W celu określenia wielkości urządzenia
wentylacyjnego, mocy wymienników ciepła
do ogrzewania i ewentualnie chłodzenia
powietrza
nawiewanego,
przekrojуw
poprzecznych
kanałów
do
transportu
powietrza, itp. należy obliczyć strumień
powietrza
wentylującego.
Punktem
wyjściowym do obliczeń ilości powietrza przy
wentylacji ogуlnej jest ustalenie ilości
zanieczyszczeń, zmieniających stan powietrza
w
pomieszczeniu.
Mogą
to
być
zanieczyszczenia gazowe, nadmiar ciepła i
pary wodnej itd.
Ogólne równanie wymiany powietrza
Dla uproszczenia załóżmy także, że
wydzielająca się substancja rozprzestrzenia
się po całym pomieszczeniu równomiernie i
nieskończenie szybko.
V
s
V
n
V
w
K
s
s
w
s
n
(
)
n
n
s
w
w
s V d
K d
d
Pd
s V
s
τ
τ
τ
+
−
=
,
(1)
s
−
stężenie rozpatrywanej substancji w
powietrzu pomieszczenia w dowolnej
chwili rozważanego okresu, kg/ m
3
;
s
n
−
stężenie tej samej substancji w
powietrzu nawiewanym, kg/ m
3
;
s
w
−
stężenie tej samej substancji w
powietrzu wywiewanym, kg/ m
3
;
P
−
objętość pomieszczenia, m
3
;
V
n
− strumień powietrza nawiewanego,
m
3
/s;
V
w
− strumień powietrza wywiewanego,
m
3
/s;
s
K
−
ogólna ilość rozpatrywanego
zanieczyszczenia, wydzielającego się w
pomieszczeniu, kg/s.
(
)
(
)
o
exp
n
s
n
s
s
s
K V
s
s
K V
Ψ
τ
=
+
−
−
+
−
(2)
s
o
−
stężenie substancji zanieczyszczającej
w powietrzu pomieszczenia na początku
rozpatrywanego okresu, kg/ m
3
;
V P
=
Ψ
− krotność wymiany powietrza
w pomieszczeniu, s
−1
.
7
s
1
s
2
s
3
s
4
s
5
s
6
s
8
s
o
s
N
D
S
s
p
s
0
2
4
6
8
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
s
h
Przy założeniu, że:
wydzielająca
się
substancja
zanieczyszczająca
powietrze
rozprzestrzenia
się
po
całym
pomieszczeniu
nieskończenie
szybko
lub
wydziela
się
równomiernie
w
całym
pomieszczeniu;
= ∞
τ
oraz s = s
sp
= s
w
= s
max
rуwnanie (2) można przedstawić w postaci
(
)
w
n
s
V s
s
K
−
=
(3)
Z rуwnania (3) można obliczyć strumień
powietrza wentylującego, niezbędny do
ograniczenia
stężenia
substancji
zanieczyszczającej poniżej wartości s
w
=
s
max
.
Strumień
objętości
powietrza
wentylującego wyniesie:
(
)
s
w
n
K
V
s
s
=
−
, m
3
/s
(4)
W warunkach rzeczywistych substancja
zanieczyszczająca
powietrze
rozprzestrzenia się po pomieszczeniu
nierуwnomiernie.
W
tym
przypadku
strumień
powietrza
wentylującego
powinien być skorygowany, zakładając, że
stężenie substancji zanieczyszczającej w
strefie przebywania ludzi
s
sp
nie powinno
przekraczać maksymalnej dopuszczalnej
wartości
s
max.
