Микроклимат помещений [1, с.77-80]
Около 80% своей жизни человек проводит в помещении: жилых, общественных, производственных зданиях, транспорте. Здоровье и работоспособность человека в значительной степени зависят от того, насколько помещение в санитарно-гигиеническом отношении удовлетворяет его физиологическим требованиям.
Под микроклиматом помещения понимается совокупность теплового, воздушного и влажностного режимов в их взаимосвязи. Основное требование к микроклимату – поддержание благоприятных условий для людей, находящихся в помещении. В результате протекающих в организме человека процессов обмена веществ освобождается энергия в виде теплоты. Эта теплота (с целью поддержания постоянной температуры тела человека) должна быть передана окружающей среде. При обычных условиях более 90% вырабатываемой теплоты отдаётся окружающей среде (50% - излучением, 25% - конвекцией, 25% - испарением) и менее 10% теплоты теряется в результате обмена веществ.
Интенсивность теплоотдачи человека зависит от микроклимата помещения, характеризующегося:
- температурой внутреннего воздуха t в;
- радиационной температурой помещения (осреднённой температурой его ограждающих поверхностей) tR;
- скоростью движения (подвижностью) воздуха v;
- относительной влажностью воздуха j в.
Сочетания этих параметров микроклимата, при которых сохраняется тепловое равновесие в организме человека и отсутствует напряжение в его системе терморегуляции называют комфортными или оптимальными.
Наиболее важно поддерживать в помещении в первую очередь благоприятные температурные условия, так как подвижность и относительная влажность имеют, как правило, несущественные колебания.
Кроме оптимальных различают допустимые сочетания параметров микроклимата, при которых человек может ощущать небольшой дискомфорт.
Часть помещения, в которой человек находится основное рабочее время, называют обслуживаемой или рабочей зоной.
Тепловые условия в помещении завися главным образом от т.е. от его температурной обстановки, которую принято характеризовать условиями комфортности.
Первое условие комфортности – определяет такую область сочетаний t в и tR, при которых человек, находясь в центре рабочей зоны, не испытывает ни перегрева, ни переохлаждения. Для спокойного состояния человека t в =21…23, при лёгкой работе – 19..21, при тяжёлой – 14…16°С.
Для холодного периода года первое условие характеризуется формулой:
tR=1,57t п -0,57t в ± 1,5, (3.1)
где: t п =(t в + tR)/ 2.
Второе условие комфортности – определяет допустимые температуры нагретых и охлаждённых поверхностей при нахождении человека в непосредственной близости от них.
Во избежание недопустимого радиационного перегрева или переохлаждения головы человека поверхности потолка и стен могут быть нагреты до допустимой температуры:
, (3.2)
или охлаждены до температуры:
, (3.3)
где: j - коэффициент облучённости от поверхности элементарной площадки на голове человека в сторону нагретой или охлаждённой поверхности.
Температура поверхности холодного пола зимой может быть лишь на 2-2,5°С ниже температуры воздуха помещения вследствие большой чувствительности ног человека к переохлаждению, но и не выше 22-34°С в зависимости от назначения помещений.
Основные нормативные требования к микроклимату помещений содержатся в нормативных документах: СНиП 2.04.05-91 (с изменениями и дополнениями), ГОСТ 12.1.005-88.
При определении расчетных метеорологических условий в помещении учитывается способность человеческого организма к акклиматизации в разное время года, интенсивности выполняемой работы и характер тепловыделений в помещении. Расчётные параметры воздуха нормируются в зависимости от периода года. Различают три периода года:
- холодный (среднесуточная температура наружного воздуха t н <+8°С);
- переходный (-"– t н =8°С);
- тёплый (-"– t н >8°С);
Оптимальные и допустимые метеорологические условия (температура внутреннего воздуха t в) в обслуживаемой зоне жилых, общественных и административно-бытовых помещений приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1
| Период года | Условия | Категория работ | ||
| Лёгкая (<172 Вт) | Средней тяжести (172-293 Вт) | Тяжёлая (>293 Вт) | ||
| Холодный | Оптимальные | 20-23 | 17-20 | 16-18 |
| Допустимые | 19-25 | 15-23 | 13-19 | |
| Тёплый | Оптимальные | 22-25 | 21-23 | 18-21 |
| Допустимые | ||||
Максимально допустимая температура воздуха в рабочей зоне - 28°С (если расчётная температура наружного воздуха больше 25°С – допускается до 33°С).
Оптимальные значения относительной влажности воздуха – 40-60%.
Оптимальные скорости воздуха в помещении для холодного периода – 0,2-0,3 м/с, для тёплого периода – 0,2-0,5 м/с.
