Состав и физические свойства атмосферного воздуха.

  Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов. Примерный состав сухой части воздуха по объему  следующий:

кислород О₂   ....................................... - 21 %

азот N₂   .......................................... -78 %

углекислота СО₂..................................... -0,03 %

аргон, неон, ксенон, криптон, гелий............  ............. -0,97 %

Кроме того, воздух всегда содержит водяной пар. Воздух, содержащий водяной пар (влагу), называется влажным воздухом.

   Различают абсолютную влажность воздуха и относительную.

   Абсолютной влажностью воздуха называют вес водяных паров (в кг), содержащихся в 1 м³ воздуха, - d  кг/м³.

  Относительной влажностью воздуха называют отношение весового количества водяных паров, содержащихся в 1 м³ воздуха, к весу водяных паров при его полном насыщении при данной температуре.

  Относительная влажность воздуха выражается в процентах:

                                                

                                                                                                             (1.1.1)

 

  Влагосодержанием воздуха называют вес водяных паров, содержащихся во влажном воздухе, сухая часть которого весит 1 кг:

                                                  d – г/кг.

Теплосодержанием влажного воздуха называют количество тепла, содержащегося в сухой части воздуха и водяных парах:

                                                   I = I _{св +} I _вп.                                                                        (1.1.2)

Температура воздуха измеряется стоградусной шкалой, разделенной в интервале от 0° С (точка таяния льда) до 100° С (точка кипения воды).

  Зависимость между всеми указанными компонентами физического состояния воздуха выражается I-d диаграммой влажного воздуха, предложенной проф. Рамзиным (рис.1.1).

  При помощи I-d диаграммы можно определить любое состояние влажного воздуха, а также анализировать все процессы изменения состояния воздуха: нагрев, охлаждение, увлажнение, усушку и т.д.

   Вес 1 м³ воздуха при 0° С или его объемный вес g= 1,293 кг/м³. Для определения веса 1 м³ воздуха при различных темпераурах можно пользоваться упрощенной формулой

                                                                                                            (1.1.3)

где Т – абсолютная температура воздуха.

Пренебрегая разностью в объемных весах сухого и влажного воздуха, поскольку она незначительна и не превышает 1% эта формула достаточно точна. Однако следует учесть, что вес 1 м³ влажного воздуха всегда меньше веса 1 м³ сухого воздуха. Это объясняется тем, что вес водяных паров занимающих часть объема во влажном воздухе, меньше, чем если бы этот объем был заполнен сухим воздухом.

 

 

J ккал/кг

 

Рис.1.1. I-d диаграмма влажного воздуха

Факторы, влияющие на самочувствие людей.

     Избыток тепла, ведущий к повышению температуры воздуха в помещении, большие нагретые поверхности, излучающие тепло, избыток влаги в  воздухе, вредные газы и пары, пыль – все это факторы, влияющие на самочувствие людей и при определенных условиях делающие среду (т.е. воздух в помещении) неудовлетворительной.

    И з б ы т о ч н о е т е п л о. Взрослый человек в спокойном состоянии выделяет тепло в размере 75-100 ккал/час. При физической работе количество выделяемого человеком тепла увеличивается до 120-200 ккал/час.

    Чтобы обеспечить нормальную температуру человеческого тела, влияющую на самочувствие человека, тепло, образующееся в организме, необходимо отводить, т.е. передавать его окружающей среде – воздуху.

     Отдача тепла человеческим организмом, происходит в основном через кожу – 80% и выдыхаемый воздух – 20%.

 

 

10       8           6     4       2       0       -2     -4     -6

     Через кожу человек отдает тепло окружающему воздуху тремя путями:

             а) конвекцией – нагрев ближайших к телу слоев воздуха;

б) путем излучения – нагрев окружающих предметов (стен,  мебели и т.д.);

в) испарением влаги с поверхности тела.

    Конвекцией и излучением отдается 75% тепла, теряемого через кожу, и 25% - испарением влаги с поверхности тела.

    В случае повышения температуры окружающего  воздуха терморегуляция человеческого тела за счет отдачи тепла конвекцией и излучением с поверхности кожи уменьшается и увеличивается отдача тепла за счет испарения.

    При температуре окружающего воздуха и предметов, равной температуре человеческого тела или превышающей ее, отдача тепла человеческим телом за счет конвекции и излучения будет отсутствовать или оно, наоборот, будет нагреваться и тогда единственным способом теплоотдачи будет теплоотдача испарением влаги с поверхности тела (выделение пота).

    Теплоотдача человеческим телом за счет излучения влияет на его самочувствие и учитывается при расчете ограждающих конструкций помещений и устройстве лучистого отопления.

     Увеличение влажности воздуха при низких температурах усиливает охлаждающее дейсвие воздуха, так как увеличивается его теплопроводность, ибо влажный воздух теплопроводнее сухого.

    Увеличение влажности воздуха при высоких температурах (выше температуры человеческого тела) уменьшает охлаждающее действие воздуха, так как теплоотдача человеческого тела в этом случае будет происходить только за счет испарения влаги с поверхности кожи.

      На теплоотдачу человеческого организма существенное влияние оказывает движение воздуха. Чем больше скорость движения воздуха, тем больше теплоодача человеческим телом за счет конвекции, а также значительно увеличивается теплоотдача за счет испарения влаги с поверхности кожи.

   Совокупность параметров воздуха (температура, влажность, скорость движения) определяет так называемые к о м ф о р т н ы е у с л о в и я.

