Промышленная вентиляция цехов: виды систем и как их проектируют
← Назад к спискуВ цехе воздух редко бывает просто воздухом: к нему примешиваются сварочный аэрозоль, масляный туман от станков и древесная пыль. Поэтому вентиляция цеха рассчитывается не по площади помещения, а по количеству вредностей, которые выделяет технологический процесс. Разберём, какие системы вентиляции цехов применяют на производстве, какими документами заданы нормы вентиляции цеха, как считают воздухообмен и из каких этапов складывается проектирование вентиляции цеха.
Зачем нужна вентиляция в производственном цехе
Вентиляция производственного цеха решает три задачи: разбавляет вредные вещества до ПДК, снимает избытки тепла и влаги и подаёт свежий воздух в рабочую зону. Если хотя бы одна не решена, страдает и персонал, и продукция.
Источники загрязнений повторяются от цеха к цеху:
-
пыль: абразивная, металлическая, древесная, окалина;
-
газы и пары: оксиды азота и углерода, растворители, аммиак;
-
аэрозоли: сварочный дым, масляный туман от СОЖ;
-
тепло: печи, остывающие изделия, электродвигатели;
-
влага: открытые ванны, пропарочные и сушильные камеры.
Нехватка воздухообмена проявляется не сразу: сначала растёт утомляемость, а через годы работы в запылённом цехе возможны профзаболевания. Параллельно пыль оседает в подшипниках станков, влага вызывает коррозию, а горючая пыль создаёт угрозу взрыва.
Вентиляция промышленного цеха отличается от бытовой принципом расчёта: воздухообмен считают не по числу людей, а по каждому виду вредностей, принимая наибольшее из значений.
Нормы вентиляции цеха: какие документы регулируют требования
Нормы вентиляции цеха распределены между несколькими документами, и ни один из них не даёт готового решения для конкретного производства.
-
СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха». Основной свод правил, действует с 1 июля 2021 года с изменениями № 1–6.
-
ГОСТ 12.4.021-75 «ССБТ. Системы вентиляционные. Общие требования». Действует с 1 января 1977 года с изменением № 1.
-
ГОСТ 12.1.005-88 «ССБТ. Требования к воздуху рабочей зоны».
-
СанПиН 1.2.3685-21, утверждённый постановлением от 28 января 2021 года. Содержит ПДК вредных веществ.
-
СП 7.13130.2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности» с изменениями № 1–3.
-
СП 12.13130.2009 о категориях помещений по взрывопожарной опасности, от которых зависит исполнение оборудования.
Вся логика расчёта держится на двух понятиях. ПДК это содержание вещества в воздухе рабочей зоны, при котором работа в течение смены не вредит здоровью. Воздухообмен это объём воздуха, который подают и удаляют за час, чтобы концентрация не вышла за ПДК.
Готовых таблиц, как в советских СНиП, больше нет: состав выбросов у двух похожих цехов может отличаться кратно, поэтому расчёт ведут по ПДК вместе с технологом. Отдельные требования касаются людей: температуру в рабочей зоне выдерживают по тяжести работ, а направлять поток прямо на рабочее место нельзя.
Виды систем вентиляции цехов
Системы вентиляции цехов классифицируют по трём признакам, и любая реальная установка описывается всеми тремя сразу:
-
по способу побуждения воздуха: естественная и механическая;
-
по назначению: приточная, вытяжная и приточно-вытяжная;
-
по зоне обслуживания: общеобменная и местная.
Отдельно стоит аварийная вентиляция, работающая только при нештатной ситуации. На практике цех обслуживает не одна система: общеобменная установка держит фон по помещению, а местные отсосы снимают вредности у станков.
Естественная вентиляция цеха и аэрация
Естественная вентиляция цеха работает без вентиляторов, за счёт разницы плотности тёплого и холодного воздуха. Нагретый воздух уходит через фонари в кровле, а через нижние проёмы поступает наружный; организованный вариант схемы называют аэрацией.
Тяга зависит от разницы температур и от ветра, поэтому в межсезонье система работает нестабильно, а воздух не фильтруется и не подогревается. По этой причине естественная вентиляция цеха в чистом виде допустима там, где нет вредных выбросов, либо в цехах с большими тепловыделениями.
