Расчет доли частиц (аэрозоля), остающихся внутри помещения

 

Долю частиц , которая может остаться внутри помещения после продувания его потоком воздуха, можно оценить как отношение концентраций:

,

где: С_H – концентрация вещества в воздухе снаружи помещения;

C_B – концентрация того же самого вещества внутри помещения.

При этом, как правило, концентрация вредных примесей определяется средствами контроля (рассчитываются эмпирически) в приземном слое воздуха, что существенно отличает их от тех концентраций, которые создаются на высотах h над данной поверхностью земли.

Очевидно, на высоте h_i поведение частиц вещества в потоке воздуха будет определяться кинетической энергией движения и потенциальной энергией той же частицы в гравитационном поле mgh.

где: m - масса частицы; U - скорость потока; g - ускорение свободного падения; h - высота над подстилающей поверхностью.

Таким образом, следуя выводам барометрического закона Больцмана, описывающего распределение частиц по высоте в поле тяготения над земной поверхностью, можем получить зависимость концентрации частиц от высоты h и скорости ветра U, т.е.

,

где: C_h – концентрация частиц на высоте;

C_o – концентрация частиц на нулевой высоте.

Для фиксированной высоты h_i, с учетом равномерного изменения концентрации частиц в воздухе можем записать:

тогда .

Подставляя значения C_H и C_B, отличающиеся скоростью потока снаружи U_H и внутри U_B, в формулу

где: U_B - скорость ветра внутри помещения, определяемая по формуле:

;

S_B - площадь поперечного сечения помещения со стороны потока воздуха, (м²);

h - высота отверстий над поверхностью земли, (м);

U_H - скорость ветра снаружи, определяемая прибором (анемометром) или по розе ветров, (м/с).

Так как то величина близка к единице, т.е. практически все аэрозольные частицы, попавшие внутрь помещения с потоком воздуха, в нем и остаются. Таким образом, за время T, когда , в помещении должны накапливаться частицы аэрозоля, концентрация которых C_B сможет превысить их начальную C_H. Это обстоятельство может иметь место, когда снаружи концентрация частиц аэрозоля поддерживается длительное время. Такие условия характерны при авариях на АЭС, химически опасных производствах и др., когда источник аэрозоля насыщает воздушные массы длительное время. Однако даже в этих условиях при уменьшении суммарного сечения отверстий S помещения, через которые проникает аэрозоль, снижается поток воздуха Q, а значит, и скорость ветра внутри помещения U_B, т.е. концентрация аэрозоля C_B. Кроме того, на практике возникает необходимость определять (оценивать) защитные возможности производственных и жилых помещений, ослаблять проникание аэрозолей вредных веществ в чрезвычайных ситуациях, в момент аварий и катастроф.