Wentylacja a równanie zaniku zanieczyszczeń

• Minimalny strumień objętości świeżego powietrza potrzebny

człowiekowi do oddychania jest stosunkowo mały;

wynosi

około 0,2 l/s na osobę.

Jednakże dla osiągnięcia komfortu

cieplnego nawiewanie tak małej ilości świeżego powietrza nie
wystarcza, gdyż powinno się uwzględnić także inne czynniki.

• A zatem należy stwierdzić, że ilość dostarczanego świeżego

powietrza ma zapewnić:

• odpowiednią ilość tlenu dla użytkowników pomieszczeń,
• redukcję zapachów do akceptowalnego poziomu,
• redukcję stężenia dwutlenku węgla do zadowalająco niskiego

poziomu,

• zminimalizowanie przyrostu temperatury powietrza podczas

występowania nadmiernych zysków ciepła,

• zapewnienie dróg ewakuacji na wypadek zadymienia podczas

pożaru,

• zapobieganie kondensacji pary wodnej.

• Przykre zapachy mogą być zredukowane do akceptowalnego poziomu

dzięki wprowadzeniu świeżego powietrza z zewnątrz lub dzięki
zastosowaniu filtrów z węgla aktywnego.

• Na ich podstawie wywnioskowano, że ilość powietrza zewnętrznego

dająca zadowalającą redukcję przykrych zapachów zależy od liczby
osób i od ich higieny osobistej.

• Stwierdzono także, że zapachy zanikały znacznie szybciej przy danej

ilości powietrza wentylacyjnego, gdy na osobę przypadała większa
kubatura pomieszczenia.

• Okazało się także, że zwiększenie krotności wymian w

pomieszczeniu dawało niezadowalające wyniki; skuteczność
zanikania zapachów spadała ze wzrostem krotności wymian wskutek
niedostatecznego przepłukania całego pomieszczenia. Część
świeżego powietrza uchodzi z pomieszczenia bez domieszek
zapachów i nie daje efektu ich rozcieńczenia.

• Yaglou stwierdził, że uczniowie z rodzin o przeciętnym poziomie

socjalno-ekonomicznym potrzebowali, dla utrzymania zadowalającego
poziomu pod względem zapachów, od 5,5 do 13,5 l/s świeżego
powietrza na osobę, gdy objętość pomieszczenia na osobę
zmniejszała się z 14 do 3 m

3

. Siedzące osoby dorosłe o podobnym

statusie społecznym potrzebowały raczej mniej świeżego powietrza, a
mianowicie od 3 do 12 l/s na osobę.

• Palenie tytoniu w pomieszczeniach ma istotny wpływ na niezbędną ilość

świeżego powietrza. Mimo że nieprzyjemne zapachy i zmniejszona
przejrzystość powietrza są oczywistą konsekwencją jego zanieczyszczenia
w wyniku palenia tytoniu, to trzy istotne bezpośrednio działające
niebezpieczeństwa dla zdrowia pochodzą

od powstającego tlenku węgla

(CO), od wydzielających się stałych cząsteczek oraz od wytworzonej
akroleiny

.

• Istnieją także czynniki działające długoterminowo i oczywiście na takie są

narażone także osoby niepalące, wprawdzie w mniejszym, ale mimo to
znacznym stopniu. Stąd wynika konieczność prawidłowej wentylacji
pomieszczeń.

• Akroleina jest substancją toksyczną, drażniącą oczy i gardło. Graniczna

zawartość akroleiny w powietrzu podczas ośmiogodzinnego pobytu ludzi
w pomieszczeniu wynosi 0,1 ppm, co wymaga świeżego powietrza do
rozcieńczenia w ilości co najmniej 3 m

3

na 1 papierosa. Podrażnienie oczu

może się utrzymywać nawet wówczas, gdy ilość świeżego powietrza
wynosi do 16 m

3

na 1 papierosa. Najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS)

jest określone jako koncentracja zapewniająca zadowalające warunki dla
większości ludzi.

• Cząstki stałe są na ogół mniejsze niż 0,7 μm i są one wdychane przez

ludzi. W zależności od ilości wydzielanych cząstek, niezbędna do ich
rozcieńczenia do stężenia 10 mg/m

3

ilość świeżego powietrza wynosi 3,5-

5,5 m

3

na 1 papierosa.

• Najbardziej niebezpiecznym zanieczyszczeniem pochodzącym od

palenia tytoniu jest tlenek węgla (CO). Mimo że stężenie tlenku węgla
podczas ośmiogodzinnego pobytu ludzi wynosi 55 ppm, to pożądana
jest znacznie mniejsza jego wartość, która uwzględnia obecność osób
bardzo młodych, bardzo starych oraz chorych.

• Ta mniejszość bardziej odczuwa obecność tlenku węgla w powietrzu,

w związku, z czym według zaleceń amerykańskich dopuszczalne
stężenie jest na poziomie 9 ppm, natomiast w Rosji nawet 1 ppm. W
celu rozcieńczenia powietrza do zawartości 9 ppm potrzeba na 1
papierosa doprowadzić 9 m

3

powietrza świeżego.

• Wpływ dymu papierosowego na przejrzystość powietrza jest

następnym czynnikiem niekorzystnym; wg Leopolda do rozcieńczenia
powietrza w halach sportowych minimalna ilość świeżego powietrza
powinna wynosić 1 m

3

na 1 papierosa.

• Z powyższych rozważań wynika, że wprawdzie 20 m

3

powietrza

świeżego na 1 papierosa jest ilością wystarczającą w celu
zapewnienia zadowalających warunków przeciętnym osobom, to
jednak dla pokrycia potrzeb 98% populacji potrzeba aż 40 m

3

powietrza na 1 papieros.

