Решение задачи на определение кратности воздухообмена в жилой комнате

СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ

Задача 1. Определите фактическую и необходимую кратность воздухообмена для жилой комнаты размером 5,5 × 3,9 × 2,8 м, в которой проживает 3 человека. Содержание СО₂ в момент исследования составило 0,19 %. Дайте гигиеническую оценку объема вентиляции и кратности воздухообмена.

Решение:

1. Определяем объем помещения (V):

\[V = \text{длина} \times \text{ширина} \times \text{высота}\]

\[V = 5,5 \text{ м} \times 3,9 \text{ м} \times 2,8 \text{ м} = 59,94 \text{ м}^3\]

2. Определяем необходимые параметры для расчета:

• \(N\) — число людей в помещении = 3 человека.
• \(\Pi\) — количество СО₂, выдыхаемое человеком в час = 22,6 л (или 0,0226 м³).
• \(P_1\) — максимально допустимое содержание СО₂ в воздухе помещения = 0,1 % = 1 л/м³ = 0,001.
• \(P_2\) — содержание СО₂ в атмосферном воздухе = 0,04 % = 0,4 л/м³ = 0,0004.
• \(P\) — фактическое содержание СО₂ в помещении = 0,19 % = 1,9 л/м³ = 0,0019.

3. Рассчитываем необходимый объем вентиляции (L_необх.):

\[L_{\text{необх.}} = \frac{\Pi \cdot N}{P_1 - P_2}\]

\[L_{\text{необх.}} = \frac{0,0226 \text{ м}^3/\text{чел}\cdot\text{ч} \cdot 3 \text{ чел}}{0,001 - 0,0004} = \frac{0,0678}{0,0006} = 113 \text{ м}^3/\text{ч}\]

4. Рассчитываем фактический объем вентиляции (L_{фактич.}):

\[L_{\text{фактич.}} = \frac{\Pi \cdot N}{P - P_2}\]

\[L_{\text{фактич.}} = \frac{0,0226 \text{ м}^3/\text{чел}\cdot\text{ч} \cdot 3 \text{ чел}}{0,0019 - 0,0004} = \frac{0,0678}{0,0015} = 45,2 \text{ м}^3/\text{ч}\]

5. Рассчитываем необходимую кратность воздухообмена (K_необх.):

\[K_{\text{необх.}} = \frac{L_{\text{необх.}}}{V}\]

\[K_{\text{необх.}} = \frac{113 \text{ м}^3/\text{ч}}{59,94 \text{ м}^3} \approx 1,88 \text{ раз/ч}\]

6. Рассчитываем фактическую кратность воздухообмена (K_{фактич.}):

\[K_{\text{фактич.}} = \frac{L_{\text{фактич.}}}{V}\]

\[K_{\text{фактич.}} = \frac{45,2 \text{ м}^3/\text{ч}}{59,94 \text{ м}^3} \approx 0,75 \text{ раз/ч}\]

Гигиеническая оценка:

Фактическая кратность воздухообмена (0,75 раз/ч) значительно ниже необходимой (1,88 раз/ч). Это свидетельствует о неэффективности вентиляции в жилой комнате. Необходимо увеличить объем вентиляции для обеспечения комфортных и безопасных условий проживания.

---

Задача 2. На кафедре в учебном классе глубиной 6,2 м, длиной 8 м, высотой 3,1 м занимается 14 студентов. К концу занятий концентрация СО₂ составила 0,18 %. Каковы фактический и необходимый объем вентиляции и кратность воздухообмена?

Решение:

1. Определяем объем помещения (V):

\[V = \text{глубина} \times \text{длина} \times \text{высота}\]

\[V = 6,2 \text{ м} \times 8 \text{ м} \times 3,1 \text{ м} = 153,76 \text{ м}^3\]

2. Определяем необходимые параметры для расчета:

• \(N\) — число людей в помещении = 14 студентов.
• \(\Pi\) — количество СО₂, выдыхаемое человеком в час = 22,6 л (или 0,0226 м³).
• \(P_1\) — максимально допустимое содержание СО₂ в воздухе помещения = 0,1 % = 1 л/м³ = 0,001.
• \(P_2\) — содержание СО₂ в атмосферном воздухе = 0,04 % = 0,4 л/м³ = 0,0004.
• \(P\) — фактическое содержание СО₂ в помещении = 0,18 % = 1,8 л/м³ = 0,0018.

