Вт, ручные земляные работы - 630 Вт.

Конвективная теплоотдача QK составляет примерно 32-35% всей теплоотдачи и передается в воздух с поверхности кожи и частично через одежду. Если температура окружающего воздуха выше температуры поверхности тела, организм человека может воспринимать конвективную теплоту (отрицательное значение QK

Количество теплоты, отдаваемого путем излучения QA , составляет 42-44% всего количества отдаваемой теплоты. Подобно конвективной теплоотдаче радиационная теплоотдача может быть как положительной,так и отрицательной.

Теплоотдачу испарением QM можно разделить на две составляющие: скрытая теплота выдыхаемого воздуха и потоотделение. Организм человека испаряет до 1 л влаги в сутки, что соответствует 20-25 % метаболической энергии. Потоотделение увеличивается с ростом температуры воздуха и при температуре выше 34° С является единственным способом теплоотдачи организма.

Теплоотдача, необходимая на нагрев вдыхаемого воздуха и употребляемой человеком пиши, составляет от 3 до 5 % полного количества теплоты и, как правило, учитывается в конвективной составляющей теплообмена.

Тепловой эквивалент механической работы W может быть получен на основании коэффициента полезного действия механической работы 12.*

Коэффициент полезного действия может приниматься равным: сон, отдых Yi = О, легкая работа % =0,1, тяжелый физический

труд % - 0,2.

Теплоотступления в результате солнечной радиации. Величина теплового потока солнечной радиации на плоскость, перпендикулярно солнечным лучам, за пределами земной атмосферы равна 1600 Вт/м^. Атмосфера рассеивает этот поток, и на плоскость на уровне земли солнечной теплоты попадает значительно меньше. Тем не мен$е в тепловом балансе здании тепловые поступления через наружные непрозрачные (стены, покрытия) и прозрачные (окна) ограждения играют существенную роль. Тепловой поток солнечной радиации, попадая в помещение в основном через окна, нагревает строительные конструкции и оборудование и затем за счет конвекции повышает температуру внутреннего воздуха.

Метод расчета суммарного поступления теплоты в помещение через прозрачные конструкции здания предложен В.Н.Богословским [з]. Этот метод учитывает все составляющие солнечной радиации (рис. 3.1): прямую <^5 , рассеянную атмосферой, отраженную от земли , отраженную окружающими зданиями <^3д , диффузную длинноволновым излучением от разогретых солнцем земли и окружающей застройки <} дд.

Схема поступления теплоты в помещение за счет солнечной радиации

Рис. 3.1. Схема поступления теплоты в помещение за счет солнечной радиации

Для практических расчетов поступление теплоты в помещение за счет солнечной радиации можно определить по следующим формулам и указаниям:

часовой поток теплоты через световые проемы

среднесуточный поток теплоты через покрытия

- тепловой поток, поступающий в июле через одинарное остекление световых проемов, прямой и рассеянной радиаций, Вт/м^;

F0 - F'+ Fqu - площадь светового проема, м^; Ffl , F“- площадь светового проема, облучаемая прямой и рассеянной радиацией, м^;

$>съ - коэффициент теплопропускания солнцезащитных устройств; t н , t - расчетные температуры наружного и внутреннего воздуха,

° С; R 0g, R 0 п“ сопротивление теплопередаче светового проема и покрытия (м^.°С)/Вт; tH ^сл - условная среднесуточная температура наружного воздуха, °С; Ffl - площадь покрытия, м^.

Теоретические основы расчета воздействия солнечной радиации на ограждающие конструкции зданий и сооружений рассмотрены в курсе "Строительная теплофизика"[3J.

Теплопоступления в результате химических реакций, В основу расчета тепловыделений при химических реакциях а также при процессах растворения, испарения, кристаллизации, адсорбции и т.д. положен закон Гесса. По этому закону тепловой коэффициент химической реакции зависит только от вида и состояния исходных веществ и конечных продуктов и не зависит от пути перехода одних веществ в другие.

При тепловых расчетах химических реакций на основе закона Гесса особое значение имеют два вида тепловых эффектов: теплота образования и теплота сгорания. Величина теплоты образования (тепловой эффект реакции образования данного соединения из простых веществ) приводится в соответствующей справочной литературе. Теплота сгорания (тепловой эффект реакции окисления данного соединения кислородом) характеризует скрытую химическую энергию вещества.

Зная теплотворную способность топлива, можно определить количество теплоты Qr , Вт, образующееся при горении вещества

где В - расход топлива, кг/ч или м^/ч; 0Т - теплота сгорания топлива (табл. 3.2); чг - коэффициент, учитывающий химическую и механическую неполноту горения топлива, %г в 0,9 - 0,97; к у ” коэффициент, учитывающий количество теплоты, уходящей из помещения с продуктами сгорания.

Таблица 3.2. Теплота сгорания топлива, QT , кДж/кг

Газообразное

топливо

?-

СУ

Твердое и жидкое топливо

Qr

Бутан

120250

Мазут

38970

Пропан

91340

Каменный уголь

25140

Ацетилен

47770

Кокс

21780

Природный газ

35620

Древесные отходы

1022 0

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >