Прикладные аспекты аварийных выбросов в атмосферу. Справочное пособие

Рассмотрим теперь, как влияет здание на распределение загрязнений снаружи и внутри него. Как указывалось выше, поступление наружного воздуха является определяющим в установлении теплового и воздушного режима в многоэтажных зданиях, имеющих специфические особенности. В таких зданиях наблюдается заметное перемещение воздушных масс в горизонтальном и вертикальном направлениях. Такие режимы обусловлены сложной картиной внутриэтажного и межэтажного перетекания загрязненного воздуха отдельных помещений и квартир нижнего этажа — в верхние и с наветренной стороны — в подветренные. Рассмотрим вначале поле течений воздуха снаружи здания. На рисунке 5.1. показано влияние ветрового потока на характер распределения концентраций загрязняющих веществ внутри восходящего потока, инициируемого «теплым» зданием.

Рис. 5.1. Высотные распределения концентраций загрязняющих веществ внутри конвективных потоков, создаваемых строением в случае штиля (а) и при ветре (б).

Рис. 5.2. Распределение концентраций загрязнений в различных вертикальных значениях здания: 1 — границы конвективного восходящего потока; 2 — здание; 3 — ветер; «1», «2», «3» — контрольные сечения.

В отсутствии ветра конвективный поток, насыщенный загрязняющими веществами, поднимается вертикально вверх, концентрация загрязнений при этом возрастает до значения высотной координаты Z = Z3д., где Zзд — высота здания. При Z > Zзд из-за вовлечения окружающей среды концентрация примесей в потоке резко уменьшается.

При наличии ветра конвективный поток лишь частично омывает здание, и высотные загрязнения в нем имеют выраженный куполообразный вид.

Рисунок 5.2. иллюстрирует характер загрязнений внутри здания, температура которого Т превышает температуру окружающего воздуха Те. Как известно, в этом случае над зданием возникает конвективный струйный поток восходящего типа. Концентрация загрязняющих веществ в различных частях здания зависит как от высотной координаты Z, так и от скорости сносящего ветрового потока Ve.

Для одного и того же значения скорости Ve концентрация загрязнений отдельных объемов здания в пределах границ конвективного потока возрастает с увеличением высоты Z.

Отметим, что в холодных погодных условиях, когда возрастает дефект температурного перепада ΔТ = Т -Те, наблюдается увеличение архимедовой силы всплытия конвективного потока и рост высотных координат его верхней и нижней границ. При этом большая часть здания оказывается внутри области течения загрязненного потока. Особенно это сказывается на верхних этажах здания, концентрация загрязнений в которых заметно возрастает с ростом ΔТ .

По данным работы [ 165] от 86% до 100% загрязнений поступает в жилые помещения с наружным воздухом. Из атмосферного воздуха в дома поступают сернистый газ, окись углерода, пыль, окиси тяжелых металлов и многие другие токсиканты.

Рисунок 5.3. иллюстрирует баланс загрязнений внутри здания от различных источников в условиях городской застройки. Как следует из этого рисунка суммарное загрязнение в помещении складывается от действия высоких (заводские трубы, котельные, градирни и т.п.) источников, низких (в первую очередь автотранспорт), фоновых и внутренних выбросов. Числовые загрязнения суммарных концентраций загрязняющих веществ в каждой конкретной части здания определяются как суперпозиция концентраций от указанных источников. Причем несмотря на различный вклад этих источников в суммарную концентрацию загрязнений внутри здания можно отметить возрастающий характер токсикации воздушной среды с уменьшением высотной координаты Z. Самый чистый воздух будет на верхних этажах здания, а наиболее загрязненный — на нижних.