Реферат Промышленная вентиляция и кондиционирование
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Раздел 2. Теоретические основы вентиляции и кондиционирования воздуха.
2.1. Основные свойства влажного воздуха
Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара. С технической точки зрения смесь этих газов (без водяного пара) допустимо называть “сухой воздух”, а атмосферный воздух представлять как смесь сухого воздуха и водяного пара. Количество водяного пара, содержащегося в воздухе, может быть выражено различными способами. В частности, количество влаги можно выразить через:
- упругость, или парциальное давление паров воды;
- абсолютную влажность;
- относительную влажность, или гигрометрический показатель.
Давление атмосферного воздуха (Рб) представляет собой сумму парциальных давлений сухого воздуха Рс и водяного пара Рп (закон Дальтона):
Рб = Рс + Рп (2.1)
Парциальное давление измеряется в Паскалях или миллибарах, 1 мбар = 100 Па.
Если газы могут смешиваться в любых количествах, то воздух может вместить лишь определенное количество водяных паров, потому что парциальное давление паров воды Рп в смеси не может быть больше парциального давления насыщения Рн этих паров при данной температуре. Существование предельного парциального давления насыщения проявляется в том, что все избыточные пары воды сверх этого количества будут конденсироваться. При этом влага может выпадать в виде капель воды, кристаллов льда, тумана или изморози. Наименьшее содержание влаги в воздухе может быть доведено до нуля (при низких температурах), а наибольшее – примерно 3 % по массе или 4 % по объему.
Абсолютная влажность – количество пара (кг), содержащееся в одном кубическом метре влажного воздуха:
М п Рп
D
= ------ = -----, (2.2)
L
RT
где Мп – масса пара, кг; L
– объем влажного воздуха, м3; Рп – парциальное давление паров воды, мбар; Т – абсолютная температура влажного воздуха, К; R
– газовая постоянная пара, Дж/(кг* К) (газовая постоянная R равна разности значений удельной теплоемкости пара при постоянном давлении и удельной теплоемкости пара при постоянном объеме).
Газовая постоянная любого газа равна
R = 8314 / Мм
где Мм – молекулярная масса газа.
Так, молекулярная масса азота (N) равна 12; кислорода (О) – 16; водорода (Н) – 1; воды (Н2О) – 18; сухого воздуха 28,9; влажного воздуха – 18.
Физический смысл газовой постоянной – работа расширения 1 кг идеального газа при повышении его температуры на 1 К и постоянном давлении.
Газовая постоянная сухого воздуха равна 288 Дж/(кг*К), водяного пара – 462 Дж/(кг*К).
При изменении температуры влажного воздуха и постоянном давлении изменяется его объем и величина абсолютной влажности и, наоборот, при одной и той же величине абсолютной влажности могут быть разные температура и относительная влажность. Так, абсолютная влажность 4,1 г/м3 может быть у влажного воздуха с температурой 11 оС и относительной влажностью 60 %, а также при температуре 22 оС и относительной влажности 30 %.
Поэтому для практических расчетов за единицу измерения, характеризующую содержание пара во влажном воздухе, принимается влагосодержание.
Влагосодержание влажного воздуха (d
) – количество пара, содержащееся в объеме влажного воздуха, состоящего из 1 кг сухого воздуха и Мп (г) пара:
Мп Рп
d = ------ * 1000 или d = 622 ---------, (2.3)
Мс Рб - Рп
где Мс – масса сухой части влажного воздуха, кг.
Относительной влажностью (φ), или степенью влажности, или гигрометрическим показателем, называют отношение парциального давления паров воды к парциальному давлению насыщенных паров, выраженное в процентах:
Рп
φ = ----- * 100 %. (2.4)
Рн
Для практических расчетов используют соотношение:
d
φ = ------ * 100%, но φ = φ. (2.5)
d
н
Относительную влажность можно определить, измеряя интенсивность испарения воды. Естественно, чем ниже влажность, тем активнее будет идти испарение влаги. Если термометр обмотать влажной тканью, то показания термометра будут уменьшаться относительно сухого термометра. Разность показаний температур сухого и влажного термометра дают определенное значение степени влажности атмосферного воздуха.