   Для человека находящегося в состоянии покоя, комфортными условиями будут следующие:

 

   скорость движения воздуха w = 0 м/сек; t = 18^°C; j = 50%

        »         »         »         w = 1 м/сек; t = 24^°C; j = 50%

 

   Для человека, выполняющего тяжелую физическую работу, комфортные условия несколько иные:

 

   скорость движения воздуха w = 0 м/сек; t = 14^°C; j = 50%

             »     »       »          w = 2 м/сек; t = 26^°C; j = 40%

 

 Существует два условия комфортности. Первое относится к человеку и определяет его нормальное самочувствие. Второе - к человеку и ограждающим конструкциям зданий.

  Первое условие комфортности заключается в том, что человек,  находящийся в середине обслуживаемой зоны и отдающий тепло, не должен испытывать ни перегрев, ни переохлаждение.

  Второе условие комфортности определяет допустимые температуры нагретых и охлажденных поверхностей при нахождении человека на границах обслуживаемой зоны. В этом случае человек также не должен испытывать ни перегрев, ни переохлаждения.

  Температуры поверхностей потолка и стен (выше 1 м от пола) во избежании недопустимого радиационного воздействия на голову человека, могут лежать в диапазоне

 

                                            

где j - коэффициент облученности нагретой или охлажденной поверхности с наиболее невыгодно расположенной элементарной площадки на поверхности тела.

 

                                                    

где F- площадь панели; X – расстояние до панели, м.

     Влияние влажности на терморегуляцию человеческого организма можно проследить на примере сочетания температур и влажности воздуха:

 

      Крым    t = 32^°С; j = 40% - самочувствие хорошее

      Кавказ  t = 32^°С; j = 60% - жарко

      Индия   t =32^°С; j = 80% - душно

 

     Чтобы сохранить температуру тела постоянной, человеческий организм при изменении условий внешней среды обладает свойством терморегуляции, которая происходит за счет уменьшения или увеличения теплоотдачи телом (расширение или сужение кровеносных сосудов поверхности кожи).

   При повышении температуры окружающей среды теплоотдача за счет конвекции и излучения человеческим телом уменьшается, при этом кровеносные сосуды расширяются, увеличивая кровообращение, тем самым, повышая температуру кожи; при дальнейшем повышении температуры, когда теплоотдача путем конвекции и излучения не дает охлаждающего эффекта, начинается терморегуляция организма – интенсивное испарение влаги.

   Наоборот, при понижении температуры окружающей среды кровеносные сосуды сужаются, кровообращение уменьшается, температура кожи понижается. Таким образом, теплоотдача человеческим телом в окружающую среду снижается.

  Теплоизбытки в помещениях повышают температуру воздуха и создают неблагоприятные факторы, влияющие на самочувствие, здоровье и работоспособность людей.

Избыточные тепловыделения могут возникать в помещениях с большим скоплением людей: театры, кинотеатры, универмаги.

   В производственных помещениях избыточные тепловыделения возникают от нагретых поверхностей: печей, ванн с подогревом, трубопроводов и т.д.; тепловыделений от продуктов сгорания; нагретого материала, остывающего в цехе; электросварочных машин; электродвигателей и т.д. При расчете теплоизбытков учитывают тепло, поступающее в помещение от солнечной радиации.

  Кроме тепловыделений, повышающих температуру в производственных помещениях, наблюдаются теплоизлучения от нагретых поверхностей печей, раскаленных материалов, открытого пламени, благодаря чему повышается радиация, которая вредно действует на человека.

И з б ы т о ч н а я в л а г а. Избыток влаги в помещении оказывает отрицательное влияние на организм человека.

При температуре воздуха 20°С в спокойном состоянии человек выделяет 45 г влаги в час; при тяжелой работе при этой же  температуре влаговыделение достигает 200 г. При температуре воздуха, равной температуре человеческого тела (+36,6°С), тепловыделение за счет конвекции становится равным нулю, и терморегуляция поддерживается в основном только испарением влаги с поверхности кожи. В спокойном состоянии в этом случае влаговыделение. составит 130 г/ч влаги, а при тяжелой физической работе – 430 г/ч.                              

Испарение влаги может происходить только в том случае, если влажность окружающего воздуха будет невелика, т.е. парциальное давление водяных паров в окружающем воздухе будет ниже парциального давления водяных паров на поверхности человеческого тела.

  Избыточные влаговыделения могут возникать в помещениях с большим скоплением людей (в театрах) и от различного оборудования в производственных (влаговыделения от чанов, ванн, смоченных поверхностей пола, технологического оборудования и материалов, от пара, непосредственно поступающего в помещение через неплотности в трубопроводах и арматуре).

   В р е д н ы е г а з ы и п а р ы. Человек в час вдыхает и выдыхает в среднем 500 л  воздуха, за сутки – 15-17 м³ воздуха. Выдыхаемый воздух содержит в процентах по объему: кислорода О₂ – 15%; азота N₂ – 79%; углекислоты СО₂ – 5%; прочих газов – 1%.

   Углекислота не является вредной даже при содержании ее в воздухе до 4% по объему, однако в результате жизнедеяельности организма одновременно с углекислотой выделяются вредные продукты: пары различных органических кислот, сероводород, аммиак и т.д., что дает основание рассматривать углекислоту как критерий для суждения о чистоте воздуха и пригодности его для дыхания. Исходя из этого, предельное содержание углекислоты в воздухе принимают не более 0,2%.

  Загрязнение воздуха в помещениях газами, выделяемыми людьми, учитывается при проектировании вентиляции общественных зданий.

  Загрязнение воздуха в производственных помещениях происходит в основном за счет газов и паров, образующихся в результате производственных процессов.

  Санитарными нормами строго регламентированы допустимые концентрации ядовитых газов и паров в воздухе помещений в размерах, безвредных для здоровья людей (табл.1.1)

Таблица 1.1