• Dym papierosowy jest zanieczyszczeniem, na które nie ma

wpływu objętość pomieszczenia przypadająca na jedną osobę,
natomiast objętość ta ma wpływ na intensywność zapachów
ciała ludzkiego.

• Mimo że spadek zawartości tlenu o 13% uchodzi uwadze, a

głębokość i częstość oddechu nie zmieniają się, to zmiany
stężenia dwutlenku węgla (C0

2

) są bardziej odczuwane. Wzrost

zawartości dwutlenku węgla nie jest bezpośrednio zauważalny,
lecz gdy nastąpi przyrost od normalnej wartości 0,03% (w
powietrzu świeżym) do 2%, to następuje 30-procentowe
zwiększenie głębokości oddechu, przy zawartości 3% zaś 60-
procentowe zwiększenie głębokości oddechu. Dopuszczalne
stężenie dwutlenku węgla w czasie ośmiogodzinnego pobytu
ludzi wynosi 0,5% , lecz na ogół akceptuje się wartość 0,1%).

• Jeżeli przyjmiemy przeciętną ilość wydzielanego dwutlenku

węgla przez człowieka równą 4,72x10

3

l/s ustalone jego

stężenie w pomieszczeniach biurowych o ustawowej kubaturze
11,33 m

3

na osobę zbliża się do 0,1%.

•  

Zalecane ilości

powietrza

zewnętrznego

dla pomieszczeń

biurowych wg

różnych źródeł

Zalecenia amerykańskie
podają minimalną ilość
powietrza świeżego 7,5 l/s na
osobę. Jest to oparte na
badaniach , z których wynika,
że w chwili wejścia do
pomieszczenia poniżej 20%
ludzi zauważa niepożądane
zapachy ciała ludzkiego przy
ilości świeżego powietrza 7,5
l/s na osobę. Inne badania
potwierdzają, że dostarczanie
około 7,5 l/s świeżego
powietrza na osobę powoduje
znaczne zmniejszenie ryzyka
infekcji dróg oddechowych

• Stwierdzono, że w wielu przypadkach może być wymagana

większa ilość świeżego powietrza w celu rozcieńczenia innych
zanieczyszczeń do dopuszczalnego poziomu. Typowym
przykładem takich zanieczyszczeń są cząstki lotne pochodzące z
powierzchni ścian, wykładzin podłogowych, zasłon, mebli,
środków czyszczących, tworzyw sztucznych, wyposażenia
biurowego itd. Takie zanieczyszczenia, wraz z innymi cząstkami,
składają się na syndrom chorego budynku. Jest to grupa
objawów (takich jak podrażnienie błon śluzowych i oczu, ból
głowy, ospałość, ucisk w klatce piersiowej, odczuwanie
stęchlizny itp.), na które skarżą się niektórzy użytkownicy
budynków i które stanowią o niskiej jakości powietrza
wewnętrznego.

• Dostarczanie około 7,5 l/s świeżego powietrza na osobę

redukuje stężenie dwutlenku węgla w strefie przebywania ludzi
do około 0,1%.

• W normie amerykańskiej American Standard nie rozróżnia się

stref z dozwolonym i zabronionym paleniem tytoniu. Jest to
uzasadnione tym, że sama wentylacja nie jest w stanie
zabezpieczyć tzw. biernych palaczy przed zanieczyszczeniami
pochodzącymi od palenia tytoniu. Prądy konwekcyjne
powietrza mogą odgrywać tu większą rolę niż efekt
rozcieńczający świeżego powietrza. Lokalne strumienie
powietrza mogą przenosić dym z tlącego się papierosa do
dróg oddechowych osób znajdujących się w pobliżu,
niezależnie od wydajności wentylacji.

• Krytycy normy głoszą, że wprawdzie jest ona oparta na

rzetelnych badaniach, to jej podstawy naukowe nie są jednak
zbyt mocne. Uważa się, że przed rygorystycznym stosowaniem
normy więcej należałoby wiedzieć (na podstawie pomiarów) o
budynku.

• Fanger zaleca wykorzystanie równowagi zanieczyszczeń w strefie

przebywania ludzi w celu ustalenia odpowiedniej ilości powietrza
wentylacyjnego i proponuje następujące równanie:

•
• gdzie:

V

0

- ilość powietrza zewnętrznego, l/s,

• G - odczuwalne obciążenie zanieczyszczeniami, olf,
• c

ia

- odczuwalna jakość powietrza wewnętrznego, decipol,

• c

oa

- odczuwalna jakość powietrza zewnętrznego, decipol,

• e

v

- współczynnik efektywności wentylacji.

• Fanger wprowadził pojęcie „olf" (dla wyrażenia stopnia zanieczyszczenia)

oraz „decipol" (dla wyrażenia odczucia jakości powietrza). Pojęcia te są
zdefiniowane następująco.

• Jeden olf

jest to zanieczyszczenie powietrza wytworzone przez przeciętnego

człowieka w pozycji siedzącej, niepalącego, w naturalnych warunkach
termicznych (komfort cieplny).

• Jeden decipol

jest to odczuwalna jakość powietrza w przestrzeni, w której

występuje źródło zanieczyszczeń o natężeniu 1 olfa, a ilość nawiewanego
czystego powietrza zewnętrznego wynosi 10 l/s (tj. 1 decipol = 0,1 olf/(l/s).
Zanieczyszczenie wytwarzane przez palacza wynosi 6 olfów i dopuszcza się
interpolację wynikającą z przebywania w pomieszczeniu osób palących i
niepalących.

