OPTIMIZING THE CHOICE OF VENTILATING AIR CLEANING EQUIPMENT IN SYSTEMS OF LOCAL EXHAUST VENTILATION

Full Text

Среди множества аспектов, определяющих состояние окружающей среды, особое место занимают проблемы охраны атмосферного воздуха (СанПиН 2.1.6.1032-01. Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест). Значительный вклад в загрязнение атмосферы вносят вентиляционные выбросы промышленных предприятий, содержащие твердые или жидкие взвешенные частицы. Неотъемлемой частью природоохранных мероприятий является разработка технологических процессов и оборудования, предназначенных для снижения выбросов от существующих промышленных источников, т.е. очистка вентиляционных выбросов от аэрозолей. С другой стороны, функционирование промышленных предприятий невозможно без правильно организованной системы вентиляции, работа которой обеспечивает не только регламентируемый тепловлажностный режим (СП 60.13330.2012. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха), но и требуемую чистоту воздуха в помещении (СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений). Для повышения эффективности работы вентиляционной системы целесообразно в ее составе предусматривать установку аппаратов очистки воздуха [1, 2], особенно от высокодисперсных аэрозольных частиц с размерами менее 1 мкм, оказывающих наиболее неблагоприятное воздействие на организм человека [3-8]. Эффективность использования аппаратов очистки вентиляционных выбросов от аэрозолей субмикронных размеров в значительной степени Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 3 20 определяется их стоимостью, удобством и экономичностью монтажа и эксплуатации, возможностью возвращения уловленного сырья в производство. При использовании для очистки вентиляционных выбросов аппаратов, принцип действия которых основан на осаждении высокодисперсных частиц в тонких трубках и щелевых каналах [9-12], параметрами, характеризующими эффективность работы аппарата, являются степень очистки воздуха, геометрические характеристики и аэродинамическое сопротивление (потери давления) аппарата: η = f(L/D; Δр), (1) где η - эффективность очистки, %; L - длина осадительного элемента, м; D - диаметр трубки, м (в каналах - эквивалентный диаметр Dэ); Δр - аэродинамическое сопротивление, Па. Исследования показали [5-8], что добиться заданной величины эффективности очистки возможно комбинацией пар значений (L/D; Δp). Наибольший интерес представляют значения в диапазоне η ≥ 90%. Для одинакового значения эффективности очистки увеличение значения L/D ведет к уменьшению потерь давления Δp. Задачей является нахождение оптимального сочетания значений L/D и Δp, дающего максимальный эффект, т.е. необходимо решить задачу многокритериальной оптимизации [13]. Реализовать принцип оптимальности - это значит решить экстремальную задачу вида: max(min)f(x1, x2, ..., xn), φ(x1, x2, ..., xn){≤, =, ≥}bi, i = 1, m, (2) xj ≥ 0, j = 1, n, где f(x1, x2, ..., xn) - целевая функция, включающая в себя критерий оптимальности; xj, j = 1, n - набор управляющих переменных; φ(x1, x2, ..., xn){≤, =, ≥}bi, i = 1, m - система ограничений. Для решения многокритериальных задач используются различные методы определения обобщенного показателя оптимальности. В случае разноразмерных критериев оптимизацию возможно выполнить с использованием обобщенной функции желательности Харрингтона d(х). Она возникла в результате наблюдений за реальными решениями экспериментаторов и обладает свойствами непрерывности, монотонности и гладкости. Значимые параметры пересчитываются в числовые значения, а затем определяется общий показатель [14-16]. Шкала Харрингтона устанавливает соответствие между лингвистическими оценками желательности значений показателя х и числовыми интервалами d(х). Возможно ограничиться тремя градациями шкалы Харрингтона, отвечающими лингвистическим категориям «плохо», «удовлетворительно», «хорошо». В этом случае область, соответствующая уровню «удовлетворительно», находится в диапазоне от 0,37 до 0,69, а области «плохо» и «хорошо» характеризуются интервалами (0,00; 0,37) и (0,69; 1,00) соответственно. Аналитически для монотонных по предпочтениям критериев функция желательности Харрингтона задается следующей формулой: di = d(zi) = exp(-exp(-zi)), (3) zi = (xi-xi0)/(xi1-xi0), где zi - кодированные значения i-го показателя, представляющие собой безразмерные величины; xi - значение i-го информативного показателя; xi0 и xi1- границы области «удовлетворительно» в исходной шкале. Введение шкалы желательности позволяет свести исходную многокритериальную задачу принятия решения с разноразмерными критериями к многокритериальной задаче с критериями, измеряемыми в одной и той же шкале, поэтому следующим этапом является свертка частных функций желательности di в обобщенный критерий желательности. . (4) Таким образом, задача оптимизации по критерию «максимум эффекта» математически запишется следующим образом: . (5) Для поиска оптимального сочетания геометрических размеров осадительного элемента, аэродинамического сопротивления аппарата и его коэффициента эффективности очистки целесообразно найти обобщенный критерий желательности, пользуясь следующими критериями: • эффективность очистки: диапазон изменения критерия находится в промежутке η(90; 98); • геометрические размеры осадительного элементы: диапазон изменения L/D(175; 300); • аэродинамическое сопротивление : диапазон изменения Δp(800; 2200). По этим показателям сравниваются различные сочетания пар значений (L/D; Δp), определяющие характеристику конструируемого аппарата очистки. Конкретные параметры сравниваемых вариантов, соответствующих определённым парам значений- (L/D; Δp), распределяются на промежутке эффективных значений шкалы частных показателей. Затем соответствующие им показатели пересчитываются 1 min max min max 0,368 0,692, 1, ( ) exp( exp( z )) ( ) ( ) ( ) n n i i i i i i i i i i i i d d i n d d z z z x x x x x

About the authors

Svetlana M. PURING

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Denis N. VATUZOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Gennady I. TITOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files