СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИВЕДЕННОГО КОЭФФИЦИЕНТА ВОЗДУХООБМЕНА ПОМЕЩЕНИЙ ДЛЯ СРЕДНИХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ И ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ АЭРОДИСПЕРСНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ Российский патент 2013 года по МПК G01N30/00 

Задача определения коэффициента воздухообмена помещений актуальна для выполнения работ по экспериментальной оценке эффективности применения различных автоматизированных систем пожаротушения, проведения санитарной обработки помещений и т.д, в результате функционирования которых в помещении образуется облако аэрозоля.

Трудности, с которыми сталкиваются исследователи, заключаются в том, что использование известных способов определения коэффициентов воздухообмена защищаемых помещений производится для конкретных метеорологических условий, в которых производится эксперимент. Проведение ряда экспериментов для усреднения получаемых данных трудно осуществимо, так как с изменением метеорологических условий изменяются и условия воздухообмена в помещениях, что приводит к низкой достоверности усредненных экспериментальных данных. Сопоставление эффективности ряда исследуемых образцов для получения аэродисперсных систем очень проблематично вследствие невозможности точного воспроизведения идентичных метеорологических условий в экспериментах, в результате чего получаемые зависимости концентраций целевых веществ сравнивать можно только приблизительно.

Сущность заявляемого способа заключается в создании такого технического решения, которое бы позволяло оценивать величину коэффициента воздухообмена в помещении во время функционирования образца, например генерирующего аэрозоль целевого вещества, а затем при приведении результатов испытаний к средним метеорологическим условиям выполнять сравнительную оценку характеристик качества испытуемых образцов и систем.

В настоящее время применяются следующие способы определения коэффициента воздухообмена помещений /1/.

При инструментальном исследовании естественной вентиляции (аэрации) воздухообмен определяется суммированием расходов воздуха (раздельно по притоку или по вытяжке) через аэрационные проемы обследуемого помещения /1/. Измерения осуществляются при помощи анемометров. Как и все инструментальные методы, данный способ сопряжен с погрешностью используемых приборов. Кроме того, определить расход воздуха непосредственно во время испытаний образца невозможно, тем более что существующие приборы позволяют определить воздухообмен лишь в одной точке при равномерном потоке воздуха. Таким образом, данный способ не может быть использован для решения нашей задачи.

Также известен «метод спада концентраций», при котором необходимо создать равномерную концентрацию невесомой примеси и по ее спаду во времени определить величину коэффициента воздухообмена. В работах /2, 3/ было использовано основное уравнение, показывающее закономерность падения концентрации невесомой примеси с естественной вентиляцией во времени:

или

где С₀ - средняя концентрация примеси в объекте ко времени, принятому за начало отсчета, мг/л;

C(t) - концентрация примеси в объекте через заданный промежуток времени t после начала отсчета, мг/л;

Кн - коэффициент воздухообмена, 1/с.

Указанные концентрации могут быть получены экспериментально путем создания внутри объекта облака модельного вещества.

Этот способ может быть использован только при условиях непосредственной экспериментальной оценки в данных метеорологических условиях разрабатываемых систем, полученные с его использованием результаты трудно сравнивать при исследовании ряда целевых веществ, конструкций образцов и т.д. Кроме того, этот метод требует значительных материальных, трудовых и временных затрат.

В связи с этим предлагается способ определения приведенного коэффициента воздухообмена помещений для средних метеорологических условий и оценки эффективности аэродисперсных образований непосредственно при проведении экспериментальных исследований разрабатываемых систем.

Заявляемый способ заключается в проведении следующих этапов работ:

1 этап - определение характеристик исследуемого помещения:

- геометрические размеры для определения внутреннего объема помещения V;

- форму и площадь неплотностей для определения суммарной площади неплотностей F_сум;

2 этап - определение коэффициента расхода µ в зависимости от геометрической формы неплотностей. Значение коэффициента µ определяется по данным таблицы 1.

