Управление потоками воздуха широко используется в практике отопления и вентиляции, например, при создании подпора или разрежения м. помещениями, устройстве воздушных завес и воздушноструйных укрытий, применении систем вытесняющей вентиляции и т. п. [1].

Для оценки распространения воздуха и загрязняющих веществ в зданиях и помещениях (зонах) предложена следующая их классификация [2]:

Зоны здания, разделенные сплошными стенами (например, залы, комнаты, кабины), расположенные на одном уровне. В стенах могут быть специальные отверстия или щели, через которые происходит перетекание воздуха ( 1а).

Зоны здания, разделенные стенами, расположенные на разных уровнях (полы на разной высоте). м. такими зонами может существовать движение воздуха (например, по лестничным пролетам или по воздуховодам) ( 1б).

Зоны здания, разделенные воздушными струями, расположенные на одном уровне (например, вытяжные шкафы с воздушными струями, воздушные завесы) ( 1в).

Зоны здания в пределах одного помещения (не имеющего физического разделения), имеющие разные требования по чистоте воздуха («чистые» или «грязные» зоны) и расположенные на одном уровне ( 1г).

Зоны, расположенные в пределах одного помещения на разных уровнях. Эти зоны имеют разные значения температуры воздуха и/или концентрации загрязняющих веществ ( 1д).

Причинами перемещения воздуха и загрязняющих веществ м. различными зонами могут быть один или несколько факторов:

Перепад статического давления м. двумя зонами в результате несбалансированности подачи приточного воздуха и удаления отработанного воздуха в каждой зоне. Воздух и загрязняющие вещества перемещаются из зоны с более высоким статическим давлением в зону с более низким статическим давлением ( 2а).

Перепад статического давления м. двумя зонами как результат действия ветрового давления на ограждения здания ( 2б).

Перепад статического давления м. двумя зонами, расположенными на разных уровнях, как результат действия гравитационного давления или конвективные потоки, формирующие разность температур и концентраций загрязняющих веществ в воздухе м. двумя зонами, расположенными на разных уровнях одного помещения ( 2в).

Циркуляция воздуха м. зонами как результат турбулентности воздуха, генерируемой приточными струями, конвективными потоками или движущимися объектами. В этом случае баланс массы воздуха, перемещаемого м. зонами, равен нулю ( 2г).

Для контроля движения воздуха и загрязняющих веществ м. зонами применяются различные методы. «Чистые» и «грязные» зоны разделяются при помощи воздухонепроницаемых стен или перегородок ( 3а).

Могут применяться следующие методы вентиляции:

Дисбаланс расходов приточного и удаляемого воздуха ( 3б).

Создание «воздушного оазиса» при помощи специально организованной подачи приточного воздуха и удаления отработанного воздуха ( 3в).

Системы естественной или механической вытесняющей вентиляции, создающие температурную стратификацию воздуха по высоте с образованием температурного перекрытия ( 3г).

Воздушные завесы и вытяжные шкафы с воздушными струями, отделяющие «грязные» зоны от «чистых» ( 3д).

Совместные меры контроля движения воздуха, проводимые во время строительства и при устройстве вентиляционных систем, включают в себя устройство «воздушных шлюзов» м. двумя зонами ( 3е), камер с технологическим оборудованием, из которых осуществляется удаление загрязненного воздуха ( 3ж).

Методы расчета и управления давлением м. зонами известны. Наиболее удобен для практического применения метод «построения эпюр давления», предложенный и разработанный В. П. Титовым [3].

Важно отметить, что воздушный поток, создаваемый перепадом давления м. «чистой» и «грязной» зонами, не полностью предотвращает перемещение загрязняющих веществ из «грязной» зоны в «чистую».

изучим двухпролетное здание с разной высотой пролетов и с подачей воздуха в нижнюю зону «чистого» пролета и удалением загрязненного воздуха из верхней зоны «грязной» секции ( 4а). В «чистом», высоком, пролете температура воздуха выше, чем в «грязном». Под действием гравитационного давления м. пролетами происходит перенос загрязняющих веществ из «грязной» зоны в «чистую» через щели и другие отверстия в стенах, разделяющих эти зоны. Для минимизации переноса загрязняющих веществ зоны могут быть разделены «воздушным шлюзом» ( 4б).

Другим фактором, влияющим на перенос загрязнений и тепла из «грязной» зоны в «чистую», в т. ч. в направлении, противоположном направлению устойчивого потока воздуха, является турбулентный обмен воздуха м. этими зонами [4, 5]. Это явление должно учитываться при проектировании систем вытесняющей вентиляции и при оценке интенсивности выноса загрязнений через загрузочные отверстия технологических камер, например, сушильной, окрасочной и т. п. ( 5а).

Механизм турбулентного обмена м. верхней и нижней зонами для случаев вытесняющей вентиляции рассмотрен нами в работах [5, 6].

Эффект турбулентного обмена м. загрязненным воздухом в камере технологического оборудования и воздухом помещения ( рассмотрен В. М. Эльтерманом. v всасывания воздуха V0 в отверстии камеры с изотермическим технологическим циклом, обеспечивающая концентрацию загрязняющих веществ на расстоянии l от отверстия, может быть вычислена следующим образом:

Vуд = (A/l) ln[(C0C )/(ClC )],

где С0 – концентрация загрязняющих веществ в камере;

С – концентрация загрязняющих веществ в помещении;

Сl – концентрация загрязняющих веществ в точке, расположенной на расстоянии L от отверстия камеры;

А – k турбулентного обмена.

Факторами, в наибольшей степени влияющими на значение коэффициента А, являются характеристический размер отверстия камеры и уровень турбулентности воздуха в камере. Для снижения турбулентного обмена рек. уменьшить характеристический размер отверстия камеры, например, установив стабилизирующую решетку или канал перед отверстием камеры.

Рассмотренные способы и приемы управления потоками загрязняющих веществ в здании и помещении получили распространение в практике вентиляции при стабилизации воздушного режима в цехах вертикального вытягивания стекла, при конструировании эффективных местных отсосов (воздушноструйные укрытия заливочных участков литейных цехов, окрасочных и сушильных камер), воздушных завес, разделяющих ресторанные залы на места для курящих и некурящих и т. п.

Литература
СНиП 2.04.0591*. Отопление, вентиляция и кондиционирование. М., 1981.

Shilkrot E., Zhivov A. Design Guide Book. Industrial Ventilation. Academic Press, 2001.

Титов В. П. Отопление и вентиляция. Ч. II. Вентиляция. М.: Стройиздат, 1976.

Эльтерман В. М. Вентиляция химических производств. М.: Химия, 1980.

Shilkrot Е. О. Determination of Design Loads on Room Heating and Ventilation systems using the Methods оf ZonebyZone balances // ASHRAE Transaction. 199 Vol. 99, no. 1.

Shilkrot E. O., Zhivov A. M. Room Ventilation with Designed Temperature Stratification // Roomvent’9 Vol. Aalabord, Denmark.