Как сделать курсовую по вентиляции цеха полное пошаговое руководство

Введение, или зачем мы проектируем вентиляцию цеха

Любой промышленный цех, будь то ремонтно-механический или термический, является источником разнообразных вредных выделений. В процессе работы в воздух попадают теплоизбытки от оборудования, сварочные аэрозоли, масляный туман, дымовые газы и пыль. Эти факторы не только создают дискомфорт, но и напрямую угрожают здоровью работников, а также могут негативно сказываться на точности технологических процессов и качестве продукции.

Именно поэтому курсовой проект по вентиляции — это не просто учебная задача. Его ключевая цель — разработать комплексное инженерное решение, способное создать и поддерживать в производственном помещении безопасные и соответствующие нормативам условия труда. В процессе выполнения этой работы вы не просто освоите методики расчетов, но и научитесь мыслить как инженер: анализировать проблему, находить оптимальные пути ее решения и обосновывать свой выбор на основе точных данных и действующих стандартов. Это фундаментальный навык для будущего специалиста в области отопления, вентиляции и кондиционирования.

Этап 1. Собираем фундамент для проекта, или анализ исходных данных

Любой инженерный расчет начинается не с формул, а с тщательного сбора и систематизации исходной информации. Ошибка на этом этапе неминуемо приведет к неверным результатам и неработоспособному проекту. Все исходные данные для курсовой работы можно условно разделить на три ключевые группы:

1. Архитектурно-строительные данные: Это «паспорт» вашего здания. Вам понадобятся планы и разрезы цеха с указанием всех размеров, а также точный состав ограждающих конструкций (стен, покрытия, полов) с указанием толщины каждого материала.
2. Климатические параметры района строительства: Эти данные критически важны для расчета теплопотерь здания в холодный период года. Ключевым параметром является расчетная температура наружного воздуха для самой холодной пятидневки (например, -27°C для многих регионов).
3. Технологические данные: Это сердце вашего проекта. Необходимо четко понимать, что происходит в цехе. Какой это цех (например, инструментально-термический)? Какое оборудование установлено (электрические печи, закалочные ванны, сварочные посты)? Какие конкретно вредности и в каком объеме выделяются (избыточное тепло, дымовые газы, частицы масла)?

Параллельно с данными необходимо изучить основу основ — нормативную документацию. Без нее проектирование невозможно. Вот три главных документа, которые станут вашими настольными книгами:

• СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха»: Основной документ, который регламентирует все — от параметров микроклимата до требований к оборудованию и воздуховодам.
• СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий»: Ваш гид по теплотехническим расчетам. Поможет правильно рассчитать сопротивление теплопередаче стен и покрытий.
• СП 7.13130.2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности»: Определяет требования к системам с точки зрения предотвращения распространения огня и дыма.

Когда все данные собраны, а нормативы изучены, можно приступать к первому расчетному этапу.

Этап 2. Проводим теплотехнический расчет, или как наш цех теряет тепло

Первый шаг в инженерном анализе — понять, сколько тепла здание теряет в холодное время года. Эти потери нам нужно будет компенсировать системой отопления, а также учесть при расчете вентиляции. Цель этого этапа — рассчитать общие теплопотери цеха. Процесс состоит из нескольких логических шагов.

Расчет сопротивления теплопередаче

Любая ограждающая конструкция (стена, крыша, окно) обладает определенным сопротивлением потоку тепла. Чем оно выше, тем «теплее» конструкция. Наша задача — убедиться, что фактическое сопротивление не ниже требуемого по нормам для нашего климатического района. Расчет выполняется для каждой неоднородной конструкции: наружных стен, покрытия, окон, ворот.

В ходе этого расчета также выполняется важнейшая проверка — определение точки росы. Необходимо убедиться, что при расчетных зимних условиях внутри конструкции не будет образовываться конденсат, который ведет к намоканию утеплителя, появлению плесени и разрушению материалов. Если проверка не проходит, конструкцию необходимо доработать, например, увеличив толщину утеплителя.

Расчет общих теплопотерь здания

После того как мы определили характеристики каждой ограждающей конструкции, мы можем рассчитать потери тепла через них. Общие теплопотери — это сумма потерь через все элементы, контактирующие с наружным воздухом.

Но это еще не все. Существует еще один важный источник теплопотерь — инфильтрация. Это процесс проникновения холодного наружного воздуха внутрь помещения через щели и неплотности в окнах, воротах и дверях. Воздух, который просочился внутрь, нужно нагреть до нормативной температуры в помещении (например, до +20°C), что требует дополнительных затрат тепла. Эти потери также рассчитываются и добавляются к общим.

В результате мы получаем итоговую цифру в ваттах (Вт), которая показывает, сколько тепла теряет наш цех в самый холодный период. Эта цифра является основой для проектирования системы отопления.

