eficienta ventilarii2
DESCRIPTION
eficienta ventilariiTRANSCRIPT
1
Calitatea ventilării şicalitatea aerului
Evaluarea calităţii ventilării şi a calităţii aeruluiinterior :
Măsurători cu gaz trasor şi calculul unor indici reprezentativi
Predicţia concentraţiilor şi calculul unor indici reprezentativi
Capacitatea sistemului de a«înlocui» aerul din încăpere
Capacitatea sistemului de aextrage poluanţii din încăpere
Calitatea ventilării
Calitatea aerului
Calitatea fizico-chimicăCriterii sanitare
Calitatea olfactivăCriterii de confort
2
3
Definirea indicilor de calitate aschimbului de aer
Vârsta medie locală a aerului p
Ap(t)
Tempst
Nombre de moléculesde dv arrivant à p
Vârsta medie a aerului în punctul p este definită ca timpul mediu detranzit al unei particule din punctul de intrare până în punctul p.
pp
p
t A t dt
A t dt
. ( )
( )0
0
Entrée(Supply)
Extraction(Exhaust)
p
dv
Intrare (aportde aer)
Ieşire(evacuare)
Timp
Număr de moleculedin dv ce ajung în p
4
Vârsta medie a aerului din încăpere <>Vârsta medie a aerului din încăpere este egală cu media vârstelormedii locale din încăpere:
dVV V p 1
[s]
Debit de aer specific sau număr deschimburi orare (n)
n QV
[s-1]
Q: Debit de ventilare [m3/s]V: Volumul încăperii [m3]
Constanta nominală de timp (n)
nVQ n
1
[s]
Timpul necesar pentru a extrage din încăpere o cantitate de aernumeric egală cu volumul încăperii
Timpul minim pentru a înlocui tot aerul din încăpere
5
Timpul necesar pentru a înlocui totalitatea aerului din încăpere încazul ideal (curgere tip « piston »)
Timpul de schimbare a aerului (s)
2s [s]
<>: Vârsta medie a aerului din încăpere [s]
Randamentul global sau eficienţa globalăa schimbului de aer
sn
a 100 [-]
n: Constanta nominală de timp [s] s: Timpul de schimbare a aerului [s]
a este un indicator al vitezei cu care aerul este înlocuit (0%<a
<100%)
Randamentul local al schimbului de aer
pn
p [-]
n: Constanta nominală de timp [s] p: Vârsta medie locală a aerului în punctul p [s]
6
Valoarea acestui indice depinde în mod esenţial de poziţia punctuluip (0 < p < )
Indice de performanţă global alschimbului de aer ()
n[-]
n: Constanta nominală de timp [s] : Vârsta medie a aerului din încăpere [s]
a 2 , 0%<<200%
Indicele de performanţă al schimbului de aer este de asemeni unindicator al vitezei de înlocuire a aerului
Indicele definitoriu al eficienţei ventilării utilizat de ASHRAEStandard 62 « Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality »
7
p
Vârsta medie locală
p
n
<>
Ventilare de tip « piston »(piston flow, plug flow, displacement flow)
Intrare Ieşire
p
D
l
Q
timp
Distanţa /intrareDl D/2
C(0)
Concentraţiagazului trasorîn punctul p
C(0)
8
Constanta nominală de timp
nVQ
DAQ unde A: Secţiunea încăperii (m2)
Vârsta medie a aerului într-un punct p
u QA
p
lu
lAQ
l nD
Vârsta medie a aerului din încăpere
12V
dVp nV
Timpul de schimbare a aerului
r n 2
Randamentul global al schimbului de aer
%100n
n
r
na
Indice de performanţă global al schimbului de aer
%2002 a
9
Intrare Ieşire
Q
Ventilare de tip «amestec complet»(Complete mixing flow)
Caracteristici principale:
Amestec imediat al aerului de ventilare (considerat« proaspăt » sau « nou ») ce intră în încăpere