3. Рассчитываем необходимый объем вентиляции (L_необх.):

\[L_{\text{необх.}} = \frac{\Pi \cdot N}{P_1 - P_2}\]

\[L_{\text{необх.}} = \frac{0,0226 \text{ м}^3/\text{чел}\cdot\text{ч} \cdot 14 \text{ чел}}{0,001 - 0,0004} = \frac{0,3164}{0,0006} \approx 527,33 \text{ м}^3/\text{ч}\]

4. Рассчитываем фактический объем вентиляции (L_{фактич.}):

\[L_{\text{фактич.}} = \frac{\Pi \cdot N}{P - P_2}\]

\[L_{\text{фактич.}} = \frac{0,0226 \text{ м}^3/\text{чел}\cdot\text{ч} \cdot 14 \text{ чел}}{0,0018 - 0,0004} = \frac{0,3164}{0,0014} = 226 \text{ м}^3/\text{ч}\]

5. Рассчитываем необходимую кратность воздухообмена (K_необх.):

\[K_{\text{необх.}} = \frac{L_{\text{необх.}}}{V}\]

\[K_{\text{необх.}} = \frac{527,33 \text{ м}^3/\text{ч}}{153,76 \text{ м}^3} \approx 3,43 \text{ раз/ч}\]

6. Рассчитываем фактическую кратность воздухообмена (K_{фактич.}):

\[K_{\text{фактич.}} = \frac{L_{\text{фактич.}}}{V}\]

\[K_{\text{фактич.}} = \frac{226 \text{ м}^3/\text{ч}}{153,76 \text{ м}^3} \approx 1,47 \text{ раз/ч}\]

Вывод:

Необходимый объем вентиляции составляет 527,33 м³/ч, а фактический — 226 м³/ч. Необходимая кратность воздухообмена — 3,43 раз/ч, а фактическая — 1,47 раз/ч. Фактический объем вентиляции и кратность воздухообмена значительно ниже необходимых значений, что указывает на недостаточную вентиляцию в учебном классе. Это может привести к ухудшению самочувствия студентов и снижению их работоспособности. Необходимо принять меры по улучшению вентиляции.

---

Задача 3. В аудитории размером 8 × 15 × 5 м занимается 80 студентов. Аудитория оборудована приточно-вытяжной вентиляцией. Определите, какое количество воздуха должно подаваться в аудиторию в течение часа. Какая при этом будет кратность воздухообмена?

Решение:

1. Определяем объем помещения (V):

\[V = \text{длина} \times \text{ширина} \times \text{высота}\]

\[V = 8 \text{ м} \times 15 \text{ м} \times 5 \text{ м} = 600 \text{ м}^3\]

2. Определяем необходимые параметры для расчета:

• \(N\) — число людей в помещении = 80 студентов.
• \(\Pi\) — количество СО₂, выдыхаемое человеком в час = 22,6 л (или 0,0226 м³).
• \(P_1\) — максимально допустимое содержание СО₂ в воздухе помещения = 0,1 % = 1 л/м³ = 0,001.
• \(P_2\) — содержание СО₂ в атмосферном воздухе = 0,04 % = 0,4 л/м³ = 0,0004.

