Расчёт воздухообмена по вредным веществам, теплу и влаге: формулы и примеры
«Воздухообмен рассчитывают по вредностям — кратность является результатом расчёта, а не его исходным условием.»
Расчёт воздухообмена по вредным веществам — базовый метод проектирования промышленной вентиляции. Он даёт физически обоснованный ответ на вопрос: сколько воздуха нужно подать, чтобы концентрация вредного вещества в рабочей зоне не превысила ПДК по ГОСТ 12.1.005-88. По СП 60.13330.2020 для производственных помещений этот метод приоритетен перед нормированием по кратности.
- Базовая формула: L = G / (C_пдк − C_пр) — расход воздуха (м³/ч) через выделение вещества и ПДК
- Для тепла: L = Q / (0,28 × ρ × Δt) — чаще даёт б о́льший расход, чем расчёт по вредностям
- Для влаги: L = W / (d_вых − d_пр) × 1 000 — применяется в прачечных, бассейнах, цехах мойки
- ПДК источник: ГН 2.2.5.3532-18 — более 1 000 веществ, обязательный документ для проектировщика
- Принимается максимум из трёх расчётов: по вредностям, теплу и влаге
- Кратность — проверочный показатель, а не расчётный; для производственных цехов не нормируется напрямую
веществам
теплоизбыткам
из трёх расчётов
Метод расчёта по вредным веществам
Расчёт ведётся из условия разбавления вредного вещества до концентрации ниже ПДК. Формула баланса масс вредного вещества в установившемся режиме (СП 60.13330.2020, прил. Б):
L = G / (C_пдк − C_пр)
где:
- L — расход приточного воздуха, м³/ч
- G — интенсивность выделения вредного вещества, мг/ч
- C_пдк — предельно допустимая концентрация, мг/м³ (из ГН 2.2.5.3532-18)
- C_пр — концентрация вещества в приточном воздухе, мг/м³ (обычно 0,3 × C_пдк или 0 для наружного воздуха)
Пример. Покрасочная камера. Расход растворителя (толуол) 2 кг/ч, испаряется 80%: G = 2 000 г × 0,8 / ч = 1 600 г/ч = 1 600 000 мг/ч. ПДК толуола = 50 мг/м³ (ГН 2.2.5.3532-18). C_пр = 0. L = 1 600 000 / (50 − 0) = 32 000 м³/ч.
| Вещество | ПДК рабочей зоны | Класс опасности | Типичное производство |
|---|---|---|---|
| CO (оксид углерода) | 20 мг/м³ | IV | Котельные, кузни, паркинги |
| NO₂ (диоксид азота) | 2 мг/м³ | III | Газовые горелки, сварка |
| Толуол | 50 мг/м³ | III | Покраска, типографии |
| Ацетон | 200 мг/м³ | IV | Химия, лаборатории |
| Пыль SiO₂ > 10% | 1 мг/м³ | I | Стекло, керамика, камень |
| Цементная пыль | 6 мг/м³ | IV | Цемент, бетон |
| Пары масла | 5 мг/м³ | III | Металлообработка, термичка |
| NH₃ (аммиак) | 20 мг/м³ | IV | Холодильники, удобрения |
Расчёт воздухообмена по теплоизбыткам
Тепловой метод — основной для цехов с мощными источниками тепла: кузнечных, литейных, термических, компрессорных. Используется, когда тепловыделения формируют расчётный воздухообмен, больший, чем расчёт по вредностям.
L = Q (Вт) / (0,28 × ρ × Δt)
где Q — явные теплоизбытки (кВт × 1000 для перевода в Вт), ρ = 1,2 кг/м³, Δt = t_вых − t_пр (°С). Для производственных цехов Δt принимают 6–10°С.
Пример. Компрессорный зал: три компрессора по 45 кВт с воздушным охлаждением. Теплоизбытки: 135 × 0,25 = 33,75 кВт = 33 750 Вт. L = 33 750 / (0,28 × 1,2 × 7) = 14 400 м³/ч.
Расчёт воздухообмена по влагоизбыткам
Применяется для помещений с интенсивным испарением воды: прачечных, бассейнов, моечных цехов, пищевых производств. Условие — влагосодержание в помещении не выше нормативного (d_max по ГОСТ 30494).
L = W × 1000 / (ρ × (d_вых − d_пр))
где W — влагоизбытки (кг/ч), d_вых и d_пр — влагосодержание вытяжного и приточного воздуха (г/кг сух. возд.), ρ = 1,2 кг/м³. Значения d берут из I-d-диаграммы Моллье при соответствующих температурах и относительной влажности.
Несколько вредных веществ одновременно
Производственные помещения редко имеют один источник вредностей. При нескольких веществах порядок расчёта зависит от их биологического действия.
| Ситуация | Метод | Условие |
|---|---|---|
| Вещества независимого действия (CO + толуол) | Расчёт по каждому, принять max | Σ(C_i/ПДК_i) при этом не нормируется |
| Вещества однонаправленного действия (ацетон + бутанол) | Проверка суммы: Σ(C_i/ПДК_i) ≤ 1 | ГОСТ 12.1.005-88, п. 4.2.6 |
| Вещества синергетического действия | Консультация токсиколога, повышающий коэффициент | Указано в ГН 2.2.5.3532-18 |
Для веществ однонаправленного действия (раздражающие верхние дыхательные пути: NH₃ + HCl; наркотики: ацетон + толуол) расход воздуха увеличивают до выполнения условия суммы. Эффективнее всего при этом работает местная вытяжка: она снижает G в формуле, уменьшая требуемый общеобменный расход.
Нужен расчёт вентиляции для вашего цеха?
Укажите перечень вредных веществ, интенсивность выделений и размеры помещения — подберём вентилятор и систему по СП 60.13330 В каталоге — радиальные вентиляторы и крышные вентиляторы.