Расчет влажности производится по приближенной формуле Струнга (Strung):
Рп = Р п * вл – К (tс - tвл ), (2.6)
где Рп - парциальное давление паров воды, мбар;
Р п * вл – парциальное давление паров воды для температуры по влажному термометру, мбар;
К – константа для пара «воздух-вода», равная 0,66;
tс – температура по сухому термометру, оС;
tвл – температура по влажному термометру, о С.
Значение относительной влажности может быть также определено по психрометрической номограмме или по психрометрической таблице.
Измерение парциальных давлений на практике связано с техническими трудностями, поэтому пользуются соотношением (2.5). При этом следует помнить, что φ = φ, хотя их разность незначительна, Например, если температура воздуха в помещении 18 оС и влагосодержание d = 8 г/кг, парциальное давление Рп = 9,65 мм рт.ст., то относительная влажность равна:
Рп 9,65
φ = ---- * 100 = -------- * 100 = 62,34 %,
Рн 15,48
А по уравнению (2.5):
d 8,0
φ = -----* 100 = -------- * 100 = 62 %.
d н 12,9
Плотность (объемный вес) влажного воздуха – вес 1 м3 влажного воздуха – может быть определен по формуле:
273 Рб Рп
γ = 1,293 * ----- ﴾------ – 0,378 ------﴿, кг/ м3. (2.7)
Т 760 760
Объемный вес влажного воздуха меньше объемного веса сухого воздуха при тех же значениях температуры и давления. Однако их разность незначительна, и в практических расчетах объемный вес влажного воздуха принимается равным объемному весу сухого воздуха. Так, объемный вес насыщенного воздуха при t = 20 оС и Рб = 760 мм рт.ст. составляет 1,178 кг/м3, а сухого воздуха при тех же условиях – 1,205 кг/м3.
Удельная теплоемкость воздуха (с) – это количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг воздуха на 1 К. Удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении зависит от температуры, однако для практических расчетов систем СКВ удельную теплоемкость как сухого, так и влажного воздуха считают равной:
с = 1 кДж/(кг*К) = 0,24 ккал/(кг*К) = 0,335 Вт/(кг*К). (2.8)
Удельную теплоемкость водяного пара принимают равной 0,44 ккал / (кг*К).
Сухое или явное тепло – тепло, которое добавляется или отводится от воздуха без изменения агрегатного состояния пара (изменяется только температура).
Скрытое тепло – тепло, идущее на изменение агрегатного состояния пара без изменения температуры (например, осушка).
Энтальпия (теплосодержание) влажного воздуха (Ів) – это количество тепла, соторое содержится в объеме влажного воздуха, сухая часть которого весит 1 кг. Иначе, это количество теплоты, которое необходимо для нагревания от нуля до данной температуры такого количесва воздуха, сухая часть которого равна 1 кг.
Ісв = сt = 0,24 t, ккал/кг, (2.9)
где с – удельная теплоемкость воздуха, равная 0,24 ккал/кг*К).
Энтальпия 1 кг водяного пара равна: Івп = 597,3 + 0,44 t
, ккал/кг. (2.10)
где 597,3 – скрытая теплота испарения 1 кг воды при температуре нуль градусов, ккал/кг; 0,44 – теплоемкость водяного пара, ккал/(кг*К).
При температуре влажного воздуха t и влагосодержании d энтальпия равна:
d
І = 0,24 t + (597,3 + 0,44 t ) ------, ккал/кг, (2.11)
1000
φ
где d = -----* dн, г/кг.
100
Пример. Определить энтальпию влажного воздуха при t = 20 оС, φ = 60%, и Рб = 745 мм рт.ст.
Решение. Находим упругость насыщенных водяных паров при заданных условиях (табл. 2.1.1): Рн = 17,533 мм рт.ст.
Парциальное давление водяных паров находим из соотношения:
Рп
φ = ---- * 100 %,
Рн
Рн *φ Рб 60 745
Рп = ------- * ----- = 17,533* ----- * ------ = 10,31 мм рт.ст.
100 760 100 760
Определяем влагосодержание влажного воздуха:
Рп 10,31
d = 622 * ---------- = 622 * -------------- = 8,73 г/кг.