]

)

/(

[

10

0

v

oa

ia

e

c

c

G

V







• Równanie ma zastosowanie w warunkach ustalonych i

jeżeli następuje kompletne wymieszanie powietrza
nawiewanego z powietrzem wewnętrznym, to
współczynnik efektywności wentylacji e

v

= 1,0. Jeżeli

część powietrza nawiewanego nie miesza się z
wewnętrznym („krótkie spięcie"), to współczynnik
efektywności wentylacji e

v

jest określony zależnością

•
• gdzie:
• c

e

- koncentracja zanieczyszczeń w powietrzu

usuwanym,

• c

p

- koncentracja zanieczyszczeń w strefie przebywania

ludzi.

p

e

v

c

c

e

/



Proponowane wartości współczynników efektywności

wentylacji

Różnica temperatur

między

Wzajemne usytuowanie

powietrzem nawiewanym

t

n

Współczynnik

efektywności

nawiewu i wywiewu

i powietrzem w strefie

przebywania ludzi t

p

wentylacji e

v

Nawiew i wywiew powyżej

strefy

(t

n

-t

p

)<0

0,9 do 1,0

przebywania ludzi

(t

n

-t

p

) = 0do2

0,9

(t

n

-t

p

) = 2do5

0,8

(t

n

-t

p

)>5

0,4 do 0,7

Nawiew powyżej, a

wywiew

(t

n

- t

p

) < -5

0,9

w dolnej części strefy

(t

n

-t

p

)= -5 do 0

0,9 do 1,0

przebywania ludzi

(t

n

-t

p

)>0

1,0

Nawiew w dolnej części

(t

n

-t

p

)<0

1,2 do 1,4

przebywania ludzi, a

wywiew

(t

n

-t

p

) = 0do2

0,7 do 0,9

powyżej strefy

przebywania ludzi

(t

n

-t

p

))>2

0,2 do 0,7

• Zależność wykładnicza między procentowym udziałem

osób niezadowolonych a ilością powietrza
wentylacyjnego odpowiadającego zanieczyszczeniu
wytworzonemu przez jedną osobę, równemu 1 olf, jest
następująca:

•
• gdzie:
• P - procentowy udział osób niezadowolonych,
• q - ilość powietrza wentylacyjnego l/(s olf). Równanie

jest słuszne dla wartości q > 0,32 l/(s olf).

 

)

83

,

1

exp(

395

25

,

0

q

P





Przykład

• Określić procentowy udział niezadowolonych przy

zanieczyszczeniu o natężeniu 1 olfa, gdy ilość powietrza
wentylacyjnego wynosi: a) 7,5 l/s i b) 0,32 l/s.

•  
• Odpowiedź
• Według równania:
• P = 395 exp(-l,83x7,5

0

'

25

) = 19%

• P = 395 exp(-1,83x0,32

0

'

25

) = 100%

• Zależność między procentowym udziałem osób

niezadowolonych a odczuwalną jakością powietrza (w
decipolach) jest następująca:

• c

ia

=112[lnP-5,98]

-4

• gdzie:
• c

ia

- odczuwalna jakość powietrza w decipolach,

• P - procentowy udział osób niezadowolonych.

• Na podstawie równań możliwe jest określenie

procentowego udziału osób niezadowolonych,
odczuwalnej jakości powietrza wewnętrznego i
wymaganej ilości powietrza wentylacyjnego w celu
osiągnięcia tych wartości. W tablicy pokazano wyniki
typowych obliczeń.

• Tablica ta odnosi się do osób siedzących, niepalących i

nie uwzględnia innych zanieczyszczeń powietrza, jak np.
pochodzących od mebli itp. Stężenie dwutlenku węgla w
strefie przebywania ludzi może służyć jako wskaźnik
zanieczyszczeń biologicznych pochodzących od ludzi

•

• gdzie:
• c

C02

- stężenie dwutlenku węgla w ppm.

 

)

15

,

15

exp(

395

25

,

0

2







CO

c

P

Odczuwalna jakość powietrza wewnętrznego i

intensywność wentylacji

Ilość powietrza

wentylacyjnego

Procentowy udział

osób

niezadowolonych

Odczuwalna jakość

powietrza

wewnętrznego

l/(s osoba)

%

decipol

23

40

4J

5,0

26

2,0

7,0

20

1,4

7,5

19

1,3

10,0

15

1,0

12,5

13

0,8

15,0

11

0,7

• Całkowite obciążenie odczuwalnymi zanieczyszczeniami w strefie

przebywania ludzi jest określone przez dodanie wszystkich
obciążeń indywidualnych spowodowanych oddziaływaniami
biologicznymi ludzi (a także paleniem tytoniu) oraz emisją
substancji lotnych pochodzących z innych źródeł zanieczyszczeń,
włącznie z oddziaływaniem samej wentylacji.

• Podano pewne wskazówki i zaproponowano, aby dla pomieszczeń

biurowych w istniejących budynkach przyjmować średnią wartość
zanieczyszczeń równą 0,3 olf/m

2

, podczas gdy pełen zakres tej

wielkości wynosi od 0,02 do 0,95 olf/m

2

powierzchni podłogi.

Ujmuje to zanieczyszczenia wywołane przez materiały budowlane,
meble i wyposażenie oraz samą instalację wentylacyjną. Bardziej
szczegółowe informacje na ten temat nie są jeszcze ustalone.

• Przyjmuje się odczuwalną jakość powietrza zewnętrznego równą 0

decipoli nad powierzchnią otwartego morza, mniej niż 0,1 decipola
dla powietrza w miastach o niewielkim stopniu zanieczyszczenia
atmosfery oraz 0,5 decipola w miastach o znacznym stopniu
zanieczyszczenia atmosfery. Nie ma bardziej szczegółowych
informacji na ten temat.

