Распространение в вентилируемых помещениях тепла, газообразных примесей и пыли

В вентилируемых помещениях с источниками тепла температура по высоте помещения изменяется. Схема распределения температур приведена на рис. 53, где через t (с соответствующими индексами) обозначены температуры в различных точках поперечного сечения здания.

Подобно тому, как это наблюдается в  свободной приточной струе, к тепловому потоку по мере распространения присоединяются массы окружающего воздуха, которые, смешиваясь с поднимающимся потоком нагретого воздуха, приводят к снижению его температуры. Поднимаясь до перекрытия, тепловой поток, как указывалось, вытекает частично наружу через фонари, а частично опрокидывается, и по ходу опускающейся (циркулирующей) части потока температура продолжает снижаться. В результате в рабочей зоне температура ниже, чем под перекрытием.

Чем интенсивнее циркулируют тепловые потоки, тем меньше перепад температуры между рабочей и верхней зонами помещения.

При установившемся состоянии внутренней циркуляции и естественного воздухообмена, осуществляемого по схеме снизу вверх, отношение избыточной температуры воздуха в рабочей зоне (tр—tп) к избыточной температуре воздуха, удаляемого наружу из верхней зоны помещения (tу —tн), является устойчивой величиной. Эта величина, обозначаемая буквой т, однозначна отношению той части тепла, которая усваивается воздухом в пределах рабочей зоны (Qp) ко всему (валовому) тепловыделению (Q).

Таким образом

где tр — средняя температура воздуха в рабочей зоне;
tу — средняя температура воздуха, удаляемого из верхней зоны помещения;
tн — температура наружного воздуха, поступающего в помещение.

Коэффициент m является важной гигиенической характеристикой, выражающей эффективность воздухообмена. Чем величина m ниже, тем меньший воздухообмен требуется для обеспечения в рабочей зоне нормальной температуры. Другими словами, малая величина т показывает, что значительная часть тепла выносится конвекционными потоками наружу без оказания воздействия на температуру рабочей зоны.

Значения m различны для конкретных производственных помещений с источниками тепла и часто определяются опытным путем — в натурных условиях или на моделях зданий. Обобщенные значения т известны для многих случаев, а в некоторых — могут быть определены расчетным путем.

Распространение газообразных примесей в воздухе помещений происходит в основном в результате перемещения, обусловленного воздушными течениями, и в значительно меньшей степени вследствие молекулярной диффузии и разницы удельных весов газообразных примесей и воздуха.

Значение диффузионного процесса весьма невелико, так как скорости проникновения молекул в соседние слои с меньшими парциальными давлениями (концентрациями) во много раз меньше, чем скорости воздушных течений даже при малой подвижности воздуха. Вместе с тем на близких расстояниях от источников выделения газов диффузия бывает достаточно ощутимой.

Высокий удельный вес при массивных выделениях паров и газов способствует скоплению их у пола. В большинстве случаев влияние удельного веса газов и паров при наличии воздушных течений не сказывается на распределении их концентрации. При наличии источников тепла на направление распространения газов в первую очередь влияют конвекционные (тепловые) течения. Объясняется это тем, что при нагревании всего на 1° вес 1 м³ воздуха уменьшается примерно на 3 г, в то время как наблюдаемые концентрации газообразных примесей изменяют вес 1 м³ на тысячные и меньшие доли грамма. Поэтому даже незначительный местный перегрев приводит к оттеканию смеси воздуха с газами в верхнюю зону помещения. В результате в помещениях с источниками тепла наиболее высокие концентрации примесей даже тяжелых паров и газов (например, бензола ү = 2,7, хлора ү = 2,47) обнаруживаются под перекрытием. В некоторых случаях наблюдается обратное направление процесса конвекции. Вследствие местного снижения температуры воздуха потоки охлажденного воздуха оттекают к полу, где и обнаруживаются наиболее высокие концентрации примесей. Типичными являются помещения, в которых производственный процесс связан с использованием быстро испаряющихся веществ (бензин, эфир и т. п.). Испарение сопровождается интенсивным поглощением тепла и охлаждением воздуха.

Основной причиной распространения пыли также является подвижность воздуха. Возникая в рабочем помещении или проникая в него через неплотности в аппаратуре и оборудовании, пыль разносится по всему объему.

Крупные частицы постепенно выпадают из воздуха и оседают на поверхности пола, строительных конструкциях и на оборудовании. Более мелкие частицы поддерживаются потоками во взвешенном состоянии. Частицы размером менее 0,1 мк не оседают даже в полностью неподвижном воздухе и, находясь вследствие соударений в состоянии беспорядочного (броуновского) движения, «диффундируют». Некоторое количество взвешенной пыли выносится из помещения потоками естественной и механической вытяжной вентиляции.

В конкретных условиях устанавливается достаточно устойчивое равновесие между количеством поступающих частиц пыли, оседающих на поверхности строительных конструкций и оборудования и уносимых из помещения.

Увеличение подвижности воздуха способствует повышению концентрации, так как большие скорости потоков вновь поднимают некоторую часть осевшей пыли и приводят ее во взвешенное состояние. По этой причине общеобменная вентиляция не является эффективным мероприятием для снижения концентрации пыли. К общему воздухообмену прибегают в борьбе с запыленностью воздуха очень редко, при невозможности использования местной вытяжной вентиляции (соблюдая особые меры, уменьшающие подвижность воздуха) или для разбавления высокодисперсных аэрозолей (например, электросварочного).

Из всего изложенного вытекает, что воздушные течения являются основной причиной, определяющей распространение как тепла, так и примесей газообразных веществ и пыли.