Промышленная вентиляция цехов: виды систем и как их проектируют

В 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.

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.

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.

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:

1. Планировки цеха с отметками высот, расположением ворот и фонарей.

2. Технологическая схема производства с расстановкой оборудования.

3. Перечень оборудования с паспортными тепловыделениями.

4. Состав и интенсивность вредных выбросов, их температура.

5. Численность работников по сменам и режим работы предприятия.

6. Категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности.

7. Климатические параметры наружного воздуха для района.

Дальше работа идёт по этапам:

1. Расчёт воздухообмена по каждому фактору и выбор определяющего значения.

2. Составление воздушного баланса цеха.

3. Выбор схемы воздухообмена и принципиальных решений по системам.

4. Подбор оборудования и аэродинамический расчёт сети.

5. 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.

1. Монтаж опорных конструкций и подвесов.

2. Сборка и навеска воздуховодов с герметизацией стыков.

3. Установка агрегатов, отсосов, зонтов и очистных устройств.

4. Прокладка кабелей и подключение щитов управления.

5. Пусконаладка: настройка расходов по веткам и балансировка сети.

6. 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.

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/