عندما يتم التحكم في الملوثات المتولدة في موقع العمل عن طريق تهوية المكان الذي نتحدث عنه بالكامل تهوية عامة. يعني استخدام التهوية العامة قبول حقيقة أن الملوث سيتم توزيعه إلى حد ما عبر كامل مساحة موقع العمل ، وبالتالي يمكن أن يؤثر على العمال البعيدين عن مصدر التلوث. وبالتالي ، فإن التهوية العامة هي استراتيجية عكس ذلك الاستخراج المترجمة. يسعى الاستخراج الموضعي إلى القضاء على الملوثات عن طريق اعتراضه بأكبر قدر ممكن من المصدر (انظر "الهواء الداخلي: طرق التحكم والتنظيف" ، في مكان آخر من هذا الفصل).

أحد الأهداف الأساسية لأي نظام تهوية عام هو التحكم في روائح الجسم. ويمكن تحقيق ذلك بتزويد ما لا يقل عن 0.45 متر مكعب في الدقيقة ، م³/ دقيقة ، من الهواء الجديد لكل راكب. عندما يتكرر التدخين أو يكون العمل شاقًا جسديًا ، يكون معدل التهوية المطلوب أكبر وقد يتجاوز 0.9 م³/ دقيقة لكل شخص.

إذا كانت المشاكل البيئية الوحيدة التي يجب على نظام التهوية التغلب عليها هي تلك التي تم وصفها للتو ، فمن الجيد أن تضع في اعتبارك أن كل مساحة لديها مستوى معين من تجديد الهواء "الطبيعي" عن طريق ما يسمى "التسلل" ، والذي يحدث من خلال الأبواب والنوافذ ، حتى عندما تكون مغلقة ، ومن خلال مواقع اختراق الجدران الأخرى. عادة ما توفر أدلة تكييف الهواء معلومات وافية في هذا الصدد ، ولكن يمكن القول أن مستوى التهوية بسبب التسلل يتراوح بين 0.25 و 0.5 تجديد في الساعة كحد أدنى. سيشهد الموقع الصناعي عادة ما بين 0.5 و 3 تجديدات للهواء في الساعة.

عند استخدامها للتحكم في الملوثات الكيميائية ، يجب أن تقتصر التهوية العامة على الحالات التي لا تكون فيها كميات الملوثات المتولدة عالية جدًا ، وحيث تكون سُميتها معتدلة نسبيًا وحيث لا يقوم العمال بمهامهم في المنطقة المجاورة مباشرة لمصدر التلوث. تلوث اشعاعى. إذا لم يتم احترام هذه الأوامر ، فسيكون من الصعب الحصول على قبول للتحكم الكافي في بيئة العمل لأنه يجب استخدام معدلات التجديد العالية هذه لأن سرعات الهواء العالية من المحتمل أن تسبب عدم الراحة ، ولأن الحفاظ على معدلات التجديد المرتفعة مكلف. لذلك من غير المعتاد التوصية باستخدام التهوية العامة للتحكم في المواد الكيميائية إلا في حالة المذيبات التي تحتوي على تركيزات مسموح بها تزيد عن 100 جزء في المليون.

من ناحية أخرى ، عندما يكون الهدف من التهوية العامة هو الحفاظ على الخصائص الحرارية لبيئة العمل بهدف الحدود المقبولة قانونًا أو التوصيات الفنية مثل إرشادات المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO) ، فإن هذه الطريقة لها قيود أقل. لذلك ، يتم استخدام التهوية العامة في كثير من الأحيان للتحكم في البيئة الحرارية بدلاً من الحد من التلوث الكيميائي ، ولكن يجب التعرف بوضوح على فائدتها كمكمل لتقنيات الاستخراج الموضعية.

بينما لسنوات عديدة العبارات تهوية عامة و التهوية بالتخفيف تم اعتباره مرادفًا ، اليوم لم يعد هذا هو الحال بسبب استراتيجية التهوية العامة الجديدة: التهوية عن طريق الإزاحة. على الرغم من أن التهوية عن طريق التخفيف والتهوية عن طريق الإزاحة تتناسب مع تعريف التهوية العامة الذي حددناه أعلاه ، إلا أنهما يختلفان بشكل كبير في الاستراتيجية التي يستخدمانها للتحكم في التلوث.

التهوية بالتخفيف يهدف إلى خلط الهواء الذي يتم إدخاله ميكانيكيًا تمامًا قدر الإمكان مع كل الهواء الموجود بالفعل داخل الفضاء ، بحيث يكون تركيز الملوث المعين منتظمًا قدر الإمكان طوال الوقت (أو بحيث تكون درجة الحرارة مثل موحدة قدر الإمكان ، إذا كان التحكم الحراري هو الهدف المنشود). ولتحقيق هذا الخليط المنتظم ، يتم حقن الهواء من السقف على شكل تيارات بسرعة عالية نسبيًا ، وتولد هذه التيارات دورانًا قويًا للهواء. والنتيجة هي درجة عالية من خلط الهواء الجديد مع الهواء الموجود بالفعل داخل الفضاء.

التهوية عن طريق الإزاحة ، في تصوره المثالي ، يتكون من حقن الهواء في الفضاء بطريقة تجعل الهواء الجديد يزيح الهواء الموجود سابقًا دون الاختلاط به. تتحقق التهوية عن طريق الإزاحة عن طريق حقن هواء جديد في مكان بسرعة منخفضة وقريبة من الأرض ، واستخراج الهواء بالقرب من السقف. إن استخدام التهوية عن طريق الإزاحة للتحكم في البيئة الحرارية له ميزة أنه يستفيد من الحركة الطبيعية للهواء المتولدة عن تغيرات الكثافة التي هي نفسها بسبب الاختلافات في درجات الحرارة. على الرغم من أن التهوية عن طريق الإزاحة تستخدم بالفعل على نطاق واسع في المواقف الصناعية ، إلا أن المؤلفات العلمية حول هذا الموضوع لا تزال محدودة للغاية ، وبالتالي لا يزال تقييم فعاليتها أمرًا صعبًا.

التهوية بالتخفيف

يعتمد تصميم نظام التهوية عن طريق التخفيف على فرضية أن تركيز الملوث هو نفسه في جميع أنحاء المكان المعني. هذا هو النموذج الذي غالبًا ما يشير إليه المهندسون الكيميائيون على أنه خزان مقلوب.

إذا افترضت أن الهواء الذي يتم حقنه في الفضاء خالٍ من الملوثات وأنه في الوقت الأولي يكون التركيز داخل الفضاء صفرًا ، فستحتاج إلى معرفة حقيقتين من أجل حساب معدل التهوية المطلوب: الكمية من الملوثات التي يتم إنشاؤها في الفضاء ومستوى التركيز البيئي المطلوب (والذي من المفترض أن يكون هو نفسه طوال الوقت).

في ظل هذه الظروف ، ينتج عن الحسابات المقابلة المعادلة التالية:

أين

ج (ر) = تركيز المادة الملوثة في المكان في الوقت المناسب t

a = كمية الملوثات المتولدة (الكتلة لكل وحدة زمنية)

Q = معدل تزويد الهواء الجديد (الحجم لكل وحدة زمنية)

V = حجم المساحة المعنية.

توضح المعادلة أعلاه أن التركيز سيميل إلى حالة ثابتة عند القيمة أ / س، وأنه سيفعل ذلك بشكل أسرع كلما قلت قيمة س / ف، يشار إليه كثيرًا باسم "عدد التجديدات لكل وحدة زمنية". على الرغم من أن مؤشر جودة التهوية يعتبر في بعض الأحيان مكافئًا عمليًا لتلك القيمة ، إلا أن المعادلة أعلاه توضح بوضوح أن تأثيرها يقتصر على التحكم في سرعة التثبيت للظروف البيئية ، ولكن ليس مستوى التركيز الذي ستحدث فيه مثل هذه الحالة المستقرة. سيعتمد ذلك فقط على كمية الملوثات المتولدة (a) ، وعلى معدل التهوية (Q).

عندما يكون هواء مساحة معينة ملوثًا ولكن لا يتم توليد كميات جديدة من الملوثات ، يتم التعبير عن سرعة تناقص التركيز على مدى فترة زمنية من خلال التعبير التالي:

أين Q و V لها المعنى الموصوف أعلاه ، t₁ و t₂ هي ، على التوالي ، الأوقات الأولية والأخيرة و c₁ و c₂ هي التركيزات الأولية والنهائية.

يمكن العثور على التعبيرات للحسابات في الحالات التي لا يكون فيها التركيز الأولي صفرًا (كونستانس 1983 ؛ ACGIH 1992) ، حيث لا يخلو الهواء المحقون في الفضاء تمامًا من الملوثات (بسبب تقليل تكاليف التدفئة في الجزء الشتوي من الهواء يتم إعادة تدويرها ، على سبيل المثال) ، أو حيث تختلف كميات الملوثات المتولدة وفقًا للوقت.

إذا تجاهلنا المرحلة الانتقالية وافترضنا أن الحالة المستقرة قد تحققت ، فإن المعادلة تشير إلى أن معدل التهوية يعادل ج /_ليم، حيث c_ليم هي قيمة التركيز الذي يجب الحفاظ عليه في المساحة المحددة. سيتم تحديد هذه القيمة من خلال اللوائح أو ، كمعيار ثانوي ، من خلال التوصيات الفنية مثل القيم الحدية (TLV) الصادرة عن المؤتمر الأمريكي لخبراء الصحة الصناعية الحكوميين (ACGIH) ، والتي توصي بحساب معدل التهوية بالصيغة

أين a و c_ليم لها المعنى الموصوف بالفعل و K هو عامل أمان. قيمة K يجب تحديد ما بين 1 و 10 كدالة لفعالية خليط الهواء في المساحة المحددة ، لسمية المذيب (الأصغر c_ليم هو ، كلما زادت قيمة K سيكون) ، ولأي ظرف آخر يعتبره خبير حفظ الصحة الصناعية ذا صلة. تستشهد ACGIH ، من بين أمور أخرى ، بمدة العملية ، ودورة العمليات والموقع المعتاد للعمال فيما يتعلق بمصادر انبعاث الملوث ، وعدد هذه المصادر وموقعها في المكان المحدد ، والموسمية. التغييرات في كمية التهوية الطبيعية والانخفاض المتوقع في الفعالية الوظيفية لمعدات التهوية كمعايير محددة أخرى.

