Циркуляция воздушных масс в производственном помещении

Возникающие внутри помещений перемещения воздушных масс могут быть обусловлены: действием вентиляции, подвижностью частей механизмов, передвижением предметов и людей, а также теплообменом воздуха с нагретыми или холодными поверхностями, приводящим к образованию конвекционных токов. Перемещение воздуха сопровождается его перемешиванием. Особенности такой подвижности воздуха рассматриваются ниже. На рис. 51 приведены зарисовки, характеризующие потоки постоянной температуры, создающиеся в плоском канале при различном размещении приточных и вытяжных отверстий. При отсутствии торцовой стены (рис. 51, а) и поступлении воздуха через отверстие, по размерам равное поперечному сечению канала, перемещение воздуха происходит с примерно одинаковой скоростью по всей высоте канала. В остальных зарисовках, где приточные отверстия меньше сечения канала (что соответствует практическим условиям вентиляции), приточные струи расширяются и масса их увеличивается за счет вовлечения в поток (подсасывания) окружающего воздуха. В вытяжные отверстия отводится лишь объем воздуха, равный поступившему через приточные отверстия, а воздушные массы, попутно присоединившиеся к приточной струе, циркулируют — возвращаются к начальному участку струи и снова увлекаются ею. Возникающая циркуляция сопровождается образованием вихревых зон, в которых смена воздуха происходит медленнее, чем в области непосредственного распространения приточных струй.

Характер циркуляции существенно не изменяется при переносе вытяжного отверстия (рис. 51, в, г, д). Даже при размещении приточного и вытяжного отверстий в одной стене (рис. 51, е) не наблюдается непосредственно перетекания приточной струи в вытяжное отверстие.

Рис. 51. Циркуляция воздуха в вентилируемых помещениях (при отсутствии источников тепловыделений). а — вытяжное отверстие в середине торцовой стенки, противоположная стенка отсутствует; б — вытяжное отверстие в середине торцовой стенки, противоположная стенка удалена наполовину; в — вытяжное отверстие в середине торцовой стенки, приточное отверстие размещено в противоположной стенке у продольной стены; г — приточное и вытяжное отверстия размещены в торцовых стенках непосредственно у продольных стен; д — приточное и вытяжное отверстия размещены в торцовых стенках, отнесены к противоположным продольным стенкам; е — одностороннее расположение приточного и вытяжного отверстия.

Следовательно, картина циркуляции в вентилируемом объеме обусловливается в первую очередь размещением приточных отверстий. Расположение вытяжных отверстий существенного значения не имеет. Это объясняется особенностями распространения струй: приточная струя дальнобойна и вовлекает в движение окружающий воздух, в то время как спектр всасывания вытяжного потока ощутим на небольшом расстоянии от вытяжного отверстия. Однако из этого не следует, что располагать вытяжное отверстие можно в любом месте помещения. Удалять использованный воздух следует из наиболее загрязненной газообразными примесями или наиболее нагретой зоны помещения.

На рис. 52 приведены схемы возникновения и распространения теплового потока, образующегося у источника тепла. Рис. 52, а показывает распространение потока в неограниченном пространстве. У поверхности источника тепла воздух, нагреваясь и расширяясь, становится легче окружающего и поэтому поднимается вверх — всплывает. Взамен поднявшегося к источнику подтекают свежие порции воздуха (при соприкосновении с холодными поверхностями происходит обратное явление) .

Характер конвекции изменяется, если источник находится в ограниченном пространстве (рис. 52,6). При этом возникает циркуляция: тепловой поток поднимается, растекается под перекрытием и вновь возвращается вниз.

Рис. 52. Схема распространения теплового (конвекционного) потока. а — свободный тепловой поток; б — тепловой поток в ограниченном невентилируемом пространстве; в — тепловой поток в полуограниченном вентилируемом пространстве.

Механизм циркуляции является следующим. Вследствие оттекания (всплывания) теплового потока возле источника выделения тепла устанавливается разрежение (—). Поступление нагретого воздуха к перекрытию приводит в свою очередь к образованию повышенного давления (+). Разница давлений по высоте помещения и непрерывный теплообмен обусловливают циркуляцию — одновременное перемещение воздушных масс в двух направлениях: снизу вверх и обратно. В зимний период года циркуляция усиливается, так как теплоотдача холодным поверхностям наружных ограждений увеличивается.

Если в боковых ограждениях и перекрытии открыты проемы (рис. 52,в), то, кроме циркуляции, возникает вентиляция, так как в зону пониженного давления (меньше атмосферного — нижняя часть помещения) воздух всасывается, а из верхней части, где давление больше атмосферного, воздух выдавливается наружу. Таким образом, в рассматриваемом случае часть тепловых потоков удаляется и замещается наружным воздухом, который, поступая в рабочую зону, смешивается с циркулирующими массами тепловых потоков.

Чем циркуляция тепловых потоков интенсивнее, тем при прочих равных условиях температура рабочей зоны выше.

Если в помещении взаимодействуют потоки, обусловленные теплообменом и создаваемые механической вентиляцией, картина воздушных течений усложняется. Однако и при этом удается проследить приведенные выше тенденции.