Рб - Рп 745 – 10,31
Определяем энтальпию влажного воздуха:
І = 0,24 t + 0,5973d + 0,00044 t *d = 4,8 + 5,21 + 0,076 = 10,08 ккал/кг.
Из приведенного примера видно, что скрытая теплота испарения водяных паров (5,21 ккал/кг) составляет значительную часть тепла, а теплоемкостью водяного пара практически можно пренебречь. Поэтому при решении практических задач энтальпию влажного воздуха можно определять по приближенному выражению:
І
= 0,24 t + 0,6 d.
(2.12)
При нагревании или охлаждении влажного воздуха происходит изменение его температуры и энтальпии, но сохраняется влагосодержание. Относительная влажность при этом изменяется, так как изменяется его влагоемкость.
Если влажный воздух охлаждать при неизменном влагосодержании, то будет снижаться энтальпия и температура, а относительная влажность будет увеличиваться. Наступит момент, когда воздух станет насыщенным и его относительная влажность будет равна 100 %. При дальнейшем охлаждении воздуха начнется испарение из воздуха влаги в виде росы – конденсация пара. Эта температура называется точкой росы. Точка росы для различных температур сухого воздуха и относительной влажности приведена в таблице 2.2.
Таблица 2.2. – Таблица точки росы влажного воздуха (сделать!).
Точка росы является пределом возможного охлаждения влажного воздуха при неизменном влагосодержании. Для определения точки росы необходимо найти такую температуру, при которой влагосодержание воздуха d будет равно его влагоемкости dн .
Пример. Температура в помещении - +23 оС, относительная влажность – 60%. Определить, до какой температуры могут охлаждаться стены помещения в зимний период, чтобы на стенах не выделялась влага.
Решение. Для решения задачи необходимо найти точку росы при заданных условиях. Находим влагосодержание воздуха в помещении:
φ 60
d = ---- * dн = ----- * 17,9 = 10,8 г/кг.
100 100
Величину dн находим по таблице физических характеристик влажного воздуха (таблица 2.1). Условие конденсации (точка росы) d = dн. По этой же таблице находим температуру при которой dн = 10,8 г/кг. Эта температура tр = 15,2 оС. То есть при температуре в помещении ниже 15,2 оС на стенках будет выделяться влага.
2.2.
І -
d
Диаграмма влажного воздуха.
Для облегчения расчетов уравнение теплосодержания влажного воздуха (2.11) представляют в виде графика, получившего название І-d
диаграмма.
При помощи І-d диаграммы графическим методом просто решаются задачи, решение которых аналитическим путем требует хотя бы простых, но кропотливых вычислений.
Приложение 1
Перечень основной нормативной документации по системам вентиляции
и кондиционирования воздуха, действующих в Украине
1. СНиП 2.04.05-91* “Отопление, вентиляция и кондиционирование”.
2. Изменение №1 СНиП 2.04.05-91 “Отопление, вентиляция и кондиционирование”.
3. Изменение №2 СНиП 2.04.05-91 “Отопление, вентиляция и кондиционирование”.
4. ДНБ А.2.2-2-96 “Технічний захист інформації. Загальні вимоги до організації проектування і проектної документації для будівництва”.
5. ДНБ А.2.2-3-97 “Склад, порядок розроблення, погодження та затведження проектної документації для будивництва”.
6. ДНБ В.2.5-13-98 “Пожежна автоматика будинків і споруд”.
7. ДНБ А.1.1.-2-93 “Порядок розробки, вимоги до побудови, викладу та оформлення нормативних документів”.
8 ДСТУ Б А.2.4-9-95 (ГОСТ 21.408-93) “СПДБ. Правила виконання робочої документації технологічних процесів”.
9. ДСТУ Б А.2.4-9-95 (ГОСТ 21.405-93) “Правила виконання робочої документації теплової ізоляції обладнання і трубопроводів”.
10. ДСТУ Б А.2.4-11-95 (ГОСТ 21.114-95) “СПДБ. Правила виконання ескізних креслень загальних видів нетипових виробів”.
11. ДСТУ Б В.2.7-56-96 (ГОСТ 10499-95) “Вироби теплоізоляційні зі скляного штапельного волокна. Технічні умови”.
