W celu określenia wielkości urządzenia
wentylacyjnego, mocy wymienników ciepła
do ogrzewania i ewentualnie chłodzenia
powietrza nawiewanego, przekrojCw
poprzecznych kanałów do transportu
powietrza, itp. należy obliczyć strumień
powietrza wentylujÄ…cego. Punktem
wyjściowym do obliczeń ilości powietrza przy
wentylacji ogClnej jest ustalenie ilości
zanieczyszczeń, zmieniających stan powietrza
w pomieszczeniu. Mogą to być
zanieczyszczenia gazowe, nadmiar ciepła i
pary wodnej itd.
Ogólne równanie wymiany powietrza
Dla uproszczenia załóżmy także, że
wydzielajÄ…ca siÄ™ substancja rozprzestrzenia
się po całym pomieszczeniu równomiernie i
nieskończenie szybko.
Vw
V
sw
s
Vn
Ks
sn
snVndÄ + K dÄ - swVwdÄ = Pds , (1)
( )
s
s - stężenie rozpatrywanej substancji w
powietrzu pomieszczenia w dowolnej
3
chwili rozważanego okresu, kg/ m ;
sn - stężenie tej samej substancji w
3
powietrzu nawiewanym, kg/ m ;
sw - stężenie tej samej substancji w
3
powietrzu wywiewanym, kg/ m ;
P - objętość pomieszczenia, m3;
Vn - strumień powietrza nawiewanego,
m3/s;
Vw - strumień powietrza wywiewanego,
m3/s;
K - ogólna ilość rozpatrywanego
s
zanieczyszczenia, wydzielajÄ…cego siÄ™ w
pomieszczeniu, kg/s.
s = sn + K V - sn - so + K V exp -¨Ä
( ) ( )
s s
(2)
so - stężenie substancji zanieczyszczającej
w powietrzu pomieszczenia na poczÄ…tku
3
rozpatrywanego okresu, kg/ m ;
¨ = V P - krotność wymiany powietrza
w pomieszczeniu, s-1.
sN D S
s
sp
s5
s7
s3
s 1
2,5
2,0
s8
s6
s4
s 2
1,5
1,0
so
h
0,5
0 2 4 6 8
Przy założeniu, że:
wydzielajÄ…ca siÄ™ substancja
zanieczyszczajÄ…ca powietrze
rozprzestrzenia się po całym
pomieszczeniu nieskończenie
szybko lub wydziela siÄ™
równomiernie w całym
pomieszczeniu;
Ä = " oraz s = ssp = sw = smax
rCwnanie (2) można przedstawić w postaci
V sw - sn = K (3)
( )
s
Z rCwnania (3) można obliczyć strumień
powietrza wentylującego, niezbędny do
ograniczenia stężenia substancji
zanieczyszczającej poniżej wartości sw =
smax. Strumień objętości powietrza
wentylujÄ…cego wyniesie:
3
K
s
V = , m /s (4)
sw - sn
( )
W warunkach rzeczywistych substancja
zanieczyszczajÄ…ca powietrze
rozprzestrzenia siÄ™ po pomieszczeniu
nierCwnomiernie. W tym przypadku
strumień powietrza wentylującego
powinien być skorygowany, zakładając, że
stężenie substancji zanieczyszczającej w
strefie przebywania ludzi ssp nie powinno
przekraczać maksymalnej dopuszczalnej
wartości smax.