Concentraţie de poluant în încăpere uniformă la oricemoment de timp t
C(t)
10
Constanta nominală de timp
nVQ
Vârsta medie locală a aerului
p e n
Vârsta medie a aerului din încăpere
n
Timpul de schimbare a aerului
r n 2 2
Randamentul schimbului de aer
%502
n
n
r
na
Indice de performanţă al schimbului de aer
%1002 a
11
Intrare Ieşire
Q
Intrare
Q
Intrare
Q
Ieşire
Ieşire
Măsurători cu gaz trasor Metoda impulsională
Metoda injecţiei constante (step-up)
Metoda descreşterii (degradării)
C(t=0)
p
p
p
C
C
C
t
t
t
t
tt
C
C
C
12
Vârsta medie a aerului - Metodadescreşterii
p
VSupply
Exhaust
Cs
CeCp
Vdin vol.molec.deNr total
pînajungcenouaerdemolec.deNr)(
pA
Tempst
Ap(t)
Nombre de molécules d'airneuf ayant atteint le point pau temps t (divisé par nombremolécules dans V)
Vîn vol.molec.deNr total
Vîn vol. trasorgazdemolec.deNr)(
τΧπ
A t dtpt
( )0
la t=0 : Cp = <C> = C(0)la t= : Cp = <C> = 0
p
ςA t dtpt
( )0 0 )( dtt
pA
Număr de molecule de aer”nou” ce au atins punctul pîn timpul t (împărţit cu nr.de molecule din volumul δV)
Intrare
Ieşire
13
Vârsta medie locală a aerului
VdinmoleculedeNr total
tlaVdinplecatauce trasormolec.Nr-0= tla trasormolec.Nr)(
tCp
C t C C A t dtp pt
( ) ( ) ( ) ( ) 0 00
(1)
A t dtC tCppt
( )( )
( ) 1
00(2)
şi prin derivare:)0(
)()(
'
C
tCtA p
p (3)
0
'
0
'
0
'
0
'
0
0
)(
)(
)0(
)(
)0(
)(
)(
)(
dttC
dtttC
dtC
tC
dtC
tCt
dttA
dtttA
p
p
p
p
p
p
p (4)
Numitorul din (4) se scrie:
C tC
dtC
C tC
Cpp
' ( )( ) ( )
( )( )
( )0
10
10
0 0 10 0
Numărătorul din (4): I t f t dt k t f f t dtk k 10 0
1' ( ) ( ) ( ( ) ( ))
(5)
iar ţinând cont de condiţiile particulare:0)()(0 ftCpfk
14
tC tC
dtC
C C t dtC tC
dtpp p
p' ( )( ) ( )
( ) ( )( )
( )010 00 0 0
(6)
ppC tC
dt
( )( )00 (7)
Vârsta medie a aerului din încăpere
1 10
10 00 0 0V
dVV
C tC
dtdVV
C tC
dVdt C tC
dtpVp
Vp
V
( )( )
( )( )
( )( )
(8)
Bilanţ de conservare a masei de poluant din încăpere
V d C tdt
Q C C ts e
( ) ( ( )) (9)
unde V: Volumul de aer din încăpereQ: Debit de aer proaspăt
Înmulţind relaţia cu t (timp) şi integrând între 0 şi :
t d C tdt
dt QV
t C C t dts e
( ) ( )0 0
(10)
Raportându-ne la (5):
( ( ) ( ) ) ( )
C C t dt QV
t C C t dts e0 0
(11)
În cazul metodei descreşterii : Cs = 0 şi <C()> = 0 :
C t dt Q
VtC t dte( ) ( )
0 0(12)
15
şi (8) devine :
Q
Vt C tC
dte ( )( )00 (13)
Metoda impulsională
p =
t.C (t) dt
C (t) dt
p
p0
0
< > =Q2V
.
t .C (t) dt
C (t) dt
2 e0
e0
Metoda step-up
p = 1
C (t)
C dtp
s0
< > =QV
. t. 1- C (t)C
dte
s0
Metoda descreşterii
p =C (t)C(0)
dtp
0
< > =QV
. t. C (t)C(0)
dte
0
16
Utilizarea indicilor de calitate aschimbului de aer
Vârste medii locale:
Indicaţii asupra distribuţiei spaţiale a aerului nou în încăpere(fără referinţă) Imposibil de comparat cu valori măsurate sau calculate pentruo altă încăpere
Randamentul local al schimbului de aer:
Prin definiţie, p corespunde raportului dintre vârsta medie aaerului în punctul p dacă aerul ar fi complet amestecat (n) şivaloarea sa reală p
Indicaţie asupra distribuţiei spaţiale a aerului proaspăt(referinţă la un caz tip) Posibilitatea de comparare cu valori obţinute pentru alteîncăperi
Vârsta medie a aerului din încăpere:
Indicaţie asupra distribuţiei spaţiale a aerului proaspăt princomparaţia dintre vârstele medii locale şi vârsta medie aaerului încăperii (utilizată ca referinţă)