Równanie zaniku zanieczyszczeń

• Dane jest pomieszczenie, o objętości V, w którym

stężenie dwutlenku węgla jest równe k wyrażonemu
w ppm. W czasie Δt dopływa do pomieszczenia
nieskończenie mała objętość powietrza ΔV
pozbawionego całkowicie dwutlenku węgla (dla
uproszczenia). Taką samą nieskończenie małą
objętość ΔV zanieczyszczonego powietrza usuwa się
z pomieszczenia. Stężenie dwutlenku węgla
wewnątrz pomieszczenia jest więc mniejsze o
wartość (ΔV/V)k. To zmniejszenie stężenia może być
oznaczone przez ∆ k i wyrażone w postaci zależności

•
• Znak minus oznacza, że stężenie zmniejsza się.
• Wynika z tego, że szybkość zmiany stężenia

oznaczona jako jest zdefiniowana następująco

•

k

V

V

k









V

V

k

k

















k

• Ale wielkość ∆V/ ∆ r jest strumieniem objętości

dopływającego powietrza wentylacyjnego; przyjmuje
się, że jest to wielkość stała V. A zatem szybkość zmiany
stężenia dwutlenku węgla (w odniesieniu do czasu)
może być wyrażona jako

•
• Zjawisko fizyczne zostało opisane prostym równaniem

różniczkowym, a jego rozwiązanie będzie miało
praktyczne znaczenie przy poszukiwaniu odpowiedzi na
konkretne pytania.

V

V

k

d

dk









• Po scałkowaniu równania uzyskuje się następujące rozwiązanie
•

• gdzie:
• ln A - stała całkowania
• Stąd

• Wartość stałej A zostanie wyznaczona na podstawie warunku

brzegowego k = k

0

(początkowe stężenie C0

2

w pomieszczeniu)

w czasie T = 0 (chwila rozpoczęcia działania wentylacji).

• Rozwiązanie równania ma zatem postać
•
• Ponieważ V jest objętością wentylowanego pomieszczenia w m

3

,

• V - strumieniem objętości nawiewanego powietrza w m

3

/s, ar-

czasem w sekundach, to iloraz wielkości Vτ/V jest liczbą
(krotnością) wymian powietrza.

• Wtedy można zapisać równanie w innej postaci
•
• gdzie n jest krotnością wymiany powietrza w pomieszczeniu.













d

V

V

d

dk



A

V

V

k

ln

ln











V

V

A

k







 ln

ln

k

Ae

V

V





)

/

(





)

/

(

0

V

V

e

k

k









n

e

k

k





0

Krzywa zaniku zanieczyszczeń

• Jak pokazano na rys. ,wykres równania jest krzywą

wykładniczą. Z wykresu wynika, że stężenie zanieczyszczenia
zanika gwałtownie, jeśli powietrze wentylacyjne pozbawione
jest całkowicie zanieczyszczenia. Po jednej wymianie
powietrza stężenie zanieczyszczenia osiąga 36,8% jego
początkowej wartości, a po trzech wymianach powietrza tylko
5%.

• Gdy zanieczyszczeniem jest dwutlenek węgla, do wentylacji

pomieszczenia wykorzystuje się powietrze świeże, które także
zawiera pewną ilość dwutlenku węgla. Przyjmuje się, że w
pomieszczeniu przebywają ludzie, którzy oddychając, wydzielają
stale dwutlenek węgla.

• W dalszych rozważaniach przyjmuje się następujące oznaczenia:
• k - stężenie dwutlenku węgla w pomieszczeniu w danej chwili,
• V’

n

- jednostkowy strumień objętości świeżego powietrza, m

3

/(s os),

• V’ - objętość pomieszczenia w odniesieniu do jednej osoby, m

3

/os,

• τ - czas od rozpoczęcia użytkowania pomieszczenia i działania

wentylacji, s,

• k

z

- stężenie dwutlenku węgla w pomieszczeniu wentylowanym, ppm,

• V

co2

- strumień objętości dwutlenku węgla wydzielanego przy

oddychaniu ludzi, m

3

/(s os).

• Objętość powietrza dopływającego do pomieszczenia w czasie Δτ

wynosi V Δτ, m

3

/osobę. Stąd przyrost objętości dwutlenku węgla w

czasie Ar spowodo wany zanieczyszczeniem powietrza
wentylacyjnego jest równy

• m

3

/os

6

10









z

n

k

V





• Tak jest w rzeczywistości, ponieważ nawet gdyby

powietrze w pomieszczeniu było początkowo pozbawione
zanieczyszczenia, to objętość dwutlenku węgla w
strumieniu objętości dopływającego powietrza wynosi k

z

x10

-6

.

A zatem ta objętość C0

2

dopływającego do pomieszczenia

sumuje się z dwutlenkiem węgla wydzielanym w
pomieszczeniu.

• Objętość powietrza wypieranego z pomieszczenia przez

powietrze nawiewane jest równa także , a więc objętość
dwutlenku węgla odpływająca z pomieszczenia wyniesie

• m

3

/os.

• A zatem można napisać równanie bilansu wymiany

dwutlenku węgla w czasie Δτ, wyrażonego w m

3

/os

• wymiana CO

2

• W powyższym równaniu wielkość jest objętością

C0

2

wydzielaną w czasie przez jedną osobę, wyrażoną

w m

3

/os.