12. ДСТУ Б А.2.4-4-99 (ГОСТ 21.101-97) “Основні вимоги до проектної та робочої документації”.
13. ДСТУ Б В.2.7-38-95 (ГОСТ 17177-94) “Матеріали і вироби будівельні теплоізоляційні. Методи випробувань”.
13. СНиП 2.04.14-88* “Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов”.
14. ДСН 3.3.6.042-99 “Санітарні норми мікроклімату виробничих приміщень”.
15. ГСТУ 101.00174088.001-2003. Системи кондиціонування рудникового
повітря. Вимоги безпеки. К.: Мінпаливенерго України, 2003. – 28 с.
16. Правила безпеки у вугільних шахтах (ДНАОП 1.1.30-1.01.-00) Київ, 2000. – 484 с.
17.
Збірник інструкцій до Правил безпеки у вугільних шахтах. Т.1. Київ, 2003. – 478 с.
18. ДСП 3.3.1.095-2002. Державні санітарні правила та норми “Підприємства вугільної промисловості”.
Раздел 2. Тепловое взаимодействие человека с окружающей средой
1. Значение вентиляции и кондиционирования воздуха
1. Тепловые комфортные условия
2. Тепловой баланс человека и пути выделения тепла с организма
3. Параметры воздушной среды, влияющие на комфортное состояние человека
1. Тепловые комфортные условия
На теплоощущения человека оказывают влияние, в основном, следующие четыре фактора: температура, влажность, скорость движения воздуха и температура ограждающих поверхностей. При различных комбинациях этих параметров тепловые ощущения человека могут оказаться одинаковыми.
Необходимо иметь в виду, что, хотя, теплоощущение и определяется перечисленными параметрами, не любое их сочетание обеспечивает комфортные условия. Каждый из этих параметров может быть изменен не произвольно, а только в некоторых определенных условиях комфортных теплоощущений.
Знание допустимых пределов колебаний температуры, влажности и скорости движения воздуха позволяет регламентировать применение тех или иных видов систем кондиционирования воздуха (СКВ).
Если человек не ощущает ни тепла (перегрева), ни холода (переохлаждения), ни движения воздуха около тела, метеорологические кондиции окружающей его воздушной среды (с учетом температуры поверхности ограждений) считаются в тепловом отношении комфортными.
Иными словами, он чувствует себя комфортно в том случае, когда от него нормально (без форсирования теплоотдачи) отводится столько тепла, сколько вырабатывает его организм, т.е. комфортное теплоощущение человека зависят от баланса между теплогенерацией и теплопотерями в окружающую среду. В результате теплогенерации и теплопотерь внутренняя температура человеческого тела поддерживается на уровне 36,6–36,8 0С и управляется довольно сложным механизмом автоматической терморегуляции организма: уменьшением или увеличением потока крови через кожный покров, а также усиленным или заторможенным обменом веществ (расходом энергии). Температура кожного покрова человека зависит от параметров окружающего воздуха и, в среднем, равна 33 0С.
На рис.1. показаны кривые изменения температуры кожного покрова различных участков тела человека, откуда видно что между различными зонами существуют некоторые отличия температурных условий.
Рис.1. Изменение температуры кожного покрова различных участков тела
в условиях покоя в зависимости от изменения температуры окружающей среды
Традиционно средней температурой считается температура лба, составляющая примерно 32 оС при температуре окружающей среды 20-21оС.
Благодаря естественной терморегуляции организма человек приспособляется к изменению параметров окружающего воздуха. Однако эта терморегуляция эффективна лишь при медленных и малых отклонениях параметров от нормальных, необходимых для хорошего самочувствия. При больших и быстрых отклонениях параметров воздушной среды нарушаются физиологические функции организма: терморегуляция, обмен веществ, работа сердечно-сосудистой и нервной системы и т.п. При этом могут наблюдаться и серьезные отклонения в организме человека. Например, у людей, попавших в условия “перегрева”, повышается температура тела, резко снижается работоспособность, появляется повышенная раздражительность и т.п.
На диаграмме (рис.2) показана зависимость производительности (работоспособности) труда от изменения температуры окружающей среды. Как видим из графика, наблюдается резкое падение показателей производительности при превышении температуры более 26 0С.
