ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ

НЕСТАЦИОНАРНЫЙ РЕЖИМ ВЕНТИЛИРУЕМОГО ПОМЕЩЕНИЯ. АВАРИЙНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ

В общем случае поступление вредных выделений в помещение не­постоянно во времени. Это приводит к колебаниям параметров внут­реннего воздуха. Теплопоступления от солнечной радиации, от нагре­того металла при его термической обработке и многие другие неста­ционарны и лишь в упрощенных вариантах расчетов принимаются постоянными во времени (расчеты по максимуму поступлений). По­дробно вопрос о неустановившемся тепловом режиме вентилируемых помещений рассмотрен в главах VII и VIII «Строительной теплофизи­ки» [10].

Ниже рассмотрены сравнительно простые задачи — изменение во времени концентрации вредных веществ в помещении. Подобные рас­четы, хотя и проводятся с большими оговорками и допущениями, по­зволяют в некоторых случаях снизить расчетный воздухообмен, опре­делить время загрязнения помещения до заданного уровня, рассчитать воздухообмен системы аварийной вентиляции.

Изменение концентрации вредных веществ в помещении при отсут­ствии вентиляции. Пусть в начальный момент времени концентрация вредных веществ в воздухе помещения составляет С0 единиц массы вещества на 1 м3 воздуха. Если в этот момент в помещении начинает действовать источник выделения вредных веществ с интенсивностью АІГвр единиц массы вещества в 1 ч, то уравнение баланса вредных ве­ществ в любой момент времени т имеет вид

Мвр йт - Vnou dC = О, (VIII.26)

Где Кпом — объем помещения, м3

Это уравнение написано при допущении, что вредные вещества распределяются по всему объему помещения равномерно Искомая концентрация вредных веществ — средняя по объему величина.

Проинтегрируем уравнение (VIII.26) от 0 до т (произвольного мо­мента времени):

Х с

~Ldx={dC. (VIII.27)

•'пом J J

0 С0

Решив уравнение (VIII.27) относительно текущей концентрации С, получим:

MBV

С = Со + т. (VIII.28)

'пом

Последнее выражение представляет концентрацию в любой мо­мент времени как линейную функцию от т. Темп увеличения концент­рации определяется величиной отношения интенсивности выделения вредных веществ к объему помещения.

Формулой (VIII.28) можно воспользоваться для определения необ­ходимости устройства вентиляции в помещениях большого объема при сравнительно малом выделении вредных веществ. На рис. VIII.3 пока­зан ход увеличения концентрации вредных веществ в воздухе помеще­ния при разной величине отношения Мвр/УПоы - Для случая, когда со­держание вредных веществ в помещении достигает ПДК при ч (линия /), вентиляция обязательна. В случае изменения концентра­ции их по линии 2 (8 ч>-т>-1 ч) вентиляцию можно включать через некоторое время после начала работы. Если содержание вредных ве­ществ не достигает ПДК в течение рабочего времени (линия 3), венти-
лядию можно не устраивать, ограничиваясь неорганизованным воздухо­обменом.

Изменение концентрации вредных веществ в помещении при задан­ном воздухообмене. Пусть в начальный момент концентрация вредных веществ в любой точке помещения равна С0. Примем, что в этот момент в помещении начинает действовать источник выделения вред­ных веществ с интенсивностью Мвр и включается система общеобмен-

Рис. VIII.3. Изменение во времени концентра­ции вредных видалений в помещении без венти­ляции

1 и 2 — ПДК достигается в течение рабочего вре­мени; 3 — ПДК не достигается в течение рабочеі о времени

Ной вентиляции. Если пренебречь распределением температуры по по­мещению, т. е. рассматривать изотермические условия, то объемная производительность приточной и вытяжной систем будет одинакова: Lxi=Ly. Обозначим концентрацию вредных веществ в приточном воз­духе Сп, а в удаляемом Су. Примем допущение, что вредные вещества распределяются по объему помещения равномерно и, следовательно, в любой момент С=Су.

Уравнение баланса вредных веществ в помещении в дифференци­альной форме

Мвр dx + Ln Сп dx — LyCdx— FnoM dC = 0. (VIII.29)

Разделив переменные и представив дифференциал dC в виде

М,

DC=— d(—С) =— dl~~ + Сп — С ) , (VIII.30)

Ly

Проинтегрируем уравнение (VIII.29):

М,

1вр

' СП~С

Т =— In —------------------------------------------------------------------ . XVIII .31)

М,

Сп —С0

Ч

Последнее выражение можно преобразовать в зависимости от на­значения расчета. При расчете периода изменения концентрации в за­данных пределах

М

Сп — с0 +

1п---------------------------------------------------------------------- ±у_ _ (VIII.32)

При расчете изменения концентрации

Жвп. _ (М

C = ^ + Cn-(fj^+Cn-C0)e '"ом. (VIII.33)

7___ 4.9R

Рис. VIII.4. Изменение во времени концент­рации вредных выделений в помещении с вентиляцией

А — при начальной концентрации, равной нулю: б — при наличии начальной концентрации, но без добавления вредных выделений; в — при задан­ном воздухообмене, произвольном значении на­чальной концентрации и заданном количестве до­бавления вредних выделений; г — при аварийном режиме; д — при воздухообмене в помещении меньше расчетного

Следует заметить, что учет ус­ловия рц=#=ру при получении зави­симостей (VIII.32) и (VIII.33) при­водит к появлению у величины Са множителя ру/рц.

