2. Расчет величины потока воздуха, проникающего в объект

Разность давления в результате воздействия ветра с наветренной и подветренной сторон определяется по формуле:

,(кг/м²),

где: - избыточное давление на наветренной стороне здания;

разрежение на подветренной и боковых сторонах здания.

В свою очередь:

где:

p=1,39 - плотность воздуха, (кг/м³);

u - скорость ветра, (м/с);

g=9,81 - ускорение свободного падения, (м/с²);

a_i - аэродинамический коэффициент, зависящий от формы и конструкционных особенностей объекта.

Для средних погодных условий и для объектов параллелепипедной формы с наветренной стороны , а с подветренной и боковых сторон .

Величина потока воздуха, проникающего внутрь с учетом разностей давлений, определяется:

а) для ламинарного течения, когда отверстия достаточно большого размера (открытая дверь, окно и т.д.)

,

где - коэффициент, учитывающий расход воздуха через сечения отверстий применительно к зданиям промышленного и городского типа;

Sc - суммарное сечение отверстий, через который проникает аэрозоль, (м²)

б) для турбулентного течения, когда отверстия малого размера (трещины в стенах, щели в дверях, окнах и т.д.)

,

где - эмпирический коэффициент, зависящий от формы отверстий, вязкости и температуры воздуха.

Для средних показателей .

3. 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_Bконцентрация 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.