Рис.2. Зависимость производительности труда от изменения температуры
окружающей среды.
Задача кондиционирования воздуха состоит в поддержании таких параметров воздушной среды, при которых каждый человек благодаря своей индивидуальной системе автоматической терморегуляции организма чувствовал бы себя комфортно, т.е. не замечал влияния этой среды.
С гигиенической точки зрения наиболее благоприятный уровень температуры, поддерживаемой в производственном помещении, составляет 22 0С, а допустимые колебания от 21 до 23 0С. Более низкая температура воздуха, например 18 0С, рекомендуемая в нормативных документах при проектировании отопительных систем, оценивается как “прохладно” и “холодно”.
При этом следует отметить, что в микроклиматических условиях, которые принято считать «нормальными», обычно до 10% людей ощущают различную степень дискомфорта. Это объясняется разными социальными условиями жизни: привычным климатом, одеждой, питанием и пр.
2. Тепловой баланс человека и пути выделения тепла с организма
Известным исследователем параметров комфорта и качества воздушной среды Оле Фангером предложена формула теплового баланса между человеческим телом и окружающей средой. В этой формуле принимается за основу теплообмен человека, находящегося в покое, в состоянии температурного баланса с внешней средой. При этом безразлично, какова точно его температура. В этих условиях вырабатываемое количество тепла равно теплу, отводимому во внешнюю среду, из чего следует:
М = W + Qд +Qк, (1)
где М – количество тепла, вырабатываемого организмом, Вт/м2; W – объем производимой механической работы, Вт/м2; Qд – общее количество тепла, выделяемого при дыхании, Вт/м2, Qк – общее количество тепла, отводимого через кожу, Вт/м2.
Количество отводимого от человеческого тела тепла зависит от нескольких переменных параметров и, главным образом, от следующих:
– разницы температур (положительной или отрицательной) между телом и окружающей воздушной средой;
– потерь (или получения) тепла от окружающих стен;
– кожных испарений (охлаждения при испарении);
– явных и скрытых потерь тепла при дыхании, соответственно за счет теплопроводности и испарения.
Теплота, выделяемая организмом человека, передается в окружающую среду через кожный покров радиационным теплообменом, конвекцией, теплопрводностью (явная теплота) и испарением (скрытая теплота), а также путем выдыхания теплого воздуха.
Радиационный теплообмен происходит между человеком и поверхностями ограждений, его величина и направление зависят от температуры этих поверхностей. Теплота, передаваемая конвекцией и теплопроводностью, зависит от температуры, влажности и скорости воздуха, вида и теплопроводности одежды.
Испарение влаги с поверхности тела человека (скрытый теплоотвод) осуществляется за счет разности парциальных давлений водяных паров в насыщенном слое у поверхности тела и в воздухе помещения (горной выработки). При этом расходуется теплота (энергия) организма, идущая на испарение влаги. Теплоотдача испарением бедет всегда тем больше, чем ниже значение относительной влажности при данной температуре воздуха в помещении (выработке). Уменьшение относительной влажности приводит к увеличению разности парциальных давлений пара у поверхности тела человека и в окружающуем воздухе и тем самым к увеличению испарения.
Комфортные кондиции воздушной среды могут иметь различные значения и зависят главным образом от интенсивности труда, совершаемого человеком, и его одежды.
В зависимости от состояния организма (сон, отдых, умственная работа, мускульная работа различной интенсивности) и параметров окружающей воздушной среды каждый человек в течение часа выделяет 330-1050 теплоты, 40-415 г влаги и 18-36 л углекислого газа.
При постоянной температуре воздуха и поверхностей ограждений с ростом физической нагрузки на организм человека увеличиваются общие тепловыделения и доля теплоты, отводимой испарением влаги. При неизменной нагрузке и повышении температуры окружающей среды уменьшается доля явного теплоотвода, а теплоотвод испарением возрастает при практически неизменных общих тепловыделениях.
Пример анализа теплового комфорта
В качестве примера рассмотрим, как в практике зарубежного проектирования систем кондиционирования воздуха дается анализ теплового комфорта.