Механическая (принудительная) вентиляция
Механическая вентиляция перемещает воздух вентиляторами и не зависит от погоды: производительность задаётся расчётом. Второе преимущество в том, что приточный воздух можно обрабатывать по пути в цех, а удаляемый очищать перед выбросом.
Приточная вентиляция цеха
Приточная вентиляция цеха подаёт наружный воздух нужных параметров и компенсирует объём, который удаляет вытяжка. Стандартная установка собирается из воздухозаборного клапана, фильтров, калорифера, вентилятора и сети воздуховодов.
Воздух подают прямо в рабочую зону, иначе свежий поток до людей не дойдёт. В больших цехах решётки с этим не справляются, поэтому приточная вентиляция цеха строится на сопловых воздухораспределителях с дальнобойной струёй.
Вытяжная вентиляция цеха
Вытяжная система удаляет загрязнённый воздух. Требований к ней три: расчётная производительность, герметичность и стойкость материалов к среде.
Вытяжной вентилятор ставят в конце магистрали, за очистными устройствами: тогда сеть работает под разрежением, и при неплотности воздух подсасывается внутрь воздуховода, а не выходит в цех. По исполнению установки делят на канальные и переносные.
Приточно-вытяжная вентиляция
Приточно-вытяжная система объединяет подачу и удаление воздуха в один комплекс, и только так выдерживается воздушный баланс: расхождение между притоком и вытяжкой держат в пределах десяти процентов.
Экономика схемы строится на рекуперации, когда удаляемый воздух отдаёт тепло приточному через теплообменник. В цехах с большими тепловыделениями вентиляцию совмещают с отоплением.
Общеобменная и местная вентиляция
Общеобменная вентиляция обслуживает весь объём цеха: разбавляет неуловленные вредности, снимает теплоизбытки и выравнивает параметры воздуха. Местная работает точечно: вытяжные зонты, бортовые отсосы, кожухи на станках, воздушные души и завесы на воротах.
Комбинация двух типов выгоднее одной общеобменной системы: местный отсос захватывает вредность до того, как она разойдётся по цеху, и общеобменной установке остаётся лишь фоновая нагрузка.
Аварийная вентиляция и дымоудаление
Аварийная вентиляция включается только при залповом выбросе вредных веществ или пожаре. Противодымная система снижает температуру под перекрытием и освобождает пути эвакуации от дыма.
Основные элементы это дымовые клапаны, вытяжные шахты и крышные вентиляторы, а запуск бывает автоматический и ручной. Необходимость системы определяет категория помещения по СП 12.13130.2009: для цехов категорий А и Б она обязательна.
Схемы воздухообмена в цехе
Схема воздухообмена определяет, откуда воздух подаётся и где удаляется. Выбор зависит от поведения вредностей: нагретый воздух и лёгкие газы поднимаются, тяжёлые пары и пыль опускаются.
|
Схема |
Приток и вытяжка |
Где применяют |
|
Снизу вверх |
Приток внизу, вытяжка под кровлей |
Термические и горячие цеха |
|
Сверху вниз |
Приток вверху, вытяжка у пола |
Окрасочные, литейные и сварочные цеха |
|
Сверху вверх |
Приток и вытяжка в верхней зоне |
Умеренное тепловыделение, без пыли |
|
Снизу вниз |
Приток и вытяжка в нижней зоне |
Вредности на уровне рабочей зоны |
Цеха высотой от восьми до двенадцати метров требуют отдельного подхода: под кровлей скапливается перегретый воздух, а внизу прохладно. Считать воздухообмен по полному объёму бессмысленно, поэтому приток подают в зону от нуля до двух метров, а вытяжку организуют вверху.
Нормы воздухообмена и кратность для разных цехов
Кратность воздухообмена показывает, сколько раз за час воздух в помещении полностью заменяется. Это удобный ориентир на старте проекта, но окончательные нормы вентиляции цеха определяет расчёт по вредностям.
