Введение

Выбор схемы воздухораспределения является важной составляющей при проектировании систем вентиляции. Правильное и качественное планирование в проектировании дает возможность создать благоприятные условия в помещении для людей, находящихся в нем. В статье рассматриваются особенности применения общеобменной вентиляции в условиях литейного цеха, анализируются современные научные исследования по оптимизации воздухообмена, а также приводятся практические рекомендации. Особое внимание уделяется важности правильной организации вентиляционных систем для обеспечения безопасных условий труда и повышения эффективности производства. [2].

Литейные цеха характеризуются высокой температурой, наличием пыли, вредных газов и паров. Основные особенности применения общеобменной вентиляции включают:

Высокие требования к объему воздухообмена: для удаления вредных веществ необходимо обеспечить большой воздухообмен, превышающий стандартные показатели для других производственных помещений.

Локализация источников загрязнений: вентиляционные системы должны эффективно работать вблизи литейных печей, формовочных участков и рядом с зонами с высоким уровнем пыли [3].

В литейных цехах особенно часто наблюдается превышение концентрации следующих веществ:

– Мелкодисперсной пыли (особенно кремнеземной пыли) — опасна при концентрациях, превышающих ПДК (предельно допустимая концентрация).

– Диоксид серы (SO₂) — образуется при плавке металлов с серосодержащими добавками. Может вызывать раздражение дыхательных путей.

– Оксиды азота (NOx) — выделяются при высокотемпературной плавке. В больших концентрациях вызывают раздражение слизистых и могут привести к респираторным заболеваниям.

– Углекислый газ (CO₂) — образуется при сгорании топлива и может способствовать гипоксии в случае скопления в помещении.

– Вредные пары и газы, выделяющиеся из формовочных материалов: например, формальдегид и другие летучие органические соединения (ЛОС).

– Тяжелых металлов — таких как свинец, кадмий, ртуть, выделяющихся при обработке и расплавлении.

Результаты

В качестве объекта исследования был выбран литейный цех площадью 70 200 м2, расположенный в Липецкой области. Зал оснащен шестнадцатью печами, которые выделяют интенсивность теплового облучения равную 2 100 Вт/м ² . Расчет был проведен на теплый период года.

Для создания трехмерного геометрического объекта, был использован программный комплекс Solid-Works. В данной программе была создана модель цеха с применением системы общеобменной вентиляции. Трехмерная модель, созданная в данной программе, представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Трехмерная модель литейного цеха с применением системы общеобменной вентиляции, созданная в Solid-Works

В данной исследовательской работе были применены следующие схемы воздухообмена:

– подача свежего воздуха производится через приточные решетки в стене, а также в связи с тем, что в зимний период года, теплоизбытки в помещении не могут подогреть приточный воздух, поступающий естественным путем, часть воздуха подается механическими системами, для экономии тепловой мощности, в данных системах предусмотрены рекуператоры с промежуточным теплоносителем.

Свод правил предлагает придерживаться следующим значениям требуемых параметров микроклимата в режиме тренировочных занятий, которые приведены в таблице 2 [1]:

Таблица 2

Параметры наружного воздуха согласно СП 131.13330.2020

Таблица 3

Расчетные параметры внутреннего воздуха

Основываясь на исходных данных, были выполнены расчеты поступления теплоты в помещение; определены требуемый расход приточного воздуха. Результаты расчетов представлены в таблице 4. В дальнейшем они заносятся в программу ANSYS, как начальные и граничные условия.

Таблица 4

Тепловой баланс помещений

После назначения начальных и граничных условий в программе был произведен расчет. Полученные результаты приведены на рисунках 2–5:

Рис. 2. Поле распределение скоростей в вертикальной плоскости сечения у печей с душирующим патрубком

Рис. 3. Поле распределение скоростей в вертикальной плоскости сечения у приточной решетки

Рис. 4. График распределения скоростей по продольной горизонтальной прямой в 1, 5, 10 метров от пола

Рис. 5. График распределения скоростей по поперечной горизонтальной прямой в 1, 5, 10 метров от пола

Поле скоростей показывает, что воздух имеет наибольшую скорость возле приточных решеток, необходимо принять меры по уменьшению сопротивления воздушного потока или увеличить площадь подачи воздуха. По мере заполнения пространства воздухом, скорость снижается, и в итоге рабочие находятся в оптимальных условиях. Оптимальная скорость составляет от 0,3 до 0,5 м/с. Это обеспечивает равномерное распределение и предотвращает создание drafts (сквозняков), а также помогает эффективно обновлять воздух. Для местных систем вытяжной вентиляции (например, возле рабочих зон или источников загрязнений): скорости могут быть выше — до 1,5 м/с, чтобы эффективно удалять загрязнения и пыль [4].

Вывод

Общеобменная вентиляция остаётся важным элементом обеспечения безопасных условий труда в литейных цехах. Современные научные исследования подтверждают её высокую эффективность при правильной организации и эксплуатации. Для достижения оптимальных результатов рекомендуется внедрение автоматизированных систем и регулярный контроль параметров воздухообмена.

Литература:

1. СП 131.13330.2020 «СНиП 23–01–99* Строительная климатология»/Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации. — М.: Стандартинформ, 2021. — 146 с.
2. СП 60.13330.2020 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.
3. «Проектирование промышленной вентиляции. Пособие для проектировщиков», Б. С. Молчанов, В. А. Четков, Москва: Ленинград, 1964г.
4. «Сборник примеров расчета по отоплению и вентиляции», часть II «Вентиляция», В. А. Кострюков, Москва: Госстройиздат, 1962г.