ПОВЫШЕНИЕ  ЭФФЕКТИВНОСТИ  ОЧИСТКИ  ВОЗДУХА  В  ЖИЛЫХ  И  ОФИСНЫХ  ПОМЕЩЕНИЯХ

Мельников  Павел  Анатольевич

канд.  техн.  наук,  доцент,  Тольяттинский  государственный  университет,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail:  topavel@mail.ru

Кадочкин  Дмитрий  Станиславович

магистрант,  Тольяттинский  государственный  университет,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail:  d.s.const.63@gmail.com

Чаусов  Владислав  Нурмухаммадович

студент,  Тольяттинский  государственный  университет,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail: 

IMPROVING  THE  EFFICIENCY  OF  AIR  CLEANING  IN  LIVING  AND  OFFICE  SPACES

Pavel  Melnikov

candidate  of  the  technical  sciences,  assistant  professor,  Togliatty  State  University,  Russia  Togliatty

Dmitry  Kadochkin

undergraduate,  Togliatty  State  University,  Togliatty

Vladislav  Chausov

student,  Togliatty  State  University,  Russia  Togliatty

АННОТАЦИЯ

Проведен  обзор  проблемы  загрязнения  воздуха  жилых  помещений,  рассмотрены  основные  существующие  методы  очистки  воздуха.  Предложена  концепция  математической  модели,  позволяющей  моделировать  процесс  формирования  и  распространения  аэродинамических  систем  в  пространстве.

ABSTRACT

A  review  of  problems  indoor  air  pollution,  the  basic  existing  methods  of  air  purification.  The  concept  of  a  mathematical  model  to  simulate  the  process  of  formation  and  propagation  of  aerodynamic  systems  in  space.

Ключевые  слова:  очистка  воздуха;  источники  загрязнений;  фильтры;  математическое  моделирование.

Keywords:  air  cleaning;  pollution  sources;  filters,  mathematical  modeling.

В  зависимости  от  образа  жизни  и  условий  трудовой  деятельности  современный  человек  проводит  в  жилых  и  общественных  зданиях  от  50  до  95  %  суточного  времени.  Одним  из  многих  факторов,  определяющих  качество  среды  зданий,  является  чистота  воздушной  среды,  так  как  даже  малые  источники  загрязнения  негативно  влияют  на  здоровье  человека  [1,  2].

В  зданиях  токсические  вещества  действуют  на  организм  человека  в  сочетании  с  другими  факторами:  температурой,  влажностью  воздуха,  ионно-озонным  режимом  помещений  и  др.  Перенос  опасных  веществ  в  помещениях  зависит  от  ряда  явлений,  таких  как  гравитационное  осаждение  частиц,  их  оседание  за  счет  захвата  поверхностями,  температурной  инверсии  и  др.  [4,  5].

Основные  источники  загрязнения  воздушной  среды  помещения  условно  можно  разделить  на  четыре  группы  [3,  7]  и  схематично  представить,  как  показано  на  рисунке  1:

·     вещества,  поступающие  в  помещение  с  загрязненным  атмосферным  воздухом;

·     продукты  деструкции  строительных  и  отделочных  материалов;

·     антропотоксины;

·     продукты  сгорания  бытового  газа  и  бытовой  деятельности.

Современные  технологические  схемы  очистки  воздуха  в  промышленных  масштабах  не  подходят  для  жилых  помещений,  поэтому  для  последних  требуется  разработка  собственных  систем  очистки  [6].  Бытовые  воздухоочистители  по  принципу  фильтрации  воздуха  можно  условно  разделить  на  несколько  основных  категорий:  фотокаталитические;  адсорбционные;  пылевые;  ионизирующие  (электрофильтры).

Рисунок  1.  Источники  загрязнения  воздушной  среды  помещений

Для  повышения  эффективности  очистки  и  фильтрации  необходимо  понимать  законы  формирования  и  распространения  аэродисперсных  систем  в  помещении.  Экспериментальные  методы  исследования  процессов  формирования  и  распространения  аэродисперсных  систем  связано  со  сложностями  как  чисто  технического,  так  и  принципиального  характера,  и  имеют  достаточно  ограниченные  возможности.  Поэтому  весьма  перспективным  является  подход,  основанный  на  создании  механико-математической  модели,  адекватно  описывающей  процесс  формирования  и  распространения  аэродисперсной  системы.  При  наличии  такой  модели  на  основе  численного  эксперимента  можно  получить  исчерпывающую  информацию  об  особенностях  источников  аэродисперсной  системы  и  ее  распространения  и  выявить  оптимальные  технические  решения,  направленные  на  снижение  негативного  воздействия  аэродисперсной  системы  на  промышленных  предприятиях  [4,  5].

При  разработке  механико-математической  модели  необходимо  учесть  динамические  эффекты,  а  также  достаточно  развитые  в  данном  случае  стохастические  параметры,  влияющие  на  процесс  распространения  аэродисперсной  системы.  Динамические  задачи  взаимодействия  микрочастиц,  находящихся  во  взвешенном  состоянии,  изучены  относительно  слабо,  что  определяется  сложностью  их  постановки  и,  зачастую,  недостаточностью  математических  методов  решения  модельных  краевых  задач  механики  газовой  среды.  Наибольшее  продвижение  в  этой  области  связано  с  интенсивным  развитием  прямых  численных  методов  и  схем  решения  сложных  физически  нелинейных  задач.  Недостатками  этих  методов  является  их  громоздкость  и  принципиальная  ограниченность  практических  возможностей,  связанная  с  уровнем  используемой  ЭВМ.  Поэтому  особо  следует  выделить  актуальность  использования  аналитических  методов,  позволяющих  анализировать  решение  задач  и  дающих  в  руки  исследователя  контрольные  варианты  для  тестирования  программных  средств,  реализующих  численные  алгоритмы  и  методы.  Использование  аналитических  методов  при  построении  решения  модельных  задач  возможно  при  введении  некоторых  упрощающих  физически  непротиворечивых  предположений.