3 этап - определение внешних условий проведения исследований:

- оценить скорость U и направление ветра α;

4 этап - определение текущего значения коэффициента воздухообмена Kнi в зависимости от условий исследований (характеристик помещения, характеристик расхода и внешних условий проведения исследований), а также аэродинамических коэффициентов Sg и Сх, определяемых расположением неплотностей по отношению к направлению ветра и геометрическими параметрами помещения.

Экспериментальное определение текущих значений коэффициента воздухообмена производится путем проведения не менее 3 опытов, варьируя внешними условиями, методом «спада концентраций» для модельного вещества с использованием формулы (2).

В связи с тем что текущее значение коэффициента воздухообмена определено без учета значений коэффициентов Sg и Сх, воспользовавшись эмпирической сверткой:

определяем их, решив систему уравнений, подставив экспериментальные данные;

5 этап - определение приведенного коэффициента воздухообмена - приведение экспериментальных значений коэффициента воздухообмена к средним метеорологическим условиям Кн_ср (скорость ветра U=3 м/с, направление α=0°)

6 этап - опытное определение текущих концентраций С(τ), образованных к заданным моментам времени τ_i в результате функционирования испытуемого образца в помещении, а также определение скорости и направления ветра снаружи помещения во время проведения опыта;

7 этап - определение по уравнению (3) величины коэффициента воздухообмена Кнi во время проведения испытаний исходя из полученных данных по скорости и направлению ветра;

8 этап - определение начальной концентрации целевого вещества, созданной сразу после окончания функционирования образца с использованием формулы (1);

9 этап - определение текущих значений концентрации целевого вещества, которые могли бы быть получены в ходе испытаний образца при средних метеорологических условиях

10 этап - оценка эффективности аэродисперсных образований (исследуемого образца, продуцирующего аэродисперсные системы) в зависимости от технических характеристик диспергирующего устройства, его месторасположения и их количества.

Оценка производится путем определения площади под кривой спада концентрации исследуемого вещества во времени, приведенной к средним метеорологическим условиям.

С целью практической проверки предложенного метода была проведена серия экспериментальных исследований, где в качестве источника аэрозоля использовались образцы взрывного и термовозгоночного принципа действия на основе антрацена. Характеристики образцов и результаты их испытаний представлены в таблице 2.

Исследования проводились при условии естественной вентиляции, в неотапливаемом объекте, который представляет собой кирпичную камеру с одним окном и одной дверью с тамбуром. Внутренние размеры объекта: длина - 6 м; ширина - 4,8 м; высота - 3,5 м. Объем камеры составляет 100,8 м³. Суммарная площадь неплотностей для данного объекта составляет F_сум=3,102 м², коэффициент расхода µ=0,75.

Внутренняя часть камеры оборудовалась средствами технического контроля. В качестве этих средств использовали пробоотборные трубки, через которые проводился отбор воздушных проб с помощью аспираторов. Скорость отбора проб составляла 5 л/мин.

При определении направления ветра нормаль к окну условно принималась как 0º. В перпендикулярных направлениях соответственно - 90º и 270º, в обратном 180º.

В результате произведенных расчетов концентраций для средних метеорологических условий были построены зависимости Ci=f(τ), представленные на фигуре 1.

Используя данные фигуры 1, нетрудно получить, что площадь под кривой (а) равна 0,01064 отн. ед., под кривой (б) - 0,01256 отн. ед.

Как видно из представленных расчетов, второй образец более эффективен при его применении в помещении.

Обобщенный анализ результатов выполненной экспериментальной проверки заявляемого способа определения приведенного коэффициента воздухообмена помещений для средних метеорологических условий и оценки эффективности аэродисперсных образований подтверждает достижение поставленной задачи.

С использованием полученных данных при реализации заявляемого способа можно иметь следующие преимущества:

- предложенный способ позволяет оценить величину коэффициента воздухообмена непосредственно во время проведения испытаний образцов;

- данный способ учитывает как характеристики объекта, в котором производятся испытания, так и метеорологические условия во время проведения эксперимента;

- способ позволяет производить сравнительную характеристику испытуемых образцов при приведении результатов испытаний к средним метеорологическим условиям;

- представленный способ имеет достаточно широкие пределы

применения:

а. для помещений с внутренним объемом до 200 м³;

б. для всех направлений ветра за исключением α=90º и α=270º;

в. для скорости ветрового потока от 0,05 до 15,00 м/с;

г. для температуры воздуха выше минус 5ºС;

д. для относительной влажности воздуха от 30 до 90% (исключая

осадки).