Jeżeli stężenia w strefie roboczej
s
sp
nie
mogą być większe od najwyższych stężeń
dopuszczalnych (NDS), a z kierunku
przepływu powietrza wentylującego na
rysunku można wywnioskować, że
s
w
>
s
sp
sp
w
sp
max
s
s
s
s
s
=
+ ∆
=
+ ∆
to można napisać:
(
)
(
)
s
s
n
n
p
w
s
s
K
K
V
s
s
s
s
=
=
=
−
+ ∆
−
(
)
(
)
max
sp
s
s
n
n
K
K
s
s
s
s
=
=
−
−
Φ
Φ
, m
3
/s (4)
Jeżeli stężenia w strefie roboczej
s
sp
nie
mogą być większe od najwyższych stężeń
dopuszczalnych (NDS), a z kierunku
przepływu powietrza wentylującego na
rysunku można wywnioskować, że
s
w
>
s
sp
sp
w
sp
max
s
s
s
s
s
+ ∆
=
+ ∆
=
to można napisać:
(
)
(
)
s
s
n
n
p
w
s
s
K
K
V
s
s
s
s
=
=
=
−
+ ∆
−
(
)
(
)
s
s
n
n
max
sp
K
K
s
s
s
s
= Φ
=
−
−
, m
3
/s. (4a)
(
)
(
)
(
)
(
)
n
sp
m
n
w
x
w
a
n
n
s
s
s
s
s
s
s
s
Φ
−
−
=
=
−
−
− współczynnik
skuteczności
wentylacji
ogólnej,
uwzględniający
nierównomierność
wydzielania się zanieczyszczeń i ich
rozprzestrzeniania się w pomieszczeniu
(tabl. 7.1)
Tablica 7.1
Zalecane wartości współczynnika Φ
Rodzaj wentylacji i zanieczyszczeń
Wartości współczynnika Φ
Wentylacja mechaniczna ogуlna z wywiewem w pobliżu wydobywania się
zanieczyszczeń
Zanieczyszczenia szkodliwe dla zdrowia przy
stosunkowo równomiernym wydobywaniu się w
czasie
1,2-1,3
Zanieczyszczenia
nietoksyczne
lub
zanieczyszczenia niewywołujące ciężkich schorzeń
przy krуtkotrwałym podwyższeniu stężenia
1,1-1,2
Jak
wyżej,
lecz
przy
nierównomiernym
wydobywaniu się zanieczyszczeń
1,3-1,4
Wartość
współczynnika
skuteczności
wentylacji
Φ
zależy, przede wszystkim,
od
sposobu
rozprzestrzeniania
się
zanieczyszczeń. Jeżeli zanieczyszczenia są
lotne
i koncentrują się w gуrnych strefach
pomieszczenia, dając wysokie stężenia
poza strefą roboczą, to wtedy wartość
współczynnika
Φ
można przyjmować w
granicach od 0,85 do 0,90.
gdy rozmieszczenie w pomieszczeniu źródeł
wydzielania się zanieczyszczeń jest nierównomierne;
albo przy rуwnomiernym rozmieszczeniu źródeł emisja
ich jest zrуżnicowana;
gdy istnieje przyczyna nie pozwalająca na
stworzenie w całym pomieszczeniu wymiany powietrza
o jednakowej intensywności.
Jeżeli natomiast zanieczyszczenia dają
wysokie stężenia w strefie roboczej lub są
cięższe
od powietrza i opadają w dół, to
wtedy wartość współczynnika
Φ
należy
przyjmować w granicach od 1,1 do 1,4
(tabl. 7.1).
Współczynnik
Φ
może przyjmować
wartości większe niż 1 w następujących
przypadkach:
•
gdy
rozmieszczenie
w
pomieszczeniu źródeł wydzielania się
zanieczyszczeń jest nierównomierne;
albo
przy
rуwnomiernym
rozmieszczeniu źródeł emisja ich jest
zróżnicowana;
•
gdy
istnieje
przyczyna
nie
pozwalająca na stworzenie w całym
pomieszczeniu wymiany powietrza o
jednakowej intensywności.
Wtedy, w tych przypadkach nadanie
współczynnikowi
Φ
odpowiedniej wartości,
większej niż 1, zwiększa się strumień
objętości powietrza wentylującego L w
takim stopniu, aby w każdym miejscu
pomieszczenia stężenie zanieczyszczeń nie
przekroczyło
wartości
najwyższego
dopuszczalnego stężenia NDS.