في أي حال ، يتطلب استخدام الصيغة أعلاه معرفة دقيقة بشكل معقول لقيم a و K التي يجب استخدامها ، وبالتالي فإننا نقدم بعض الاقتراحات في هذا الصدد.

قد يتم تقدير كمية الملوثات المتولدة بشكل متكرر بكمية بعض المواد المستهلكة في العملية التي تولد الملوثات. لذلك ، في حالة وجود مذيب ، فإن الكمية المستخدمة ستكون مؤشرًا جيدًا على الحد الأقصى للمبلغ الذي يمكن العثور عليه في البيئة.

كما هو موضح أعلاه ، فإن قيمة K يجب تحديدها كدالة لفعالية خليط الهواء في الفضاء المحدد. وبالتالي ، ستكون هذه القيمة أصغر بما يتناسب بشكل مباشر مع مدى جودة التقدير لإيجاد نفس تركيز الملوث في أي نقطة داخل الفضاء المحدد. وهذا بدوره سيعتمد على كيفية توزيع الهواء داخل المساحة التي يتم تهويتها.

وفقًا لهذه المعايير ، فإن القيم الدنيا لـ K يجب استخدامها عندما يتم حقن الهواء في الفضاء بطريقة موزعة (باستخدام مكبس ، على سبيل المثال) ، وعندما يكون حقن الهواء واستخراجه على طرفي نقيض من المساحة المحددة. من ناحية أخرى ، فإن القيم الأعلى لـ K يجب استخدامه عند إمداد الهواء بشكل متقطع واستخراج الهواء عند نقاط قريبة من دخول الهواء الجديد (الشكل 1).

الشكل 1. رسم تخطيطي لدوران الهواء في الغرفة مع فتحتي إمداد

وتجدر الإشارة إلى أنه عندما يتم حقن الهواء في مساحة معينة - خاصة إذا تم ذلك بسرعة عالية - فإن تيار الهواء المتولد سوف يمارس شدًا كبيرًا على الهواء المحيط به. ثم يختلط هذا الهواء مع التيار ويبطئه ، مما يخلق اضطرابًا يمكن قياسه أيضًا. نتيجة لذلك ، ينتج عن هذه العملية خلط مكثف للهواء الموجود بالفعل في الفضاء والهواء الجديد الذي يتم حقنه ، مما يؤدي إلى توليد تيارات هواء داخلية. يتطلب توقع هذه التيارات ، حتى بشكل عام ، قدرًا كبيرًا من الخبرة (الشكل 2).

الشكل 2. عوامل K المقترحة لمواقع المدخل والعادم

من أجل تجنب المشاكل التي تنجم عن تعرض العمال لتيارات من الهواء بسرعات عالية نسبيًا ، يتم حقن الهواء عادة عن طريق نشر الشبكات المصممة بطريقة تسهل الخلط السريع للهواء الجديد مع الهواء الموجود بالفعل في الفضاء. وبهذه الطريقة ، تظل المناطق التي يتحرك فيها الهواء بسرعات عالية صغيرة قدر الإمكان.

لا يتم إنتاج تأثير التدفق الموصوف للتو بالقرب من النقاط التي يهرب فيها الهواء أو يتم استخراجه من خلال الأبواب أو النوافذ أو فتحات الاستخراج أو الفتحات الأخرى. يصل الهواء إلى شبكات الاستخراج من جميع الاتجاهات ، لذلك حتى على مسافة قصيرة نسبيًا منها ، لا يُنظر بسهولة إلى حركة الهواء على أنها تيار هواء.

على أي حال ، عند التعامل مع توزيع الهواء ، من المهم مراعاة ملاءمة وضع محطات العمل ، إلى أقصى حد ممكن ، بحيث يصل الهواء الجديد إلى العمال قبل أن يصل إلى مصادر التلوث.

عندما تكون هناك مصادر مهمة للحرارة في مساحة معينة ، فإن حركة الهواء ستكون مشروطة إلى حد كبير بتيارات الحمل التي تنتج عن اختلافات الكثافة بين الهواء البارد الأكثر كثافة والهواء الدافئ الفاتح. في أماكن من هذا النوع ، يجب ألا يفشل مصمم توزيع الهواء في تذكر وجود مصادر الحرارة هذه ، أو قد تكون حركة الهواء مختلفة تمامًا عن تلك المتوقعة.

من ناحية أخرى ، فإن وجود التلوث الكيميائي لا يغير بطريقة قابلة للقياس كثافة الهواء. بينما في الحالة النقية ، قد يكون للملوثات كثافة مختلفة تمامًا عن كثافة الهواء (عادةً ما تكون أكبر بكثير) ، نظرًا للتركيزات الحقيقية الموجودة في مكان العمل ، فإن مزيج الهواء والملوثات ليس له كثافة مختلفة بشكل كبير عن كثافة الهواء. كثافة الهواء النقي.

علاوة على ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن أحد أكثر الأخطاء شيوعًا في تطبيق هذا النوع من التهوية هو تزويد المساحة بشفاطات الهواء فقط ، دون إعطاء أي مدروس لمآخذ الهواء الكافية. في هذه الحالات ، تقل فعالية مراوح الاستخراج ، وبالتالي تكون المعدلات الفعلية لاستخراج الهواء أقل بكثير مما هو مخطط له. والنتيجة هي تركيزات محيطة أكبر للملوثات في مساحة معينة من تلك التي تم حسابها في البداية.

لتجنب هذه المشكلة ، يجب التفكير في كيفية إدخال الهواء إلى الفضاء. مسار العمل الموصى به هو استخدام مراوح التنفس وكذلك مراوح الاستخراج. عادة ، يجب أن يكون معدل الاستخراج أكبر من معدل التطعيم للسماح بالتسلل من خلال النوافذ والفتحات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يُنصح بإبقاء المساحة تحت ضغط سلبي طفيف لمنع التلوث الناتج عن الانجراف إلى مناطق غير ملوثة.

التهوية عن طريق الإزاحة

كما هو مذكور أعلاه ، مع التهوية عن طريق الإزاحة ، يسعى المرء إلى تقليل اختلاط الهواء الجديد والهواء الموجود سابقًا في المساحة المحددة ، ويحاول ضبط النظام على النموذج المعروف باسم تدفق المكونات. يتم تحقيق ذلك عادةً عن طريق إدخال الهواء بسرعات بطيئة وعلى ارتفاعات منخفضة في المساحة المحددة واستخراجها بالقرب من السقف ؛ هذا له ميزتان على التهوية عن طريق التخفيف.

في المقام الأول ، يجعل معدلات تجدد الهواء أقل ممكنة ، لأن التلوث يتركز بالقرب من سقف المكان ، حيث لا يوجد عمال يتنفسونه. ال المتوسط سيكون التركيز في المساحة المحددة أعلى من c_ليم القيمة التي أشرنا إليها من قبل ، ولكن هذا لا يعني وجود مخاطر أعلى للعمال لأنه في المنطقة المحتلة من المساحة المحددة ، سيكون تركيز الملوث هو نفسه أو أقل من c_ليم.

بالإضافة إلى ذلك ، عندما يكون هدف التهوية هو التحكم في البيئة الحرارية ، فإن التهوية عن طريق الإزاحة تجعل من الممكن إدخال هواء أكثر دفئًا في المساحة المحددة مما يتطلبه نظام التهوية عن طريق التخفيف. وذلك لأن الهواء الدافئ الذي يتم استخراجه يكون عند درجة حرارة أعلى بعدة درجات من درجة الحرارة في المنطقة المشغولة من الفضاء.

تم تطوير المبادئ الأساسية للتهوية عن طريق الإزاحة بواسطة Sandberg ، الذي طور في أوائل الثمانينيات نظرية عامة لتحليل المواقف التي توجد فيها تركيزات غير منتظمة للملوثات في الأماكن المغلقة. سمح لنا ذلك بالتغلب على القيود النظرية للتهوية عن طريق التخفيف (الذي يفترض تركيزًا موحدًا في جميع أنحاء المساحة المحددة) وفتح الطريق للتطبيقات العملية (Sandberg 1980).

على الرغم من استخدام التهوية عن طريق الإزاحة على نطاق واسع في بعض البلدان ، لا سيما في الدول الاسكندنافية ، فقد تم نشر عدد قليل جدًا من الدراسات التي تمت فيها مقارنة فعالية الطرق المختلفة في التركيبات الفعلية. هذا بلا شك بسبب الصعوبات العملية لتركيب نظامين مختلفين للتهوية في مصنع حقيقي ، ولأن التحليل التجريبي لهذه الأنواع من الأنظمة يتطلب استخدام أدوات التتبع. يتم التتبع عن طريق إضافة غاز تتبع إلى تيار تهوية الهواء ثم قياس تركيزات الغاز في نقاط مختلفة داخل الفضاء وفي الهواء المستخرج. هذا النوع من الفحص يجعل من الممكن استنتاج كيفية توزيع الهواء داخل الفضاء ومن ثم مقارنة فعالية أنظمة التهوية المختلفة.

الدراسات القليلة المتاحة التي تم إجراؤها في التركيبات القائمة الفعلية ليست قاطعة ، باستثناء ما يتعلق بحقيقة أن الأنظمة التي تستخدم التهوية عن طريق الإزاحة توفر تجديدًا أفضل للهواء. ومع ذلك ، في هذه الدراسات ، غالبًا ما يتم التعبير عن تحفظات بشأن النتائج بقدر ما لم يتم تأكيدها من خلال قياسات المستوى المحيط للتلوث في مواقع العمل.

الرجوع

تتمثل إحدى الوظائف الرئيسية للمبنى الذي يتم فيه تنفيذ الأنشطة غير الصناعية (المكاتب والمدارس والمساكن وما إلى ذلك) في توفير بيئة صحية ومريحة للساكنين للعمل فيها. تعتمد جودة هذه البيئة ، إلى حد كبير ، على ما إذا كانت أنظمة التهوية والتكييف للمبنى مصممة وصيانتها بشكل مناسب وتعمل بشكل صحيح.

لذلك يجب أن توفر هذه الأنظمة ظروفًا حرارية مقبولة (درجة الحرارة والرطوبة) ونوعية هواء داخلي مقبولة. بمعنى آخر ، يجب أن تهدف إلى مزيج مناسب من الهواء الخارجي مع الهواء الداخلي ويجب أن تستخدم أنظمة ترشيح وتنظيف قادرة على القضاء على الملوثات الموجودة في البيئة الداخلية.

