Проектирование вентиляции для промышленных объектов — задача, где точность расчетов напрямую влияет на здоровье людей и стабильность технологических процессов. Особенно это касается производств с вредными выделениями, таких как гальванический цех. Курсовая работа на эту тему является комплексным инженерным испытанием, проверяющим умение студента применять теорию на практике. Цель данной статьи — предоставить пошаговое руководство по выполнению такой работы, от анализа исходных данных до финального оформления чертежей. Грамотное проектирование, заложенное на этом этапе, становится основой для эффективной и экономичной эксплуатации будущей системы. Мы последовательно разберем все ключевые этапы, чтобы у вас сложилась четкая «дорожная карта» проекта.
Раздел 1. Фундамент проекта, или Анализ исходных данных и нормативной базы
Любой качественный проект начинается с тщательной подготовки и систематизации исходной информации. Прежде чем открыть калькулятор или чертежную программу, необходимо собрать и проанализировать три ключевых блока данных:
- Архитектурно-строительные чертежи: Планы этажей, разрезы, отметки высот. Эти документы дают понимание объема и геометрии помещений.
- Описание технологического процесса: Расположение оборудования (гальванических ванн), состав используемых химических растворов, их температура, объемы испарений. Это ключ к определению источников вредных выделений.
- Климатические параметры района строительства: Температуры холодного и теплого периодов года, влажность. Эти данные необходимы для расчета тепловой нагрузки на калорифер.
Опорой для всех дальнейших расчетов служит нормативная документация. Главным документом в этой области является СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха». Для такого специфического объекта, как гальванический цех, опора на нормативы — это не формальность, а основа безопасности. Именно стандарты определяют предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны и минимальные требования к системам, которые должны эти концентрации обеспечивать. Игнорирование этих правил может привести к созданию неэффективной и опасной для здоровья системы.
Раздел 2. Как определить тепловую и влажностную нагрузку на систему
Помещение цеха — это сложная система, в которой постоянно выделяются тепло и влага. Задача вентиляции — ассимилировать (поглотить) эти избытки, поддерживая комфортные и безопасные условия. Основными источниками тепло- и влагопоступлений в производственном помещении являются:
- Технологическое оборудование: Для гальванического цеха это основной источник. Нагретые растворы в ваннах выделяют значительное количество тепла и водяных паров.
- Люди: Каждый сотрудник в процессе жизнедеятельности выделяет тепло и влагу.
- Солнечная радиация: Тепло, поступающее через окна в теплый период года.
- Системы освещения: Светильники также вносят свой вклад в общую тепловую нагрузку.
Расчет заключается в том, чтобы количественно оценить каждый из этих источников и просуммировать их. При проектировании систем вентиляции для цехов с технологическими процессами, выделяющими тепло, требуется в первую очередь учитывать тепловую нагрузку от оборудования, так как она обычно в разы превышает все остальные. Зная, какой объем избыточного тепла (измеряется в Ваттах) и влаги (в граммах/час) поступает в помещение, мы можем перейти к следующему, ключевому этапу.
Раздел 3. Расчет воздухообмена как основа всей системы
Определение требуемого объема воздуха, или воздухообмена, — это сердце курсовой работы. Подход к его расчету кардинально отличается для разных типов зданий. Если для жилых помещений расчет ведется по укрупненным санитарным нормам (например, 3 м³ воздуха в час на 1 м² площади), то для промышленных объектов с вредными выделениями всё гораздо сложнее.
Здесь главный метод — расчет по ассимиляции вредных выделений. Его суть — определить, какой объем чистого воздуха нужно подать в помещение, чтобы разбавить концентрацию вредных веществ (паров кислот и щелочей от гальванических ванн) до предельно допустимых значений (ПДК). Однако на практике для курсового проектирования часто используют упрощенный, но надежный метод — расчет по кратностям. Кратность воздухообмена показывает, сколько раз в течение часа воздух в помещении полностью обновляется. Для промышленных цехов с выделением вредных веществ кратность может составлять от 5 до 50 и более, в зависимости от интенсивности загрязнений.
При проектировании вентиляции гальванического цеха необходимо учитывать специфические требования к аспирационным системам. Расчет должен включать определение объема воздуха, который нужно удалить непосредственно от каждой ванны через местные отсосы, и объема воздуха для общей вентиляции цеха. Сумма этих значений и даст нам искомый общий воздухообмен.
Раздел 4. Выбор и обоснование принципиальной схемы вентиляции
Зная, сколько воздуха нам нужно, необходимо решить, как его подавать и удалять. Существует несколько базовых типов систем вентиляции:
- Общеобменная: Обеспечивает вентиляцию всего объема помещения.
- Местная: Удаляет загрязненный воздух непосредственно от источника выделения (например, вытяжной зонт над плитой).
- Комбинированная: Сочетает в себе элементы общеобменной и местной систем.
Для гальванического цеха единственно верным решением является комбинированная приточно-вытяжная система. Почему именно она? Потому что она позволяет решить две задачи одновременно и максимально эффективно. Местные отсосы (аспирационные системы) от гальванических ванн улавливают и удаляют основной объем концентрированных вредных выделений, не давая им распространиться по цеху. А общеобменная система подает в цех чистый воздух и удаляет остаточные загрязнения и избытки тепла, обеспечивая требуемые параметры микроклимата во всей рабочей зоне.
Раздел 5. Аэродинамический расчет, или Проектирование сети воздуховодов
Сеть воздуховодов — это «кровеносная система» вентиляции, по которой воздух доставляется в нужные точки. Аэродинамический расчет — это процесс ее проектирования, который включает в себя несколько шагов:
- Трассировка сети: На плане этажа наносится маршрут прокладки магистральных и ответвленных воздуховодов от вентиляционной установки до воздухораспределительных устройств.
- Определение расхода воздуха на участках: Сеть разбивается на расчетные участки, и для каждого определяется объем проходящего по нему воздуха.
- Подбор сечений воздуховодов: Зная расход, подбирается площадь сечения (и, соответственно, размеры) воздуховода. При этом необходимо выдерживать рекомендуемые скорости движения воздуха. Например, минимальная скорость движения воздуха в воздуховодах для предотвращения оседания пыли составляет 5 м/с.
- Расчет потерь давления: Воздух, двигаясь по сети, теряет давление из-за трения о стенки воздуховодов и на преодоление местных сопротивлений (повороты, тройники, решетки). Для расчета потерь используются специальные формулы, например, формула Дарси-Вейсбаха, и таблицы.
Итогом этого расчета является определение общего аэродинамического сопротивления сети — то есть, какое давление должен развить вентилятор, чтобы «прокачать» через эту сеть нужный объем воздуха.
Раздел 6. Подбор сердца системы, или Как выбрать центральный вентилятор
Подбор вентилятора осуществляется строго на основе двух параметров, полученных на предыдущих этапах: расход воздуха (в м³/ч) и потери давления в сети (в Па). Вооружившись этими двумя цифрами, можно приступать к работе с каталогами производителей.
В каталоге для каждой модели вентилятора приведена его рабочая характеристика — график, показывающий зависимость развиваемого им давления от производительности. На этот график наносится наша «рабочая точка» (пересечение требуемого расхода и давления). Задача инженера — выбрать такой вентилятор, у которого рабочая точка попадает в зону максимального коэффициента полезного действия (КПД). Это гарантирует, что вентилятор будет работать в оптимальном, энергоэффективном режиме, а не «вхолостую» или с перегрузкой. Для большинства систем общеобменной вентиляции наиболее распространенным типом являются центробежные вентиляторы, способные создавать необходимое давление.
Раздел 7. Выбор дополнительного оборудования для качественной подготовки воздуха
Воздух с улицы, прежде чем попасть в цех, должен быть подготовлен. За это отвечают два ключевых элемента приточной установки: фильтр и калорифер.
- Фильтр: Его задача — очистить приточный воздух от пыли и других загрязнителей. Фильтры подбираются по классу очистки (например, G4 — грубая очистка, F7 — тонкая очистка) в зависимости от требований к чистоте воздуха в помещении. При выборе также важно учесть его аэродинамическое сопротивление, которое добавится к общим потерям давления в сети.
- Калорифер (воздухонагреватель): Необходим для подогрева приточного воздуха в холодный период года. Его тепловая мощность рассчитывается исходя из объема проходящего воздуха и разницы температур (между требуемой температурой подачи и расчетной температурой самой холодной пятидневки для данного региона). Важно помнить, что температура подаваемого воздуха в зимний период не должна быть ниже температуры точки росы внутреннего воздуха, чтобы избежать выпадения конденсата.
Раздел 8. Визуализация проекта, или Требования к графической части
Грамотно выполненные чертежи — это лицо проекта и важнейшая часть курсовой работы. Они должны быть не только точными, но и информативными, и легко читаемыми. Стандартный комплект графической части включает:
- Планы этажей с нанесенными системами вентиляции. На них показывают трассировку воздуховодов, расположение вентиляционного оборудования, воздухораспределительных и воздухозаборных устройств.
- Аксонометрическая схема системы вентиляции. Это объемное изображение системы, которое наглядно показывает взаимное расположение всех ее элементов и помогает понять ее структуру.
- Разрезы здания (при необходимости), на которых показаны вертикальные участки воздуховодов и их пересечения со строительными конструкциями.
Все элементы на чертежах должны быть выполнены с использованием условных графических обозначений (УГО) согласно ГОСТ. Аккуратность и соблюдение стандартов оформления демонстрируют инженерную культуру автора работы.
Заключение и оформление пояснительной записки
В результате проделанной работы мы прошли полный цикл проектирования: рассчитали необходимый воздухообмен для удаления вредностей в гальваническом цехе, подобрали принципиальную схему вентиляции, спроектировали сеть воздуховодов и выбрали основное и дополнительное оборудование. Спроектированная система полностью отвечает требованиям безопасности и нормативных документов, в частности СП 60.13330.2020.
Финальным штрихом является оформление пояснительной записки. Это документ, который описывает и обосновывает все принятые в проекте решения. Ее рекомендуемая структура выглядит следующим образом:
- Титульный лист
- Задание на проектирование
- Содержание
- Введение (описание объекта, цель работы)
- Расчетная часть (с последовательным изложением всех выполненных расчетов)
- Заключение (основные результаты и выводы по работе)
- Список использованной литературы
- Приложения (спецификации подобранного оборудования)
Курсовая работа по вентиляции — это не просто набор расчетов, а комплексный инженерный документ. В нем одинаково важны и точность вычислений, и логика принятых решений, и качество графического оформления.
Список источников информации
- СНиП 2.04.05-91 *. Отопление, вентиляция и кондиционирование / Минстрой России. -М.: ГП ЦПП, 1994. -66с.
- Титов В.П., Сазонов Э.В., Краснов Ю.С., Новожилов Б.И. Курсовое и диплом¬ное проектирование по вентиляции гражданских и промышленных зданий. — М.: Стройиздат, 1985.-207 с.
- Сазонов Э.В. Вентиляция общественных зданий: Учебное пособие для вузов по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция»,-Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1991. -184 с.
- Внутренние санитарно — технические устройства : В 3 ч. / В. Н. Богословский и др.; Под ред. Н. Н. Павлова. Ю. И. Шиллера; Ю. Н. Саргин, В. Н. Богословский Ч.З:Вентиляция и кондиционирование воздуха: В 2 кн. Кн. 1. — М.: Стройиздат, 1992. — 319с
- Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Издание 4-е. Книга 2-я. Р.В.Щекин, С.М. Кореневский, Г.Е. Бем, Ф.И. Скороходько. Киев, «Будивельник», 1976г. Стр. 352.
- http://www.rowen.ru Вентиляционные системы и оборудование.