+ Fără comparaţie posibilă între vârstele medii din două încăperidiferite
17
Randamentul global al schimbului de aer:
Prin definiţie, a corespunde raportului dintre vârsta medie aaerului dacă acesta ar fi complet amestecat (n) şi timpul real deînnoire r
Comparaţie posibilă între valorile calculate sau măsurate în încăperi diferite
Evaluarea calităţii sistemului de a înnoi aerul prin raportarea la două cazuri-tip:
a =100% (curgere tip «piston») -ventilaţie idealăa =50% (amestec complet) - performanţă medie
18
Indici de eficacitate a eliminăriipoluanţilor
Vârste medii
Vârsta medie locală a poluantului pc
Vârsta medie a poluantului în punctul p este definită ca timpul mediuparcurs de o particulă (moleculă) de la sursa sa de emisie până înpunctul p considerat :
pc
p
p
t C t dt
C t dt
. ( )
( )
0
0
[s]
Entrée
Extraction
qTaux d'émission
n
p
Intrare
Ieşire
Debit de emisie
19
Vârsta medie a poluantului în încăpere<c>
cpVVdV1
[s]
Indici de eficacitate globală
Constanta de timp nominală a poluantului
Raportul dintre volumul echivalent (sau masaechivalentă) de poluant din încăpere şi debitul volumic(sau masic) de emisie al poluantului:
nc Vc
qmm
[s]
cu : Vc C V ( )
V: Volumul încăperii [m3]Vc: Volumul echivalent de poluant din încăpere [m3]q: Debitul volumic de emisie al poluantului [m3/s]m: Masa de poluant conţinută în încăpere [kg]m : Debitul masic de emisie al poluantului [kg/s]
<C()>: Concentraţia poluantului din încăpere[m3 poluant/m3 aer sau kg poluant/kg aer]
20
nc corespunde timpului mediu necesar pentru ca o
moleculă de poluant să tranziteze de la sursa sa deemisie la conducta de evacuare
Eficacitatea eliminării poluantului c
c eCC
( )( )
[-]
<C()>=Vc/VCe()=q/Q
0 c
Performanceoptimale
Inefficacité totalede la ventilation
Indice de performanţă al evacuăriipoluantului c
1
[-]
VV
VQ
qV
Ineficacitate totală asistemului de ventilare
Performanţăoptimă
21
Indici de eficacitate locală
Eficacitatea locală de evacuare apoluantului
pc e
p
CC
( )( )
[-] 0 pc
Debit local de eliminare Up
Debitul de aer local necesar pentru a menţine oconcentraţie constantă în vecinătatea punctului deemisie
Conservarea masei în V: Uq
Cpp
p
( )[m3/s]
V Cp()
qpUp
22
Indici orientaţi către evaluarea risculuisanitar
Indice de dozaj
Arată cantitatea totală de poluant ce tranzitează printr-unpunct particular al încăperii într-o perioadă de timpdeterminată
Indice de transfer Tpn
Pune în relaţie cantitatea de poluant ce tranzitează un punct pcu cantitatea de poluant eliberată în punctul n (calitateaventilării = controlul surselor de emisie)
TC t dtVpnp
cn
( )0[s/m3]
TDV
Cqpn
pn
cn
p
n
( )
Vcn: Volumul echivalent de poluant în punctul n [m3]qn: Debit de poluant eliberat în punctul n [m3/s]Dpn: Indice de dozaj total în p datorat emisiei de poluant în n [s]
Indice de dozaj [s] :
D C t dtp p( ) ( ) 0
Indice de dozaj total [s]:
D C t dtp p ( )0
23
Relaţii între indicii cp, Up, Dp, Tpn
Poluant eliberat în p
pc p p
pe
UQ
Uq
C ( )
şi pc cp
p pe
Vq D
C
( )
Poluant eliberat în n
pc
pnQ T
1.
24
Intrare Ieşire
Q C(t=0)
Curgere de tip «amestec complet»
Cp() = Ce() = <C()>
q (qp ou qn) = Q.Ce()
pc e
p
CC
( )( )
1
cc
c
1
0 5.