تم التعبير عن فكرة أن الهواء الطلق النظيف ضروري للرفاهية في الأماكن الداخلية منذ القرن الثامن عشر. أدرك بنجامين فرانكلين أن الهواء في الغرفة يكون أكثر صحة إذا تم تزويده بالتهوية الطبيعية عن طريق فتح النوافذ. اكتسبت الفكرة القائلة بأن توفير كميات كبيرة من الهواء الخارجي يمكن أن تساعد في تقليل خطر الإصابة بأمراض مثل السل ، انتشارًا واسعًا في القرن التاسع عشر.

أظهرت الدراسات التي أجريت خلال الثلاثينيات أنه من أجل تخفيف التدفق البيولوجي البشري إلى تركيزات لا تسبب إزعاجًا بسبب الروائح ، فإن حجم الهواء الخارجي الجديد المطلوب للغرفة يتراوح بين 1930 و 17 مترًا مكعبًا في الساعة لكل راكب.

في المعيار رقم 62 المحدد في عام 1973 ، توصي الجمعية الأمريكية لمهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء (ASHRAE) بحد أدنى من التدفق يبلغ 34 مترًا مكعبًا من الهواء الخارجي في الساعة لكل راكب للسيطرة على الروائح. بحد أدنى 8.5 متر كحد أدنى³يوصى باستخدام / ساعة / شاغل لمنع ثاني أكسيد الكربون من تجاوز 2,500 جزء في المليون ، وهو نصف حد التعرض المحدد للإعدادات الصناعية.

هذه المنظمة نفسها ، في المعيار رقم 90 ، الذي تم وضعه في عام 1975 - في خضم أزمة طاقة - تبنت الحد الأدنى المطلق المذكور أعلاه ، وتركت جانباً ، مؤقتًا ، الحاجة إلى تدفقات تهوية أكبر لتخفيف الملوثات مثل دخان التبغ ، والتدفقات البيولوجية وما إلى ذلك. إيابا.

في معيارها رقم 62 (1981) ASHRAE تصحيح هذا الإغفال ووضعت توصيتها على 34 م³/ ساعة / ساكن للمناطق التي يسمح فيها بالتدخين و 8.5 م³/ ساعة / ساكن في مناطق يمنع فيها التدخين.

أحدث معيار نشرته ASHRAE ، أيضًا رقم 62 (1989) ، وضع حدًا أدنى يبلغ 25.5 مترًا³/ ساعة / شاغل للأماكن الداخلية المشغولة بصرف النظر عما إذا كان التدخين مسموحًا به أم لا. كما توصي بزيادة هذه القيمة عندما لا يتم خلط الهواء الداخل للمبنى بشكل مناسب في منطقة التنفس أو في حالة وجود مصادر غير عادية للتلوث في المبنى.

في عام 1992 ، نشرت لجنة المجتمعات الأوروبية إرشادات لمتطلبات التهوية في المباني. على عكس التوصيات الحالية لمعايير التهوية ، لا يحدد هذا الدليل أحجام تدفق التهوية التي يجب توفيرها لمساحة معينة ؛ بدلاً من ذلك ، فإنه يوفر توصيات يتم حسابها كدالة للجودة المرغوبة للهواء الداخلي.

تحدد معايير التهوية الحالية أحجامًا محددة لتدفق التهوية يجب توفيرها لكل راكب. توضح الاتجاهات الموضحة في الإرشادات الجديدة أن حسابات الحجم وحدها لا تضمن جودة جيدة للهواء الداخلي لكل مكان. هذا هو الحال لثلاثة أسباب أساسية.

أولاً ، يفترضون أن الركاب هم المصدر الوحيد للتلوث. تظهر الدراسات الحديثة أن مصادر التلوث الأخرى ، بالإضافة إلى شاغليها ، يجب أن تؤخذ في الاعتبار كمصادر محتملة للتلوث. تشمل الأمثلة الأثاث والمفروشات ونظام التهوية نفسه. السبب الثاني هو أن هذه المعايير توصي بنفس كمية الهواء الخارجي بغض النظر عن نوعية الهواء الذي يتم نقله إلى المبنى. والسبب الثالث هو أنها لا تحدد بوضوح نوعية الهواء الداخلي المطلوب لمساحة معينة. لذلك ، يُقترح أن تستند معايير التهوية المستقبلية إلى المباني الثلاثة التالية: اختيار فئة محددة من جودة الهواء للمساحة المراد تهويتها ، والحمل الإجمالي للملوثات في المكان المشغول ونوعية الهواء الخارجي المتاح .

جودة الهواء المدركة

يمكن تعريف جودة الهواء الداخلي على أنها درجة تلبية متطلبات ومتطلبات الإنسان. في الأساس ، يطلب شاغلي الفضاء شيئين من الهواء الذي يتنفسونه: إدراك الهواء الذي يتنفسونه على أنه طازج وليس كريهًا أو قديمًا أو مزعجًا ؛ ومعرفة أن الآثار الصحية الضارة التي قد تنجم عن استنشاق هذا الهواء لا تذكر.

من الشائع الاعتقاد بأن درجة جودة الهواء في مكان ما تعتمد على مكونات ذلك الهواء أكثر من اعتمادها على تأثير ذلك الهواء على الركاب. وبالتالي قد يبدو من السهل تقييم جودة الهواء ، بافتراض أنه من خلال معرفة تركيبته يمكن التأكد من جودته. تعمل طريقة تقييم جودة الهواء هذه بشكل جيد في البيئات الصناعية ، حيث نجد المركبات الكيميائية المتورطة أو المشتقة من عملية الإنتاج وحيث توجد أجهزة القياس والمعايير المرجعية لتقييم التركيزات. ومع ذلك ، لا تعمل هذه الطريقة في البيئات غير الصناعية. الأماكن غير الصناعية هي الأماكن التي يمكن العثور فيها على آلاف المواد الكيميائية ، ولكن بتركيزات منخفضة جدًا ، وأحيانًا أقل بألف مرة من حدود التعرض الموصى بها ؛ قد يؤدي تقييم هذه المواد واحدًا تلو الآخر إلى تقييم خاطئ لنوعية ذلك الهواء ، ومن المرجح أن يتم الحكم على الهواء بأنه عالي الجودة. ولكن هناك جانب مفقود لا يزال يتعين مراعاته ، وهو الافتقار إلى المعرفة الموجودة حول التأثير المشترك لتلك الآلاف من المواد على البشر ، وقد يكون هذا هو السبب في أن هذا الهواء يُنظر إليه على أنه كريه وعديم القيمة. أو مزعجة.

الاستنتاج الذي تم التوصل إليه هو أن الأساليب التقليدية المستخدمة في الصحة الصناعية ليست مهيأة بشكل جيد لتحديد درجة الجودة التي سيتصورها البشر الذين يتنفسون الهواء الذي يتم تقييمه. يتمثل البديل للتحليل الكيميائي في استخدام الأشخاص كأجهزة قياس لتقدير تلوث الهواء ، وتوظيف لجان من المحكمين لإجراء التقييمات.

يدرك البشر نوعية الهواء بحاستين: حاسة الشم الموجودة في تجويف الأنف وحساسة لمئات الآلاف من المواد ذات الرائحة ، والحس الكيميائي الموجود في الأغشية المخاطية للأنف والعينين ، والحساسية عدد مماثل من المواد المهيجة الموجودة في الهواء. إن الاستجابة المشتركة لهاتين الحسيين هي التي تحدد كيفية إدراك الهواء وتسمح للموضوع بالحكم على ما إذا كانت جودته مقبولة أم لا.

وحدة الذئب

واحد جبهة تحرير أورومو (من اللاتينية = شمي) هو معدل انبعاث ملوثات الهواء (التدفقات الحيوية) من شخص عادي. الشخص العادي هو شخص بالغ متوسط ​​يعمل في مكتب أو في مكان عمل غير صناعي مشابه ، مستقر وفي راحة حرارية مع معدات صحية قياسية تصل إلى 0.7 حمام / يوم. تم اختيار التلوث من إنسان لتعريف المصطلح جبهة تحرير أورومو لسببين: الأول هو أن التدفق البيولوجي المنبعث من الشخص معروف جيدًا ، والثاني هو وجود الكثير من البيانات حول عدم الرضا الناجم عن مثل هذه الانسياب البيولوجي.

يمكن التعبير عن أي مصدر آخر للتلوث على أنه عدد الأشخاص العاديين (الذئاب) اللازمين للتسبب في نفس القدر من عدم الرضا مثل مصدر التلوث الذي يتم تقييمه.

الشكل 1 يصور منحنى يعرّف الذئب. يوضح هذا المنحنى كيف يُنظر إلى التلوث الناتج عن شخص عادي (1 أولف) بمعدلات تهوية مختلفة ، ويسمح بحساب معدل الأفراد غير الراضين - وبعبارة أخرى ، أولئك الذين يرون أن جودة الهواء غير مقبولة بعد ذلك مباشرة. لقد دخلوا الغرفة. يعتمد المنحنى على دراسات أوروبية مختلفة ، حيث حكم 168 شخصًا على جودة الهواء الملوث من قبل أكثر من ألف شخص ، رجالًا ونساءً ، والتي تعتبر قياسية. تظهر دراسات مماثلة أجريت في أمريكا الشمالية واليابان درجة عالية من الارتباط مع البيانات الأوروبية.

الشكل 1. منحنى تعريف Olf

وحدة ديسيبول

يعتمد تركيز التلوث في الهواء على مصدر التلوث وتخفيفه نتيجة التهوية. يُعرَّف تلوث الهواء المتصور بأنه تركيز التدفق البيولوجي البشري الذي من شأنه أن يسبب نفس الانزعاج أو عدم الرضا مثل تركيز الهواء الملوث الذي يتم تقييمه. واحد ديسيبول (من اللاتينية تلوث) هو التلوث الناجم عن شخص عادي (1 أولف) عندما يكون معدل التهوية 10 لترات في الثانية من الهواء غير الملوث ، حتى نتمكن من الكتابة

1 ديسيبول = 0.1 أولف / (لتر / ثانية)

يوضح الشكل 2 ، المشتق من نفس البيانات مثل الشكل السابق ، العلاقة بين جودة الهواء المتصورة ، معبراً عنها كنسبة مئوية من الأفراد غير الراضين وفي الديسيبول.