Аварийная вентиляция. На предприятиях химической промыш­ленности и подобных им в резуль­тате нарушения герметичности обо­рудования возможны внезапные поступления вредных веществ в помещения. Для разбавления вне­запно выделившихся вредных ве­ществ предусматривается аварий­ная вентиляция — система уст­ройств, включающихся при ава­рии. Как правило, аварийная вен­тиляция— это вытяжка с меха­ническим побуждением движения воздуха. Возмещение воздуха, уда­ляемого вытяжной системой ава­рийной вентиляции, должно осуще­ствляться преимущественно путем использования наружного воздуха. Воздухообмен, создаваемый системой аварийной вентиляции, обычно рассчитывают по ведомственным техническим указаниям. Если извест­но количество выделяющихся вредных веществ и производительность системы общеобменной вентиляции, то, используя формулы нестацио­нарного режима помещения, можно рассчитать требуемый воздухообмен аварийной вентиляции либо продолжительность периодов эвакуации и проветривания.

Рассмотрим несколько случаев применения уравнений (VIII.32) и (VIII.33) для расчета аварийной вентиляции

Проанализируем уравнение (VIII.33), представив его в виде двух

Слагаемых:

Где С а и С Б — отдельные составляющие искомой величины. Очевидно, что

+ С„) (l

И

Здесь Kp=LyIVn

Если начальная концентрация С0=0, то и Сб = 0. Величина С в этом случае равна СА и изменяется во времени, как показано на рис. VIII.4, а (линия 1). Пределом величины СА является M^/Ly-j-Cn. Этот предел достигается при т—оо. Если увеличить воздухообмен, из­менятся и предел концентрации, и характер кривой (линия 2). Величи­на С а соответствует изменению концентрации в помещении при С0=0 при заданном воздухообмене [эта величина по смыслу соответствует величине С из формулы (VIII.28), но при £у>0].

Если принять С=Спдк и ввести поправку ру/рп, то формула (VIII.35) легко преобразуется в формулу (VIII.12"') табл. VIII.1.

Если Со>0, а МВр=0, то С = СБ. В этом случае концентрация в помещении будет снижаться (см. рис. VIII 4,6) линия /), стремясь к ну­лю. Чем больше кратность воздухообмена, тем, естественно, интенсив­нее снижается концентрация вредных веществ в помещении (линия 2). Этот случай соответствует вентиляции помещения с известной началь­ной концентрацией вредных веществ.

Если источник выделения вредных веществ продолжает действо­вать, а начальная концентрация вредных веществ в воздухе С0>0, то изменение концентрации во времени может иметь вид, показанный на рис. VIII.4, в (линия 1 при Co>MBp/Ly-f-Cii, линия 2 при C0<MBp/Ly-- Ч-Сп). Если Ct)=MBp/Ly4-C, n, то изменения концентрации в помещении не будет, так как сумма Сд и Сб дает в этом случае постоянную ве­личину. Линия 3 соответствует случаю, когда Ly равно величине, опре­деленной по формуле (VIII. 12'").

При проектировании может встретиться необходимость в опреде­лении кратности воздухообмена для проветривания помещения, загряз­ненного единовременным выбросом вредных веществ. Если заданы Со, Спдк и время проветривания т, то можно определить кратность тре­буемого воздухообмена из формулы (VI 11.36) :

(iCp)Tp = J_ln_Јo_. (VIII. 37)

Т '"'ПДК

Эту формулу можно использовать для расчета воздухообмена при еди­новременных аварийных выбросах паров и газов вредных веществ в помещение.

Для определения времени эвакуации людей из помещения, в ко­тором начался аварийный выброс вредных веществ, т. е. времени, в те­чение которого концентрация вредных веществ увеличится до допусти­мого предела (рис. VIII.4, г), можно воспользоваться формулой (VI 11.32). При этом начальное содержание вредных веществ С0 может быть при - ' нято равным ПДК в рабочее время или рассчитано по формуле (VIII.33) в зависимости от момента включения аварийной вентиляции и произво­дительности системы общеобменной вентиляции в цехе. При значитель­ных поступлениях ядовитых вредных веществ по формуле (VIII.32) мож­но определить продолжительность промежутка времени, в течение ко­торого рабочие должны принять меры по защите себя от отравления (надеть противогаз, удалиться в специальное помещение и др.). Более сложная задача — расчет воздухообмена, создаваемого аварийной вен­тиляцией, если задано время проветривания т, начальная концентрация С0 и интенсивность выделения вредных веществ Мвр.

Прямое решение уравнения (VIII.31) относительно Ly невозможно из-за его трансцендентности. Инженерное номографирование решения уравнения (VIII.31) осложнено большим числом переменных. Однако, введя безразмерные параметры процесса:

С = =------------------------ „ £ — *» , (VIII.38)

Со — Сп Упом (Со — Сп) Ly (Со — Сп)

Можно преобразовать уравнение (VIII.32):

С —Г

Т =— L In

1 — L

Три безразмерных параметра, входящих в последнее уравнение, позволили составить номограмму (автор инж. А. Ф. Маурер) для опре-

CVI "З" ^ <N! ^ -«г ЧЗЧ5

I 1 1111. 8 §§-!§- S

Са*

Рис. VI11.5. Номограмма для расчета воздухообмена аварийной вентиляции

Деления требуемого значения Ly. Номограмма (рис. VIII 5) применима для расчетов, связанных с понижением концентрации вредных веществ в помещении, т. е. С<С0.