Przy równoczesnym wydzielaniu się
kilku substancji szkodliwych, ktуrych
działanie na organizm ludzki jest
sumujące, to wówczas niezbędny
strumień
powietrza
wentylującego
można określić ze wzoru
(
)
i
i
i
s
i
max
n
K
V
s
s
=
Φ
−
∑
,
(5)
i
s
K
− ogólna ilość i-tego (poszczegуlnego)
zanieczyszczenia, wydzielającego się w
rozpatrywanym pomieszczeniu, g/s (g/h);
i
max
s
− najwyższe dopuszczalne stężenie
(NDS) i-tego zanieczyszczenia w powietrzu
pomieszczenia, g/m
3
;
i
n
s
− stężenie i-tego zanieczyszczenia w
powietrzu, nawiewanym do pomieszczenia,
g/m
3
;
Φ
i
−
współczynnik,
uwzględniający
nierównomierność wydzielania się i-tego
zanieczyszczenia i jego rozprzestrzeniania
się w pomieszczeniu.
Wg wzoru (5) obliczeniowy strumień
powietrza wentylującego określa się jak
sumę ilości powietrza, potrzebnego dla
rozcieńczenia
oddzielnie
każdego
składnika danej substancji do wartości
stężenia dopuszczalnego. Z zależność
(5) korzysta się jeśli w procesie
technologicznym
przewiduje
się
korzystanie z substancji chemicznych
takich jak:
•
lotne rozpuszczalniki (np. benzoes i jego
homologi, alkohole, estry, kwas octowy,
aceton i inne);
•
drażniące gazy (np. dwutlenek i trójtlenek
siarki, chlorowodуr, fluorowodуr itp.);
•
tlenki azotu łącznie z tlenkiem węgla.
Przyjmując
taką
zasadę
obliczeń
wentylacji zapewnia się, że stężenia
poszczegуlnych substancji szkodliwych
będą znacznie niższe od wartości
dopuszczalnych w warunkach, gdyby
występowały one pojedynczo.
Przy jednoczesnym wydzielaniu się kilku
substancji szkodliwych (z wyjątkiem ww.
rozpuszczalników i gazów drażniących),
należy
obliczyć
strumień
objętości
powietrza nawiewanego dla każdego z
nich i przyjąć do doboru urządzeń
wentylacji ogólnej wartość maksymalną
dla rozcieńczenia jednej z substancji.
Oczywiście wtedy stężenia pozostałych
substancji w powietrzu pomieszczenia
będą niższe od stężeń dopuszczalnych.
W przypadku, gdy głównym zanieczyszczeniem
powietrza w pomieszczeniu jest para wodna, a
celem wentylacji jest usuwanie zyskуw pary
wodnej (mokre oddziały produkcyjne) i nie
dopuszczenie
do
przekroczenia
określonej
zawartości wilgoci w powietrzu
x
max
, niezbędny
strumień powietrza wentylującego oblicza się z
zależności
(
)
n
n
w
x
W
V
x
ρ
=
−
, m
3
/s, (m
3
/h) (6)
W
− emisja pary wodnej w pomieszczeniu,
kg/s (kg/h);
x
w
= x
max
– zawartość wilgoci w powietrzu
wywiewanym, odpowiadająca obliczeniowej
(dopuszczalnej lub optymalnej) temperaturze
i
wilgotności
względnej
powietrza
w
pomieszczeniu
, kg/(kg s.p.);
x
n
– zawartość wilgoci w powietrzu
nawiewanym, kg/(kg s.p.);
ρ
n
– gęstość powietrza nawiewanego
(odpowiadającego temperaturze powietrza
nawiewanego), kg/m
3
.
W tym przypadku nie uwzględnia się
współczynnikуw
skuteczności
wentylacji Φ , choć wiadomo, że
można by było ograniczyć jego
wielkość, gdyż para wodna jest lżejsza
od powietrza i gromadzi się w gуrnej
strefie pomieszczenia poza strefą
roboczą.
Jednak w przypadku usuwania pary
wodnej zadaniem wentylacji jest nie
tylko
stworzenie
odpowiednich
warunkуw
w
strefie
pracy,
ale
ograniczenie wilgotności powietrza w
całym pomieszczeniu, aby ochronić
przed zniszczeniem również budynek
(głównie stropodach).