الشكل 2. العلاقة بين نوعية الهواء المدركة معبراً عنها كنسبة مئوية من الأفراد غير الراضين وفي الديسيبول

لتحديد معدل التهوية المطلوبة من وجهة نظر الراحة ، من الضروري اختيار درجة جودة الهواء المطلوبة في المساحة المحددة. تم اقتراح ثلاث فئات أو مستويات للجودة في الجدول 1 ، وهي مشتقة من الشكلين 1 و 2. كل مستوى يتوافق مع نسبة معينة من الأشخاص غير الراضين. سيعتمد اختيار مستوى أو آخر ، في المقام الأول ، على الغرض الذي سيتم استخدام المساحة من أجله وعلى الاعتبارات الاقتصادية.

الجدول 1. مستويات جودة الهواء الداخلي

¹ بافتراض أن الهواء الخارجي نظيف وأن كفاءة نظام التهوية تساوي واحدًا.

المصدر: CEC 1992.

كما هو مذكور أعلاه ، فإن البيانات هي نتيجة التجارب التي أجريت مع هيئات التحكيم ، ولكن من المهم أن تضع في اعتبارك أن بعض المواد الموجودة في الهواء يمكن أن تكون خطيرة (المركبات المسرطنة والكائنات الدقيقة والمواد المشعة ، مثال) لا تتعرف عليه الحواس ، وأن التأثيرات الحسية للملوثات الأخرى لا تحمل أي علاقة كمية بسميتها.

مصادر التلوث

كما أشرنا سابقًا ، فإن أحد أوجه القصور في معايير التهوية الحالية هو أنها تأخذ في الاعتبار الركاب فقط كمصادر للتلوث ، في حين أنه من المسلم به أن المعايير المستقبلية يجب أن تأخذ جميع مصادر التلوث المحتملة في الاعتبار. بصرف النظر عن الركاب وأنشطتهم ، بما في ذلك احتمال تعرضهم للتدخين ، هناك مصادر أخرى للتلوث تساهم بشكل كبير في تلوث الهواء. تشمل الأمثلة الأثاث والمفروشات والسجاد ومواد البناء والمنتجات المستخدمة للزينة ومنتجات التنظيف ونظام التهوية نفسه.

ما يحدد عبء تلوث الهواء في مساحة معينة هو مزيج من كل مصادر التلوث هذه. يمكن التعبير عن هذا الحمل على أنه تلوث كيميائي أو تلوث حسي معبر عن الذئاب. هذا الأخير يدمج تأثير العديد من المواد الكيميائية كما يراها البشر.

الحمولة الكيميائية

يمكن التعبير عن التلوث الناتج عن مادة معينة على أنه معدل انبعاث كل مادة كيميائية. يتم حساب الحمل الإجمالي للتلوث الكيميائي عن طريق إضافة جميع المصادر ، ويتم التعبير عنه بالميكروجرام في الثانية (ميكروغرام / ثانية).

في الواقع ، قد يكون من الصعب حساب عبء التلوث لأنه غالبًا ما تتوفر القليل من البيانات حول معدلات انبعاث العديد من المواد شائعة الاستخدام.

الحمل الحسي

إن عبء التلوث الذي تدركه الحواس ناتج عن مصادر التلوث التي لها تأثير على جودة الهواء المدركة. يمكن حساب القيمة المعطاة لهذا الحمل الحسي عن طريق إضافة جميع الذئاب من مصادر التلوث المختلفة الموجودة في مساحة معينة. كما في الحالة السابقة ، لا يزال هناك الكثير من المعلومات المتاحة عن الذئاب لكل متر مربع (الذئاب / م²) من العديد من المواد. لهذا السبب ، فقد تبين أنه من العملي تقدير الحمل الحسي للمبنى بأكمله ، بما في ذلك الركاب والمفروشات ونظام التهوية.

يوضح الجدول 2 حمل التلوث في الذئاب من قبل شاغلي المبنى حيث يقومون بأنواع مختلفة من الأنشطة ، كنسبة ممن يدخنون ولا يدخنون ، وإنتاج مركبات مختلفة مثل ثاني أكسيد الكربون (CO).₂) وأول أكسيد الكربون (CO) وبخار الماء. يوضح الجدول 3 بعض الأمثلة لمعدلات الإشغال النموذجية في أنواع مختلفة من المساحات. وأخيرًا ، رقادر 4 يعكس نتائج الحمل الحسي - المقاس بالذئب لكل متر مربع - الموجود في المباني المختلفة.

الجدول 2. التلوث الناجم عن شاغلي المبنى

¹ 1 met هو معدل التمثيل الغذائي لشخص مستقر أثناء الراحة (1 met = 58 W / m² من سطح الجلد).
² متوسط ​​استهلاك 1.2 سيجارة / ساعة لكل مدخن. متوسط ​​معدل الانبعاث ، 44 مل من ثاني أكسيد الكربون لكل سيجارة.
³ من دخان التبغ.
⁴ ينطبق على الأشخاص القريبين من الحياد الحراري.

المصدر: CEC 1992.

الجدول 3. أمثلة على درجة إشغال المباني المختلفة

المصدر: CEC 1992.

الجدول 4. التلوث الناجم عن المبنى

¹ تم الحصول على البيانات في 24 مكتبًا مهيأة ميكانيكيًا.
² تم الحصول على البيانات في 6 مدارس مهواة ميكانيكيًا.
³ تم الحصول على البيانات في 9 مراكز رعاية أطفال مهواة ميكانيكيًا.
⁴ تم الحصول على البيانات في 5 غرف ذات تهوية ميكانيكية.
⁵ الهدف الذي يجب أن تصل إليه المباني الجديدة.

المصدر: CEC 1992.

جودة الهواء الخارجي

الفرضية الأخرى ، التي تستكمل المدخلات اللازمة لإنشاء معايير التهوية للمستقبل ، هي جودة الهواء الخارجي المتاح. تظهر قيم التعرض الموصى بها لبعض المواد ، من الداخل والخارج على حد سواء ، في المنشور إرشادات جودة الهواء لأوروبا من منظمة الصحة العالمية (1987).

يوضح الجدول 5 مستويات جودة الهواء الخارجي المدركة ، بالإضافة إلى تركيزات العديد من الملوثات الكيميائية النموذجية الموجودة في الخارج.

الجدول 5. مستويات جودة الهواء الخارجي

¹ قيم جودة الهواء المدركة هي قيم متوسطة يومية.
² تتوافق قيم الملوثات مع متوسط ​​التركيزات السنوية.

المصدر: CEC 1992.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه في كثير من الحالات يمكن أن تكون جودة الهواء الخارجي أسوأ من المستويات الموضحة في الجدول أو في المبادئ التوجيهية لمنظمة الصحة العالمية. في مثل هذه الحالات ، يجب تنظيف الهواء قبل نقله إلى الأماكن المشغولة.

كفاءة أنظمة التهوية

عامل مهم آخر سيؤثر على حساب متطلبات التهوية لمساحة معينة هو كفاءة التهوية (E_v) ، والتي يتم تعريفها على أنها العلاقة بين تركيز الملوثات في الهواء المستخرج (C_e) والتركيز في منطقة التنفس (C_b).

E_v = ج_e/C_b

تعتمد كفاءة التهوية على توزيع الهواء وموقع مصادر التلوث في المكان المحدد. إذا تم خلط الهواء والملوثات تمامًا ، فإن كفاءة التهوية تساوي واحدًا ؛ إذا كانت نوعية الهواء في منطقة التنفس أفضل من الهواء المستخرج ، فعندئذ تكون الكفاءة أكبر من واحد ويمكن تحقيق الجودة المرغوبة للهواء بمعدلات تهوية أقل. من ناحية أخرى ، ستكون هناك حاجة إلى معدلات تهوية أكبر إذا كانت كفاءة التهوية أقل من واحد ، أو بعبارة أخرى ، إذا كانت جودة الهواء في منطقة التنفس أقل جودة من الهواء المستخرج.

عند حساب كفاءة التهوية ، من المفيد تقسيم المساحات إلى منطقتين ، إحداهما يتم توصيل الهواء إليهما ، والأخرى تشمل باقي الغرفة. بالنسبة لأنظمة التهوية التي تعمل وفقًا لمبدأ الخلط ، توجد المنطقة التي يتم فيها توصيل الهواء بشكل عام فوق منطقة التنفس ، ويتم الوصول إلى أفضل الظروف عندما يكون الخلط شاملاً لدرجة أن كلا المنطقتين تصبح واحدة. بالنسبة لأنظمة التهوية التي تعمل وفقًا لمبدأ الإزاحة ، يتم توفير الهواء في المنطقة التي يشغلها الأشخاص وعادة ما توجد منطقة الاستخراج في الأعلى ؛ هنا يتم الوصول إلى أفضل الظروف عندما يكون الاختلاط بين المنطقتين في حده الأدنى.

وبالتالي ، فإن كفاءة التهوية هي دالة على موقع وخصائص العناصر التي تزود الهواء وتستخرجه وموقع وخصائص مصادر التلوث. بالإضافة إلى ذلك ، فهو أيضًا دالة لدرجة الحرارة وحجم الهواء المزود. من الممكن حساب كفاءة نظام التهوية عن طريق المحاكاة العددية أو بأخذ القياسات. عندما لا تتوفر البيانات ، يمكن استخدام القيم الواردة في الشكل 3 لأنظمة تهوية مختلفة. تأخذ هذه القيم المرجعية في الاعتبار تأثير توزيع الهواء ولكن ليس موقع مصادر التلوث ، بافتراض بدلاً من ذلك أنها موزعة بشكل موحد في جميع أنحاء مساحة التهوية.

الشكل 3. فعالية التهوية في منطقة التنفس وفقًا لمبادئ التهوية المختلفة

احتساب متطلبات التهوية

يوضح الشكل 4 المعادلات المستخدمة لحساب متطلبات التهوية من وجهة نظر الراحة وكذلك من وجهة نظر حماية الصحة.

الشكل 4. معادلات لحساب متطلبات التهوية

متطلبات التهوية للراحة

تتمثل الخطوات الأولى في حساب متطلبات الراحة في تحديد مستوى جودة الهواء الداخلي الذي يرغب المرء في الحصول عليه للمساحة المهواة (انظر الجدول 1) ، وتقدير جودة الهواء الخارجي المتاح (انظر الجدول 5).

