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».

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 Л1вр единиц массы вещества в 1 ч, то уравнение баланса вредных веществ в любой момент времени т имеет вид

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

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 (VII 1.28) 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/1/ПОм. Для случая, когда содержание вредных веществ в помещении достигает ПДК при т^ 1 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), вентиляцию 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 общеобменной вентиляции. Если пренебречь распределением температуры по помещению, т. е. рассматривать изотермические условия, то объемная производительность приточной и вытяжной систем будет одинакова: Ljt=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.

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

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 Мщ>1Ьу--Сп. 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 Ly>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 Со>0, то изменение концентрации во времени может иметь вид, показанный на рис. VIII.4, в (линия / при C0>MBp/Ly--Cn, линия 2 при С0<Л1щД,у+ -i-Cn). Если C0=MBP/Ly-j-Cn, то изменения концентрации в помещении не будет, так как сумма СА 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 С0, Спдк и время проветривания т, то можно определить кратность требуемого воздухообмена из формулы (VIII.36);

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 (VIII.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 Со 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:

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

Уравнение (VIII.39) можно применять для расчета не только аварийной вентиляции, но и воздухообмена в больших помещениях. Используя емкость помещения при меньшем воздухообмене, можно добиться того, что содержание вредных веществ не достигнет ПДК в течение рабочего времени.