6

10









k

V

n





6

6

10

10

2

























k

V

k

V

V

n

z

n

CO

















2

CO

V







• Ponieważ stężenie zanieczyszczenia jest objętością C0

2

podzieloną przez objętość pomieszczenia, to zmianę
stężenia odniesioną do jednej osoby można zapisać jako

•  

• a następnie jako
• Stąd
•

• a więc także wyrażone jako wartość zmiany stężenia w

odniesieniu do jednostki czasu. Równania można
przekształcić do postaci, która jest uznawana za
bardziej prawidłową

•

/os

m3

nia,

pomieszcze

objetosc

os

/

m3

C02,

wymiana

V

k

V

k

V

V

k

n

z

n

CO





























/

)

10

10

(

6

6

2













V

k

V

k

V

V

k

n

z

n

CO

























/

)

10

10

(

6

6

2









V

k

V

V

V

k

V

d

dk

z

n

CO

n





















2

6

10



• Jest to równanie różniczkowe, które opisuje

zagadnienie fizyczne w postaci zależności
matematycznej. Równanie otrzymano z równania po
przemnożeniu go przez 10

6

, a zatem przedstawia ono

szybkość zmiany stężenia w częściach C0

2

na 10

6

części

powietrza (w odniesieniu do jednostki czasu). Równanie
można rozwiązać, mnożąc je przez czynnik całkujący
.

• Wtedy

• Lewa strona równania jest pochodną iloczynu i po

scałkowaniu otrzymuje się

• gdzie:
• A jest stałą całkowania.

)

/

(

V

V

n

e











)

/

(

6

)

/

(

)

/

(

2

10

V

V

z

n

CO

V

V

n

V

V

n

n

n

e

V

k

V

V

e

V

k

V

e

d

dk





















































)

/

(

6

)

/

(

2

10

V

V

n

z

n

CO

V

V

n

n

e

V

V

V

k

V

V

e

A











































• Przyjmując że , otrzymuje się

• Warunek brzegowy k=k

o

, gdy τ=0

• Rozwiązaniem równania jest więc wyrażenie

•

• gdzie: n jest krotnością wymian powietrza po upływie czasu

τ równą

n

V

A

B

 



k

V

k

V

V

Be

n

z

n

CO

V

V

n

























2

6

/

10



k

V

k

V

V

B

n

z

n

CO

















2

6

10

n

n

z

n

CO

e

k

e

k

V

V

k





























0

6

)

1

(

10

2





V

V

n



 /





Rysunek przedstawiono graficzną postać rozwiązania

n

e

k

k





0

)

1

(

n

z

e

k

k







)

1

(

10

2

6

n

z

n

CO

e

k

V

V

k





























n

n

z

n

CO

e

k

e

k

V

V

k





























0

6

)

1

(

10

2





• Gdyby początkowo powietrze w pomieszczeniu nie zawierało C0

2

, to stężenie

zmieniałoby się zgodnie z krzywą 2 opisaną równaniem

• osiągając najwyższą wartość równą k

z

.

• Jeśli w pomieszczeniu znajdują się ludzie, a powietrze w pomieszczeniu

początkowo nie zawierało C0

2

, to obowiązuje równanie

• a proces przebiega zgodnie z krzywą 3.
• Najwyższe możliwe do uzyskania stężenie C0

2

wynosiłoby

• Jeśli początkowe stężenie C0

2

w powietrzu wewnętrznym w pomieszczeniu,

w którym przebywają ludzie, wynosiło k

0

, a stężenie C0

2

w powietrzu

wentylacyjnym wynosi k

z

, to przebieg procesu ilustruje krzywa 4 zgodnie z

równaniem i stężenie C0

2

w pomieszczeniu zmierza do wartości

• W stanie ustalonym, gdy wartość n jest bardzo duża, wyrażenie e

-n

w

równaniu dąży do 0 i równanie to sprowadza się do postaci

• Stąd
•

)

1

(

n

z

e

k

k







)

1

(

10

2

6

n

z

n

CO

e

k

V

V

k





























z

n

CO

k

V

V



)

/

10

(

2

6





z

n

CO

k

V

V



)

/

10

(

2

6





z

n

CO

k

V

V

k











/

10

2

6

)

/(

10

2

6

z

CO

n

k

k

V

V











• Rozwiązanie równania opisującego proces zmiany entalpii

ma postać

•

• gdzie:
• m - masa powietrza zawartego w pomieszczeniu, kg,
• I

0

- początkowa entalpia powietrza w pomieszczeniu, kJ (stąd

I

0

= mi

0

, gdzie i

0

jest entalpią właściwą powietrza, kJ/kg),

• i

n

- entalpia właściwa powietrza nawiewanego do

pomieszczenia, kJ/kg

• I

T

- zyski ciepła w pomieszczeniu wyrażone w kJ/s na kg/s

nawiewanego powietrza w dowolnym czasie τ (stąd
jednostką I

τ

jest kJ/kg; ogólnie biorąc I

τ

jest funkcją czasu i

od jej postaci zależy łatwość, z jaką równani może być
uzyskane i rozwiązane),

• n - krotność wymiany powietrza, h

-1

,

• m - strumień masy powietrza nawiewanego do

pomieszczenia, kg/s.

n

n

n

e

I

e

I

i

m

I













0

)

1

](

[



Ilość powietrza

wentylacyjnego

Metody obliczania ilości

powietrza wentylacyjnego

Obliczanie strumienia objętości powietrza

wentylacyjnego na podstawie zysków ciepła

Obliczanie strumienia objętości powietrza

wentylacyjnego na podstawie zysków wilgoci

Obliczanie strumienia objętości powietrza

wentylacyjnego na podstawie stężenia

zanieczyszczeń gazowych

W przypadku wydzielania się w pomieszczeniu kilku

zanieczyszczeń gazowych ilość powietrza wentylacyjnego
określa się jako:

• Sumę ilości powietrza wentylacyjnego obliczoną dla

każdego zanieczyszczenia oddzielnie w przypadku, w
którym oddziaływanie zanieczyszczeń powoduje podobne
objawy oraz występuje efekt synergiczny. Dotyczy to m.in.:
pary rozpuszczalników (benzenu, alkoholi, estrów kwasu
octowego), gazów drażniących, tlenków azotu z tlenkiem
węgla.