Jeżeli stężenia w strefie roboczej ssp nie
mogą być większe od najwyższych stężeń
dopuszczalnych (NDS), a z kierunku
przepływu powietrza wentylującego na
rysunku można wywnioskować, że sw > ssp
s = s + "s = s + "s
w sp sp max
to można napisać:
K K
s s
V = = =
sw - sn
ssp + "s - sn
( )
( )
K K
s s
=Åš =Åš , m3/s (4)
smax - sn
ssp - sn
( )
( )
Jeżeli stężenia w strefie roboczej ssp nie
mogą być większe od najwyższych stężeń
dopuszczalnych (NDS), a z kierunku
przepływu powietrza wentylującego na
rysunku można wywnioskować, że sw > ssp
sw = ssp + "ssp = smax + "s
to można napisać:
K K
s s
V = = =
sw - sn
ssp + "s - sn
( )
( )
K K
s s
= = Åš , m3/s. (4a)
smax - sn
ssp - sn
( )
( )
s - s
( ) smax - sn
( )
sp n
Ś = = - współczynnik
sw - sn sw - sn
( ) ( )
skuteczności wentylacji ogólnej,
uwzględniający nierównomierność
wydzielania się zanieczyszczeń i ich
rozprzestrzeniania siÄ™ w pomieszczeniu
(tabl. 7.1)
Tablica 7.1
Zalecane wartości współczynnika Ś
Wartości współczynnika Ś
Rodzaj wentylacji i zanieczyszczeń
Wentylacja mechaniczna ogClna z wywiewem w pobliżu wydobywania się
zanieczyszczeń
Zanieczyszczenia szkodliwe dla zdrowia przy 1,2-1,3
stosunkowo równomiernym wydobywaniu się w
czasie
Zanieczyszczenia nietoksyczne lub
zanieczyszczenia niewywołujące ciężkich schorzeń 1,1-1,2
przy krCtkotrwałym podwyższeniu stężenia
Jak wyżej, lecz przy nierównomiernym 1,3-1,4
wydobywaniu się zanieczyszczeń
Wartość współczynnika skuteczności
wentylacji Ś zależy, przede wszystkim,
od sposobu rozprzestrzeniania siÄ™
zanieczyszczeń. Jeżeli zanieczyszczenia są
lotne i koncentrujÄ… siÄ™ w gCrnych strefach
pomieszczenia, dając wysokie stężenia
poza strefą roboczą, to wtedy wartość
współczynnika Ś można przyjmować w
granicach od 0,85 do 0,90.
gdy rozmieszczenie w pomieszczeniu z
ródeł
wydzielania się zanieczyszczeń jest nierównomierne;
albo przy rCwnomiernym rozmieszczeniu z
ródeł emisja
ich jest zrCżnicowana;
gdy istnieje przyczyna nie pozwalajÄ…ca na
stworzenie w całym pomieszczeniu wymiany powietrza
o jednakowej intensywności.
Jeżeli natomiast zanieczyszczenia dają
wysokie stężenia w strefie roboczej lub są
cięższe od powietrza i opadają w dół, to
wtedy wartość współczynnika Ś należy
przyjmować w granicach od 1,1 do 1,4
(tabl. 7.1).
Współczynnik Ś może przyjmować
wartości większe niż 1 w następujących
przypadkach:
" gdy rozmieszczenie w
pomieszczeniu z
ródeł wydzielania się
zanieczyszczeń jest nierównomierne;
albo przy rCwnomiernym
rozmieszczeniu z
ródeł emisja ich jest
zróżnicowana;
" gdy istnieje przyczyna nie
pozwalająca na stworzenie w całym
pomieszczeniu wymiany powietrza o
jednakowej intensywności.
Wtedy, w tych przypadkach nadanie
współczynnikowi odpowiedniej wartości,
Åš
większej niż 1, zwiększa się strumień
objętości powietrza wentylującego L w
takim stopniu, aby w każdym miejscu
pomieszczenia stężenie zanieczyszczeń nie
przekroczyło wartości najwyższego
dopuszczalnego stężenia NDS.