|
Тип цеха |
Кратность, обменов в час |
Основная вредность |
Тип системы |
|
Сборочный, электроника |
2–3 |
Флюс, пары припоя |
Общеобменная с отсосами |
|
Механосборочный |
3–4 |
Масляный туман, металлическая пыль |
Общеобменная с зонтами над станками |
|
Деревообрабатывающий |
6–10 |
Древесная пыль, пары клея |
Отсосы с циклонами |
|
Сварочный |
8–10 |
Сварочный аэрозоль, оксиды азота |
Местная вытяжка и общеобменная |
|
Горячий: литьё, ковка |
10–20 |
Тепло, окалина, оксид углерода |
Аэрация плюс механическая система |
|
Покрасочный |
15–30 |
Пары растворителей, аэрозоль краски |
Взрывозащищённая приточно-вытяжная |
|
Гальванический |
По расчёту ПДК |
Пары кислот и щелочей |
Бортовые отсосы, стойкая вытяжка |
Значения справочные: при наличии вредных веществ кратность определяют расчётом по ПДК, и результат нередко в разы выше табличного.
Вторая группа норм касается подачи наружного воздуха на одного работника. Величина зависит от наличия естественного проветривания и от объёма помещения на человека, значения берут из СП 60.13330.2020: для цехов с проветриванием ориентируются примерно на 30 м³/ч.
Расчет вентиляции цеха
Расчёт вентиляции цеха выполняют отдельно по каждому виду вредностей, а за итог принимают наибольшее значение. Упрощённые методы не годятся: заниженный расход означает превышение ПДК на рабочих местах, а в цехах с горючими парами и пылью ещё и риск взрывоопасной смеси.
Расчет по кратности воздухообмена
Метод даёт быструю оценку по формуле n = Q / V, где n это кратность в обменах за час, Q требуемый расход воздуха в м³/ч, V объём помещения в м³. Обратным действием находят расход: Q = n × V. Для высоких цехов корректнее брать объём рабочей зоны. Метод оставляют проверочным: кратность не учитывает ни состав выбросов, ни интенсивность.
Расчет по избыткам тепла
Тепловой расчёт начинают со сбора источников теплопоступлений:
-
люди, в зависимости от тяжести выполняемой работы;
-
печи, кузнечные горны и нагретые поверхности оборудования;
-
остывающий металл, изделия и материалы;
-
электродвигатели и приводы технологических машин;
-
солнечная радиация через остекление и кровлю, приборы отопления.
Параллельно считают теплопотери через ограждающие конструкции и на нагрев воздуха из ворот. Разность даёт тепловой баланс, и при положительном балансе избыток удаляют вентиляцией: L = Qизб / (c × ρ × (tвыт − tпр)), где Qизб избыточное тепло в Вт, c удельная теплоёмкость воздуха, ρ его плотность, tвыт и tпр температуры удаляемого и приточного воздуха.
Расчет по влаговыделениям
Влага поступает с открытых водных поверхностей, при кипении и мойке, из пропарочных и сушильных камер, а избыточная влажность даёт конденсат и коррозию. Расход считают по формуле L = W / (ρ × (dвыт − dпр)), где W количество влаги в г/ч, а dвыт и dпр влагосодержание удаляемого и приточного воздуха в г/кг сухого воздуха, определяемое по i-d диаграмме.
Если расход получается слишком большим, задачу решают осушением: в сеть встраивают канальные осушители.
Расчет по газам, парам и пыли
Расчёт по вредным веществам чаще всего даёт наибольший результат и становится определяющим: L = K / (Кпдк − Кпр), где K масса вещества, поступающего в помещение, в мг/ч, Кпдк предельно допустимая концентрация в мг/м³, Кпр её концентрация в приточном воздухе.
Величину K должен дать технолог предприятия. Разницу между методами видно на примере: для механосборочного цеха 1000 м² высотой 6 м расчёт по кратности при четырёх обменах даёт 24 000 м³/ч, а при интенсивном испарении СОЖ расчёт по ПДК может потребовать в несколько раз больше. Выход не в утроенной мощности вентиляторов, а в зонтах над станками.
Расчет по количеству работников
Расход по людям считают по формуле Q = N × m, где N число работников в смене, а m норма подачи наружного воздуха на человека в м³/ч. В цехах этот расчёт редко оказывается определяющим, но задаёт нижнюю границу, ниже которой опускаться нельзя.
Подбор характеристик оборудования по результатам расчета
Когда требуемый расход воздуха определён, переходят к характеристикам оборудования:
-
производительность с запасом 10–20 % на сопротивление сети и фильтры;
-
полное давление по потерям в самой длинной ветке;
-
частота вращения колеса и способ регулирования;
-
мощность калорифера и охладителя по климату района;
-
сечения воздуховодов по допустимой скорости потока.
