Исследование распределения вредностей в цехах с крупногабаритным оборудованием при подаче воздуха методом «затопления»

5.1. Борьба с наружным воздухом, поступающим через при-творы крупногабаритных ворот

Промышленные здания, связанные с производством крупногабаритной продукции (например, судостроительные заводы) оборудованы откатными воротами для её пропуска. Такие ворота представляют собой многополотные сооружения, размеры которых достигают по высоте 60 м, а по ширине 100 м.

При стыковке полотен между собой и с ограждениями здания по всему периметру притворов образуются щелевидные отверстия. Через эти отверстия в холодный период года происходит инфильтрация наружного воздуха в цех, что приводит к выхолаживанию рабочей зоны и большому расходу теплоты на отопление цеха. Глубина дискомфортной зоны в отдельных случаях достигает 20 - 30 м, а площадь её составляет 15-20 % производственной площади.
В связи с этим;, экспериментальное и теоретическое обоснование разра-ботки методических основ расчета и создание технических решений (что является основной целью настоящего раздела работы) унифицированного ряда крупногабаритных ворот с улучшенной теплоизоляцией и размещением установок воздушной завесы на створках ворот, является решением как научно-технической, так и социально-экономической задачи.
Анализ проектных решений крупногабаритных ворот разработанных в последние годы, а также опыт полученный при их монтаже на промышленных предприятиях, наряду с достоинствами, выявил и ряд конструктивных реше-ний, нуждающихся в дальнейшем улучшении и доработке.
Широко применяемые установки воздушно-тепловой защиты обеспечи-вают повышение температуры воздуха в районе ворот путем локализации холодных потоков наружного воздуха , проникающего через щели, с помощью струйной подачи нагретого воздуха, который изменяет направление движения холодных потоков и подогревает их. Подача нагретого воздуха осуществляется через подпольные каналы, а в отдельных случаях, где устройство подпольных каналов недопустимо - через вертикальные воздухораздаточные короба, расположенные сбоку ворот.
Такое решение получило достаточно широкое распространение на про-мышленных предприятиях. Аналогичные установки эксплуатируются, например, во многих судостроительных цехах, но необходимо отметить, что и они не лишены недостатков. В первую очередь к ним относятся: значительные расходы теплоты и электроэнергии на нагрев и перемещение воздуха, необходимость размещения на производственной площади вентиляционного оборудования, большой объем строительно-монтажных работ. Кроме того, необходимо отметить, что прокладка подпольного канала для подачи воздуха в ряде случаев связана с определенными техническими трудностями и не всегда выполнима. При устройстве же боковой подачи воздуха у ворот большой ширины, как правило, не' обеспечиваются санитарно-гигиенические требования и температура воздуха вблизи ворот сохраняется ниже допустимой.
Таким образом, существующие способы защиты от инфильтрации сво-дятся к уплотнению притворов специальными прокладками (лабиринтные, щеточные, подушечные, механические уплотнения) и к устройству воздушно-тепловых завес с подачей нагретого воздуха через подпольный канал вдоль ворот. Оба способа недостаточно эффективны.
Механические уплотнения ненадежны вследствие их примерзания к при-творам, сложны конструктивно, неудобны в эксплуатации. Практически ширина открытых щелей достигает 10-50 мм.
Низкая экономичность применяемых воздушно-тепловых завес заложена В принципе их действия. Завесы практически не влияют на количество наружного воздуха, проникающего в помещение через щели, а лишь локализуют его распространение за счет смешивания с нагретым воздухом струи завесы.
Существенное сокращение расходов теплоты на отопление зданий с за-крытыми крупногабаритными воротами возможно лишь предотвращением или уменьшением расходов наружного воздуха проникающего через неплотности притворов. Одним из наиболее эффективных технических решений является устройство специальных воздушных завес, препятствующих проникновению наружного воздуха в помещение. На рис. 5.1 показано, что такая завеса включает в себя вентиляционную установку, камеру постоянного статического давления, воздухораздающие короба и соединительные воздуховоды.
Вентиляционная установка (вентилятор и электродвигатель), как прави-ло, располагается непосредственно в створке, однако в отдельных случаях она может размещаться и вне её. Все остальные элементы воздушной завесы мон-

Рис. 5.1 Специальная воздупшая завеса у крупногабаритных ворот 1 - створка; 2 - стена здания; 3 - рельс; 4 - вентиляционная установка; 5 -камера постоянного статического давления; 6 - соединительный воздуховод; 7 - воздухораздаюпщй короб