Системы инженерного оборудования зданий [1, с.80-81]
Требуемый микроклимат в помещениях создаётся следующими системами инженерного оборудования зданий: отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Системы отопления служат для создания и поддержания в помещениях в холодный период года необходимых температур воздуха, регламентируемых соответствующими нормами. Т.е. они обеспечивают необходимый тепловой режим помещений.
В тесной связи с тепловым режимом помещений находится воздушный режим, под которым понимают процесс обмена воздухом между помещениями и наружным воздухом.
Системы вентиляции предназначены для удаления из помещений загрязнённого и подачу в них чистого воздуха. При этом расчётная температура внутреннего воздуха не должна меняться. Системы вентиляции состоят из устройств для нагревания, увлажнения и осушения приточного воздуха.
Системы кондиционирования воздуха являются более совершенными средствами создания и обеспечения в помещении улучшенного микроклимата, т.е. заданных параметров воздуха: температуры, влажности и чистоты при допустимой скорости движения воздуха в помещении независимо от наружных метеорологических условий и переменных по времени вредных выделений в помещениях. Системы кондиционирования воздуха состоят из устройств термовлажностной обработки воздуха, очистки его от пыли, биологических загрязнений и запахов, перемещения и распределения воздуха в помещении, автоматического управления оборудованием и аппаратурой.
Теплозащитные свойства ограждений [1, с.85-98]
Теплозащитные свойства ограждений принято характеризовать величиной сопротивления теплопередаче R 0, которая численно равна падению температуры в градусах при прохождении теплового потока, равного 1 Вт, через 1 м2 площади ограждения.
Уравнение (2.22) применительно к наружным ограждениям зданий можно записать так:
R 0 = R в + R к + R н, (3.4)
где: R в =1/ a в – сопротивление теплоотдаче внутренней поверхности, м2К/Вт;
R н =1/ a н – сопротивление теплоотдаче наружной поверхности, м2К/Вт;
R к – термическое сопротивление ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями, м2К/Вт;
a в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения, Вт/(м2К);
a н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения, Вт/(м2К).
Величина R к определяется как сумма термических сопротивлений отдельных слоёв:
R к = R 1 + R 2 +…+ R п + R в.п., (3.5)
где: R 1, R 2,… R п, – термические сопротивления отдельных слоёв ограждения, м2К/Вт;
R в.п. – термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, м2К/Вт.
Термическое сопротивление каждого слоя однородной ограждающей конструкции Ri определяют по формуле:
Ri = d i / l i, (3.6)
где: d i – толщина отдельного слоя, м;
l i – расчётный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м2К), принимаемый по СНиП II-3-79**.
Для определения термического сопротивления ограждений, в которых материал неоднороден как в параллельном, так и в перпендикулярном тепловому потоку направлениях (разного рода пустотелые блоки и т.п.) используются специальные методики расчёта.
Сопротивление теплопередаче наружных ограждений отапливаемых зданий должно определяться в соответствии с требованиями «Изменений №1 к СНиП II-3-79**» и быть не менее нормативного сопротивления теплопередаче R норм (или, в оговоренных случаях, не менее требуемого сопротивления теплопередаче R 0 тр, определяемого по формуле 3.8).
R 0 ³ R норм, или R 0 ³ R 0 тр, (3.7)
(3.8)
Для наружных дверей и ворот (кроме балконных) R 0 дверь ³ 0,6 R 0 стены.
Однако выполнение условий (3.7) недостаточно, необходимо также учитывать технико-экономические показатели. Стоимость здания или сооружения складывается из капитальных затрат К (затраты на строительство) и эксплуатационных расходов ЭТ (в том числе и на отопление), причём эти показатели связаны с сопротивлением теплопередаче ограждений. При этом величина экономически целесообразного сопротивления теплопередаче ограждения R 0 эк соответствует минимуму приведенных затрат, равных сумме капитальных затрат К и эксплуатационных расходов ЭТ:
П=К+ЭТ. (3.9)
Если R 0 эк ³ R 0 тр, то расчётное сопротивление должно определяться по условию:
R 0» R 0 эк. (3.10)
Определение R 0 эк из нескольких типов конструкций выполняется в соответствии с п. 2.15 (СНиП II-3-79**). Экономически целесообразной будет та конструкция наружного ограждения, для которой величина приведенных затрат П будет наименьшей.
Тепловая инерция D ограждающей конструкции определяется по формуле:
D=R1s1+R2s2+…+Rnsn, (3.11)
где: R 1, R 2,… R п, – термические сопротивления отдельных слоёв ограждения, м2К/Вт;
s 1, s 2,… s п, – коэффициенты теплоусвоения материала слоёв ограждения, Вт/(м2К), значения s приведены в приложении 3* (СНиП II-3-79**).