Оборудование для вентиляции цеха
Набор оборудования для вентиляции промышленного цеха определяется расчётом, категорией помещения и характером выбросов. Приточные установки собирают секционно: фильтр, калорифер, вентилятор, при необходимости рекуперация и охлаждение.
|
Тип вентилятора |
Рабочий диапазон |
Где применяют |
|
Осевой |
Большие расходы при давлении до 150–200 Па |
Прямой выброс через стену или кровлю |
|
Крышный |
Средние расходы, монтаж без развитой сети |
Вытяжка из верхней зоны цеха |
|
Радиальный |
Высокое давление, разветвлённая сеть |
Распределение воздуха по нескольким зонам |
|
Пылевой |
Высокое давление, износостойкое колесо |
Деревообработка, шлифовка, абразивная пыль |
|
Взрывозащищённый |
Подбирается расчётом, исполнение Ex |
Категории А и Б, покрасочные участки |
Сеть воздуховодов собирают из оцинкованной стали, для агрессивных сред берут нержавейку или полипропилен. Очистку делают многоступенчатой: сначала циклоны, затем рукавные и картриджные фильтры, а для паров и газов адсорбционные установки.
Проектирование вентиляции цеха: этапы и исходные данные
Проектирование вентиляции цеха начинается не с выбора оборудования, а со сбора исходных данных. Ошибка на этом шаге обнаруживается уже после пуска системы. От заказчика нужен такой набор:
-
Планировки цеха с отметками высот, расположением ворот и фонарей.
-
Технологическая схема производства с расстановкой оборудования.
-
Перечень оборудования с паспортными тепловыделениями.
-
Состав и интенсивность вредных выбросов, их температура.
-
Численность работников по сменам и режим работы предприятия.
-
Категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности.
-
Климатические параметры наружного воздуха для района.
Дальше работа идёт по этапам:
-
Расчёт воздухообмена по каждому фактору и выбор определяющего значения.
-
Составление воздушного баланса цеха.
-
Выбор схемы воздухообмена и принципиальных решений по системам.
-
Подбор оборудования и аэродинамический расчёт сети.
-
Выпуск рабочей документации.
Данные о выбросах даёт только технолог, поэтому раздел вентиляции разрабатывают в связке с технологической частью проекта. Для объектов капитального строительства постановление Правительства РФ № 87 от 16 февраля 2008 года относит эти решения к разделу 5 проектной документации, подраздел «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, тепловые сети».
Монтаж, пусконаладка и паспортизация системы
Установка вентиляции цеха выполняется по готовому проекту и завершается не подключением вентилятора, а аэродинамическими испытаниями и оформлением паспорта на каждую систему.
-
Монтаж опорных конструкций и подвесов.
-
Сборка и навеска воздуховодов с герметизацией стыков.
-
Установка агрегатов, отсосов, зонтов и очистных устройств.
-
Прокладка кабелей и подключение щитов управления.
-
Пусконаладка: настройка расходов по веткам и балансировка сети.
-
Аэродинамические испытания и оформление паспорта системы.
При испытаниях измеряют фактический расход по каждой ветке и сравнивают с проектным, проверяют скорости в рабочей зоне и ищут застойные участки. Результаты заносят в паспорт системы.
Отдельно настраивают автоматику: щит управления держит температуру приточного воздуха, следит за перепадом давления на фильтрах и защищает калорифер от замерзания, а производительность регулирует частотный преобразователь.
Особенности вентиляции цехов разного назначения
Набор вредностей задаёт решение по вентиляции, поэтому вентиляция производственного цеха разного профиля строится по-разному даже при одинаковой площади.