Для тог, чтобы определить количество тепла, выделяемого организмом человека при различных видах деятельности, вводится специальный показатель, получивший название “Меt” (от “метаболизм” - выделение тепла внутри организма. При спокойном (нейтральном) состоянии человека он равняется величине 58 Вт/м2. В табл. 1 приведены показатели “Меt” при различных видах деятельности.
Таблица 1. Типичные показатели производимого тепла, выделяемого внутри организма человека (метаболизм) при различных видах деятельности
| Вид деятельности | Вт/кв.м | Меt |
| Сон | 40 | 0,7 |
| Покой, положение сидя | 55 | 1,0 |
| Чтение, положение сидя | 60 | 1,0 |
| Расслабление, положение стоя | 70 | 1,2 |
| Легкий труд | 70 | 1,2 |
| Ходьба в помещении | 100 | 1,7 |
| Труд средней интенсивности | 120 | 2,1 |
| Таней | 140-255 | 2,4-4,4 |
| Тяжелый труд | 235-280 | 4,0-4,8 |
Они обычно используются при оценке количества тепла и при оценке условий комфортного состояния. Например, для человека, работающего в спокойном режиме в офисе, этот показатель в среднем равняется 1 Меt.
Одежда имеет теплоизоляционный эффект в отношении передачи тепла во внешнюю среду. Чтобы иметь возможность это учитывать, надо ввести специальный показатель, получивший название “Сlо” (сокращение от англ. сlothing – одежда). 1 Сlо равен 0,155 м2 К/Вт.
В табл. 2 прведены показатели значения Сlо и степени изоляции основных видов одежды. Летний костюм имеет показатель 0,5 Сlо, тогда как зимняя одежда может иметь от 0,8 до 1,0 Сlо и более – в зависимости от типа материала.
Таблица 2. Показатели термоизоляции различных видов одежды
| Вид одежды | кв.м К/Вт | Сlо |
| Костюм легкий летний | 0,078 | 0,5 |
| Костюм средней плотности | 0,124 | 0,8 |
| Костюм зимний | 0,155 | 1,0 |
Показатели являются условными и могут видоизменяться в зависимости от типа материала и комплекта носимой одежды.
Для анализа соотношения вышеуказанных параметров были разработаны сложные математические формулы, с помощью которых можно прогнозировать показатели температуры и влажности, в большей степени удовлетворяющие “условиям комфорта”.
Диаграмма, представленная на рис.3., позволяет прогнозировать условия комфорта, которые могут удовлетворить большинство людей с процентом недовольных ниже 10%.
| |
Рис.3. Диаграмма для определения температуры комфортного состояния
в зависимости от одежды и интенсивности труда, производимого людьми
На диаграмме учитывается вид выполняемой деятельности (верхние шкалы) и изоляционные свойства одежды (горизонтальные шкалы). В поле диаграммы изображены несколько кривых “оптимальной температуры”, которая соответствует средним показателям температуры между температурой внешней среды и средней температурой стен при условии малой скорости движения воздуха.
В зависимости от производимой деятельности и от характера одежды определяется соответствующая оптимальная температура и вычисляются допустимые пределы колебания температуры (в большую или меньшую сторону) относительно установленного показателя. Например, если люди производят работу со степенью интенсивности 1,4 Меt в зимнее время, имея одежду типа 1 Сlо, то оптимальная температура должна составлять 210С с допустимыми пределами колебания плюс-минус 2 0С.
3. Параметры воздушной среды, влияющие на комфортное состояние
человека
1. Влажность.
Если человек занимается физическим трудом, то он выделяет пот. Тот, кто не выделяет видимого пота, также выделяет влагу (водяной пар), причем среднее количество этой влаги составляет около 900 грамм в сутки. Около трети этого количества выдыхается через легкие, остальная часть выделяется кожей. С другой стороны, человеческий организм требует, чтобы выделяемая влага возмкщалась не только впитыванием ее из жидкостей и пищи, поступающих в желудок, но и при дыхании через легкие.