• Maksymalną wartość spośród obliczonych strumieni

objętości powietrza dla poszczególnych zanieczyszczeń w
pozostałych przypadkach, gdzie oddziaływanie na organizm
człowieka poszczególnych zanieczyszczeń jest niezależne.

Tab. Najwyższe dopuszczalne stężenia niektórych zanieczyszczeń

powietrza w pomieszczeniach (wg Dz.U. 2002 nr 217 poz. 1833 wraz

z późniejszymi zmianami)

Lp.

Nazwa substancji

Najwyższe dopuszczalne stężenie w

mg/m

3

w zależności od czasu

narażania w ciągu zmiany roboczej

NDS

NDSCh

NDSP

1

Aceton

600

1800

-

2

Amoniak

14

28

-

3

Anilina

5

20

-

4

Arsen i jego związki nieorganiczne

0,01

-

-

5

Benzen

1,6

-

-

6

Benzyna ekstrakcyjna

500

1500

-

7

Benzyna do lakierów

300

900

-

8

Chlor

0,7

1,5

-

9

Ditlenek azotu

0,7

1,5

-

10

Ditlenek węgla

9000

27000

-

11

Glin metaliczny, glin proszek dymy, pył

całkowity

2,5

-

-

12

Glin metaliczny, glin proszek dymy, pył

respirabilny

1,2

-

-

13

Nafta

100

300

-

14

Nikotyna

0,5

-

-

15

Ozon

0,15

-

-

16

Toluen

100

200

-

17

Tlenek węgla

23

117

-

18

Tlenek azotu

3,5

7

-

19

Siarkowodór

10

20

-

20

Spaliny silnika diesla pył respirabilny

0,5

-

-

21

Strychnina

0,15

-

-

•

Najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) - wartość

średnia ważona stężenia, którego oddziaływanie na

pracownika w ciągu 8-godzinnego dobowego i przeciętnego

tygodniowego wymiaru czasu pracy, określonego w Kodeksie

Pracy, przez okres jego aktywności zawodowej nie powinno

spowodować ujemnych zmian w jego stanie zdrowia oraz w

stanie zdrowia jego przyszłych pokoleń.

•

Najwyższe dopuszczalne stężenie chwilowe (NDSCh)

- wartość średnia stężenia, które nie powinno spowodować

ujemnych zmian w stanie zdrowia pracownika, jeżeli

występuje w środowisku pracy nie dłużej niż 15 minut i nie

częściej niż 2 razy w czasie zmiany roboczej, w odstępie czasu

nie krótszym niż 1 godzina.

•

Najwyższe dopuszczalne stężenie pułapowe (NDSP) -

wartość stężenia, która ze względu na zagrożenie zdrowia lub

życia pracownika nie może być w środowisku pracy

przekroczona w żadnym momencie.

•  

Tab. Wartość współczynnika nierównomierności

wydzielania się zanieczyszczeń (φ)

Rodzaj zanieczyszczeń:

φ

Szkodliwe dla zdrowia - stosunkowo równomierne

wydobywanie się w czasie

1,2 - 1,3

Nietoksyczne lub nie wywołujące ciężkich schorzeń przy

krótkotrwałym podwyższeniu stężenia

1,1 - 1,2

Wszystkie rodzaje zanieczyszczeń przy nierównomiernym

wydobywaniu się zanieczyszczeń

1,3 - 1,4

Wyznaczanie ilości powietrza wentylacyjnego na podstawie

minimalnych wymagań

Ilość powietrza dla części pomieszczeń można wyznaczyć na

podstawie poniższej tabeli zawierającej wymagania polskich
przepisów lub wartości przyjmowanych zwyczajowo bądź
szacunkowo.

Tab. Zestawienie wymaganych ilości powietrza wentylacyjnego

Rodzaj pomieszczenia

Wymagany strumień

objętości powietrza

wentylacyjnego

Uwagi

Akumulatornia

4-8 wymian/h

Amoniakalne instalacje

chłodnicze (m.in.:

maszynownia,

aparatownia)

3 wymiany/h awaryjna

10 wymian/h

Dz.U.98 poz. 902 2003 r.

Apteki:

Dz.U. 171 poz. 1395

2002r.

- Izba recepturowa

2 wymiany/h

- Izba do sporządzania
produktów homeopatycznych

2 wymiany/h

- Zmywalnia

2 wymiany/h

- Pozostałe pomieszczenia

1,5 wymiany/h

Archiwum

2 - 4 wymiany/h

Dyżurna wentylacja:

- Wszystkie
pomieszczenia

wentylacj

a ciągła

0,5 wymiany/h

-Pomieszczenia nie
mieszkalne

0,1 -0,2 l/s m

2

PN-EN 15251:2007

- Pomieszczenia nie
mieszkalne -wentylacja
uruchamiana przed
rozpoczęciem użytkowania

2 wymiany przed

rozpoczęciem

użytkowania

- Pomieszczenia mieszkalne
-wentylacja ciągła

0,05-0,1 l/s Tin

2

Ciemnie fotograficzne

10-15 wymian/h

Galerie handlowe

6-9 m

3

/h m

2

Garaże zamknięte

100-120 m

3

/h miejsce

post.

- Do 10 stanowisk

1,5 wymiany/h

Dz.U.75 poz. 690 2002r.

wraz z późn. zm.