تتمثل الخطوة التالية في تقدير الحمل الحسي ، باستخدام الجداول 8 و 9 و 10 لتحديد الأحمال وفقًا لشاغليها وأنشطتهم ونوع المبنى ومستوى الإشغال بالمتر المربع من السطح. يتم الحصول على القيمة الإجمالية بإضافة جميع البيانات.

اعتمادًا على مبدأ تشغيل نظام التهوية واستخدام الشكل 9 ، من الممكن تقدير كفاءة التهوية. سيؤدي تطبيق المعادلة (1) في الشكل 9 إلى الحصول على قيمة للكمية المطلوبة من التهوية.

متطلبات التهوية لحماية الصحة

إجراء مشابه للإجراء الموصوف أعلاه ، ولكن باستخدام المعادلة (2) في الشكل 3 ، سيوفر قيمة لتيار التهوية المطلوب لمنع المشاكل الصحية. لحساب هذه القيمة ، من الضروري تحديد مادة أو مجموعة من المواد الكيميائية الحرجة التي يقترحها المرء للتحكم وتقدير تركيزاتها في الهواء ؛ من الضروري أيضًا السماح بمعايير تقييم مختلفة ، مع مراعاة تأثيرات الملوثات وحساسية الركاب الذين ترغب في حمايتهم - الأطفال أو كبار السن ، على سبيل المثال.

لسوء الحظ ، لا يزال من الصعب تقدير متطلبات التهوية لحماية الصحة بسبب نقص المعلومات حول بعض المتغيرات التي تدخل في الحسابات ، مثل معدلات انبعاث الملوثات (G) ، معايير تقييم المساحات الداخلية (C_v) و اخرين.

تظهر الدراسات التي أجريت في الميدان أن المساحات التي تتطلب التهوية لتحقيق ظروف مريحة ، فإن تركيزات المواد الكيميائية منخفضة. ومع ذلك ، قد تحتوي تلك الأماكن على مصادر تلوث خطيرة. أفضل سياسة في هذه الحالات هي القضاء على مصادر التلوث أو استبدالها أو السيطرة عليها بدلاً من تخفيف الملوثات عن طريق التهوية العامة.

الرجوع

فيما يتعلق بالتدفئة ، ستعتمد احتياجات الشخص على العديد من العوامل. يمكن تصنيفها إلى مجموعتين رئيسيتين ، تلك المتعلقة بالمحيط وتلك المتعلقة بالعوامل البشرية. من بين تلك المتعلقة بالمحيط ، يمكن للمرء أن يحسب الجغرافيا (خط العرض والارتفاع) ، أو المناخ ، أو نوع التعرض للمساحة التي يتواجد فيها الشخص ، أو الحواجز التي تحمي الفضاء من البيئة الخارجية ، وما إلى ذلك من بين العوامل البشرية: استهلاك العامل للطاقة ، وتيرة العمل أو مقدار الجهد المطلوب للوظيفة ، والملابس أو الملابس المستخدمة ضد البرودة والتفضيلات أو الأذواق الشخصية.

الحاجة إلى التدفئة موسمية في العديد من المناطق ، لكن هذا لا يعني أن التدفئة يمكن الاستغناء عنها خلال موسم البرد. تؤثر الظروف البيئية الباردة على الصحة والكفاءة العقلية والبدنية والدقة وقد تزيد أحيانًا من مخاطر الحوادث. الهدف من نظام التدفئة هو الحفاظ على ظروف حرارية لطيفة تمنع أو تقلل من الآثار الصحية الضارة.

تسمح الخصائص الفسيولوجية لجسم الإنسان بتحمل التغيرات الكبيرة في الظروف الحرارية. يحافظ البشر على توازنهم الحراري من خلال منطقة ما تحت المهاد ، عن طريق المستقبلات الحرارية في الجلد ؛ يتم الاحتفاظ بدرجة حرارة الجسم بين 36 و 38 درجة مئوية كما هو موضح في الشكل 1.

الشكل 1. آليات التنظيم الحراري في البشر

تحتاج أنظمة التدفئة إلى آليات تحكم دقيقة للغاية ، خاصة في الحالات التي يؤدي فيها العمال مهامهم في وضع الجلوس أو في وضع ثابت لا يحفز الدورة الدموية إلى أطرافهم. عندما يسمح العمل المنجز بحركة معينة ، قد يكون التحكم في النظام أقل دقة إلى حد ما. أخيرًا ، عندما يتم تنفيذ العمل في ظروف معاكسة بشكل غير عادي ، كما هو الحال في غرف التبريد أو في الظروف المناخية شديدة البرودة ، يمكن اتخاذ تدابير داعمة لحماية الأنسجة الخاصة ، وتنظيم الوقت الذي يقضيه في ظل تلك الظروف أو لتوفير الحرارة بواسطة الأنظمة الكهربائية المدمجة في ثياب العامل.

تعريف ووصف البيئة الحرارية

أحد المتطلبات التي يمكن طلبها من أي نظام تدفئة أو تكييف هواء يعمل بشكل صحيح هو أنه يجب أن يسمح بالتحكم في المتغيرات التي تحدد البيئة الحرارية ، ضمن حدود محددة ، لكل موسم من السنة. هذه المتغيرات

1. درجة حرارة الهواء
2. متوسط ​​درجة حرارة الأسطح الداخلية التي تحدد المساحة
3. رطوبة الهواء
4. سرعات وتوحيد سرعات تدفق الهواء داخل الفضاء

لقد ثبت أن هناك علاقة بسيطة جدًا بين درجة حرارة الهواء وأسطح الجدران في مساحة معينة ، ودرجات الحرارة التي توفر نفس الإحساس الحراري الملحوظ في غرفة مختلفة. يمكن التعبير عن هذه العلاقة كـ

أين

T_أكل = درجة حرارة الهواء المكافئة لإحساس حراري معين

T_DBT = درجة حرارة الهواء المقاسة بميزان حرارة بصيلة جافة

T_أست = متوسط ​​درجة حرارة سطح الجدران المقاسة.

على سبيل المثال ، إذا كان الهواء والجدران في مساحة معينة عند 20 درجة مئوية ، فستكون درجة الحرارة المكافئة 20 درجة مئوية ، وسيكون الإحساس بالحرارة هو نفسه في الغرفة حيث يكون متوسط ​​درجة حرارة الجدران 15 درجة مئوية ودرجة حرارة الهواء 25 درجة مئوية ، لأن هذه الغرفة سيكون لها نفس درجة الحرارة المكافئة. من وجهة نظر درجة الحرارة ، سيكون الإحساس الملحوظ بالراحة الحرارية هو نفسه.

خصائص الهواء الرطب

عند تنفيذ خطة تكييف الهواء ، يجب أخذ ثلاثة أشياء في الاعتبار وهي الحالة الديناميكية الحرارية للهواء في الفضاء المحدد ، والهواء الخارجي ، والهواء الذي سيتم توفيره للغرفة. بعد ذلك ، سيعتمد اختيار نظام قادر على تحويل الخصائص الديناميكية الحرارية للهواء المزود بالغرفة على الأحمال الحرارية الموجودة لكل مكون. لذلك نحتاج إلى معرفة الخصائص الديناميكية الحرارية للهواء الرطب. وهم على النحو التالي:

T_DBT = قراءة درجة حرارة البصيلة الجافة ، مقاسة بميزان حرارة معزول عن الحرارة المشعة

T_DPT = قراءة درجة حرارة نقطة الندى. هذه هي درجة الحرارة التي يصل عندها الهواء الجاف غير المشبع إلى نقطة التشبع

W = علاقة رطوبة تتراوح من صفر للهواء الجاف إلى غرب_s للهواء المشبع. يتم التعبير عنه ككيلوغرام من بخار الماء بالكيلوغرام من الهواء الجاف

RH = الرطوبة النسبية

t* = درجة الحرارة الديناميكية الحرارية مع بصيلة رطبة

v = حجم معين من الهواء وبخار الماء (معبرًا عنه بوحدات m³/كلغ). إنه معكوس الكثافة

H = المحتوى الحراري ، كيلو كالوري / كجم من الهواء الجاف وبخار الماء المصاحب.

من بين المتغيرات المذكورة أعلاه ، يمكن قياس ثلاثة فقط بشكل مباشر. وهي قراءة درجة حرارة البصيلة الجافة ، وقراءة درجة حرارة نقطة الندى والرطوبة النسبية. هناك متغير رابع يمكن قياسه تجريبياً ، يعرف بدرجة حرارة البصيلة الرطبة. تُقاس درجة حرارة البصيلة الرطبة بميزان حرارة تم ترطيب المصباح به ويتم تحريكه ، عادةً بمساعدة حبال ، من خلال هواء رطب غير مشبع بسرعة معتدلة. يختلف هذا المتغير بمقدار ضئيل عن درجة الحرارة الديناميكية الحرارية مع لمبة جافة (3 في المائة) ، لذلك يمكن استخدام كلاهما للحسابات دون أن يخطئ كثيرًا.

مخطط القياس النفسي

الخصائص المحددة في القسم السابق مرتبطة وظيفيًا ويمكن تصويرها في شكل رسومي. يسمى هذا التمثيل البياني بالرسم البياني النفسي. إنه رسم بياني مبسط مشتق من جداول الجمعية الأمريكية لمهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء (ASHRAE). المحتوى الحراري ودرجة الرطوبة موضحة على إحداثيات الرسم التخطيطي ؛ توضح الخطوط المرسومة درجات الحرارة الجافة والرطبة والرطوبة النسبية والحجم المحدد. باستخدام الرسم البياني للقياس النفسي ، تتيح لك معرفة أي متغيرين من المتغيرات المذكورة أعلاه اشتقاق جميع خصائص الهواء الرطب.

شروط الراحة الحرارية

تُعرَّف الراحة الحرارية بأنها حالة ذهنية تعبر عن الرضا عن البيئة الحرارية. يتأثر بالعوامل الفيزيائية والفسيولوجية.

من الصعب وصف الشروط العامة التي يجب تلبيتها للراحة الحرارية لأن الظروف تختلف في مواقف العمل المختلفة ؛ قد تكون هناك حاجة لشروط مختلفة لنفس مركز العمل عندما يشغلها أشخاص مختلفون. لا يمكن تطبيق معيار تقني للظروف الحرارية المطلوبة للراحة على جميع البلدان بسبب الظروف المناخية المختلفة وعاداتها المختلفة التي تحكم الملابس.

