ТЕПЛОВОЙ КОМФОРТ
Значительная часть жизнедеятельности человека происходит в помещении. От состояния микроклимата в помещении во многом зависит его здоровье и работоспособность (рис. 1.1), что отражается на собственном бюджете, бюджете семьи и государства, поэтому поддержание теплового комфорта является как государственной задачей, так и задачей каждого человека.
«5^
Рис. 1.1. Влияние температуры помещения на производительность труда человека [2] |
Повышение общего уровня жизни ставит перед специалистами все новые требования к системам обеспечения микроклимата. Эти требования имеют некоторые отличия, вызванные этническими, национально — географическими и социально-экономическими особенностями. Однако существуют тенденции сближения в понимании и выработке общепринятых основных требований к тепловому комфорту помещений. Результатом международного сотрудничества правительственных и общественных организаций стал норматив ISO 7730: 1994(E) [3], определяющий тепловые условия окружающей среды, к которой привыкли люди (рис. 1.2). Приведенные оптимальные температуры помещения предназначены для здоровых мужчин и женщин. Они основаны на северо-американских и европейских показателях. Хорошо согласуются с японскими исследованиями. Сопоставляются с российскими нормативами. Однако для больных и недееспособных людей эти данные могут иметь отклонения.
Указанный стандарт предназначен для производственных помещений, но в равной степени может применяться и для любых других помещений. Для экстремальных тепловых сред используют международные стандарты [4; 5].
В основу диаграммы на рис. 1.2 положены исследования О. Фанге — ра по теплоощущению большинства людей при разнообразных видах
(при PMV = 0) от одежды и активности человека [3] |
Деятельности (сон, отдых, умственная работа, физическая нагрузка разной интенсивности) и при различных температурных условиях помещения с учетом теплоизоляционных свойств одежды.
Зависимость состояния организма от вида деятельности определена через тепловыделение человека. Этот процесс оценивают показателем "met" (метаболизм — выделение теплоты внутри организма). В соответствии с ISO 8996 активность человека, находящегося в расслабленном состоянии либо в положении сидя, характеризуют 1 met = 58 Вт/м2; в наклонном положении при наличии опоры — 0,8 met; в сидячем положении при выполнении офисной или домашней работы — 1,2 met и т. д.
Выделение теплоты человеком в окружающую среду с учетом теплоизоляционных свойств одежды характеризуют показателем "clo" (clothing — одежда). 1 clo равен 0,155 м2К/Вт и соответствует рабочей одежде, состоящей из легкого нижнего белья, носок, рубашки, брюк, костюма, туфель.
Человеческий организм находится в постоянном взаимодействии с окружающей средой. Изменение ее тепловых условий приводит к автоматическому приспособлению температурного и влажностного состояния кожи вследствие действия системы терморегуляции организма, но каждый организм индивидуален. Тепловые ощущения в большей или меньшей степени отличаются от нормативных среднестатистических показателей микроклимата в помещении. Неудовлетворенность может являться результатом теплого или прохладного дискомфорта тела в целом, который характеризуют ожидаемым значением теплоогцущения PMV (Predicted Mean Vote) и прогнозируемым процентом неудовлетворенности PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied). Субъективное состояние психологического теплоогцущения человека оценивают следующей шкалой значений PMV:
Холодно |
Прохладно |
Слегка |
Нормально |
Слегка |
Тепло |
Жарко |
Прохладно |
Тепло |
|||||
-3 |
-2 |
-1 |
0 |
+1 |
+2 |
+3 |
Эти показатели используют совместно с нормированными параметрами микроклимата для оценки работоспособности системы отопления или кондиционирования воздуха и необходимости реагирования на жалобы потребителей. Кроме того, традиционное сочетание параметров теплового комфорта помещения — температуры воздуха, радиационной температуры помещения, скорости движения и влажности воздуха — в ISO 7730 дополнено моделью оценки сквозняка, влиянием степени турбулентности воздушных потоков, радиационной асимметрией. По EN 1264 [6] нормируется перепад температур воздуха между лодыжкой и головой человека посредством предельной температуры пола. Но сколько бы ни нормировались влияющие параметры теплового комфорта, удовлетворить каждого человека невозможно, поэтому предлагаемые условия теплового комфорта считаются приемлемыми для 90 % людей с условием, что 85 % из них не обеспокоены сквозняком.
Несмотря на сложность и неоднозначность подходов к обеспечению теплового комфорта, специалистам по системам обеспечения микроклимата необходимо создавать и поддерживать его, удовлетворяя требования большинства людей к помещению. В то же время следует дать возможность человеку, находящемуся в предназначенном для него помещении, изменять тепловые условия в соответствии с собственным теплоогцущением. При этом следует осознавать, что тепловой комфорт является дорогостоящим товаром, который не должен снижать жизненный уровень человека.
Поставленную задачу решают путем создания гибких в управлении систем обеспечения микроклимата. Таковыми являются только автоматически управляемые системы с индивидуальными регуляторами температуры помещения (терморегуляторами). Основное функциональное требование к ним определяется условием теплового комфорта: поддержание заданной оптимальной температуры помещения в допустимых пределах ее отклонения (диаграмма на рис. 1.2). Однако такой подход сегодня сложен в исполнении. Причиной тому является техническая трудность определения температуры помещения.