3. Определяем необходимое количество воздуха, которое должно подаваться в аудиторию (L_необх.):

В данном случае, поскольку аудитория оборудована приточно-вытяжной вентиляцией, нас интересует необходимый объем вентиляции для поддержания допустимого уровня СО₂.

\[L_{\text{необх.}} = \frac{\Pi \cdot N}{P_1 - P_2}\]

\[L_{\text{необх.}} = \frac{0,0226 \text{ м}^3/\text{чел}\cdot\text{ч} \cdot 80 \text{ чел}}{0,001 - 0,0004} = \frac{1,808}{0,0006} \approx 3013,33 \text{ м}^3/\text{ч}\]

4. Рассчитываем кратность воздухообмена (K_необх.):

\[K_{\text{необх.}} = \frac{L_{\text{необх.}}}{V}\]

\[K_{\text{необх.}} = \frac{3013,33 \text{ м}^3/\text{ч}}{600 \text{ м}^3} \approx 5,02 \text{ раз/ч}\]

Вывод:

В аудиторию должно подаваться примерно 3013,33 м³ воздуха в течение часа. При этом кратность воздухообмена составит около 5,02 раз/ч.

---

Задача 4. В больничной палате объемом 60 м³ находятся 6 пациентов. Ее проветривают путем открытия форточки на 10 мин через каждый час. Площадь форточки — 0,15 м². Скорость движения воздуха составляет 2 м/с. Рассчитать фактическую и необходимую кратность воздухообмена и оценить полученные данные.

Решение:

1. Определяем необходимые параметры для расчета:

• \(V\) — объем помещения = 60 м³.
• \(N\) — число людей в помещении = 6 пациентов.
• \(\Pi\) — количество СО₂, выдыхаемое человеком в час = 22,6 л (или 0,0226 м³).
• \(P_1\) — максимально допустимое содержание СО₂ в воздухе помещения = 0,1 % = 1 л/м³ = 0,001.
• \(P_2\) — содержание СО₂ в атмосферном воздухе = 0,04 % = 0,4 л/м³ = 0,0004.
• \(S\) — площадь вентиляционного отверстия (форточки) = 0,15 м².
• \(v\) — скорость движения воздуха в вентиляционном отверстии = 2 м/с.
• \(t\) — время проветривания = 10 мин = 600 с.

2. Рассчитываем фактический объем вентиляции (L_{фактич.}) при естественном воздухоснабжении:

\[L_{\text{фактич.}} = S \cdot v \cdot t\]

Переводим время в часы: 10 мин = 10/60 ч = 1/6 ч.

Поскольку проветривание происходит 10 минут каждый час, то за час воздух обновляется только в течение этого времени.

\[L_{\text{фактич.}} = 0,15 \text{ м}^2 \cdot 2 \text{ м/с} \cdot 600 \text{ с} = 180 \text{ м}^3\]

Это объем воздуха, который поступает за 10 минут проветривания. Поскольку проветривание происходит 1 раз в час, то это и есть фактический объем вентиляции за час.

\[L_{\text{фактич.}} = 180 \text{ м}^3/\text{ч}\]

3. Рассчитываем фактическую кратность воздухообмена (K_{фактич.}):

\[K_{\text{фактич.}} = \frac{L_{\text{фактич.}}}{V}\]

\[K_{\text{фактич.}} = \frac{180 \text{ м}^3/\text{ч}}{60 \text{ м}^3} = 3 \text{ раз/ч}\]

4. Рассчитываем необходимый объем вентиляции (L_необх.):

\[L_{\text{необх.}} = \frac{\Pi \cdot N}{P_1 - P_2}\]

\[L_{\text{необх.}} = \frac{0,0226 \text{ м}^3/\text{чел}\cdot\text{ч} \cdot 6 \text{ чел}}{0,001 - 0,0004} = \frac{0,1356}{0,0006} = 226 \text{ м}^3/\text{ч}\]

5. Рассчитываем необходимую кратность воздухообмена (K_необх.):

\[K_{\text{необх.}} = \frac{L_{\text{необх.}}}{V}\]

\[K_{\text{необх.}} = \frac{226 \text{ м}^3/\text{ч}}{60 \text{ м}^3} \approx 3,77 \text{ раз/ч}\]

Оценка полученных данных:

Фактическая кратность воздухообмена (3 раз/ч) немного ниже необходимой (3,77 раз/ч). Это означает, что проветривание палаты путем открытия форточки на 10 минут каждый час не обеспечивает достаточного обновления воздуха для