Решение задачи 1 (стр. 25) по гигиене: Расчет воздухообмена

СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ

Задача 1 (страница 25). 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 комнаты (V):

Объем комнаты находится умножением её длины, ширины и высоты.

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

2. Записываем известные данные:

• Количество людей в комнате (\(N\)) = 3 человека.
• Сколько СО₂ выдыхает один человек за час (\(\Pi\)) = 22,6 литра (или 0,0226 м³).
• Максимально допустимое содержание СО₂ в воздухе (\(P_1\)) = 0,1 % = 1 литр на м³ (или 0,001).
• Содержание СО₂ в чистом атмосферном воздухе (\(P_2\)) = 0,04 % = 0,4 литра на м³ (или 0,0004).
• Фактическое содержание СО₂ в комнате (\(P\)) = 0,19 % = 1,9 литра на м³ (или 0,0019).

3. Рассчитываем необходимый объем вентиляции (L_необх.):

Это сколько свежего воздуха нужно подавать в комнату за час, чтобы уровень СО₂ не превышал норму.

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

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

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

Это сколько свежего воздуха фактически поступает в комнату за час при текущем уровне СО₂.

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

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

5. Рассчитываем необходимую кратность воздухообмена (K_необх.):

Это сколько раз за час должен полностью обновиться воздух в комнате.

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

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

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

Это сколько раз за час фактически обновляется воздух в комнате.

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

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

Гигиеническая оценка:

Фактическая кратность воздухообмена (0,75 раз/ч) значительно меньше, чем необходимая (1,88 раз/ч). Это значит, что вентиляция в комнате работает плохо, и воздух обновляется недостаточно часто. Из-за этого уровень углекислого газа выше нормы, что может быть вредно для здоровья. Нужно улучшить вентиляцию в комнате.

Задача 2 (страница 25). 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 класса (V):

Объем класса находится умножением его глубины, длины и высоты.

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

2. Записываем известные данные:

• Количество студентов в классе (\(N\)) = 14 человек.
• Сколько СО₂ выдыхает один человек за час (\(\Pi\)) = 22,6 литра (или 0,0226 м³).
• Максимально допустимое содержание СО₂ в воздухе (\(P_1\)) = 0,1 % = 1 литр на м³ (или 0,001).
• Содержание СО₂ в чистом атмосферном воздухе (\(P_2\)) = 0,04 % = 0,4 литра на м³ (или 0,0004).
• Фактическое содержание СО₂ в классе (\(P\)) = 0,18 % = 1,8 литра на м³ (или 0,0018).

3. Рассчитываем необходимый объем вентиляции (L_необх.):

Это сколько свежего воздуха нужно подавать в класс за час, чтобы уровень СО₂ не превышал норму.

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

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

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

Это сколько свежего воздуха фактически поступает в класс за час при текущем уровне СО₂.

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

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

5. Рассчитываем необходимую кратность воздухообмена (K_необх.):

Это сколько раз за час должен полностью обновиться воздух в классе.

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

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

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

Это сколько раз за час фактически обновляется воздух в классе.

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

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

Вывод:

Необходимый объем вентиляции (527,33 м³/ч) и кратность воздухообмена (3,43 раз/ч) значительно выше, чем фактические (226 м³/ч и 1,47 раз/ч). Это говорит о том, что вентиляция в учебном классе недостаточна. Из-за этого студенты могут чувствовать себя хуже и хуже работать. Нужно улучшить вентиляцию в классе.

Задача 3 (страница 26). 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 аудитории (V):

Объем аудитории находится умножением её длины, ширины и высоты.

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

2. Записываем известные данные:

• Количество студентов в аудитории (\(N\)) = 80 человек.
• Сколько СО₂ выдыхает один человек за час (\(\Pi\)) = 22,6 литра (или 0,0226 м³).
• Максимально допустимое содержание СО₂ в воздухе (\(P_1\)) = 0,1 % = 1 литр на м³ (или 0,001).
• Содержание СО₂ в чистом атмосферном воздухе (\(P_2\)) = 0,04 % = 0,4 литра на м³ (или 0,0004).

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

Так как аудитория имеет приточно-вытяжную вентиляцию, нам нужно найти, сколько воздуха должно подаваться, чтобы поддерживать нормальный уровень СО₂.

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

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

4. Рассчитываем кратность воздухообмена (K_необх.):

Это сколько раз за час должен полностью обновиться воздух в аудитории при таком объеме подачи.

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

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

Вывод:

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

Задача 4 (страница 26). 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. Записываем известные данные:

• Объем палаты (\(V\)) = 60 м³.
• Количество пациентов (\(N\)) = 6 человек.
• Сколько СО₂ выдыхает один человек за час (\(\Pi\)) = 22,6 литра (или 0,0226 м³).
• Максимально допустимое содержание СО₂ в воздухе (\(P_1\)) = 0,1 % = 1 литр на м³ (или 0,001).
• Содержание СО₂ в чистом атмосферном воздухе (\(P_2\)) = 0,04 % = 0,4 литра на м³ (или 0,0004).
• Площадь форточки (\(S\)) = 0,15 м².
• Скорость движения воздуха через форточку (\(v\)) = 2 м/с.
• Время проветривания (\(t\)) = 10 минут = 600 секунд.

2. Рассчитываем фактический объем вентиляции (L_{фактич.}) за час:

Объем воздуха, который проходит через форточку за 10 минут проветривания, и будет фактическим объемом вентиляции за час, так как проветривание происходит один раз в час.

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

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

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

Это сколько раз за час фактически обновляется воздух в палате.

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

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

4. Рассчитываем необходимый объем вентиляции (L_необх.):

Это сколько свежего воздуха нужно подавать в палату за час, чтобы уровень СО₂ не