Проектирование приточно-вытяжной вентиляции в химической лаборатории

Расчет производственной приточно-вытяжной вентиляции

Изначально потребуется определить, какой объем воздушных потоков необходим для нормальной работы персонала. Если рассчитывать в идеальном случае, когда загрязненные вещества отсутствуют, для определения объема применяется простая формула: L=NxM. Здесь N определяет число работников, а M показывает, сколько воздуха «уходит» на одного из них за час. Согласно номам, для невентилируемых помещений это 60 куб. м/ч, для проветриваемых – 30 куб. м/ч.

Как вычислить объем свежего воздуха, требуемого для замены отработанного? Предусмотрена другая формула: L=Mв/(V-Q). Первое значение – количество загрязненных веществ, регулярно проникающих в помещение (мг/час), V – объем грязных потоков в мг/куб. м, Q – вещества в поступаемом потоке (мг/куб. м).

Вентиляция химических лабораторий

Химические и бактериологические лаборатории в обязательном порядке должны быть оборудованы аварийной системой вентиляции. Она должна включаться при поломке основной.

Аварийная не может обладать всеми характеристиками основной. Однако по функциональным способностям к ней предъявляются специальные требования конструктивного и эксплуатационного характера.

1. Дублированная возможность запуска. Из самой лаборатории и за ее пределами. Обычно выключатель располагают на входе.
2. Выключатели основной вентиляции дублируют и располагают рядом с выключателями аварийной.
3. Аварийная система должна включаться автоматически при отключении основной.
4. При работе лаборатории с взрывоопасными веществами, должно быть применены соответственные комплектующие аварийной вентиляции.

Стадии составления проекта

Перед монтажом промышленного оборудования необходимо выполнить проектирование. Процесс происходит поэтапно. Для начала специалисты изучают объект и составляют техническое задание с основными требованиями заказчика к установке оборудования и созданию необходимого микроклимата в помещении.

Затем наступает стадия анализа и проведения соответствующих расчетов, на основании которых можно определить необходимое количество кислорода для подачи и воздуха для удаления.

На основании полученных данных специалисты могут приступить к конструированию вентиляционной системы. При этом необходимо учитывать функциональное назначение объекта, требования к пожарной безопасности и эксплуатации.

Чтобы создать нормируемую подвижность воздушных масс в области производственного процесса, нужно определить модель воздухораспределения.

Специалисты подбирают место для проведения монтажа вытяжной и приточной установки, а также отдельных составляющих системы. На данном этапе необходимо учитывать особенности архитектуры здания и характеристики системы управления кондиционером. Специалисты составляют чертежи, спецификацию оснащения и материалов.

Все принятые решения в процессе проектирования подлежат обязательному согласованию с заказчиком.

Общие требования к вентиляционным системам

Проектирование и расчет вентиляции в лабораториях должны выполняться с учетом определенных правил:

1. Вентиляция химической, бактериологической лаборатории и других типов лабораторных помещений не должна быть рециркуляционной, то есть отработанный воздух должен в полном объеме выводиться наружу и заменяться чистым воздухом с улицы.
2. Аварийная вентиляция должна быть укомплектована приточными клапанами, которые будут блокировать попадание отработанных воздушных масс в систему подачи чистого воздуха.
3. Если требования к вентиляции на предприятии подразумевают экономию электроэнергии, то система должна быть оборудована автоматическими выключателями.
4. Проектирование системы воздухообмена для лабораторий, в которых идет работа со взрывчатыми или легковоспламеняющимися веществами, должно учитывать эффективное удаление дыма.
5. Если проектируется вентиляционная система в многоэтажном здании, в котором находится несколько лабораторий, то отдельные приточно-вытяжные системы можно сводить в одну вентиляционную шахту.
6. Оборудование для вентиляции лаборатории должно соответствовать нормам СНИП.

Очистка воздуха

Существует два основных способа вентиляции, используемых для очистки воздуха от химических соединений и других опасных выбросов.

Первый тип

Используется во всех лабораториях и предусматривает заполнение всего объема помещения свежим кондиционированным воздухом (с функцией регулирования влажности и температуры) по «общей» или «разбавляющей» схеме.

