§ 37. 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.

(VIII.26)

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

м_вр dT — V_n0M — 0,

где Упом — 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.

х

С

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

(VIII.27)

Решив уравнение (VI11.27) относительно текущей концентрации С, получим:

пом

(VIII. 28)

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 М_вр/Е_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 „Мир и включается система общеобмеи-

m

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

/ и 2 — ПДК достигается в течение рабочего вре­мени; 3 — ПДК не достигается в течение рабочею времени

ной вентиляции. Если пренебречь распределением температуры по по­мещению, т. е. рассматривать изотермические условия, то объемная производительность приточной и вытяжной систем будет одинакова: L_n=L_y. Обозначим концентрацию вредных веществ в приточном воз­духе С_п, а в удаляемом С_у. Примем допущение, что вредные вещества

распределяются по объему помещения равномерно и, следовательно, в любой момент С—С_у.

Уравнение баланса вредных веществ в помещении в дифференци­альной форме

М_вр dx + L_n С_П dx — LyCdx — F_n0M dC = 0. (VIII .29)

Разделив переменные и представив дифференциал dC в виде

dC —— d (—С) =— d f 4-c_n — С I , (VIII.30)

Ц L_y

проинтегрируем уравнение (VIII.29):

I -j^ + Cn-C

М

ВР

Ф Сп —С₀

L_y

-^т=_1п-Р . (VIII.31)

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

М_й0

Сп-С₀ + -^

_T=_j70M_ln ГГ—. (VIII.32)

¹У гг’ JHsE

bfl Of ,

У

При расчете изменения концентраци

иСледует заметить, что учет ус-ловия рп¥=ру при получении зави-симостей (VI 11.32) и (VIII.33) при-водит к появлению у величины Самножителя ру/рп. Аварийная вентиляция. Напредприятиях химической промыш-ленности и подобных им в резуль-тате нарушения герметичности обо-рудования возможны внезапныепоступления вредных веществ впомещения. Для разбавления вне-запно выделившихся вредных ве-ществ предусматривается аварий-ная вентиляция — система уст-ройств, включающихся при ава-рии. Как правило, аварийная вен-тиляция— это вытяжка с меха-ническим побуждением движениявоздуха. Возмещение воздуха, уда-ляемого вытяжной системой ава-рийной вентиляции, должно осуще-ствляться преимущественно путемиспользования наружного воздуха. Воздухообмен, создаваемый системой аварийной вентиляции, обычнорассчитывают по ведомственным техническим указаниям. Если извест-но количество выделяющихся вредных веществ и производительностьсистемы общеобменной вентиляции, то, используя формулы нестацио-нарного режима помещения, можно рассчитать требуемый воздухообменаварийной вентиляции либо продолжительность периодов эвакуации ипроветривания. Рассмотрим несколько случаев применения уравнений (VIII.32) и(VIII.33) для расчета аварийной вентиляции Проанализируем уравнение (VIII.33), представив его в виде двухслагаемых: С=СА+СБ, (VIII. 34) Рис. VIII.4. Изменение во времени концент- рации 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 где С а и С Б —отдельные составляющие искомой величины. Очевидно, что с„ = (т* + с„) О-*-*”) * С г,

3

L

время эбакуации

(VIII. 35)

—Km

(VIII. 36)

С г — С_п е

Здесь Кр — L-yl Vпом-

Если начальная концентрация С₀=0, то и Св =0- Величина С в этом случае равна С_А и изменяется во времени, как показано на рис. VIII.4,а (линия 1). Пределом величины С_Л является M^[L_y-\-C_n. 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 L_y>0J.

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

Если Со>0, а М_Вр=0, то С=С_Б. 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 1 при C₀>M_Bp/Ly+Cn, линия 2 при С₀<М_Пр/£_у+ 4-Сп). Если Co=M_BP/Ly4-C^,_n, то изменения концентрации в помещении не будет, так как сумма С_А и Св дает в этом случае постоянную ве­личину. Линия 3 соответствует случаю, когда L_y 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):

(Кр) = — In тЯ*— . (VIII.37)

т ^спдк

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 допусти- могопредела (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 М_Вр.

Прямое решение уравнения (VIII.31) относительно L_y невозможно из-за его трансцендентности. Инженерное номографирование решения уравнения (VI 11.31) осложнено большим числом переменных. Однако, введя безразмерные параметры процесса:

С = -—— , т = ^2 и 1 = —^М*^р , (VIII.38)

Со — Сп V_no_M (С₀ — Сп) С_у (С₀—С_п)

можно преобразовать уравнение (VIII.32):

_ C—L

т —— L In — . (VIII.39)

1 — L

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

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

Пример VII 1.3. Определить производительность вытяжной системы аварийной вентиляции, если 1^/_Пом = 50 м³, Со = 200 мг/м³ (СО), С=20 мг/м³ (ПДК Для СО), М_вр = = 6000 мг/ч, время проветривания т=15 мин (0,25 ч), С_п = 0,5 мг/м³

2. Решение. 1. Вычисляем параметры процесса по формулам (VIII 38):По номограмме рис. VIII.5 находим L = 0,05 Следовательно,

6000

L_y = = 600 м³/ч,

^у 0,05(200 — 0,5)

„ 600 т. е. Кр= ——~ = 12 ч-¹.

50

Уравнение (VII 1.39) 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 (см. рис. VIII.4, д) в течение рабочего времени.