Сравнение методов: когда что применять
| Метод | Когда применять | Типичный результат |
|---|---|---|
| По вредным веществам L = G/ΔC | Цехи окраски, химии, металлообработки | Часто наибольший L при высоких G |
| По теплоизбыткам L = Q/cρΔt | Компрессорные, кузнечные, термические | Наибольший при мощных источниках тепла |
| По влагоизбыткам L = W/ρΔd | Прачечные, бассейны, цехи мойки | Критичен для предотвращения конденсата |
| По количеству людей | Офисы, административные помещения | 20–60 м³/ч·чел (ГОСТ 30494) |
| По нормативной кратности | Только как проверочный показатель | Минимум: 1 крат/ч нежилые; 3–5 — склады |
Типичные ошибки при расчёте воздухообмена
Что делают: принимают C_пр = 0 в формуле расчёта по вредностям, не учитывая фоновое загрязнение приточного воздуха.
Последствие: для производств вблизи других источников загрязнения (соседние цехи, автодороги) C_пр может составлять 20–50% от C_пдк. Это существенно увеличивает требуемый расход по сравнению с расчётом при C_пр = 0.
✓ Правильно: измерить фактическую концентрацию C_пр в приточном воздухе или принять 0,3 × C_пдк при отсутствии данных.
Что делают: принимают расчётный L без учёта коэффициента неравномерности распределения воздуха.
Последствие: реальный воздухообмен в рабочей зоне на 15–30% ниже расчётного из-за несовершенства воздухораспределения (струи, короткое замыкание, застойные зоны). Концентрация в рабочей зоне превышает ПДК.
✓ Правильно: умножать L на коэффициент эффективности воздухообмена η = 0,7–0,9 (из СП 60 прил. Б) или проверять расстановку решёток CFD-расчётом.
Часто задаваемые вопросы
-
1Определить перечень вредных веществ и их выделение
Составьте список вредных веществ, выделяемых в помещении (по технологическому регламенту или замерам). Определите интенсивность выделения G (мг/ч) для каждого вещества. Найдите ПДК в ГН 2.2.5.3532-18.
-
2Рассчитать расход воздуха по каждому веществу
По формуле L = G / (C_пдк − C_пр) рассчитайте расход для каждого вещества. C_пр принимайте 0,3 × C_пдк при подаче наружного воздуха или фактическое значение для рецикла. Умножьте результат на коэффициент запаса 1,1.
-
3Принять максимальное значение
Из всех рассчитанных значений L (по каждому веществу, по теплу, по влаге) принимайте наибольшее. Это и будет расчётный расход вентиляционного воздуха. Сравните с минимумом по кратности из ГОСТ 30494 или СП 60.
Расчёт воздухообмена: L = G / (C_пдк − C_пр), где L — расход воздуха (м³/ч), G — количество вредного вещества (мг/ч), C_пдк — ПДК (мг/м³) по ГН 2.2.5.3532-18, C_пр — концентрация в приточном воздухе (обычно 0 или 0,3 × C_пдк). Результат умножают на коэффициент запаса 1,1–1,2.
L = Q / (0,28 × ρ × (t_вых − t_пр)), где Q — явные теплоизбытки (Вт), ρ = 1,2 кг/м³, Δt = 6–10°С. Пример: Q = 50 000 Вт, Δt = 8°С: L = 50 000 / (0,28 × 1,2 × 8) = 18 600 м³/ч. Метод применяется для цехов с мощными источниками тепла.
По СП 60.13330.2020 для производственных помещений расчёт ведётся по нормируемым параметрам — вредным веществам, теплу или влаге. Кратность — это результат расчёта, не исходное условие. Метод «по кратности» без предварительного расчёта допустим только для административных помещений и офисов.
ПДК рабочей зоны — концентрация вредного вещества, которая при 8-часовом воздействии не вызывает заболеваний. Значения — в ГН 2.2.5.3532-18 (более 1 000 веществ). Для жилых зданий — ГН 2.1.6.3492-17 (ПДК атмосферного воздуха, в 10–50 раз строже рабочей зоны).
При однонаправленном действии веществ проверяют условие: Σ(C_i / ПДК_i) ≤ 1 по ГОСТ 12.1.005-88. При независимом действии — рассчитывают L для каждого вещества отдельно и принимают максимум. Для веществ синергетического действия (усиливают эффект друг друга) — см. примечания в ГН 2.2.5.3532-18.
При технологических процессах с пиковыми выделениями (окраска, сварка, химические реакции) расчёт ведётся по максимальному часовому выделению. Если пики кратковременны (≤15 мин/ч), допускается учитывать «сглаженный» поток с коэффициентом неравномерности K=1,5–2. Для залповых выбросов (слив растворителей, розлив химии) рассчитывают аварийную вентиляцию отдельно по ГОСТ Р 12.3.047 — не менее 8 крат/ч сверх основной.
Коэффициент эффективности воздухораспределения (КЭВ) учитывает, какая доля подаваемого воздуха реально достигает рабочей зоны. КЭВ = 1,0 при идеальном смешении; при верхней вытяжке и нижней подаче КЭВ = 1,2–1,5 (подача снизу вверх — эффективнее). При подаче сверху в рабочую зону КЭВ = 0,7–0,9 (часть воздуха «уходит» мимо). Расчётный воздухообмен делится на КЭВ: L_расч = L_треб / КЭВ.
Похожие статьи
Радиальные вентиляторы для промышленной вентиляции — каталог Аквент →Нужен расчёт воздухообмена для производства?
Укажите перечень вредных веществ, интенсивность выделений и тепловыделения — инженер Аквент рассчитает воздухообмен по всем методам и подберёт вентиляторы.