Следует  отметить,  что  этот  подход  не  является  тривиальным,  что  подтверждается  весьма  ограниченным  числом  публикаций  на  эту  тему  [4].

При  разработке  математической  модели  был  использован  следующий  подход  [5]:

1.  Математически  аэродисперсная  система  представлялась  как  n-мерный  массив  данных,  где  каждый  элемент  это  матрица  упорядоченных  данных,  характеризующих  текущее  положение,  физико-механические  и  динамические  характеристики  элементарных  частиц  аэродисперсной  системы.

2.  В  модели  для  упрощения  расчетов  был  принят  точечный  источник  формирования  аэродисперсной  системы  с  параметром  J  (1/c),  отражающим  интенсивность  формирования  элементарных  частиц.

3.  Математическая  модель  динамична  во  времени  с  регулируемым  шагом  вычисления  (по  умолчанию  шаг  вычисления  dt  =  1  сек).

4.  Исходными  данными  в  модели  на  данном  этапе  являются:

·     Vx_i  —  проекция  начальной  скорости  элементарной  частицы  на  ось  Х,  м/с;

·     Vy_i  —  проекция  начальной  скорости  элементарной  частицы  на  ось  Y,  м/с;

·     Vz_i  —  проекция  начальной  скорости  элементарной  частицы  на  ось  Z,  м/с;

·     Vвет_i  —  интегральный  показатель  аэродинамической  характеристики  элементарной  частицы,  м/с;

·     J  —  интенсивность  образования  новых  элементарных  частиц  аэродисперсной  системы,  1/с;

·     t  —  интервал  времени,  в  течении  которого  происходит  моделирование  процесса  формирования  и  распространения  аэродисперсной  системы,  с;

·     dt  —  шаг  вычислений,  с.

Данная  математическая  модель  реализована  в  виде  программы  в  математическом  пакете  MatLab.  На  рисунке  2  представлены  результаты  вычислений  разработанной  математической  модели. 

На  данном  этапе  работы  математической  модели  стохастичность  процесса  обеспечивалась  с  помощью  команды  RND,  случайным  образом  формирующей  массив  чисел  в  диапазоне  [0…1]  по  нормальному  закону  распределения.

Однако  в  дальнейшем  планируется  устранить  ряд  допущений  в  данной  математической  модели,  используя  результаты  экспериментальных  исследований,  что  повысит  адекватность  расчетов.

Рисунок  2.  Результаты  расчета  математической  модели,  связывающей  аэродинамические  характеристики  дисперсных  систем  с  процессом  их  распространения  при  следующих  параметрах:  Vx  =  1  м/с;  Vy  =  0  м/с;  Vz  =  1  м/с;  J  =  20  1/c;  Vвет  =  2  м/с:  а  —  при  t  =  25  c;  б  —  при  t  =  50  c;  в  —  при  t  =  75  c;  г  —  при  t  =  100  c.

Для  повышения  адекватности  расчетов  разработанной  модели,  необходимо  в  расчетах  учитывать  аэродинамические  характеристики  элементарных  частиц,  формирующих  аэродисперсную  систему.  Для  этого  планируется  провести  ряд  экспериментальных  исследований.  Расчетные  данные,  полученные  на  данном  этапе,  показывают  целесообразность  проведения  дальнейших  исследований  в  данном  направлении.

Список  литературы:

1.Адам  А.М.,  Мамин  Р.Г.  Природные  ресурсы  и  экологическая  безопасность  Западной  Сибири.  2-е  изд.  М.:  НИА-Природа,  2001.  —  172  с.

2.Будников  Г.К.  Эколого-химические  и  аналитические  проблемы  закрытого  помещения  //  Соровский  образовательный  журнал.  —  2001.  —  Т.  7.  —  №  3.  —  С.  39—44.

3.Ватин  Н.И.,  Чечевичкин  В.Н.,  Чечевичкин  А.В.  Особенности  сорбционно-каталитической  очистки  воздуха  в  помещениях  обитания  человека  в  условиях  крупных  городов  //  Инженерно-строительный  журнал.  —  2011.  —  №  1(19).  —  С.  24—27.

4.Мельников  П.А.,  Соболев  А.А.  Монография  Снижение  риска  и  уменьшение  последствий  техногенных  катастроф  //  Монография.  Тольятти:  Касандра,  2011.  —  163  с.

5.Мельников  П.А.,  Соболев  А.А.  Построение  математической  модели,  связывающей  аэродинамические  характеристики  дисперсных  систем  с  процессом  их  распространения  //  Вектор  науки  Тольяттинского  государственного  университета.  —  2011.  —  №  1.  —  С.  26—28. 

6.Способы  очистки  воздуха  [Электронный  ресурс].  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://ihe.ru/articles/vozduhoochistitely/sposobi_ochistki_vozduha/  (дата  обращения:  20.12.2013)/

7.Харитонов  В.А.  Надежность  строительных  объектов  и  безопасность  жизнедеятельности  человека:  Учеб.  пособие/В.А.  Харитонов.  М.:  Абрис,  2012.  —  367  с.:  ил.