Общеобменная вентиляция в лаборатории аналогична централизованным системам кондиционирования воздуха, которые обычно устанавливаются внутри больших зданий в офисах, классах и других помещениях, не относящихся к лабораторным.

Этот способ, в первую очередь, предназначен для решения стандартных проблем качества воздуха внутри помещений и обеспечения надлежащего смешивания летучих выбросов и других загрязняющих веществ с медленным высвобождением, что позволяет свести к минимуму концентрацию этих веществ в воздухе всего помещения.

Этот способ контроля не обеспечивает надлежащей защиты от сильных загрязнений или концентрированных выбросов, которые могут возникать вблизи источников выделения таких веществ или, например, в результате внезапных или залповых выбросов. В таких случаях уже требуется наличие вытяжного шкафа или вытяжной системы иного типа.

Второй тип

Системы вентиляции данного типа называются «прямыми» или «локальными». Реализуются через одноканальную систему вентиляции с абсолютным минимальным значением сменяемости воздуха 4 раза в час (4 ACH). При этом воздух должен подаваться непрерывно с этой скоростью или выше во все участки помещений, в которых используются или хранятся химические вещества.

В отличие от лабораторий, офисы и другие помещения, не относящиеся к лабораторным, функционируют при кратности воздухообмена 1-1,5 ACH, причем около 80% этого воздуха фильтруется и рециркулируется для создания комфортного микроклимата при минимальном общем потреблении энергии.

Большинство научных лабораторий изначально спроектированы на подачу свежего нерециркулированного воздуха в объеме 10-12 ACH. Поэтому обычная химическая лаборатория может за один час израсходовать такое количество воздуха и энергии, которого хватило бы на целый день работы в другом, аналогичном по размерам помещении.

Прямая вентиляция удаляет все загрязнители, образующиеся в промежутке между зоной их возникновения и находящимся в помещении персоналом, предотвращая их смешивание с основной массой лабораторного воздуха. Вентиляция этого типа существенно снижает общее количество вредных выбросов и, в отличие от общеобменной вентиляции, расходует гораздо меньше энергии на очистку воздуха от одной и той же концентрации примесей. Эти системы также позволяют точечно удалять избыточное тепло или влагу, образующиеся при работе лабораторного оборудования, для поддержания общей чистоты воздуха в помещении на таком же эффективном уровне.

К системам местной вентиляции для лабораторий относятся:

• Химические вытяжные шкафы.
• Перчаточные боксы.
• Газовые шкафы.
• Столы с нисходящим потоком воздуха.
• Гибкие вытяжные каналы.

Общеобменные и прямые системы вентиляции встроены в общую сеть внутри здания лаборатории и позволяют удалять примеси и большие тепловые потоки напрямую, без рециркуляции. Это необходимо для поддержания в помещениях лаборатории небольшого перепада отрицательного давления по отношению к внешней среде и незначительного перепада положительного давления во всех других помещениях. Эти перепады давления поддерживаются путем регулирования баланса между приточным и отработанным воздухом в каждой области системы вентиляции в лаборатории.

Установка этих систем призвана исключить попадание в помещения общего пользования потенциально грязного лабораторного воздуха и поступление в здание неочищенного и некондиционированного воздуха, смешанного с пылью, грязью, влагой и прочими примесями.

Весь отработанный воздух выходит из лаборатории через выпускные трубы, расположенные и спроектированные с достаточным запасом по скорости и высоте над линией крыши, чтобы обеспечить максимальную защиту находящихся рядом людей от вредных примесей и не допустить попадания выбросов в приточные вентиляционные отверстия.

Приток воздуха должен находиться вдали от зон выпуска, которые могут негативно сказаться на качестве воздуха, например, грузовых эстакад или парковочных площадок.

Расчеты местной вентиляции для жилых комнат

Для обычной вентиляционной системы важно и количество человек, которые находятся в отведенной рабочей площади. Рассчитаем объем обмена воздуха, в комнате 14 квадратных метров, на 2 человек. Такие условия схожи с обычным жилым помещением

Один человек расходует 20 кубических метров воздуха за час. То есть, на двоих – показатель следует увеличить на 2. Значит, 40 куб. метров приходится на 2 человек. Это и является необходимым значением дополнительного воздухообмена

Такие условия схожи с обычным жилым помещением. Один человек расходует 20 кубических метров воздуха за час. То есть, на двоих – показатель следует увеличить на 2. Значит, 40 куб. метров приходится на 2 человек. Это и является необходимым значением дополнительного воздухообмена.