тируются в створке ворот. При размещении вентиляционной установки вне створки ворот (на строительных конструкциях здания) необходимо предусматривать разъемное соединение воздуховода, расположенного в полотне во-рот, с воздуховодом, идущим от вентилятора. Для этого может быть использован скользящий подпружиненный фланец.
Воздух вентилятором забирается из помещения цеха и дополнительно не подогревается. Воздухораздающий короб у верхнего притвора ворот обычно не предусматривается, так как щель в большинстве случаев находится выше нейтральной зоны и через неё не проникают в помещение холодные потоки
воздуха.
Для возможности размещения элементов специальной воздушной завесы в полотне ворот и организации струйной подачи воздуха были пересмотрены традиционные конструктивные решения створок и уплотнений щелей у притворов ворот. Для унификации элементов каркаса ворот и воздушной завесы установлен типоразмерный ряд створок в соответствии с размерами производственных пролетов. Методические разработки и экспериментальные исследования, в обоснование проектирования новых решений воздушных завес, приведены с учетом применения в створках крупногабаритных ворот различных малых ворот для проезда автомобильного транспорта, судовозных тележек и др.
В зависимости от конструкции и принципа действия воздушные завесы могут быть запирающими и заполняющими. Принцип действия запирающей завесы основан на переходе количества движения струи завесы в противодавление, которое препятствует проникновению наружного воздуха через щели в помещение. Выпуск воздуха, подаваемого завесой, осуществляется навстречу потоку наружного воздуха под углом О - 15 к его оси. Струя запирающей завесы развивается в канале, образованном поверхностями элементов уплотнения. Для полного перехода количества движения струи в противодавление и
предотвращения выбивания воздуха наружу, длина канала должна составлять не менее шести его высот.
Принцип действия заполняющей завесы основан на создании в объеме негерметичной полости, образованной стенками элементов уплотнения, статического давления воздуха равного наружному. Воздух подается непосредственно в эту полость с малыми скоростями.
Запирающая завеса более эффективна по сравнению с заполняющей, но требует более сложной конструкции воздухораздающего короба, что ограничивает область её применения.
В соответствии с принципом действия разработаны технические решения запирающей (рис. 5.2, 5.3) и заполняющей (рис. 5.4) воздушных завес для горизонтального и вертикальных притворов ворот.
На рис 5.2а показано уплотнение щелей у вертикальных притворов ворот с запирающей завесой. Один из элементов уплотнения выполнен в виде двух соединений гибкой вставкой половин с Г-образным каналом между ними. Ка-нал соединен с воздуховодом. В гибкой вставке имеются отверстия для подачи воздуха навстречу наружному потоку, проникающему через щель между элементами уплотнения.
На рис. 5.26 показан вариант уплотнения щелей у вертикальных притво-ров ворот с запирающей воздушной завесой, отличающийся от предыдущего тем, что гибкая вставка выполнена У-образной формы с отверстиями в за-кругленной части со стороны потока наружного воздуха, проникающего через щель между элементами уплотнения.
Необходимо отметить, что при изменении ширины щелей у вертикаль-ных притворов будет изменяться и сопротивление выпуску воздуха, подаваемого воздушной завесой. Чем меньше ширина щели, тем больше сопротивление и, соответственно, на этом участке в уплотнение будет поступать меньше воздуха, подаваемого завесой.
Рис. 5.2 Уплотаение щелей у вертикальных притворов ворот с запирающей воздушной завесой а - один из элементов выполнен из двух, соединенных гибкой вставкой половин, установленных с образованием между ними Г-образного канала; б - гибкая вставка выполнена и-образной формы; 1 - створка; 2 - стена здания; 3 - рельс; 4,5 - элементы уплотнения; 6 - соединительный воздуховод; 7 - воздухораздаюший короб; 8 - пластина; 9 - выступ; 10 - Г-образный канал; 11- и-образная вставка; 12 - воздуховыпускное отверстие
Рис. 5.3. Уплотнение щели у нижнего горизонтального притвора ворот с запирающей воздушной завесой 1 - створка; 2 - стена здания; 2 - соединительный воздуховод; 3 -воздухораздающий короб; 4 - рельс; 5 - уплотнение; 6 - - воздуховыпускное отверстие
Рис. 5.4. Уплотнение щели у нижнего вертикального притвора ворот с залолняющей воздушной завесой 1 - С) сна здания; 2 - уплотнение; 3 - створка: 4 - вoздyxopaздaюuuiй короб; 5 - соединительный воздуховод; 6 — воздуховыпускное отверстие

Таким образом, в предлагаемой конструкции воздушной завесы будет происходить «автоматическое» перераспределение количества воздуха, подаваемого воздушной завесой, по длине вертикальных притворов ворот в зависимости от ширины пдели между элементами уплотнения.