Список используемых источников

1. Ананьев В.А., Балуева Л.Н. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. -М.: Евроклимат, 2001. - 416 с.

2. Реттер Э.И., Стриженов С.И. Аэродинамика зданий. - М.: Стройиздат, 1968. - 239 с.

3. Крум Д., Робертс Б. Кондиционирование воздуха и вентиляция зданий. Пер. с англ. / Под ред. Е.Е.Карписа. - М.: Стройиздат, 1980. - 399 с.

Способ определения приведенного коэффициента воздухообмена помещений для средних метеорологических условий и оценки эффективности аэродисперсных образований внутри помещения заключается в том, что сперва определяют характеристику исследуемого помещения (внутреннего объема помещения V, суммарной площади неплотностей F_cyм). Затем определяют коэффициент расхода µ в зависимости от геометрической формы неплотностей и внешних условий проведения исследований (скорость U и направление ветра α). Далее определяют текущее значение коэффициента воздухообмена Кнi, а также аэродинамических коэффициентов Sg и Сх. Затем определяют приведенный коэффициент воздухообмена приведением экспериментальных значений коэффициента воздухообмена к средним метеорологическим условиям Кн_ср. Далее опытным путем определяют текущие концентрации С(τ), образованные к заданным моментам времени τ_i в результате функционирования испытуемого образца в помещении, а также определяют скорости и направления ветра снаружи помещения во время проведения опыта. Затем определяют величину коэффициента воздухообмена Кнi во время проведения испытаний исходя из полученных данных по скорости и направлению ветра и начальную концентрацию целевого вещества, созданную сразу после окончания функционирования образца. Также определяют текущие значения концентраций целевого вещества, которые могли бы быть получены в ходе испытаний образца при средних метеорологических условиях. Затем оценивают эффективность аэродисперсных образований (исследуемого образца, продуцирующего аэродисперсные системы) в зависимости от типа используемого целевого вещества, технических характеристик диспергирующего устройства, его месторасположения и их количества. Техническим результатом изобретения является оценка величины коэффициента воздухообмена непосредственно во время проведения испытаний образцов, возможность учитывает как характеристики объекта, в котором производятся испытания, так и метеорологические условия во время проведения эксперимента, а также возможность производить сравнительную характеристику испытуемых образцов при приведении результатов испытаний к средним метеорологическим условиям. 2 табл., 2 ил.

Способ определения приведенного коэффициента воздухообмена помещений для средних метеорологических условий и оценки эффективности аэродисперсных образований внутри помещения путем выполнения следующей последовательности действий:
- определение характеристик исследуемого помещения (внутреннего объема помещения V, суммарной площади неплотностей F_cyм);
- определение коэффициента расхода µ в зависимости от геометрической формы неплотностей;
- определение внешних условий проведения исследований (скорость U и направление ветра α);
- определение текущего значения коэффициента воздухообмена Кнi, а также аэродинамических коэффициентов Sg и Сх;
- определение приведенного коэффициента воздухообмена - приведение экспериментальных значений коэффициента воздухообмена к средним метеорологическим условиям Кн_ср;
- опытное определение текущих концентраций С(τ), образованных к заданным моментам времени τ_i в результате функционирования испытуемого образца в помещении, а также определение скорости и направления ветра снаружи помещения во время проведения опыта;
- определение величины коэффициента воздухообмена Кнi во время проведения испытаний, исходя из полученных данных по скорости и направлению ветра;
- определение начальной концентрации целевого вещества, созданной сразу после окончания функционирования образца;
- определение текущих значений концентрации целевого вещества, которые могли бы быть получены в ходе испытаний образца при средних метеорологических условиях;
- оценка эффективности аэродисперсных образований (исследуемого образца, продуцирующего аэродисперсные системы) в зависимости от типа используемого целевого вещества, технических характеристик диспергирующего устройства, его месторасположения и их количества.