تم إجراء دراسات مع العمال الذين يقومون بأعمال يدوية خفيفة ، ووضع سلسلة من المعايير لدرجة الحرارة والسرعة والرطوبة الموضحة في الجدول 1 (بيدفورد وشرينكو 1974).

الجدول 1. المعايير المقترحة للعوامل البيئية

العوامل المذكورة أعلاه مترابطة ، وتتطلب درجة حرارة أقل للهواء في الحالات التي يوجد فيها إشعاع حراري مرتفع وتتطلب درجة حرارة هواء أعلى عندما تكون سرعة تدفق الهواء أعلى أيضًا.

بشكل عام ، التصحيحات التي يجب القيام بها هي كما يلي:

يجب زيادة درجة حرارة الهواء:

• إذا كانت سرعة تدفق الهواء عالية

• لحالات العمل المستقرة

• إذا كانت الملابس المستخدمة خفيفة

• عندما يجب أن يتأقلم الناس مع درجات الحرارة الداخلية العالية.

يجب خفض درجة حرارة الهواء:

• إذا كان العمل ينطوي على عمل يدوي شاق

• عند استخدام الملابس الدافئة.

للحصول على إحساس جيد بالراحة الحرارية ، فإن أكثر المواقف المرغوبة هي الحالة التي تكون فيها درجة حرارة البيئة أعلى قليلاً من درجة حرارة الهواء ، وحيث يكون تدفق الطاقة الحرارية المشعة هو نفسه في جميع الاتجاهات وليس مفرطًا في الحمل. يجب تقليل الزيادة في درجة الحرارة بالارتفاع إلى الحد الأدنى ، مع الحفاظ على دفء القدمين دون خلق الكثير من الحمل الحراري الزائد. عامل مهم له تأثير على الإحساس بالراحة الحرارية هو سرعة تدفق الهواء. توجد رسوم بيانية توضح سرعات الهواء الموصى بها كدالة للنشاط الجاري تنفيذه ونوع الملابس المستخدمة (الشكل 2).

الشكل 2. تعتمد مناطق الراحة على قراءات درجات الحرارة الإجمالية وسرعة التيارات الهوائية

توجد في بعض البلدان معايير للحد الأدنى من درجات الحرارة البيئية ، ولكن لم يتم تحديد القيم المثلى بعد. عادةً ما تكون القيمة القصوى لدرجة حرارة الهواء 20 درجة مئوية. مع التحسينات التقنية الحديثة ، ازداد تعقيد قياس الراحة الحرارية. ظهرت العديد من الفهارس ، بما في ذلك مؤشر درجة الحرارة الفعالة (ET) ومؤشر درجة الحرارة الفعالة ، المصححة (CET) ؛ مؤشر زيادة السعرات الحرارية. مؤشر الإجهاد الحراري (HSI) ؛ درجة حرارة الكرة الأرضية الرطبة (WBGT) ؛ ومؤشر Fanger للقيم المتوسطة (IMV) ، من بين أمور أخرى. يسمح لنا مؤشر WBGT بتحديد فترات الراحة المطلوبة كدالة لشدة العمل المنجز وذلك لمنع الإجهاد الحراري في ظل ظروف العمل. تمت مناقشة هذا بشكل كامل في الفصل الحرارة والباردة.

منطقة الراحة الحرارية في مخطط القياس النفسي

النطاق على الرسم البياني للقياس النفسي المطابق للظروف التي يدرك فيها الشخص البالغ الراحة الحرارية تمت دراسته بعناية وتم تحديده في معيار ASHRAE بناءً على درجة الحرارة الفعالة ، والتي تم تعريفها على أنها درجة الحرارة المقاسة بمقياس حرارة بصيلة جافة في غرفة موحدة مع 50 نسبة الرطوبة النسبية ، حيث سيكون للناس نفس تبادل الحرارة بواسطة الطاقة المشعة والحمل الحراري والتبخر كما لو كان مع مستوى الرطوبة في البيئة المحلية المعينة. يتم تحديد مقياس درجة الحرارة الفعالة بواسطة ASHRAE لمستوى الملابس 0.6 clo- كلو هو وحدة عزل ؛ 1 كلو يتوافق مع العزل الذي توفره مجموعة الملابس العادية - التي تفترض مستوى عزل حراري يبلغ 0.155 كلفن م²W^-1، حيث K هو تبادل الحرارة بالتوصيل المقاس بالواط لكل متر مربع (W · m^-2) لحركة هواء مقدارها 0.2 مللي ثانية^-1 (أثناء الراحة) ، للتعرض لمدة ساعة واحدة عند نشاط مستقر مختار 1 متر (وحدة معدل الأيض = 50 كيلو كالوري / م²ح). تظهر منطقة الراحة هذه في الشكل 2 ويمكن استخدامها للبيئات الحرارية حيث تكون درجة الحرارة المقاسة من الحرارة المشعة مماثلة تقريبًا لدرجة الحرارة المقاسة بواسطة مقياس حرارة بصيلة جافة ، وحيث تكون سرعة تدفق الهواء أقل من 0.2 مللي ثانية^-1 للأشخاص الذين يرتدون ملابس خفيفة ويقومون بأنشطة غير مستقرة.

صيغة الراحة: طريقة Fanger

تعتمد الطريقة التي طورها PO Fanger على صيغة تربط متغيرات درجة الحرارة المحيطة ، ومتوسط ​​درجة الحرارة المشعة ، والسرعة النسبية لتدفق الهواء ، وضغط بخار الماء في الهواء المحيط ، ومستوى النشاط والمقاومة الحرارية للملابس التي يتم ارتداؤها. يظهر مثال مشتق من صيغة الراحة في الجدول 2 ، والذي يمكن استخدامه في التطبيقات العملية للحصول على درجة حرارة مريحة كدالة للملابس التي يتم ارتداؤها ، ومعدل التمثيل الغذائي للنشاط المنفذ وسرعة تدفق الهواء.

الجدول 2. درجات حرارة الراحة الحرارية (درجة مئوية) ، عند 50٪ رطوبة نسبية (بناءً على صيغة PO Fanger)

أنظمة التدفئة

يجب أن يرتبط تصميم أي نظام تدفئة ارتباطًا مباشرًا بالعمل الذي سيتم تنفيذه وخصائص المبنى الذي سيتم تركيبه فيه. من الصعب العثور ، في حالة المباني الصناعية ، على مشاريع يتم فيها مراعاة احتياجات التدفئة للعمال ، غالبًا لأن العمليات ومحطات العمل لم يتم تحديدها بعد. عادةً ما يتم تصميم الأنظمة بمدى حر للغاية ، مع مراعاة الأحمال الحرارية التي ستكون موجودة في المبنى وكمية الحرارة التي يجب توفيرها للحفاظ على درجة حرارة معينة داخل المبنى ، بغض النظر عن توزيع الحرارة ، وحالة محطات العمل وعوامل أخرى أقل عمومية بالمثل. هذا يؤدي إلى أوجه قصور في تصميم بعض المباني التي تترجم إلى عيوب مثل البقع الباردة ، والمسودات ، وعدد غير كافٍ من عناصر التدفئة وغيرها من المشاكل.

للحصول على نظام تدفئة جيد في تخطيط المبنى ، فيما يلي بعض الاعتبارات التي يجب معالجتها:

• ضع في اعتبارك الوضع المناسب للعزل لتوفير الطاقة وتقليل تدرجات درجة الحرارة داخل المبنى.

• قلل قدر الإمكان من تسرب الهواء البارد إلى المبنى لتقليل التغيرات في درجات الحرارة في مناطق العمل.

• التحكم في تلوث الهواء من خلال الاستخراج الموضعي للهواء والتهوية عن طريق الإزاحة أو الانتشار.

• التحكم في انبعاث الحرارة نتيجة العمليات المستخدمة في المبنى وتوزيعها في المناطق المشغولة بالمبنى.

عندما يتم توفير التدفئة بواسطة الشعلات بدون مداخن العادم ، يجب إيلاء اهتمام خاص لاستنشاق نواتج الاحتراق. عادة ، عندما تكون المواد القابلة للاحتراق عبارة عن زيت تسخين أو غاز أو فحم الكوك ، فإنها تنتج ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون ومنتجات الاحتراق الأخرى. توجد حدود للتعرض البشري لهذه المركبات ويجب التحكم فيها ، خاصة في الأماكن المغلقة حيث يمكن أن يزداد تركيز هذه الغازات بسرعة ويمكن أن تنخفض كفاءة تفاعل الاحتراق.

يتطلب تخطيط نظام التدفئة دائمًا موازنة مختلف الاعتبارات ، مثل التكلفة الأولية المنخفضة ومرونة الخدمة وكفاءة الطاقة وإمكانية التطبيق. لذلك ، فإن استخدام الكهرباء في غير ساعات الذروة عندما تكون أرخص ، على سبيل المثال ، يمكن أن يجعل السخانات الكهربائية فعالة من حيث التكلفة. يعد استخدام الأنظمة الكيميائية لتخزين الحرارة التي يمكن استخدامها أثناء ذروة الطلب (باستخدام كبريتيد الصوديوم ، على سبيل المثال) خيارًا آخر. من الممكن أيضًا دراسة وضع العديد من الأنظمة المختلفة معًا ، مما يجعلها تعمل بطريقة يمكن من خلالها تحسين التكاليف.

يعد تركيب السخانات القادرة على استخدام الغاز أو زيت التدفئة أمرًا مثيرًا للاهتمام بشكل خاص. يعني الاستخدام المباشر للكهرباء استهلاك طاقة من الدرجة الأولى والتي قد تكون مكلفة في كثير من الحالات ، ولكن هذا قد يوفر المرونة اللازمة في ظل ظروف معينة. يمكن للمضخات الحرارية وأنظمة التوليد المشترك الأخرى التي تستفيد من الحرارة المتبقية أن توفر حلولًا قد تكون مفيدة للغاية من الناحية المالية. تكمن مشكلة هذه الأنظمة في ارتفاع تكلفتها الأولية.