Теоретические основы расчета запирающих воздушных завес разработа-ны В.М. Эльтерманом .
В настоящей работе, в результате последующих исследований создан ме-тод инженерного расчета разработанных завес, исходными данными для кото-рого являются: высота здания , размеры ворот (высота , ширина ); количество створок п, конструкция уплотнения, размеры щелей в уплотнении (длина l, ширина ); расчетная температура воздуха снаружи и внутри цеха , расчетная скорость ветра .
Расчет производится в следующем порядке.
1. Определяется высота расположения нейтральной зоны , = 0,7 Нзд. 2. Определяются расчетные перепады давлений между наружным и внут-ренним воздухом Р, для нижнего притвора

для верхнего притвора при >

при <

где Кн и Кв - поправочные коэффициенты на ветровое давление для нижнего и вертикального притворов. Величина и Кв определяется величи-

ной аэродинамического коэффициента и степенью герметичности здания; для инженерных расчетов может быть принято = 0,3, Кв = 0,6;
g-ускорение свободного падения;


р = - разность плотности наружного и внутреннего воздуха.
3. Выбирается тип воздушной завесы - запирающая или заполняющая.
4. Определяется количество воздуха L, подаваемого на завесу.
Для запирающей завесы:

Где - относительная площадь воздуховыпускных отверстий.





- площадь воздуховыпускных отверстий

- площадь щели у нижнего притвора ;
В – коэффициент, определяющий эффективность работы завесы:

- относительная площадь щелей в уплотнении:





- площадь щелей в уплотнении ( )
- коэффициент сопротивления проходу воздуха в помещение через уплотнение.
Количество воздуха для заполняющей завесы:



5. Традиционным способом определяются сечения воздуховодов, выполняется гидравлический расчет сети и выбирается вентиляционное оборудование.
Следует также отметить, что вместе с изменением конструкции воздухо-выпускающих отверстий, в связи с расширением использования заполняющих завес, несколько снизились требования к воздухораздающим коробам в части обеспечения равномерности раздачи воздуха. Появилась возможность, при соответствующем обосновании, выполнять их унифицированными и постоянного сечения, а также использовать в качестве элементов каркаса створки для крепления уплотнений, что существенно упрощает выполнение монтажных работ.
Проведены разработки новых решений воздушных завес с учетом использования в створках крупногабаритных ворот малых ворот. Причем, в малом проеме предусмотрена установка двух ворот - наружных и внутренних. Эти ворота устанавливаются в плоскостях наружного и внутреннего контуров створки крупногабаритных ворот и могут выполняться откатными, распашными, одностворчатыми и многостворчатьши в зависимости ох конкретных условий.
Количество малых ворот в створке определяется технологическими тре-бованиями. Для предотвращения поступления в помещение холодного воздуха через щели в уплотнениях у притворов малых ворот предусматривается, в пространстве между внутренними и наружными воротами, подавать воздух установками воздушных завес. Такое решение позволяет повысить давление в этом пространстве, что, соответственно, препятствует проникновению холодного воздуха в помещение.
Воздух для воздушной завесы забирается вентагрегатами из помещения и подается в объем между наружными и внутренними малыми воротами через воздухораздающие короба, расположенные с двух сторон проема малых ворот.
Для вьшуска воздуха в коробе устанавливается воздухораспределительный насадок под углом 30° по отношению к плоскости проема ворот.
При открытых малых воротах и работе воздушной завесы такой способ раздачи воздуха способствует значительному снижению, а в ряде случаев и исключению поступления наружного холодного воздуха в помещение через открытый проем. Это зависит от объема воздуха, подаваемого воздушной завесой, а также от некоторых других факторов.
При наличии в створке нескольких малых ворот, подача воздуха может осуществляться от одного вентагрегата суммарной производительности. В этом случае, представляется целесообразным на воздуховоде установить клапаны, переключением которых можно обеспечить подачу суммарного объема воздуха в один объем, что позволит повысить эффективность работы завесы при открытых малых воротах.
Подача воздуха на такие воздушные завесы в ряде случаев может осуще-ствляться и от вентагрегатов завес крупногабаритных ворот.
На рис. 5.5 приведена принципиальная схема размещения малых ворот на створке с индивидуальной воздушной завесой.
На основании проведенных исследований получена зависимость для оп-ределения количества воздуха L, которое необходимо подавать на воздуш-ные завесы малых ворот. Эта зависимость учитывает конструкции уплотнений щелей у притворов ворот и возможность потери давления из-за недостаточной герметичности наружных и внутренних ворот:

