Решён
Сколько нужно воздуха для поддержания давления?

КвантовыйКот Физика
1.6k
4

Собственно вопрос в заголовке. Мне нужно рассчитать объем воздуха для поддержания нужного давления в замкнутом пространстве, но не могу понять с какой стороны подойти.

Конкретнее: есть герметичное помещение (условно бункер), объем примерно 50 кубов. Хочу понять сколько воздуха нужно закачать чтобы поддерживать давление 1 атм при условии что люди внутри дышат и расходуют кислород.

Сколько человек - допустим 4. На какой срок - 72 часа.

Или тут вопрос не в объеме воздуха, а в системе регенерации? Подскажите хотя бы в каком направлении считать.

UPDATE: Спасибо за расчеты! Оказалось что давление почти не меняется, проблема именно в составе воздуха. Буду считать систему вентиляции.
Решение
39
Эксперт • 5 ответов

Тут путаница в формулировке. Давление и состав воздуха - разные вещи.

Давление. Когда человек дышит, он вдыхает O2 и выдыхает CO2. Количество молекул газа практически не меняется (одна молекула O2 заменяется одной молекулой CO2). Давление в помещении останется ~1 атм, оно почти не упадет от дыхания. Это не та проблема.

Состав воздуха. А вот это проблема. Люди перестанут нормально функционировать задолго до того, как давление заметно просядет. Критичны два параметра:

  • Концентрация O2 падает ниже 16% - одышка, головокружение. Ниже 10% - потеря сознания.
  • Концентрация CO2 растет выше 3% - головная боль, тошнота. Выше 5% - опасность для жизни.

Теперь считаем.

Человек потребляет примерно 0.5 л O2 в минуту в покое (при активности больше). За час - 30 л. За 72 часа - 2160 л. Четыре человека - 8640 л, или ~8.6 кубометров чистого кислорода.

В воздухе 21% кислорода. В 50 кубометрах воздуха содержится 10.5 кубометров O2. Критический порог (16%) - это 8 кубометров. Значит, "запас" кислорода до критической отметки: 10.5 - 8.0 = 2.5 кубометра.

4 человека расходуют ~120 л O2 в час = 0.12 м3/ч. Делим 2.5 на 0.12, получаем примерно 20 часов до первых симптомов гипоксии. 72 часа без вентиляции не протянуть.

Но CO2 убьет раньше. Человек выдыхает ~200 мл CO2/мин. Четверо - 800 мл/мин = 48 л/ч. Порог 3% от 50 м3 = 1500 л. Делим: 1500 / 48 ≈ 31 час. На практике меньше, потому что уже при 2% начинается дискомфорт.

Итого: нужна или система регенерации (поглотитель CO2 + генератор O2), или запас баллонов + принудительная вентиляция с отводом CO2. Простая "закачка воздуха" давление не решит, а кислородную проблему решит только если качать постоянно.

Аватар КвантовыйКот

Вот это расклад! Не думал что CO2 станет проблемой раньше кислорода. Спасибо, буду гуглить поглотители углекислого газа.

4
Участник • 5 ответов

а зачем тебе бункер на 72 часа на 4 человека? 🤔 это какой то выживальщик-проект или по работе?

35
Участник • 4 ответа

На подводных лодках эту задачу решают так: кислород генерируется электролизом воды (установки типа ЭРЛ-И), а углекислый газ поглощается регенеративными патронами на основе надперекиси калия KO2. Патрон одновременно поглощает CO2 и выделяет O2, два в одном.

Для бытового бункера можно посмотреть в сторону промышленных патронов ХПИ (химический поглотитель известковый). Они дешевле. Один патрон обслуживает одного человека примерно 6-8 часов. На 4 человека на 72 часа нужно порядка 36-48 патронов.

Но я работал на флоте 8 лет и скажу прямо: самодельные системы регенерации воздуха это игра с огнем. KO2 при контакте с водой бурно реагирует. Если ты не инженер по СЖОГ (системы жизнеобеспечения и обитаемости), не лезь в это сам. Купи готовую систему или найди спеца.

12
Участник • 4 ответа

Самый дешевый вариант для небольшого помещения: компрессор + ресивер снаружи, трубка внутрь. Ресивер на 500 литров при 10 атм дает 5000 литров воздуха. Этого хватит... ну, минут на 20 дополнительного дыхания для 4 человек 😄

Мораль: баллонами эту задачу не решить. Нужна непрерывная вентиляция или химическая регенерация, как выше написали.

Написать ответ

Премодерация гостей

Вы отвечаете как гость. Ваш ответ будет скрыт до проверки модератором. Чтобы ответ появился сразу и вы получали репутацию — войдите в аккаунт.

Будьте вежливы и соблюдайте правила платформы.