c eCC
( )( )
1 Uq
CQp
p
p
( )
D C t dtVQp pcp
( )0 D VQpncn T
Qpn 1
25
Intrare Ieşireq
D
QIntrare Ieşire
Intrare Ieşireieq
l
QIntrarentrée
IeşireqQ
D D
Ce
D D
CeCe
Concentraţie Cp
l
l
Concentraţie Cp
Concentraţie Cp
Concentraţie Cp
Curgere piston
l
l
Ce
l
l
CAZ 1 CAZ 2
CAZ 3 CAZ 4
C l CDpe( ) . ( )
x xC
x lp( )
0
0
C C
l x Dp e( ) ( )
C x Cl
x l
pe( ) . ( )
0
C C
l x Dp e( ) ( )
C
x lp ( )
0
0
C x l CD
l x D
pe( ) ( ) ( )
2
26
c este în toate cazurile mai mare ca 1 (valoarea lui c
pentru amestec complet) c este ridicată: - când emisia este punctuală
- când emisia are loc în apropiereaconductei de evacuare
Interpretarea indicilor deeficacitate a eliminării poluanţilor
3 categorii de indici:
Indicii globali nc
, c, c sunt intercorelaţi unul singur estesuficient pentru a caracteriza capacitatea globală de eliminarea poluanţilor din încăpere
Indicii locali Up et pc traduc împreună capacitatea de
eliminare a poluanţilor din puncte particulare ale încăperii
Indicii locali Dp, Dpn, Tpn orientează analiza spre luarea înconsiderare a prezenţei umane în încăpere
Evaluarea performanţei globale a sistemului de ventilare:
Prin trimitere la cazuri de referinţă
c=1 Situaţie comparabilă cu un amestec completc<1 Slabă performanţă de ventilarec Performanţă optimă a sistemului de ventilare
27
toarecorespunzapistoncurgereccalculatasaumasuratac
cr
Analiză fină: compararea indicilor pc
Niveluri de modelare
Pentru a evalua calitatea unui sistem de ventilare din punct de vedereal capacităţii sale de eliminare a poluanţilor:
1- Identificarea situaţiei reale în raport cu unul din cazurile tipanalizate
2- Combinarea celor 2 cazuri-tip de curgere pentru o mai bunăreprezentare a mişcărilor convective interioare
exemplu: mişcarea aerului: 50% piston, 50% amestec complet
nm Constanta de timp nominală a aerului în amestec complet
nmc Constanta de timp nominală a poluantului în amestec complet
np Constanta de timp nominală a aerului în curgerea piston
npc Constanta de timp nominală a poluantului în curgerea piston
n np nm12
12
nc
npc
nmc1
212
c n
nc
np nm
npc
nmc
Pentru amestec complet: nm = nmc
c np nm
npc
nm
28
3- Modele zonale
Modele zonale
Principiu
Divizarea încăperii într-un anumit număr de zonee în care aerul estepresupus a fi complet amestecat şi stabilirea unor legături între acestezone
Exemplul 1
Diviziunea orizontală a încăperii în două zone: zonă inferioară şizonă superioară
Cazul general
F01
F02
F10
F20
F12
F21
V1, C1
V2, C2
q1
q2
Cs
Cs
Ce
Ce
29
Bilan masic zona 1:
F C F C q C Ss01 21 2 1 1 1 unde S F F1 10 12
Bilan masic zona 2:
F C F C q C Ss02 12 1 2 2 2 unde S F F2 20 21
Concentraţii
Cs=0 C q S q FS S F F1
1 2 2 21
1 2 12 21
C q F q SS S F F2
1 12 2 1
1 2 12 21
Concentraţia finală medie din încăpere
C C V C VV V
1 1 2 2
1 2
C q S V F V q F V S VV V S S F F
( ) ( ) ( )( )( )
1 2 1 12 2 2 21 1 1 2
1 2 1 2 12 21
Concentraţia medie din conducta de evacuare
C F C F CF Fe
10 1 20 2
10 20
C q F S F F q F F F SF F S S F Fe( ) ( ) ( )
( )( )
1 10 2 20 12 2 21 10 20 1
10 20 1 2 12 21
Eficacitatea de eliminare a contaminantului
C eCC
V V q F S F F q F F F SF F q S V F V q F V S V
( )( )
( )[ ( ) ( )]( )[ ( ) ( )]1 2 1 10 2 20 12 2 21 10 20 1
10 20 1 2 1 12 2 2 21 1 1 2
30
Scurt circuit
F02=F20=0F01=F10=Q : Factor de recirculareF12=F21=F01=Q
Curgere « piston »
F02=F10=0F01=F20=Q : Factor de recirculareF12=(1+F01=(1+Q
F01=Q F10=Q
Q
V1, C1
V2, C2
q1
q2
Cs CeQ
Q
(1+)Q
V1, C1
V2, C2
q1
q2
Cs
Ce
F01=Q
F20=Q
31
F21=F01=Q
Factor de recirculare
scurt circuit-injecţie 1 scurt circuit-injecţie 2 piston-injecţie 1 piston-injecţie 2
Extensie la mai multe zone
Q
(1+)Q
V1, C1
V2, C2
q1
Cs
Ce
F01=Q
F20=Q
F01=Q F10=Q
Q
V1, C1
V2, C2
q1
Cs CeQ
Q
(1+)Q
V1, C1
V2, C2
q2
Cs
Ce
F01=Q
F20=Q
F01=Q F10=Q
Q
V1, C1
V2, C2
q2
Cs CeQ
F01
F04
F20
F03
F23
F41
V1, C1
V4, C4
q1
q3q4
q2F10
F40
V2, C2
V3, C3
F14
F32
F12
F21
F34
F43
F02
F30