|
Цех |
Основные вредности |
Решение по вентиляции |
|
Сварочный |
Сварочный аэрозоль, оксиды азота и углерода |
Местная вытяжка на постах плюс общеобменная |
|
Окрасочный |
Пары растворителей, аэрозоль краски, формальдегид |
Взрывозащита, вытяжка снизу и сверху |
|
Литейный |
Тепловыделения, оксид углерода, формовочная пыль |
Аэрация, отсосы у печей, душирование |
|
Гальванический |
Пары кислот и щелочей, цианистые соединения |
Бортовые отсосы, стойкие воздуховоды |
|
Деревообрабатывающий |
Древесная пыль и стружка, пары клея |
Отсосы от станков, циклоны и фильтры |
|
Горячий |
Тепло от печей и продукции, влага, жир, запахи |
Зонты, потолки, жироулавливающие фильтры |
|
Механосборочный |
Масляный туман от СОЖ, абразивная пыль |
Зонты над станками, общеобменная |
Сварочный цех показателен логикой комбинированной схемы. Аэрозоль образуется над дугой и поднимается вверх, поэтому при вытяжке только под кровлей он сначала пройдёт через зону дыхания сварщика. На каждом посту ставят отсос в виде поворотного рукава, а общеобменная система разбавляет неуловленную часть.
Окрасочный участок устроен иначе: пары растворителей тяжелее воздуха и скапливаются внизу. Вытяжку делают комбинированной, забирая воздух и от пола, и из верхней зоны, а оборудование берут взрывозащищённое.
Вентиляция и кондиционирование воздуха в цехе
Вентиляция и кондиционирование решают разные задачи: вентиляция заменяет загрязнённый воздух свежим, а кондиционирование поддерживает заданные температуру и влажность независимо от погоды.
Обе системы нужны, когда техпроцесс или продукция чувствительны к микроклимату: в пищевом производстве, на участках точной обработки, в фармацевтике и полиграфии. Из промышленных решений чаще применяют мультизональные системы VRF, чиллер-фанкойл и канальные кондиционеры.
Заключение
Выбор системы вентиляции определяется не площадью цеха, а технологическим процессом. Состав вредностей, тепловыделения и категория помещения задают схему воздухообмена, требуемый расход воздуха и исполнение оборудования.
Типовых решений для производства не существует, и системы вентиляции цехов рассчитывают заново под каждый объект. Проектирование вентиляции цеха стоит поручать организации, которая работает в связке с технологами предприятия: данные о выбросах и режимах работы оборудования нельзя взять из справочника.
Часто задаваемые вопросы
Нужно ли согласовывать проект вентиляции цеха с надзорными органами?
Отдельно проект вентиляции не согласовывают: он входит подразделом в раздел 5 проектной документации по постановлению Правительства РФ № 87, а документация проходит экспертизу в случаях, предусмотренных статьёй 49 Градостроительного кодекса РФ. Если решения влияют на выбросы в атмосферу, потребуется природоохранная документация.
Как часто нужно обслуживать и чистить систему вентиляции в цехе?
Периодичность очистки от пожароопасных отложений задана Правилами противопожарного режима (постановление Правительства РФ № 1479 от 16 сентября 2020 года). По пункту 124 в редакции от 3 февраля 2025 года вытяжные устройства, аппараты и трубопроводы очищают не реже раза в квартал в помещениях категорий А и Б, раза в полугодие в категориях В1–В4 и раза в год в остальных.
Что грозит предприятию, если вентиляция цеха не соответствует нормам?
Нарушение требований охраны труда по части 1 статьи 5.27.1 КоАП РФ влечёт предупреждение или штраф: от 2 000 до 5 000 рублей для должностных лиц и ИП и от 50 000 до 80 000 рублей для организаций. Если нарушены санитарные правила, применяется часть 1 статьи 6.3 КоАП РФ: юридическому лицу грозит штраф от 10 000 до 20 000 рублей либо приостановление деятельности до 90 суток.
Сколько времени занимают проектирование и установка вентиляции цеха?
Проектирование и установка вентиляции цеха нормативных сроков не имеют: всё зависит от площади, техпроцесса и полноты исходных данных. На практике сбор данных и расчёт занимают от одной до трёх недель, рабочая документация ещё от двух до шести недель, а монтаж разветвлённой системы с автоматикой от одного до трёх месяцев. Дольше всего обычно идёт поставка оборудования, поэтому сроки фиксируют в договоре.
Можно ли модернизировать существующую вентиляцию цеха вместо монтажа новой?
Да, если сеть воздуховодов в нормальном состоянии и рассчитана на нужный расход. Чаще всего модернизация сводится к замене вентиляторов, установке частотных преобразователей, добавлению отсосов и замене фильтров. Начинать нужно с обследования: если выделения выросли, старая сеть по сечениям может не подойти.
Используемые изображения взяты с открытого ресурса https://www.magnific.com/