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
Document Outline