Для кухонных, а также туалетных вытяжек, производительность вентиляционных систем увеличивается в несколько раз. Для квартир, показатель до 500 куб. метров/ч является нормальным. Для частного дома, производительность вентиляции может варьироваться в пределах 1000-2000 куб.м./ч. Для кухонной вытяжки имеются собственные расчеты. Необходимую производительность можно рассчитать по простой формуле. Следует перемножить площадь кухни, ее высоту и коэффициент оборудования (для газовых плит он равен 20, а для электрических – 12).

Для получения максимально эффективного результата, который можно использовать для поиска подходящего оборудования для кухни, полученное значение следует округлить в большую сторону. То есть, если кухня имеет площадь в 10 кв. метров с высотой потолка 2,5 м. Производительность вентиляции будет равна 300 куб.метров (с электрической плитой) и 500 куб.метров (с газовой плитой). Производители электрических угольных вытяжек советуют учитывать также дополнительный коэффициент равный 1,3, который характеризует работу самого оборудования (переработку, фильтрацию и т.д.).

Нормы воздухообмена помещений производства

Так как здания промназначения по ряду факторов отличаются от зданий, в которых проживают люди, расчет воздухообменных процессов производится с учетом следующих параметров:

• количество персонала;
• число электроприборов;
• климатических условий;
• мощность естественной вентиляции;
• предназначение помещения;
• тепловыделяющие факторы;
• наличие примесей пыли и вредных веществ;
• химическое воздействие.

Нормы обмена воздухом закреплены в отраслевых стандартах предприятия, правилах техники безопасности. К зданиям промышленного назначения применяется СП 60.13330.2012 «СНиП 41-01-2003. Отопления, вентиляция и кондиционирование воздуха». Этими правилами руководствуются, осуществляя проектирование. Для соблюдения норм санитарии необходимо поступление воздушного притока приблизительно 30 м³/час на одного работающего человека, если объем вентилируемого помещения меньше 20 кубических метров. В случае отсутствия естественной вентиляции воздушный приток должен составлять 60-65 м³.

Проветривание проводится с целью обеспечения хорошего самочувствия сотрудников, снижения утомляемости и позволяет избавиться от большого количества накопившегося углекислого газа и токсичных паров. Не существует специальных требований к проветриванию производства. Однако в условиях больших площадей производственных цехов функцию проветривания выполняют непрерывно включенная система воздухооборота.

Вентиляция химических лабораторий

Химические и бактериологические лаборатории в обязательном порядке должны быть оборудованы аварийной системой вентиляции. Она должна включаться при поломке основной.

Аварийная не может обладать всеми характеристиками основной. Однако по функциональным способностям к ней предъявляются специальные требования конструктивного и эксплуатационного характера.

1. Дублированная возможность запуска. Из самой лаборатории и за ее пределами. Обычно выключатель располагают на входе.
2. Выключатели основной вентиляции дублируют и располагают рядом с выключателями аварийной.
3. Аварийная система должна включаться автоматически при отключении основной.
4. При работе лаборатории с взрывоопасными веществами, должно быть применены соответственные комплектующие аварийной вентиляции.

3.1 Негерметичность воздуховодов

При проверке НЕРА фильтров обычно используется синтетический аэрозоль с эквивалентным оптическим диаметром частиц от 0,3 до 0,5 мкм. Характерная концентрация таких частиц после фильтров класса Н14, как уже отмечалось выше, составляет 0,05 ч/см3 (50000 ч/м3). Концентрация подобных частиц в воздухе рабочих помещений лаборатории доходит до 107 – 108 ч/м3, т.е. на 4 порядка больше, чем в воздуховоде. Зачастую воздуховоды систем вентиляции смонтированы в виде секций, соединенных фланцами. Такая конструкция не является герметичной, в результате чего воздух из помещения попадает в работающую под отрицательным давлением «чистую» часть воздуховода (см. рис. 2). Как следствие, общая концентрация аэрозоля в воздуховоде после фильтра существенно увеличивается, многократно превышая концентрацию частиц синтетического аэрозоля, преодолевших фильтр в результате проскока (или в случае поврежденного фильтра – утечки). Счетчик частиц, к сожалению, не способен отличать частицы тестового синтетического аэрозоля от частиц аэрозоля наружного воздуха, измеряя общую концентрацию частиц в воздухе. В таком случае сделать заключение о целостности  и проскоке фильтра не представляется возможным.