يتمثل اتجاه أنظمة التدفئة وتكييف الهواء اليوم في تحقيق الأداء الأمثل وتوفير الطاقة. لذلك ، تشتمل الأنظمة الجديدة على أجهزة استشعار وأدوات تحكم موزعة في جميع أنحاء المساحات المراد تسخينها ، ولا تحصل على مصدر للحرارة إلا خلال الأوقات اللازمة للحصول على الراحة الحرارية. يمكن أن توفر هذه الأنظمة ما يصل إلى 30٪ من تكاليف الطاقة للتدفئة. يوضح الشكل 3 بعض أنظمة التدفئة المتاحة ، مما يشير إلى خصائصها الإيجابية وعيوبها.

الشكل 3. خصائص أنظمة التدفئة الأكثر شيوعًا المستخدمة في مواقع العمل

أنظمة تكييف الهواء

تُظهر التجربة أن البيئات الصناعية القريبة من منطقة الراحة خلال أشهر الصيف تزيد الإنتاجية ، وتميل إلى تسجيل عدد أقل من الحوادث ، وتقل نسبة التغيب عن العمل ، وتساهم بشكل عام في تحسين العلاقات الإنسانية. في حالة مؤسسات البيع بالتجزئة والمستشفيات والمباني ذات الأسطح الكبيرة ، يحتاج تكييف الهواء عادةً إلى التوجيه ليكون قادرًا على توفير الراحة الحرارية عندما تتطلب الظروف الخارجية ذلك.

في بعض البيئات الصناعية حيث تكون الظروف الخارجية شديدة للغاية ، فإن الهدف من أنظمة التدفئة موجه أكثر لتوفير حرارة كافية لمنع الآثار الصحية الضارة المحتملة بدلاً من توفير حرارة كافية لبيئة حرارية مريحة. العوامل التي يجب مراقبتها بعناية هي الصيانة والاستخدام السليم لمعدات تكييف الهواء ، خاصة عندما تكون مزودة بأجهزة ترطيب ، لأنها يمكن أن تصبح مصادر للتلوث الجرثومي مع المخاطر التي قد تشكلها هذه الملوثات على صحة الإنسان.

تميل أنظمة التهوية والتحكم في المناخ اليوم إلى تغطية ، بشكل مشترك وغالبًا باستخدام نفس التركيب ، احتياجات التدفئة والتبريد وتكييف هواء المبنى. يمكن استخدام تصنيفات متعددة لأنظمة التبريد.

اعتمادًا على تكوين النظام ، يمكن تصنيفها بالطريقة التالية:

• وحدات محكمة الغلق ، مع سائل تبريد مركب في المصنع ، يمكن فتحه وإعادة شحنه في ورشة الإصلاح. هذه هي وحدات تكييف الهواء التي تستخدم عادة في المكاتب والمساكن وما شابه ذلك.

• وحدات شبه محكمة الغلق متوسطة الحجم ومصنعة في المصنع وذات حجم أكبر من الوحدات المنزلية ويمكن إصلاحها من خلال فتحات مصممة لهذا الغرض.

• أنظمة مجزأة للمستودعات والأسطح الكبيرة ، والتي تتكون من أجزاء ومكونات يتم تمييزها بوضوح ومنفصلة ماديًا (الضاغط والمكثف منفصلان فعليًا عن المبخر وصمام التمدد). يتم استخدامها لمباني المكاتب الكبيرة والفنادق والمستشفيات والمصانع الكبيرة والمباني الصناعية.

اعتمادًا على التغطية التي يقدمونها ، يمكن تصنيفها بالطريقة التالية:

• أنظمة منطقة واحدة: وحدة معالجة هواء واحدة تخدم غرفًا مختلفة في نفس المبنى وفي نفس الوقت. الغرف المخدومة لها احتياجات تدفئة وتبريد وتهوية مماثلة ويتم تنظيمها بواسطة تحكم مشترك (ترموستات أو جهاز مشابه). يمكن أن ينتهي الأمر بأنظمة من هذا النوع غير قادرة على توفير مستوى مناسب من الراحة لكل غرفة إذا لم تأخذ خطة التصميم في الاعتبار الأحمال الحرارية المختلفة بين الغرف في نفس المنطقة. قد يحدث هذا عندما تكون هناك زيادة في إشغال الغرفة أو عند إضافة الإضاءة أو مصادر الحرارة الأخرى ، مثل أجهزة الكمبيوتر أو آلات النسخ ، والتي لم تكن متوقعة أثناء التصميم الأصلي للنظام. قد يحدث الانزعاج أيضًا بسبب التغيرات الموسمية في كمية الإشعاع الشمسي التي تتلقاها الغرفة ، أو حتى بسبب التغييرات من غرفة إلى أخرى خلال اليوم.

• أنظمة لمناطق متعددة: يمكن للأنظمة من هذا النوع أن توفر مناطق مختلفة بهواء بدرجات حرارة ورطوبة مختلفة عن طريق تسخين الهواء أو تبريده أو ترطيبه أو تجفيفه في كل منطقة وعن طريق تغيير تدفق الهواء. هذه الأنظمة ، حتى لو كانت تحتوي عمومًا على وحدة تبريد هواء مشتركة ومركزية (ضاغط ، مبخر ، إلخ) ، فهي مجهزة بمجموعة متنوعة من العناصر ، مثل الأجهزة التي تتحكم في تدفق الهواء ، وملفات التسخين ، وأجهزة الترطيب. هذه الأنظمة قادرة على تعديل ظروف الغرفة بناءً على أحمال حرارية محددة ، والتي تكتشفها عن طريق أجهزة الاستشعار الموزعة في الغرف في جميع أنحاء المنطقة التي تخدمها.

• اعتمادًا على تدفق الهواء الذي تضخه هذه الأنظمة إلى المبنى ، يتم تصنيفها بالطريقة التالية:

• الحجم الثابت (CV): تضخ هذه الأنظمة تدفقًا ثابتًا للهواء إلى كل غرفة. تتأثر التغيرات في درجات الحرارة بتسخين الهواء أو تبريده. تخلط هذه الأنظمة في كثير من الأحيان نسبة مئوية من الهواء الخارجي مع الهواء الداخلي المعاد تدويره.

• الحجم المتغير (VAV): تحافظ هذه الأنظمة على الراحة الحرارية من خلال تغيير كمية الهواء الساخن أو المبرد الذي يتم توفيره لكل مساحة. على الرغم من أنها تعمل بشكل أساسي بناءً على مبدأ الخلط هذا ، إلا أنه يمكن أيضًا دمجها مع الأنظمة التي تغير درجة حرارة الهواء الذي تدخله في الغرفة.

المشاكل التي تصيب هذه الأنواع من الأنظمة في أغلب الأحيان هي التسخين أو التبريد الزائد إذا لم يتم ضبط النظام للاستجابة للتغيرات في الأحمال الحرارية ، أو نقص التهوية إذا لم يقدم النظام الحد الأدنى من الهواء الخارجي لتجديد التدوير الهواء الداخلي. هذا يخلق بيئات داخلية قديمة تتدهور فيها جودة الهواء.

العناصر الأساسية لجميع أنظمة تكييف الهواء هي (انظر أيضًا الشكل 4):

• وحدات للاحتفاظ بالمادة الصلبة ، وعادة ما تكون أكياس المرشحات أو المرسبات الكهروستاتيكية.

• وحدات تسخين أو تبريد الهواء: يتم تبادل الحرارة في هذه الوحدات عن طريق التبادل الحراري بالماء البارد أو سوائل التبريد ، عن طريق التهوية القسرية في الصيف وعن طريق التسخين بملفات كهربائية أو عن طريق الاحتراق في الشتاء.

• وحدات للتحكم في الرطوبة: في الشتاء يمكن إضافة الرطوبة عن طريق الحقن المباشر لبخار الماء أو عن طريق التبخر المباشر للمياه ؛ في الصيف يمكن إزالته عن طريق لفائف مبردة تكثف الرطوبة الزائدة في الهواء ، أو عن طريق نظام الماء المبرد الذي يتدفق فيه الهواء الرطب عبر ستارة من قطرات الماء أبرد من نقطة تكثف الهواء الرطب.

الشكل 4. رسم تخطيطي مبسط لنظام تكييف الهواء

الرجوع

التأين هو إحدى التقنيات المستخدمة لإزالة الجسيمات من الهواء. تعمل الأيونات كنواة تكثيف للجسيمات الصغيرة التي ، عندما تلتصق ببعضها البعض ، تنمو وترسب.

يكون تركيز الأيونات في الأماكن المغلقة ، كقاعدة عامة ، أقل من تركيز الأيونات في الأماكن المفتوحة ، إذا لم تكن هناك مصادر إضافية للأيونات. ومن هنا جاء الاعتقاد بأن زيادة تركيز الأيونات السالبة في الهواء الداخلي يحسن جودة الهواء.

تؤكد بعض الدراسات المستندة إلى البيانات الوبائية والبحوث التجريبية المخطط لها أن زيادة تركيز الأيونات السالبة في بيئات العمل تؤدي إلى تحسين كفاءة العمال وتعزز الحالة المزاجية للموظفين ، في حين أن الأيونات الموجبة لها تأثير سلبي. ومع ذلك ، تظهر الدراسات الموازية أن البيانات الموجودة حول آثار التأين السلبي على إنتاجية العمال غير متسقة ومتناقضة. لذلك ، يبدو أنه لا يزال من غير الممكن التأكيد بشكل قاطع على أن توليد الأيونات السالبة مفيد حقًا.

التأين الطبيعي

يمكن لجزيئات الغاز الفردية في الغلاف الجوي أن تتأين سلبًا عن طريق اكتساب إلكترون أو فقدانه بشكل إيجابي. لكي يحدث هذا ، يجب أن يكتسب جزيء معين أولاً طاقة كافية - تسمى عادةً طاقة التأين من هذا الجزيء المعين. تحدث العديد من مصادر الطاقة ، سواء من أصل كوني أو أرضي ، في الطبيعة القادرة على إنتاج هذه الظاهرة: إشعاع الخلفية في الغلاف الجوي ؛ الموجات الشمسية الكهرومغناطيسية (خاصة الأشعة فوق البنفسجية) ، الأشعة الكونية ، ذرات السوائل مثل الرذاذ الناتج عن الشلالات ، حركة كتل كبيرة من الهواء فوق سطح الأرض ، الظواهر الكهربائية مثل البرق والعواصف ، عملية الاحتراق والمواد المشعة .

يبدو أن التكوينات الكهربائية للأيونات التي تتشكل بهذه الطريقة ، رغم أنها غير معروفة تمامًا حتى الآن ، تشمل أيونات الكربنة و H₊، ح₃O₊، و₊، N₊، أوه^-، ح₂O^- و يا₂^-. يمكن أن تتجمع هذه الجزيئات المتأينة من خلال الامتصاص على الجسيمات العالقة (الضباب والسيليكا وغيرها من الملوثات). تصنف الأيونات حسب حجمها وقدرتها على الحركة. يُعرَّف الأخير على أنه سرعة في مجال كهربائي يُعبر عنه بوحدة مثل السنتيمتر في الثانية بالجهد لكل سنتيمتر (سم / ث / فولت / سم) ، أو بشكل أكثر إحكاما ،

تميل أيونات الغلاف الجوي إلى الاختفاء عن طريق إعادة التركيب. يعتمد نصف عمرهم على حجمهم ويتناسب عكسياً مع قدرتهم على الحركة. تكون الأيونات السالبة أصغر إحصائيًا ويبلغ عمر النصف لها عدة دقائق ، بينما الأيونات الموجبة أكبر وعمرها النصفي حوالي نصف ساعة. ال الشحنة المكانية هو حاصل تركيز الأيونات الموجبة وتركيز الأيونات السالبة. قيمة هذه العلاقة أكبر من واحد وتعتمد على عوامل مثل المناخ والموقع وموسم السنة. في أماكن المعيشة ، يمكن أن يكون لهذا المعامل قيم أقل من واحد. ترد الخصائص في الجدول 1.

الجدول 1. خصائص الأيونات لحركات معينة وقطرها

التأين الاصطناعي

يعدل النشاط البشري التأين الطبيعي للهواء. يمكن أن يحدث التأين الاصطناعي بسبب العمليات الصناعية والنووية والحرائق. تفضل الجسيمات العالقة في الهواء تكوين أيونات لانجفين (أيونات متجمعة في الجسيمات). تزيد المشعات الكهربائية من تركيز الأيونات الموجبة بشكل كبير. تعمل مكيفات الهواء أيضًا على زيادة الشحن المكاني للهواء الداخلي.

توجد في أماكن العمل آلات تنتج الأيونات الموجبة والسالبة في آن واحد ، كما هو الحال في الآلات التي تعتبر مصادر محلية مهمة للطاقة الميكانيكية (المكابس ، آلات الغزل والنسيج) ، والطاقة الكهربائية (المحركات ، والطابعات الإلكترونية ، وآلات النسخ ، وخطوط الجهد العالي والمنشآت. ) ، الطاقة الكهرومغناطيسية (شاشات الأشعة المهبطية ، أجهزة التلفزيون ، شاشات الكمبيوتر) أو الطاقة المشعة (العلاج بالكوبالت -42). تخلق هذه الأنواع من المعدات بيئات ذات تركيزات أعلى من الأيونات الموجبة نظرًا لعمر النصف الأعلى مقارنة بالأيونات السالبة.

التراكيز البيئية للأيونات

تختلف تركيزات الأيونات باختلاف الظروف البيئية والأرصاد الجوية. في المناطق ذات التلوث القليل ، مثل الغابات والجبال ، أو على ارتفاعات كبيرة ، ينمو تركيز الأيونات الصغيرة ؛ في المناطق القريبة من المصادر المشعة أو الشلالات أو منحدرات الأنهار يمكن أن تصل التركيزات إلى آلاف الأيونات الصغيرة لكل سنتيمتر مكعب. من ناحية أخرى ، بالقرب من البحر وعندما تكون مستويات الرطوبة عالية ، هناك فائض من الأيونات الكبيرة. بشكل عام ، متوسط ​​تركيز الأيونات السالبة والموجبة في الهواء النظيف هو 500 و 600 أيون لكل سنتيمتر مكعب على التوالي.

يمكن لبعض الرياح أن تحمل تركيزات كبيرة من الأيونات الموجبة - Föhn في سويسرا ، وسانتا آنا في الولايات المتحدة ، و Sirocco في شمال إفريقيا ، و Chinook في جبال روكي و Sharav في الشرق الأوسط.

في أماكن العمل التي لا توجد فيها عوامل مؤينة كبيرة ، غالبًا ما يكون هناك تراكم للأيونات الكبيرة. هذا صحيح بشكل خاص ، على سبيل المثال ، في الأماكن المغلقة بإحكام وفي المناجم. ينخفض ​​تركيز الأيونات السالبة بشكل كبير في الأماكن المغلقة وفي المناطق الملوثة أو المناطق المغبرة. هناك العديد من الأسباب وراء انخفاض تركيز الأيونات السالبة أيضًا في الأماكن المغلقة التي تحتوي على أنظمة تكييف الهواء. أحد الأسباب هو أن الأيونات السالبة تظل محاصرة في مجاري الهواء وفلاتر الهواء أو تنجذب إلى الأسطح المشحونة إيجابياً. شاشات أشعة الكاثود وشاشات الكمبيوتر ، على سبيل المثال ، ذات شحنة موجبة ، مما يخلق في جوارها المباشر نقصًا في المناخ المحلي في الأيونات السالبة. يبدو أيضًا أن أنظمة تنقية الهواء المصممة "للغرف النظيفة" التي تتطلب إبقاء مستويات التلوث بالجسيمات عند أدنى مستوى ممكن جدًا تقضي على الأيونات السالبة.

من ناحية أخرى ، تؤدي زيادة الرطوبة إلى تكثيف الأيونات ، بينما يؤدي نقصها إلى تكوين بيئات جافة بكميات كبيرة من الشحنات الكهروستاتيكية. تتراكم هذه الشحنات الكهروستاتيكية في البلاستيك والألياف الصناعية ، سواء في الغرفة أو على الأشخاص.

مولدات أيون

تقوم المولدات بتأين الهواء عن طريق توصيل كمية كبيرة من الطاقة. قد تأتي هذه الطاقة من مصدر لإشعاع ألفا (مثل التريتيوم) أو من مصدر للكهرباء عن طريق تطبيق جهد عالٍ على قطب كهربائي مدبب بشكل حاد. المصادر المشعة محظورة في معظم البلدان بسبب المشاكل الثانوية للنشاط الإشعاعي.

تصنع المولدات الكهربائية من قطب كهربائي مدبب محاط بتاج ؛ يتم تزويد القطب بجهد سلبي يبلغ آلاف الفولتات ، ويتم تأريض التاج. يتم طرد الأيونات السالبة بينما تنجذب الأيونات الموجبة إلى المولد. تزداد كمية الأيونات السالبة المتولدة بما يتناسب مع الجهد المطبق وعدد الأقطاب الكهربائية التي يحتوي عليها. تعد المولدات التي تحتوي على عدد أكبر من الأقطاب الكهربائية وتستخدم جهدًا أقل أمانًا ، لأنه عندما يتجاوز الجهد 8,000 إلى 10,000 فولت ، فإن المولد لن ينتج أيونات فحسب ، بل ينتج أيضًا الأوزون وبعض أكاسيد النيتروز. يتم تحقيق انتشار الأيونات عن طريق التنافر الكهروستاتيكي.

سيعتمد هجرة الأيونات على محاذاة المجال المغناطيسي المتولد بين نقطة الانبعاث والأشياء المحيطة بها. تركيز الأيونات المحيطة بالمولدات ليس متجانسًا ويقل بشكل كبير مع زيادة المسافة عنها. ستعمل المراوح المثبتة في هذا الجهاز على زيادة منطقة التشتت الأيوني. من المهم أن تتذكر أن العناصر النشطة للمولدات تحتاج إلى التنظيف بشكل دوري لضمان حسن سير العمل.

قد تعتمد المولدات أيضًا على رذاذ الماء أو التأثيرات الكهروحرارية أو الأشعة فوق البنفسجية. هناك أنواع وأحجام مختلفة من المولدات. يمكن تثبيتها على الأسقف والجدران أو يمكن وضعها في أي مكان إذا كانت من النوع الصغير القابل للحمل.

قياس الأيونات

يتم تصنيع أجهزة قياس الأيونات عن طريق وضع لوحين موصلين على مسافة 0.75 سم وتطبيق جهد متغير. يتم قياس الأيونات المجمعة بواسطة مقياس الضغط البيكو ويتم تسجيل شدة التيار. تسمح الفولتية المتغيرة بقياس تركيزات الأيونات ذات الحركات المختلفة. تركيز الأيونات (N) من شدة التيار الكهربائي المتولد باستخدام الصيغة التالية:

أين I هو التيار بالأمبير ، V هي سرعة تدفق الهواء ، q هي شحنة أيون أحادي التكافؤ (1.6 × 10^-19) في كولومبس و A هي المنطقة الفعالة لألواح التجميع. من المفترض أن جميع الأيونات لها شحنة واحدة وأنه يتم الاحتفاظ بها جميعًا في المجمع. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن هذه الطريقة لها حدودها بسبب تيار الخلفية وتأثير عوامل أخرى مثل الرطوبة ومجالات الكهرباء الساكنة.

آثار الأيونات على الجسم

الأيونات السالبة الصغيرة هي تلك التي من المفترض أن يكون لها أكبر تأثير بيولوجي بسبب قدرتها على الحركة بشكل أكبر. يمكن للتركيزات العالية من الأيونات السالبة أن تقتل أو تمنع نمو مسببات الأمراض المجهرية ، ولكن لم يتم وصف أي آثار ضارة على البشر.

تشير بعض الدراسات إلى أن التعرض لتركيزات عالية من الأيونات السالبة ينتج عنه تغيرات كيميائية حيوية وفسيولوجية لدى بعض الأشخاص يكون لها تأثير مهدئ ، وتقلل من التوتر والصداع ، وتحسن اليقظة وتقلل من وقت رد الفعل. يمكن أن تكون هذه التأثيرات ناتجة عن كبت الهرمون العصبي السيروتونين (5-HT) والهستامين في البيئات المحملة بالأيونات السالبة ؛ يمكن أن تؤثر هذه العوامل على شريحة شديدة الحساسية من السكان. ومع ذلك ، توصلت دراسات أخرى إلى استنتاجات مختلفة حول تأثيرات الأيونات السالبة على الجسم. لذلك ، لا تزال فوائد التأين السلبي مفتوحة للنقاش وهناك حاجة إلى مزيد من الدراسة قبل البت في الأمر.

الرجوع