Поэтому очень важно, чтобы состояние воздуха в помещении допускало дальнейшее насыщение воздуха водяными парами, выделяемыми находящимися в помещении людьми, которые только при этом условии могут чувствовать себя хорошо. Окружающий нас воздух будет поглощать водяной пар до тех пор, пока не будет достигнуто такое насыщение, после которого любое дополнительное количество водяного пара начнет выпадать в виде конденсата: воздух с очень высоким содержанием водяного пара не может поглотить излишнее количество водяного пара выделяемого человеком. Это вызывает обильное потение и утомление, так как дыхание становится все более тяжелым, и организм, пытаясь компенсировать потерю влаги, выделяемой при чрезмерном потении, поглощает все больше и больше жидкости. Такое состояние воздуха преобладает в жаркие летние месяцы.
Влияние влажности воздуха на теплообмен человека зависит от основных параметров микроклимата: температуры воздуха и теплового излучения.
Высокая влажность в сочетании с высокой температурой ухудшает теплообмен человека с окружающей средой, что приводит к перегреву организма.
2. Скорость движения воздуха (подвижность).
Температура и относительная влажность не определяют полностью теплофизическое состояние среды. Немаловажное значение играет подвижность воздуха.
Отсутствие движения воздуха в помещении или чрезмерно низкие его значения ассоциируются с плохой вентиляцией. Причина неприятного самочувствия в плохо вентилируемом помещении объясняется тем, что при отсутствии движения воздуха вокруг тела человека образуется тонкая неподвижная воздушная оболочка, которая быстро насыщается парами воды, принимает его температуру и уменьшает теплоотдачу.
Легкое движени воздуха сдувает обволакивающий человека насыщенный водяными парами и перегретый слой воздуха.
Если температура окружающей среды ниже температуры тела человека, то с повышением подвижности воздуха потеря тепла человеком возрастает. Для сохранения комфортных условий необходимо либо увеличить относительную влажность воздуха, уменьшив тем самым испарение, либо увеличить его температуру.
В тоже время чрезмерная подвижность воздуха, особенно в условиях охлаждения, вызывает увеличение теплопотерь конвекцией и испарением и способствует быстрому охлаждению организма.
Значение подвижности воздуха выбирается в зависимости от характера деятельности человека. Подвижность воздуха, кроме того, оказывает существенное влияние на состояние внутренней среды помещения: распределение температур и влажности по объему помещения, наличие застойных зон и т.п. Подвижность воздуха зависит от способа организации воздухообмена, типа воздухораспределительного устройства, скорости выпуска воздуха и его расхода. Влияние подвижности воздуха на комфортное состояние человека необходимо рассматривать в совокупности с температурой и влажностью воздушной среды помещения.
Рекомендации наиболее известных авторов в отношении минимально необходимой, максимально допустимой и оптимальной подвижности воздуха в помещении представлены в табл.3.
Таблица 3 – Рекомендуемые скорости движения воздуха в помещении по данным некоторых авторов
| Автор | Температура, t, 0С | Скорость движения воздуха, v, м/с |
| Боголюбов К.К. | 18-22 | 0.15-0.25 |
| Kollmar | 20-26 | 0.1-0.4 |
| Hardy | 20 | 0.12-0.6 |
| Raedler | 18-26 | 0.05-0.5 |
| Frank | 19-26 | 0.1-0.44 |
Рекомендации по скорости движени воздуха даны в зависимости от температуры воздуха в помещении.
В кондиционируемых помещениях при высокой температуре воздуха летом существенное повышение его подвижности недопустимо, тка как вызывает ощущение дискомфорта (табл.4).
Табл
.
4 – Распределение оценок теплоощущений в исследованиях KOLLMAR
при изменении подвижности воздуха и температуре в помещении 23-24 оС
| Оценка теплоощущения | Подвижность водуха | ||||
| 0-0,05 | 0,06-0,10 | 0,11-0,15 | 0,16-0,20 | 0,21=0,25 | |
| Холодно | –– | –– | –– | 4,1 | –– |
| Прохладно | 13,3 | 37,0 | 45,0 | 66,7 | 75,0 |
| Комфортно | 66,7 | 63,0 | 55,0 | 29,2 | 25,0 |
| Тепло | 20,0 | –– | –– | –– | –– |
| Жарко | –– | –– | –– | –– | –– |
При температуре 23-24 оС следует считать допустимой скорость движения воздуха до 0,15 м/с. Еще одним важным компонентом комфортного состояния является динамика изменения скорости движения воздуха. Установлено, что люди более чувствительны к изменениям воздушных потоков, чем к силе самих потоков. Существуют нормативные ограничения изменений скорости воздушных потоков, при этом вводится термин “интенсивность турбулентности”. Эта задача представляется весьма сложной и не до конца еще проясненной. Описанные комфортные условия среды должны поддерживаться в рамках так называемой “занятой зоны”. Эта зона обычно располагается на расстоянии 0,6 м от всех стен, дверей и окон в помещении до высоты 1,8 м от пола.
