Cz. 2 – Pożądane cechy przepływów powietrza w otoczeniu odciągów miejscowych

W kolejnych kilku artykułach rozważane są przepływowe uwarunkowania skutecznej pracy układów wentylacji miejscowej. W cz. 1, w poprzednim artykule (nr 12/06), omówiono procesy transportu zanieczyszczeń pasywnych i ciepła w przepływach powietrza drogą dyfuzji i unoszenia oraz sposoby oceny skuteczności dynamicznej hermetyzacji źródeł szkodliwej emisji.

    Przy prognozowaniu rozwiązań wentylacji miejscowej zadajemy sobie pytanie – jak formować przepływy powietrza ogólnej wentylacji w pomieszczeniach, gdzie pracują odciągi miejscowe, albo trzeba tam izolować aerodynamicznie pewne strefy – aby te przepływy mogły współdziałać z wentylacją  miejscową, a nawet poprawiać jej skuteczność? Czy możliwe jest organizowanie w otoczeniu odciągu ruchu powietrza „przyjaznego” dla jego pracy?
    Trzeba tu wziąć pod uwagę wrażliwość układów wentylacji miejscowej na ruch otaczającego powietrza i wpływ tego ruchu na osiąganą przez nie skuteczność działania. (…)

Rys. 2.1. Skuteczność zewnętrznego odciągu wentylacji

Ruch powietrza w otoczeniu odciągu miejscowego

    Obliczenia rozkładu prędkości w widmach spływów odciągów miejscowych i prognozy skuteczności ich działania dokonywane są przy założeniu, że spływy te można traktować jako aerodynamicznie uporządkowane i niezakłócone, a powietrze otaczające odciągi jest neutralne w stosunku do obserwowanego obszaru spływu. Przy takim założeniu dokonywane są obliczenia rozkładu prędkości w widmach spływów, określa się prędkość porywania Wx i ocenia się skuteczność działania odciągu.
    Jednakże w wentylowanych pomieszczeniach, zarówno przemysłowych jak i użyteczności publicznej, takie idealne warunki z reguły nie występują. Powietrze pomieszczenia znajduje się w ciągłym ruchu, o trudnym do przewidzenia rozkładzie prędkości. Można obserwować przepływy związane z wentylacją mechaniczną, przeciągami, występują przepływy konwekcyjne związane z obecnością źródeł ciepła i chłodnych powierzchni, pojawia się ruch powietrza wymuszony pracą urządzeń i poruszaniem się ludzi. Przepływy te mają stochastyczny charakter, występują w nich przypadkowe niestabilności oraz ruchy poprzeczne i cyrkulacyjne, zwłaszcza związane z ograniczeniem przestrzeni, niestabilną pracą instalacji wentylacyjnej czy oddziaływaniem wiatru na budynek.
    W przepływach tych wyróżniają się strugi nawiewane i konwekcyjne, stanowiące zazwyczaj uformowane burzliwe przepływy o stosunkowo znacznym zasięgu. Ich energia kinetyczna ma istotne znaczenie dla kształtowania rozdziału i lokalnych przepływów powietrza w pomieszczeniu, stymuluje tam pole średniej prędkości i burzliwość ruchu powietrza. W efekcie rozpraszania energii strug nawiewanych i konwekcyjnych powstają w pomieszczeniu ruchy cyrkulacyjne o zróżnicowanej skali wirów i przepływy wtórne (rys. 2.3.), charakteryzujące się stosunkowo małą prędkością ruchu średniego i dużą intensywnością turbulencji, przy znacznym udziale drobnoskalowych struktur burzliwości.

    Rozdział powietrza wentylacji ogólnej, a więc pole ruchu powietrza w pomieszczeniu wpływa na pracę odciągów miejscowych, gdyż pole to jest aerodynamicznym tłem dla rozprzestrzenia się zanieczyszczeń i może oddziaływać dynamicznie na spływy odciągane. Dla scharakteryzowania tego wpływu w obrazach ruchu powietrza w pomieszczeniach przemysłowych trzeba wyodrębnić:

Rys. 2.3. Szkice burzliwych przepływów powietrza wentylacji. Elementy: struga nawiewana (S.N.), przepływy wtórne, spływ odciągany

Wydzielone strefy wentylacji miejscowej

    Odciągi miejscowe hermetyzują aerodynamicznie źródła emisji, a usuwając zanieczyszczenia z pomieszczenia ułatwiają w znacznym stopniu zadanie ogólnej wentylacji. Jednak, przy swojej skuteczności zwykle mniejszej niż 100%, zadania tego nie eliminują w całości i dlatego pewna część zanieczyszczeń przedostaje się ze źródła do pomieszczenia w ilości mc(1-η), wskazanej na rysunki pierwszym.
    Taka niekontrolowana, resztkowa, emisja jest zwykle zwalczana za pomocą rozcieńczającej wentylacji ogólnej.
    Natomiast szkodliwa emisja z rozproszonych źródeł, nie wyposażonych w bezpośrednie odciągi miejscowe, wymaga zazwyczaj stosowania lokalnych nawiewów osłaniających określoną strefę pomieszczenia i wspomagających umieszczone tam odciągi powietrza. Koncepcję takiej lokalnej wentylacji przedstawiono w materiałach firmy Halton (rys. 2.8) dla strefy baru w restauracji.
    Przy organizowaniu ogólnej wentylacji rozcieńczającej, jak i stref z lokalnymi nawiewami, trzeba pamiętać, że drogi przepływu powietrza i rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń są na ogół różne. Powietrze napływa do pomieszczenia z otworów nawiewnych, a zanieczyszczenia ze źródeł emisji. Ponadto zanieczyszczenia podlegają odmiennym mechanizmom rozprzestrzeniania się. Natomiast lokalny rozkład stężeń w powietrzu pomieszczenia wynika z nakładania się przepływu powietrza i ruchu zanieczyszczeń.

Uwagi podsumowujące

    Pożądane jest, aby organizowany w pomieszczeniu rozdział powietrza spełniał następujące ogólne wymagania: