Распределение и движение воздушной ионно-озонной смеси в спортивном зале Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 502/504 : 631.3 В. Ф. СТОРЧЕВОЙ

РГАУ-МСХА имени К. А. Тимирязева

Н. Ф. СТОРЧЕВОЙ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учрежение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустроиства»

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ДВИЖЕНИЕ ВОЗДУШНОЙ ИОННО-ОЗОННОЙ СМЕСИ В СПОРТИВНОМ ЗАЛЕ

Рассмотрены вопросы использования ионизатора-озонатора в спортивном зале, движения и распределения ионно-озонной смеси в спортзале. Определены оптимальные режимы работы ионизатора-озонатора, процессы движения и распределения ион-но-озонной смеси, оптимальные (допустимые) концентрации ионов и молекул озона при эксплуатации ионизатора-озонатора в тренажерном зале.

Ионизатор-озонатор, разрядные системы, микроклимат, объем и расход воздуха, концентрация ионов и озона, алгебраические уравнения, аппроксимация.

There are considered questions of usage of the ionizer-ozonizer in the sports hall and nature of movement and distribution of the ion-ozone mixture in the sports hall. There are determined optimal regimes of the ionizer-ozonizer operation, processes of movement and distribution of the ion-ozone mixture, optimal (permissible) concentrations of ions and ozone molecules when exploiting the ionizer-zonizer in the gym.

Ionizer-ozonizer, bit systems, microclimate, volume and consumption of air, concentration of ions and ozone, algebraic equations, approximation.

При проведении тренировок в закры-

тых спортивных сооружениях отмечаются специфические «вредности», связанные с загрязнением воздуха разнообразными химическими веществами (пыль, пары, газы, микроорганизмы и т. д.), которые негативно влияют на организм спортсменов. Использование ионизаторов-озонаторов позволяет очистить воздух от таких примесей и снизить микробную загрязненность до предельно допустимой для спортивных помещений [1].

Распространение и движение воздушной ионно-озонной смеси в тренажерном зале осуществляется с помощью вентилятора проточного ионизатора-озонатора. Для обеспечения эффективных профилактических мероприятий в спортивных залах необходимо знать характер движения и распределения этой смеси в воздушной среде тренажерного зала с учетом изменения концентраций отрицательных ионов и озона на разных расстояниях от выпускного отверстия.

Известно, что приточная струя, входя в помещение, вовлекает в движение окружающие массы воздуха, в результате чего масса струи в направлении движения возрастает, а скорость движущегося воздуха уменьшается, причем сравнительно медленно [2, 3]. Так, на расстоянии 15 диаметров выпускного отверстия, из которого истекает воздух, сохраняется скорость, равная 0,2 начальной скорости, а объем перемещающегося воздуха увеличивается в 4,6 раза.

На рисунке 1 представлена схема воздушной изотермической ионно-озонной

струи, движущейся из круглого выпускного отверстия проточного ионизатора-озонатора.

Рис. 1. Схема изотермической воздушной ионно-озонной струи

Технологии и средства механизации

Струю можно разбить на два участка - начальный и основной. На начальном участке на оси струи сохраняется неизменная начальная скорость истечения ионов и молекул озона. Граница начального участка и положения полюса струи П (образующегося при пересечении границ основного участка) зависит от степени турбулентности струи. На основном участке скорость, как на оси струи, так и в периферийной части, по мере удаления от выпускного отверстия непрерывно уменьшается.

Профили скоростей движущегося воздуха в различных поперечных сечениях основного участка струи подобны и описываются одними и теми же безразмерными характеристиками. Угол бокового расширения основного участка струи составляет 12° 25'.

Относительную осевую скорость струи для круглого выпускного отверстия

рассчитывают так:

*

V*

концентрации ионов и озона в тренажерном зале, представленные на рисунках 2 и 3.

(1)

Y' - Y7 ' 1 о

где в0 - поправочный коэффициент, зависящий от конструктивной особенности насадки выпускного отверстия; У1 - относительное расстояние, равное отношению расстояния от выпускного отверстия до рассматриваемого сечения У к радиусу выпускного отверстия И.

Объемный относительный расход воздуха:

Lo = ^ = 0,155^(У' -У ).

(2)

Средняя относительная скорость по расходу:

V, 6,45^

V

м

*

V«

У' - У

8000

7000

6000

"й 5000

\ ч

И 1= 4000

к 3000

2000

1000

0

Омизйюн^ючз® СЧ|тЧ

о ^н* ^ гн" еч ООО ^н

Ь, м

Рис. 2. Распространение отрицательных ионов по длине струи проточного ионизатора-озонатора: У, У1 - опытные данные; У2 - расчетные

(3)

■'о ^о

Из формул (2) и (3) видно, что концентрация отрицательных ионов и озона резко падает при переходе с начального участка струи в основной участок струи (примерно в 3 раза по ионам и в 2 раза по озону).

Формулы (1)...(3) позволяют рассчитывать лишь относительный объем воздуха и относительную скорость движения воздушной ионно-озонной струи без учета изменения концентраций ионов и молекул озона. Выявление изменений средних концентраций ионов и озона по длине струи производили экспериментально при постоянной скорости движения воздушной ионно-озонной струи, температуре, влажности. В результате были получены зависимости изменения

Ь, м

Рис. 3. Распространение озона в тренажерном зале по длине струи проточного ионизатора-озонатора: У, У1 - опытные данные; У2 - расчетные

Это можно объяснить тем, что на границе соприкосновения ионно-озонной смеси с окружающим воздухом тренажерного зала возникает турбулентное перемешивание, вызывающее обмен импульсов

энергии между заряженными и свободными молекулами воздушной массы. На основном участке воздушной ионно-озонной струи снижение концентраций ионов и озона проходит более плавно.

Аппроксимацию этих графических зависимостей проводили функциями (по методу наименьших квадратов). Значимость этих функций определяли через величину Л2:

R = 1

I( y - Y)

(I Y)

(К Y )2 ■

(4)

n

Аппроксимацию

n = -15,13 +19,91 +127,81í2

-18,89í3 + 0,69í4;

по озону (R2 = 0,96) -

_vM_6,45^

vm =

Y' - Yn

(7)

(8)

10

графических зависимостей изменения концентраций ионов и озона при распределении и движении воздушной ионно-озонной смеси по длине струи можно выразить так:

по отрицательным ионам (R2 = 0,9691) -

n = 6600,4 • L"10092, (5)

где n - концентрация отрицательных ионов; L - длина воздушной ионно-озонной струи;

по озону (R2 = 0,9769) -

03 = 48,684 - 41,31L +

+16,474L2 -3,467L3 +

+ 0,3935L4 - 0,0227L5 + 0,0005L6. (6)

С течением времени количество озона и ионов достигает требуемых концентраций, так как воздух активно перемешивается воздушной ионно-озонной смесью вентилятором прибора.

Из рисунка 4 видно, что после 30-минутной работы ионизатора-озонатора концентрация озона достигает 12 мг/м3, ионов - 2500 пКл/м3.

Прибор оснащен реле времени, которое по заданной программе автоматически отключает его и включает. После отключения прибора концентрация озона снижается быстрее, чем концентрация ионов.

Аппроксимацию графической зависимости насыщения и разложения отрицательных ионов У2 и молекул озона Y3 в зависимости от времени работы проточного ионизатора-озонатора можно выразить так: по ионам (R2 = 0,92) -

О 5 10 20 30 40 45 50 60 65 70 80 90 95 мин

Рис. 4. Зависимость концентрации ионов У1 и озона У в тренажерном зале от времени работы проточного ионизатора-озонатора (при Ь = 0,5 м ): Y, Y1 - опытные данные; Y2 - расчетные

Выводы

Результаты исследований позволяют более эффективно и надежно использовать ионизатор-озонатор воздуха при проведении профилактических мероприятий в спортзалах. Анкетирование среди студентов, занимающихся в тренажерном зале, показало положительное влияние ионно-озонной смеси на общее самочувствие и работоспособность спортсменов: улучшился сон, аппетит, повысилось настроение, внимание стало более концентрированным, ребята стали уравновешеннее.

1. Применение высокоионизированно-го воздуха отрицательной полярности для стимуляции работоспособности и улучшения функционального состояния студентов и сотрудников учебных заведений физической культуры: метод реком / А. А. Иванов [и др.]. - М.: РГУФКСТ, 2004. - 35 с.

2. Сторчевой В. Ф. Ионизация и озонирование воздушной среды: монография. - М.: МГУП, 2003. - 173 с.

3. Богословский В. Н., Щеглов В. П., Разумов Н. Н. Отопление и вентиляция. -

М.: Стройиздат, 1980. - 295 с.

Материал поступил в редакцию 10.06.13. Сторчевой Владимир Федорович, доктор технических наук,профессор,прорек-тор по учебной работе E-mail: [email protected] Сторчевой Николай Федорович, кандидат педагогических наук, доцент, профессор кафедры «Физическое воспитание и спорт»

Тел. 8-915-473-05-71

*

v

о