31
1 Calitatea ventil ării şi calitatea aerului Evaluarea calităţii ventilării şi a calităţii aerului interior : 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 a extrage poluanţii din încăpere Calitatea ventilării Calitatea aerului Calitatea fizico-chimică Criterii sanitare Calitatea olfactivă Criterii de confort

eficienta ventilarii2

Embed Size (px)

DESCRIPTION

eficienta ventilarii

Citation preview

Page 1: eficienta ventilarii2

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

Page 2: eficienta ventilarii2

2

Page 3: eficienta ventilarii2

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

Page 4: eficienta ventilarii2

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

Page 5: eficienta ventilarii2

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]

Page 6: eficienta ventilarii2

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 »

Page 7: eficienta ventilarii2

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)

Page 8: eficienta ventilarii2

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

Page 9: eficienta ventilarii2

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)

Page 10: eficienta ventilarii2

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

Page 11: eficienta ventilarii2

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

Page 12: eficienta ventilarii2

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

Page 13: eficienta ventilarii2

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

Page 14: eficienta ventilarii2

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)

Page 15: eficienta ventilarii2

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

Page 16: eficienta ventilarii2

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

Page 17: eficienta ventilarii2

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

Page 18: eficienta ventilarii2

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

Page 19: eficienta ventilarii2

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]

Page 20: eficienta ventilarii2

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

[-]

qQ

VV

VQ

qV

Ineficacitate totală asistemului de ventilare

Performanţăoptimă

Page 21: eficienta ventilarii2

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

Page 22: eficienta ventilarii2

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

Page 23: eficienta ventilarii2

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.

Page 24: eficienta ventilarii2

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

Page 25: eficienta ventilarii2

25

Intrare Ieşireq

D

QIntrare Ieşire

qQ

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

Page 26: eficienta ventilarii2

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

Page 27: eficienta ventilarii2

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

Page 28: eficienta ventilarii2

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

Page 29: eficienta ventilarii2

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

Page 30: eficienta ventilarii2

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

Page 31: eficienta ventilarii2

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