Рис. 2. Попадание наружного воздуха в измерительный тракт. Черные точки – частицы тестового синтетического аэрозоля, красные – частицы аэрозоля наружного воздуха.

Вентиляция на горно-обогатительном предприятии

От эффективности работы вентиляции горно-обогатительного комбината (ГОКа) зависит здоровье и безопасность работников, поэтому данные предприятия имеют некоторые особенности систем циркуляции воздуха:

1. Для любых горных предприятий характерно наличие аспирационной системы, которая обеспечивает двухступенчатую очистку воздушных масс от пыли. Больше всего пыли выделяется при работе сортировочного, транспортного и дробильного оборудования, поэтому основные выходы приточного вентиляционного оборудования располагаются в зоне его работы.
2. В строительной и горнодобывающей отрасли аварийные и обычные системы вентиляции обязательно оснащаются водными фильтрами, которые эффективно справляются с проблемой повышенной запыленности воздуха.
3. Вентиляция горно-обогатительного и строительных предприятий обязательно должна включать в себя мощное приточно-вытяжное оборудование, обеспечивающее нормальное функционирование всех систем и безопасность работы сотрудников.

Горные обогатительные фабрики могут иметь рециркуляционную вентиляцию, но только при условии наличия многоступенчатых систем очистки воздуха, обустроенных в соответствии со всеми требованиями и нормами безопасности. Устройством системы должны заниматься профессионалы, а перед ее запуском нужна проверка на эффективность.

Особенности помещений химических лабораторий

Химические лаборатории представляют собой категорию весьма разнообразных по назначению и выполняемым функциям помещений. Принято разделять:

• офисные – помещения, предназначенные для аналитической работы, не взаимодействующей с хим. реактивами
• бытовые – помещения, выполняющие при лабораториях функции столовых, душевых, санузлов и т.п.
• производственные – эти отделения непосредственно используются для работ с химическими реактивами, выполнения технологических или экспериментальных операций

Разнородность выполняемых функций обязывает создавать соответствующие системы вентиляции, обеспечивающие охрану труда, контроль за концентрацией вредных веществ и системами пожаротушения. Обустройство химических лабораторий должно соответствовать ряду условий:

• запрещается организация хим. лабораторий в подвальных помещениях
• система вентиляции лаборатории создается отдельно от общеобменной системы всего здания
• обязательно оборудование системами сигнализации, автоматического пожаротушения и т.д.
• в качестве средств тушения применять только соответствующие устройства (углекислотные, порошковые или иные виды огнетушителей)

Следует учитывать, что разновидностей химических лабораторий очень много, условия работы и применяемые материалы значительно отличаются друг от друга, что усложняет классификацию и увеличивает количество специфических признаков.

Основания для установки вентиляции

Воздухообмен и фильтрация воздуха – основные задачи, поставленные перед вентиляцией. Без неё любой кабинет не сможет функционировать и не пройдет проверку контролирующих органов, ведь работа в нём будет представлять опасность для обслуживающего персонала. Поэтому, кроме всего прочего, вентиляция в лаборатории необходима еще по двум серьезным причинам:

• существует опасность загрязнения воздуха продуктами химических реакций, вирусами, бактериями. Например, при опыте с химическими соединениями. Результатом подобной деятельности являются опасные испарения. А в лабораториях, где изготавливаются зубные протезы, в воздух попадают мелкофракционные частицы гипса, кварца, металлов, и ему необходима фильтрация. В пищевых лабораториях выделяются неприятные запахи, которые также подлежат удалению.
• превышение нормативных показателей температуры и влажности. Кроме опасных соединений выделяется водяной пар и тепло. Для поддержания приемлемого микроклимата обязательно нужна приточно-вытяжная вентиляция, а также система кондиционирования.

Нормативно правовые особенности эксплуатации фильтров очистки воздуха

Согласно требованиям п.п. 2.3.24, 2.8.2 СП 1.3.2322-08 системы вентиляции должны быть оснащены «фильтрами тонкой очистки». Классификация фильтров по классам определяется ГОСТом  Р ЕН 779-2014 в таблице 1.

Как видно из таблицы минимальная эффективность фильтрации фильтров тонкой очитки на несколько порядков ниже эффективности НЕРА фильтров класса H14, которая определяется ГОСТ Р ЕН 1822-1-2010 и составляет 99,995%. В сложившейся ситуации, фактически, требования к установке в системы вытяжной вентиляции лабораторий  III-IV групп патогенности фильтров типа НЕРА отсутствуют. Данная правовая недоработка устранена в новой редакции санитарных правил по работе с микроорганизмами I-II групп патогенности СП 1.3.3118-13, в которых четко указано требование использования фильтров типа НЕРА класса не менее H14. Это обстоятельство ещё раз указывает на устаревание СП 1.3.2322-08 и требует их скорейшего пересмотра.   

Архитектурные и монтажные требования.

Кроме санитарных требований при выборе и проектировании системы вентиляции и кондиционирования обязательно нужно учесть и архитектурные и строительно-монтажные требования.

• Требования по дизайну системы. В некоторых случаях нельзя размещать внешние блоки на фасаде здания.
• Внутренние элементы должны быть увязаны с интерьером
• Если есть подвесные потолки, то воздуховоды можно скрыть за ними… и т.д.

Оборудование системы должно занимать минимальную площадь, иметь не слишком большую массу и габариты. Это особенно важно при реконструкции уже имеющихся зданий.
Простота монтажа, минимальные затраты времени и труда на ввод в эксплуатацию.
Пожарная безопасность — для пожаро- и взрывоопасных помещений нужно предусмотреть дополнительную защиту (огнезадерживающие клапаны, специальные схемы прокладки коммуникаций). В противном случае дым и огонь могут распространиться по вентиляционным каналам и нанести зданию и людям огромный ущерб.
Виброизоляция и звукоизоляция вентиляционного оборудования и кондиционеров. Санитарно-гигиенические требования устанавливают максимально допустимый уровень шума для разных типов помещений.
Во многих случаях система вентиляции и кондиционирования должна вводиться в эксплуатацию по этапам и отдельным помещениям. Это должно быть предусмотрено в ее конструкции.

Механическая вентиляция

С помощью механической вентиляции, например, кондиционеров, можно контролировать температуру и качество воздуха, поступающего в лабораторию. Эти системы вентиляции можно использовать для контроля установленных требований, то есть обеспечения оптимального уровня влажности и общего микроклимата в помещении лаборатории.

В отличие от естественной вентиляции, параметры механической вентиляции можно индивидуально отрегулировать, но всё же это вряд ли поможет удалить все загрязнения из воздуха. Это значит, что лабораториям может потребоваться дополнительный приточный воздух с улицы для поддержания здорового микроклимата. И с этой точки зрения оптимальный выбор — приточно-вытяжная вентиляция лаборатории.

Чтобы в полной мере обеспечить потребности лаборатории и исследователей в воздухе, важно учитывать такие факторы, как площадь помещения, характер рабочих процессов и концентрация загрязняющих веществ в воздухе. Последний фактор имеет особенно важное значение для лабораторий, работающих с потенциально опасными материалами и химическими веществами

При планировании систем вентиляции для лабораторий, необходимо проанализировать все работы, которые будут выполняться в помещениях в краткосрочной и долгосрочной перспективе.

При работе с химическими веществами в лаборатории необходимо учитывать, что даже незначительные отклонения от стандартного режима вентиляции (например, открытие дверей в помещениях, неправильное размещение предметов внутри вытяжных шкафов, несоблюдение высоты установки рамы окна или даже нахождение посторонних лиц в помещениях с активными химическими процессами) могут крайне негативно сказаться на контроле и локализации аэрозольных веществ.

Сотрудники лаборатории должны быть осведомлены о назначении, возможностях, ограничениях и стандартных эксплуатационных характеристиках вентиляционных систем и устройств, установленных в здании лаборатории. При возникновении подозрений на неполадки оборудования, следует приостановить все работы и немедленно провести необходимую проверку, принять соответствующие меры.