3. Газовый состав
Воздушный комфорт человека в закрытом помещении определяется качественной характеристикой воздуха, которая во многом зависит от количества поступающего свежего атмосферного воздуха.
Жалобы на духоту и “нехватку кислорода” отмечаются нередко как в помещениях с недостаточным естественным воздухообменом, так и в помещениях, уже оснащенных различными системами вентиляции и кондиционирования воздуха. При анализе причин ощущения несвежести воздуха в закрытых помещениях, как правило, решается вопрос: каким должен быть воздухообмен, чтобы был обеспечен оптимальный газовый состав воздуха в помещении.
Рекомендуемый в работах большинства исследователей объем свежего воздуха, который необходимо подавать в помещения, установлен на основании количества углекислоты, выделяемой человеком при дыхании в единицу времени. Эта величина зависит от нескольких переменных: температуры воздуха в помещении, возраста человека, его деятельности.
В условиях комфортного кондиционирования, когда газовый состав изменяется главным образом в результате жизнедеятельности людей, критерием санитарного состояния воздуха служит содержание в нем углекислого газа (СО2). Допустимые концентрации СО2 в помещении приведены в табл.5.
Таблица 5 – Допустимые значения концентрации углекислого газа (СО2) в воздухе помещения
| Помещение | Допустимая концентрация СО2 | |
| по весу, г/м3 | в % к объему | |
| Для пребывания детей и больных | 1,3 | 0,07 |
| Для продолжительного пребывания людей | 1,86 | 0,1 |
| Для периодического пребывания людей | 2,32 | 0,125 |
| Для Кратковременного пребывания людей | 3,72 | 0,2 |
В обычных условиях в состоянии покоя человек поглощает в час около 19 л кислорода и выделяет около 16 л углекислого газа.
Действие углекислого газа на организм человека хорошо известно. Он участвует в регуляции дыхания, кровообращения, газообмена и т.д.
Избыток и недостаток СО2 во вдыхаемом воздухе одинаково вредно отражается на состоянии здоровья. При недостатке СО2, когда его допустимая концентрация КСО2 <0,03%, нарушается работа многих органов, а при избытке, когда КСО2 >1,5%, ощущается наркотическое действие, головные боли и т.п. Установлено, что работоспособность и основные физиологические функции организма значительно не изменяются, если во вдыхаемом воздухе КСО2 = 0,5ч1,5%. Комфортной же зоне соответствует КСО2 = 0,04ч0,5%.
Процесс освежения внутреннего воздуха целесообразно осуществлять за счет организации регулируемого притока наружного воздуха.
Действующими санитарными нормами регламентируется подача в помещение на одного человека 20-60 м3/ч свежего (приточного) воздуха.
Необходимость повышенной кратности воздухообмена (количества смен воздуха в помещении) отмкчается многими исследователями гигиенических аспектов комфортного кондиционирования. Так, например, отмечается, что в помещении административных зданий с кондиционированием воздуха комфорт обеспечивается при температуре воздуха в помещении 24оС и кратности воздухообмена до 12 смен воздуха в час. При повышении температуры воздуха до 26оС оптимальные условия сохраняются лишь при кратности воздухообмена, возрастающей до 15 смен в час. При снижении температуры воздуха до 22оС величина воздухообмена соответственно уменьшается.
В жилых помещениях при увеличении объемов подаваемого воздуха с 20 до 60 м3/ч на человека отмечается улучшение функционального состояния организма, повышается работоспособность.
Следовательно, с увеличением количества поступающего в помещение воздуха на человека и кратности воздухообмена прослеживается достаточно четкое улучшение качества воздушной среды.