Hale sprzedaży w dużych

sklepach

samoobsługowych

10-12m

3

/h-m

2

Jadalnie

2 wymiany/h

Kesony (dzwony

nurkowe)

30 m

3

/h osobę

Dz.U. 31 poz. 208 1952r.

Komunikacja

1,5 wymiany/h

Komunikacja

1,5 wymiany/h

Kuchnie w budynkach

mieszkalnych:

PN-83/B-03430 (Az3:2000)

- z oknem zewnętrznym,
wyposażone w kuchnię gazową
lub węglową

70 m

3

/h

- z oknem zewnętrznym,
wyposażone w kuchnię
elektryczną - w mieszkaniu do
3 osób

30 m

3

/h

- w mieszkaniu dla więcej niż 3
osób

50 m

3

/h

- bez okna zewnętrznego lub
dla wnęki kuchennej,
wyposażone w kuchnię
elektryczną

50 m

3

/h

- bez okna zewnętrznego,
wyposażone w kuchnię
gazową;

70 m

3

/h

- Kuchnie (pomieszczenia
kategorii I)

28 l/s

PN-EN 15251:2007

- Kuchnie (pomieszczenia
kategorii II)

20 l/s

- Kuchnie (pomieszczenia
kategorii III)

14 l/s

Laboratorium

7-15 wymian/h

Łazienki w budynkach

mieszkalnych:

PN-83/B-03430 (Az3:2000)

- z ustępem lub bez

50 m7h

-Łazienka (pomieszczenia
kategorii I)

20 l/s

PN-EN 15251:2007

-Łazienka (pomieszczenia
kategorii II)

15 l/s

-Łazienka (pomieszczenia
kategorii III)

10 l/s

Magazyn środków ochrony

roślin oraz nawozów

mineralnych i organiczno-

mineralnych

3 wymiany/h Awaryjna 10

wymian/h

Dz.U.99 poz. 896 2002r.

Malowanie, metalizacja

natryskowa, czyszczenie

powierzchni (komora

robocza)

10 wymian/h

Dz.U.237 poz. 2003 2003r.

Natryski:

80 + 100 m

3

/h- natrysk

5 wymian/h

Dz.U.169 poz. 1650 2003r.

Palarnia

10 wymian/h

Piwnice

0,3 wymiany/h

PN-83/B-03430 (Az3:2000)

Pomieszczenie wypoczynku

dla kobiet w ciąży i

karmiących (zakłady pracy)

2 wymiany/h

Dz.U.169 poz. 1650 2003r.

Pomocnicze pomieszczenie

bezokienne

30 m

3

/h

PN-83/B-03430 (Az3:2000)

Prace z użyciem cyjanków

do obróbki cieplnej metali,

ich roztworów i mieszanin

10 wymian/h

Dz.U.69 poz.456 2007r.

Prace z rtęcią i jej

związkami

6 wymian/h

Dz.U.69 poz.455 2007r.

Pralnie domowe

2 wymiany/h

PN-83/B-03430 (Az3:2000)

Pralnie i farbiarnie

zawodowe:

Dz.U.40 poz. 469 2000r.

- Sortownie, magazyny odzieży
brudnej oraz przeznaczone do
płukania, odwiro wywania i
farbowania odzieży

Nawiew: 5 wymian/h

Wywiew: 6 wymian/h

- Moczenie, odkażanie, ręczne
prasowanie odzieży

Nawiew: 3 wymian/h

Wywiew: 4 wymian/h

- Gotowanie odzieży, pranie
ręczne i mechaniczne,
farbowanie

Nawiew: 6 wymian/h

Wywiew: 7 wymian/h

- Suszenie i mechaniczne
prasowanie odzieży

Nawiew: 4 wymian/h

Wywiew: 5 wymian/h

- Sortowanie i magazynowanie
odzieży czystej lub ufarbowanej

1 wymiana/h

Procesy galwanotechniczne:

Dz.U.19 poz. 192 2002r.

- Produkcja

10 wymian/h

- Magazyn

10 wymian/h

Rura zsypu śmieci

200 m

3

/h

PN-83/B-03430

Służba zdrowia:

- Gabinet konsultacyjno lekarski

2 wymiany/h

- Gabinet zabiegowy

3 - 4 wymiany/h

- Gabinet zabiegowy ze znieczuleniem
ogólnym

10 wymian/h

- Sterylizatornia

5 wymian/h

- Gabinet rentgenowski

1,5 wymiany/h

- Ciemnia rentgenowska

3 wymiany/h

- Pozostałe pomieszczenia

1,5 wymiany/h

Socjalne pomieszczenia

2 wymiany/h

Suszarnia bielizny

1 wymiana/h

Szatnia okryć wierzchnich

2 wymiany/h

Szatnie personelu:

- Z otwieralnym oknem dla max. 10
pracowników

2 wymiany/h

- Pozostałe

4 wymiany/h

Toalety w budynkach

mieszkalnych:

PN-83/B-03430 (Az3:2000)

- Oddzielny ustęp w mieszkaniu

30 m

3

/h

- Toaleta (pomieszczenia
kategorii I)

14 l/s

PN-EN 15251:2007

-Toaleta (pomieszczenia
kategorii II)

10 l/s

-Toaleta (pomieszczenia
kategorii III)

7 l/s

Umywalnie

2 wymiany/h

Dz.U.169 poz. 1650 2003r.