Этап 3. Считаем внутренние теплоизбытки, или что нагревает цех изнутри

Если зимой здание в основном теряет тепло, то в теплый период года (а в производственных цехах — часто и зимой) оно активно нагревается изнутри. Для правильного расчета системы вентиляции, особенно для летних условий, нам необходимо знать не только теплопотери, но и полные теплопоступления. Это поможет нам правильно рассчитать воздухообмен для удаления избыточного тепла.

Расчет ведется по нескольким основным источникам теплопритоков:

• Тепло от работающего оборудования: Это, как правило, самый значительный источник в промышленных зданиях. Нагретые поверхности станков, термических печей и других агрегатов выделяют огромное количество тепла.
• Тепло от людей: Каждый работник в цехе выделяет определенное количество тепла, зависящее от тяжести выполняемой работы.
• Тепло от систем освещения: Лампы и светильники, особенно устаревших типов, преобразуют в тепло значительную часть потребляемой электроэнергии.
• Тепло от солнечной радиации: В летний период через окна и фонари в здание поступает большое количество тепла от солнца.

Все эти теплопоступления тщательно рассчитываются и суммируются. Сопоставление данных о теплопотерях (из Этапа 2) и теплопритоках формирует тепловой баланс помещения. Этот баланс показывает, является ли помещение теплодефицитным (требуется отопление) или теплоизбыточным (требуется ассимиляция тепла вентиляцией).

Этап 4. Определяем требуемый воздухообмен для создания здоровой среды

Это центральный расчет всей курсовой работы. Его цель — определить, какой объем воздуха (в кубических метрах в час, м³/ч) необходимо подавать в цех и удалять из него, чтобы концентрация всех вредных веществ (тепла, влаги, газов, пыли) не превышала предельно допустимых концентраций (ПДК) в рабочей зоне.

Расчет воздухообмена по разным видам вредностей

Расчет выполняется отдельно для каждого типа загрязнителя, так как для борьбы с каждым из них может потребоваться разный объем воздуха. Как правило, выполняются следующие расчеты:

• Для ассимиляции избыточного тепла: На основе данных о теплоизбытках (из Этапа 3) определяется, сколько более холодного приточного воздуха нужно подать, чтобы «разбавить» тепло и поддерживать нормативную температуру.
• Для ассимиляции избыточной влаги: Если в цехе есть источники интенсивного влаговыделения (например, гальванические ванны), рассчитывается воздухообмен, необходимый для поддержания влажности в норме.
• Для разбавления газо- и пылевыделений: Зная массу выделяемых вредных веществ (например, сварочных аэрозолей или дымовых газов от печей) и их ПДК, рассчитывают необходимый объем воздуха для их безопасного разбавления.
• По санитарным нормам: Также существует минимальная норма подачи свежего воздуха на одного человека (например, 60 м³/ч на постоянном рабочем месте).

Выбор итогового воздухообмена и схемы вентиляции

После проведения всех расчетов мы получаем несколько значений требуемого воздухообмена. Для дальнейшего проектирования принимается наибольшее из полученных значений — оно гарантированно обеспечит соблюдение норм по всем видам вредностей.

На основе типа преобладающих вредностей выбирается и принципиальная схема вентиляции. Например, для термических цехов, где основной вредностью являются горячие газы и тепло, наиболее эффективна схема «снизу-вверх». Свежий, более прохладный воздух подается в нижнюю, рабочую зону, а нагретый и загрязненный воздух, поднимаясь вверх, удаляется вытяжными системами из-под кровли.

Важно понимать, что бороться с мощными локальными источниками загрязнений с помощью общеобменной вентиляции — неэффективно и очень энергозатратно. Поэтому в проекте обязательно предусматриваются местные отсосы (зонты, бортовые отсосы) непосредственно у источников вредностей (сварочных постов, закалочных ванн).

Этап 5. Проектируем «артерии» системы, или аэродинамический расчет

Мы знаем, СКОЛЬКО воздуха нужно перемещать. Теперь наша задача — спроектировать «кровеносную систему», которая сможет это сделать, и подобрать для нее «сердце» — вентилятор. Цель аэродинамического расчета — определить потери давления в сети воздуховодов, чтобы подобрать вентилятор с достаточным напором для их преодоления.