Под оптимальной температурой помещения Tsu подразумевают комплексный показатель радиационной температуры помещения Tr и температуры воздуха в помещении T, позволяющий прогнозировать удовлетворенность тепловым комфортом не менее 90 % людей при умеренной (рекомендуемой) подвижности воздуха. Для большинства помещений этот показатель определяют уравнением:
Tsu » (tr + /)/2.
Физиологический смысл уравнения заключается в поддержании стабильного теплообмена между человеком и окружающей средой (<2=const). Для человека, выполняющего легкую работу с расходом тепловой энергии примерно до 170 Вт (W), данное уравнение представлено в графическом виде на рис. 1.3 [1; 7; 8]. Линейная зависимость между Tr и 1 позволяет производить терморегуляторы, реагирующие только на температуру воздуха. Этот подход приемлем для большинства помещений с конвективным нагревом или охлаждением, где Tr ~ T. В помещениях со значительной площадью наружных ограждений, либо с системой отопления (охлаждения), встроенной в ограждающие строительные конструкции, пользователь может настроить терморегулятор под свои теплоощущения с учетом несовпадения Tr с T. Такая особенность поддержания теплового комфорта является одной из причин нанесения производителем на температурную шкалу терморегулятора не конкретных значений температуры воздуха в помещении, а определенных меток. Их ориентировочное соответствие показано на рис. 1.4.
Системы конвективного отопления и системы лучистого охлаждения Рис. 1.3. Влияние микроклимата на теплоощущения человека [1; 7; 8] |
Учет влияния температуры воздуха и температуры ограждающих конструкций на теплоогцущения человека дает возможность дополнительной экономии энергоресурсов лучистыми и конвективно-лучистыми системами отопления (охлаждения) по сравнению с конвективными системами. Тепловой комфорт обеспечивается такими системами при меньших температурах воздуха в холодный период года (например, при /=18 °С, если Tr = 22 °С) и больших температурах воздуха в теплый период года (например, при T= 22 °С, если Tr = 18 °С). Получаемое уменьшение разности температур наружного и внутреннего воздуха сокращает теплопотери в холодный период и теплопоступления в теплый период года через ограждения. Происходит также сокращение энергопотерь с вентиляционным, эксфильтрационным и инфильтрационным воздухом.
RTD Inova 3130 RTD Inova 3132 |
FED+RA-N (управление прибором охлаждения) 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 I I I I I I I I I I I |
XD = 0K |
°С
I 15 |
I 16 |
I 17 |
I 18 |
I 19 |
I 20 |
I 21 |
I 22 |
I 23 |
I 24 |
I 25 |
XD = 3K |
FED+RA-C (управление прибором охлаждения)
X„ = 0K 19
22 I |
29 I |
20 I |
21 I |
23 I |
24 I |
25 I |
26 I |
27 I |
28 I |
I
°С
I
I 23 |
I 24 |
I 25 |
I 26 |
I 27 б |
I 28 |
I 29 |
I 30 |
I 31 |
I 32 |
Рис. 1.4. Температурная настройка терморегуляторов: а — RTD лля систем отопления; б — FED+RA-C(N) лля систем охлажления Терморегулятор реагирует на изменение температуры воздуха, но поле температур в помещении очень неравномерно, особенно в верхней и нижней зонах, поэтому терморегулятор необходимо размещать таким образом, чтобы он воспринимал осредненное значение температуры воздуха. |
X„ = 3K 22
16 18 20 22 24 26 °С Нагрев радиатором
16 18 20 22 24 26 °С Нагрев потолком
16 18 20 22 24 26 °С Воздушный нагрев
Рис. 1.5. Влияние способа отопления на распределение температуры воздуха по высоте помещения [9; 10]: 1 — илеальное распреле — ление температуры возлуха
При использовании радиаторов для отопления перегревается верхняя зона помещения, что увеличивает теплопотери через наружные ограждающие конструкции. Теплопотери увеличиваются также с вентиляционным воздухом, т. к. решетки для его удаления расположены в этой зоне. Еще больший перегрев верхней зоны происходит при использовании конвекторов. Примерно аналогичное распределение температур есть в помещении с системой отопления, выполненной в виде нагреваемого потолка, либо с воздушным отоплением, в том числе и фенкойлами.
16 18 20 22 24 26 °С Нагрев полом |
Наиболее близкими к обеспечению идеального распределения температур являются системы с нагреваемым полом в холодный период года и с охлаждаемым потолком в теплый период. В первом случае теплый поток воздуха поднимается от пола вверх и охлаждается за счет теплопотерь помещения. Во втором — прохладный поток воздуха опускается от потолка и нагревается за счет теплопоступлений помещения. В обоих случаях создаются комфортные условия для человека.
Тепловой комфорт в помещении достигают только при использовании автоматизированных систем обеспечения микроклимата, основным элементом которых является терморегулятор.
Терморегулятор должен поддерживать температуру воздуха в помещении с отклонением не более чем по ISO 7730.
Наиболее близкими к обеспечению идеальных условий теплового комфорта в помещении являются системы с нагреваемым полом в холод — ный период года и с охлаждаемым потолком в теплый период года.
Для невысоких помещений наиболее приемлемой с экономической и санитарно-гигиенической точек зрения является система отопления с панельными радиаторами.
Posted in ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