Przy równoczesnym wydzielaniu się
kilku substancji szkodliwych, ktCrych
działanie na organizm ludzki jest
sumujące, to wówczas niezbędny
strumień powietrza wentylującego
można określić ze wzoru
K
si
V = , (5)
"Åš
i
smax - sn
( )
i i
Ks - ogólna ilość i-tego (poszczegClnego)
i
zanieczyszczenia, wydzielajÄ…cego siÄ™ w
rozpatrywanym pomieszczeniu, g/s (g/h);
smax - najwyższe dopuszczalne stężenie
i
(NDS) i-tego zanieczyszczenia w powietrzu
pomieszczenia, g/m3;
sn - stężenie i-tego zanieczyszczenia w
i
powietrzu, nawiewanym do pomieszczenia,
g/m3;
Ś - współczynnik, uwzględniający
i
nierównomierność wydzielania się i-tego
zanieczyszczenia i jego rozprzestrzeniania
siÄ™ w pomieszczeniu.
Wg wzoru (5) obliczeniowy strumień
powietrza wentylującego określa się jak
sumę ilości powietrza, potrzebnego dla
rozcieńczenia oddzielnie każdego
składnika danej substancji do wartości
stężenia dopuszczalnego. Z zależność
(5) korzysta się jeśli w procesie
technologicznym przewiduje siÄ™
korzystanie z substancji chemicznych
takich jak:
lotne rozpuszczalniki (np. benzoes i jego
"
homologi, alkohole, estry, kwas octowy,
aceton i inne);
drażniące gazy (np. dwutlenek i trójtlenek
"
siarki, chlorowodCr, fluorowodCr itp.);
tlenki azotu łącznie z tlenkiem węgla.
"
Przyjmując taką zasadę obliczeń
wentylacji zapewnia się, że stężenia
poszczegClnych substancji szkodliwych
będą znacznie niższe od wartości
dopuszczalnych w warunkach, gdyby
występowały one pojedynczo.
Przy jednoczesnym wydzielaniu siÄ™ kilku
substancji szkodliwych (z wyjÄ…tkiem ww.
rozpuszczalników i gazów drażniących),
należy obliczyć strumień objętości
powietrza nawiewanego dla każdego z
nich i przyjąć do doboru urządzeń
wentylacji ogólnej wartość maksymalną
dla rozcieńczenia jednej z substancji.
Oczywiście wtedy stężenia pozostałych
substancji w powietrzu pomieszczenia
będą niższe od stężeń dopuszczalnych.
W przypadku, gdy głównym zanieczyszczeniem
powietrza w pomieszczeniu jest para wodna, a
celem wentylacji jest usuwanie zyskCw pary
wodnej (mokre oddziały produkcyjne) i nie
dopuszczenie do przekroczenia określonej
zawartości wilgoci w powietrzu xmax, niezbędny
strumień powietrza wentylującego oblicza się z
zależności
W
V = , m3/s, (m3/h) (6)
Án xw - xn
( )
W - emisja pary wodnej w pomieszczeniu,
kg/s (kg/h);
xw = xmax  zawartość wilgoci w powietrzu
wywiewanym, odpowiadajÄ…ca obliczeniowej
(dopuszczalnej lub optymalnej) temperaturze
i wilgotności względnej powietrza w
pomieszczeniu, kg/(kg s.p.);
xn  zawartość wilgoci w powietrzu
nawiewanym, kg/(kg s.p.);
Án  gÄ™stość powietrza nawiewanego
(odpowiadajÄ…cego temperaturze powietrza
nawiewanego), kg/m3.
W tym przypadku nie uwzględnia się
współczynnikCw skuteczności
wentylacji Ś , choć wiadomo, że
można by było ograniczyć jego
wielkość, gdyż para wodna jest lżejsza
od powietrza i gromadzi siÄ™ w gCrnej
strefie pomieszczenia poza strefÄ…
roboczÄ….
Jednak w przypadku usuwania pary
wodnej zadaniem wentylacji jest nie
tylko stworzenie odpowiednich
warunkCw w strefie pracy, ale
ograniczenie wilgotności powietrza w
całym pomieszczeniu, aby ochronić
przed zniszczeniem również budynek
(głównie stropodach).