Рис. 5.5 Принципиальная схема воздушной завесы для малых ворот 1 - наружные ворота; 2 - внутренние ворота; 3 - створка крупногабаритных ворот; 4 - стена; 5 - вентагрегат; 6 -воздухораздающий короб; 7 - воздухораспределительный насадок; 8 - соединительный воздуховод



где - коэффициент местного сопротивления проходу воздуха через щель в уплотнении у притворов в помещение;


-длина соответствующего притвора ворот;
- ширина щели в уплотнении;
- расчетный перепад давления между наружным и внутренним воз-
духом.

Коэффициент местного сопротивления зависит от конструкции уплот-нения. Для большинства распространенных уплотнений его величина может быть принята равной 1,6. Величина „ соответствует длине щели в уплотнении, защищаемой воздушной завесой.

Для определения расчетных перепадов давлений предложены следую-щие зависимости:
для нижнего притвора

для верхнего притвора

для боковых притворов:

g - ускорение свободного падения; - соответственно, плотность наружного и внутреннего воздуха;
Кн, Kв, Кб - соответственно, аэродинамические коэффициенты для нижнего, верхнего и бокового притворов;

кв- высота малых ворот; У - расчетная скорость ветра; кн.з. - высота расположения в помещении нейтральной зоны.

Аэродинамический коэффициент для нижнего и верхнего притворов рекомендуется принимать Кн = Кв = 0,3, а для боковых притворов КБ - 0,7.
Высота расположения нейтральной зоны определяется отдельным расчетом. С достаточной точностью для инженерных расчетов можно принять
= 0,7Нзд, (5.11)
где - высота здания. Просуммировав полученные по формуле 5.7 количества воздуха через щели в уплотнениях у каждого из притворов, получим общее количество воздуха, которое необходимо подавать в негерметичный объем, образованный наружными и внутренними воротами.
Таким образом, в результате проделанной работы созданы специальные воздушные завесы для крупногабаритных ворот, которые обладают преимуществами по сравнению с установками воздушно-тепловой защиты: снижается объем воздуха, подаваемый завесой, так как его выпуск осуществляется непосредственно в щель между элементами уплотнения, навстречу потоку наружного холодного воздуха. Уменьшается мощность электродвигателей вентиляционных установок и, как следствие, снижается потребление электроэнергии в процессе эксплуатации ворот. Исключается расход теплоты за счет отказа от нагрева воздуха, подаваемого воздушной завесой. Обеспечивается экономия металла и других материалов, так как уменьшается сечение воздуховодов и габариты вентиляционного оборудования. Повышается функциональная надеж-222
ность работы воздушной завесы вследствие «автоматического» перераспределения количества воздуха подаваемого воздушной завесой по длине притворов' ворот в зависимости от ширины щели между элементами уплотнения. Сокращаются размеры дискомфортной зоны вблизи крупногабаритных ворот за счет снижения объема проникающего в помещение наружного холодного воздуха.
Для ускорения процесса проектирования в соответствии с разработанной методикой, рассчитаны производительности воздушных завес для наиболее распространенных видов крупногабаритных ворот (с возможной врезкой малых ворот) в зависимости от размеров створок, ширины пролетов здания, высоты нейтральной зоны помещения, температуры наружного воздуха и скорости ветра.
Проведенные исследования и новые разработки позволили приступить к проектированию и созданию крупногабаритных ворот с размещением установок воздушной завесы на створках для ряда судостроительных заводов (Балтийский завод, «Алмаз» и др.) Таким образом, специальные воздушные завесы позволяют значительно снизить расходы тепловой и электрической энергии на системы отопления производственных зданий, а также значительно уменьшить размеры дискомфортной зоны вблизи крупногабаритных ворот. Предложенные технические решения и методы расчета специальных воздушных завес могут быть широко использованы при проектировании производственных зданий с крупногабаритными воротами.