Расчет представляет собой последовательный процесс:

1. Трассировка сети и выбор главной магистрали: На плане цеха вычерчивается аксонометрическая схема систем вентиляции (приточной и вытяжной). На схеме наглядно показывается, как воздуховоды проходят по цеху. Для расчета выбирается так называемая «главная расчетная ветка» — самый длинный и/или самый нагруженный по расходу воздуха путь от самой дальней точки до вентилятора.
2. Расчет по участкам: Выбранная магистраль разбивается на расчетные участки. Участок — это отрезок воздуховода с постоянным расходом воздуха и постоянным сечением. Для каждого участка последовательно определяются:
   • Расход воздуха, м³/ч.
   • Рекомендуемое сечение воздуховода (подбирается исходя из допустимых скоростей движения воздуха).
   • Фактическая скорость воздуха в подобранном сечении.
   • Потери давления: они состоят из двух частей — потерь на трение воздуха о стенки воздуховода и потерь в местных сопротивлениях (отводы, тройники, сужения, решетки и т.д.).
3. Суммирование потерь: Потери давления на всех участках главной ветки складываются. Итоговая сумма и есть общее сопротивление сети в Паскалях (Па). Именно это сопротивление должен преодолеть вентилятор, чтобы подать в самую дальнюю точку требуемый объем воздуха.

Зная требуемый расход воздуха (из Этапа 4) и полное сопротивление сети (из Этапа 5), можно по каталогу производителя подобрать конкретную модель вентилятора, а также калорифер для подогрева приточного воздуха зимой.

Этап 6. Оформляем графическую часть и пояснительную записку

Любой курсовой проект состоит из двух неотъемлемых частей, которые дополняют друг друга: текстовой (пояснительная записка) и графической.

Пояснительная записка (ПЗ)

Это текстовый документ, который детально описывает весь ход вашей работы и обосновывает принятые решения. Фактически, проходя предыдущие пять этапов, вы уже написали большую ее часть. Стандартная структура ПЗ включает:

• Титульный лист и задание на проектирование.
• Введение: Описание цели и задач проекта.
• Исходные данные для проектирования: Все, что мы собрали на Этапе 1.
• Расчетная часть: Включает все выполненные расчеты — теплотехнический, определение теплоизбытков, расчет требуемого воздухообмена и аэродинамический расчет.
• Подбор оборудования: Раздел с характеристиками подобранных вентиляторов, калориферов, фильтров.
• Заключение: Краткие выводы по работе.
• Список использованной литературы.

Графическая часть

Это чертежи, которые визуализируют ваше инженерное решение. Они должны быть выполнены в соответствии с требованиями ЕСКД (Единой системы конструкторской документации). Как правило, графическая часть включает:

• План цеха на отметке 0.000 с нанесенными на него системами вентиляции (воздуховоды, решетки, оборудование).
• Характерные разрезы здания, показывающие, как системы вентиляции расположены по высоте.
• Аксонометрическую схему основной приточной или вытяжной системы, на которой показаны все расчетные участки, их характеристики и потери давления.

Заключение, или подведение итогов инженерной работы

Заключение — это не просто пересказ содержания вашей пояснительной записки. Это емкий и четкий итог всей проделанной инженерной работы, демонстрирующий, что поставленная в начале цель была успешно достигнута.

В выводах необходимо кратко, но содержательно ответить на три главных вопроса:

1. Какая задача была поставлена? (Например: «Была поставлена задача спроектировать систему вентиляции для термического цеха с целью обеспечения нормативных параметров микроклимата и чистоты воздуха в рабочей зоне».)
2. Какое инженерное решение было разработано? (Например: «Была разработана приточно-вытяжная общеобменная система вентиляции производительностью N м³/ч, дополненная местными отсосами от печей и сварочного поста».)
3. Что это решение обеспечивает? (Например: «Спроектированная система обеспечивает поддержание температуры и концентрации вредных веществ в пределах норм, установленных СП 60.13330.2020, что создает безопасные и здоровые условия труда и повышает эффективность производственного процесса».)

Грамотно сформулированное заключение показывает, что вы не просто выполнили расчеты, а полностью осознали цель и результат своей работы.

Список литературы

1. СП 60.13330.2012. Отопление, вентиляция и кондиционирование. — М.: Стройиздат, 2012.
2. СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика. — М.: Стройиздат, 1983.
3. Еремкин А.И. Тепловой режим зданий
4. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.
5. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч.З. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Кн. 1,2 / Богословский В.Н., Пирумов А.И., Посохин В.Н. и др. /Под ред. Павлова Н.Н. и Шиллера Ю.И., — 4-е изд.; перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1992.
6. Волков О.Д. Проектирование вентиляции промышленного здания. — Харьков: Высшая школа, 1989.
7. Сазонов Э.В. Вентиляция общественных зданий: Учебное пособие. — Воронеж: Издательство ВГУ, 1991. — 188 с.
8. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч.2. Вентиляция и кондиционирование воздуха. / Богословский В.Н., Шепелев И.А., Эльтерман В.М. и др. /Под ред. Староверова И.Г. Изд. 3-е. В 2-х ч. — М.: Стройиздат, 1978.
9. Торговников Б.М. Проектирование промышленной вентиляции. – Киев: Издательство «Будiвельник», 1983