Włókiennicze wyroby

(produkcja)

Dz.U.179 poz. 1274 2007r.

pomieszczenia, w których

wydziela się para (w

szczególności przy gotowaniu,

praniu, bieleniu, barwieniu)

6 wymian/h

Zakłady gastronomiczne:

- Kuchnie*)

15 - 30 wymian/h

- Obieralnie

4 - 6 wymian/h

- Zmywalnie

10 wymian/h

- Magazyn produktów suchych

2 - 3 wymiany/h

- Magazyn napoi

2 - 3 wymiany/h

- Magazyn bielizny czystej

1,5 wymiany/h

- Przygotowalnią

4 - 8 wymian/h

- Rozdzielnia kelnerska

8 - 1O wymian/h

- Pomieszczenie urządzeń
chłodniczych*)

8 - 1O wymian/h

- Sala konsumencka

50 m

3

/h osobę

Zakłady graficzne

6 wymian/h

Dz.U.65 poz. 447 1951

r.

Zakłady odnowy

biologicznej:

Dz.U.31 poz. 273 2004r.

- Pomieszczenia ćwiczeń

fizycznych wyposażone w

klimatyzację lub wentylację

mechaniczną

50 m

3

/h osobę

- Siłownie

100 m

3

/h osobę

*) Obliczenia właściwe należy wykonać na podstawie zysków ciepła

Wyznaczanie ilości powietrza wentylacyjnego na

podstawie minimalnych wymagań higienicznych

dla człowieka

Minimalny strumień powietrza wentylacyjnego wg PN-83/B-

03430 wraz z poprawką Az3:2000.

Całkowity strumień powietrza wentylacyjnego (V

c

) oblicza się

ze wzoru:

gdzie:
n - maksymalna, zakładana ilość osób,
V -wymagany strumień powietrza dla jednej osoby [m

3

/h].

  Zestawienie minimalnych ilości powietrza wentylacyjnego

dla jednej osoby (wg PN-83/B-03430; Az3:2000)

Opis

Strumień

powietrza

wentylacyjnego

przy wentylacji i otwieralnych oknach w budynkach

mieszkalnych

20 m

3

/h osobę *)

przy klimatyzacji lub wentylacji i nieotwieralnych

oknach w budynkach niemieszkalnych przy zakazie

palenia

30 m

3

/h osobę

przy klimatyzacji lub wentylacji i nieotwieralnych

oknach w budynkach niemieszkalnych przy

dozwolonym paleniu

50 m7h osobę

żłobki, przedszkola

15 m7h osobę

*) Jednak nie mniej niż 1 h

-1

Minimalny strumień powietrza wentylacyjnego wg PN-EN 15251:2007

dla pomieszczeń niemieszkalnych

Całkowity strumień powietrza wentylacyjnego (V

c

) oblicza się ze wzoru:

gdzie:
n - maksymalna, zakładana ilość osób,
V

L

- wymagany strumień powietrza dla jednej osoby [l/s],

A - powierzchnia pomieszczenia [m

2

],

V

A

- wymagany, jednostkowy strumień powietrza z uwagi na emisyjność

materiałów budowlanych [l/s m

2

powierzchni podłogi].

Rodzaj budynku

Pomieszczenia

kategorii I

Pomieszczenia

kategorii II

Pomieszczenia

kategorii III

Minimalny

strumień powietrza

dla 1

osoby (V

L

)

10 l/s osobę

7 l/s osobę

4 l/s osobę

Minimalny strumień powietrza ze względu na emisyjność

materiałów budowlanych (V

A

)

budynki o bardzo

niskiej emisyjności

0,5 l/s m

2

0,35 l/s m

2

0,2 l/s m

2

budynki o niskiej

emisyjności

1 l/s m

2

0,7 l/s m

2

0,4 l/s m

2

pozostałe budynki

2 l/s m

2

1,4 l/s m

2

1,4 l/s m

2

Zestawienie minimalnych ilości powietrza wentylacyjnego dla
pomieszczeń niemieszkalnych

Minimalny strumień powietrza wentylacyjnego wg PN-EN

15251:2007 dla pomieszczeń mieszkalnych

Całkowity strumień powietrza wentylacyjnego (V

c

) wyznacza

się na podstawie zależności:

gdzie:
A - powierzchnia pomieszczenia (sypialnia, salon itp.) [m

2

],

V

A

- wymagany, jednostkowy strumień powietrza [l/s m

2

],

V

L

- wymagany strumień powietrza dla jednej osoby [l/s],

n - maksymalna, zakładana ilość osób lub ilość sypialń,
V

a

- wymagany, dodatkowy, jednostkowy strumień powietrza

[l/s m

2

].

Pomieszczenia

kategorii 1

Pomieszczenia

kategorii II

Pomieszczenia

kategorii III

V

A

0,49 l/s m

2

0,42 l/s m

2

0,35 l/s m

2

V

L

10 l/s osobę

7 l/s osobę

4 l/s osobę

V

a

1,4 l/s m

2

1,0 l/s m

2

0,6 l/s m

2

Zestawienie minimalnych ilości powietrza wentylacyjnego dla
pomieszczeń mieszkalnych

Obliczanie ilości powietrza dla wybranych

obiektów przemysłowych

Obliczanie ilości powietrza dla kuchni
(na podstawie VDI 2052)
Ilość powietrza usuwanego przez okap:
gdzie:
V

K

- strumień konwekcyjny powstający nad urządzeniem

kuchennym obsługiwanym przez okap [m

3

/h],

a - współczynnik zwiększający związany z zaburzeniami

strumienia konwekcyjnego przez strumienie nawiewne

.

Współczynniki zwiększające zależne od organizacji przepływu

powietrza w pomieszczeniu

 

Rodzaj rozdziału powietrza

Współczynnik zwiększający, a

Wentylacja mieszająca:

- nawiew przyścienny

1,25

- nawiew sufitowy

1,20

Wentylacja wyporowa:

- nawiew sufitowy

1,10

- nawiew do strefy pracy

1,05