Коэффициент теплоусвоения материала s показывает способность поверхности стенки площадью 1 м2 усваивать тепловой поток мощность 1 Вт при температурном перепаде 1К. Он зависит от продолжительности отопления и физических свойств материала - теплопроводности, теплоёмкости, плотности.
Воздухопроницаемость – свойство ограждения или материала пропускать воздух при наличии разности давлений воздуха с разных сторон стенки (фильтрация). Если фильтрация происходит в направлении от наружного воздуха в помещение, то она называется инфильтрацией, при обратном направлении – эксфильтрацией.
Разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждений возникает вследствие разности плотностей наружного и внутреннего воздуха (гравитационное давление) и под влиянием ветра (ветровое давление).
Гравитационное давление: перепад давлений в некоторой плоскости, отстоящей от нейтральной на расстояние h, определяется по формуле:
D p = h (r н - r в), (3.12)
где: r н, r в – плотности наружного и внутреннего воздуха соответственно, кг/м3.
Ветровое давление: под действием ветра на наветренных поверхностях здания возникает избыточное давление, а на заветренных поверхностях – разряжение.
Величина избыточного статического давления D p ст (ветрового давления) равна:
, (3.13)
где: k 1, k 2 – аэродинамические коэффициенты соответственно с наветренной и заветренной сторон здания;
v н – скорость набегающего на здание потока воздуха.
Воздухопроницаемость ограждающей конструкции оценивается по величине сопротивления воздухопроницанию R и, которое для сплошных слоёв материалов определяется так:
R и = d / i, (3.14)
где: d – толщина слоя, м;
i – коэффициент воздухопроницаемости материала, кг/(м2×ч×Па), характеризующий количество воздуха в кг, которое проходит через 1 м2 ограждения за 1 ч при разности давлений 1 Па.
Сопротивление воздухопроницанию R и должно быть не менее требуемого по СНиП II-3-79**, п. 5.1, R и тр, (м2×ч×Па)/кг:
R и ³ R и тр = D р/ G н, (3.15)
где: G н – нормативная воздухопроницаемость ограждающей конструкции, кг/(м2ч).
Сопротивление воздухопроницанию многослойной ограждающей конструкции R и, (м2×ч×Па)/кг, определяют по формуле:
R и = R и1 + R и2 +…+ R ип, (3.16)
где: R и1, R и2,… R ип, – сопротивления воздухопроницанию отдельных слоёв ограждающей конструкции, (м2×ч×Па)/кг.
Влажность. Повышение влажности строительных материалов увеличивает их теплопроводность, что существенно снижает теплозащитные качества ограждений. Влажный строительный материал неприемлем и с гигиенической точки зрения (появляются плесень, грибки, повышается влажность воздуха в помещении). Кроме того, повышенная влажность материала ограждения оказывает соответствующее влияние и на её долговечность.
Пути попадания влаги:
- строительная влага – вносится при возведении зданий или при изготовлении ж/б конструкций;
- грунтовая влага – проникает в ограждение вследствие капиллярного всасывания;
- атмосферная влага – попадает при косом дожде или неисправной кровле;
- эксплуатационная влага – в процессе эксплуатации зданий;
- гигроскопическая влага – вследствие гигроскопичности материала ограждения;
- конденсационная влага – влага из воздуха может конденсироваться как на внутренней поверхности ограждения, так и в его толще.
Разность величин упругости водяного пара с одной и с другой стороны ограждения вызывает диффузионный поток водяного пара через ограждение от внутренней поверхности к наружной. Количество водяного пара, диффундирующего в стационарных условиях через плоскую однородную стенку, можно определить из выражения:
G=(e в -e н)(m / d), (3.17)
где: G – количество диффундирующего пара, кг;
e в и e н – упругости водяного пара у внутренней и наружной поверхностей, Па;
m - коэффициент паропроницаемости материала стенки, кг/(м×ч×Па);
d – толщина стенки, м.
Коэффициент паропроницаемости материала зависит от физических свойств данного материала и представляет собой количество водяного пара, которое диффундирует в течение 1 ч через 1 м2 плоской стенки толщиной 1 м при разности упругостей водяного пара с одной и другой стороны, равной 1 Па.
Сопротивление паропроницанию (величина, обратная коэффициенту паропроницаемости) для однородного слоя материала определяется по формуле:
R п = d / m. (3.18)
Для предупреждения конденсации влаги на внутренней поверхности наружного ограждения необходимо, чтобы t в > t р. Температура точки росы t р воздуха помещения определяется по формуле:
t р =20,1 -( 5,75 - 0,00206 e в)2. (3.19)
Если условие t в > t р не соблюдается, то необходимо увеличить сопротивление теплопередаче ограждения R 0. Кроме того, целесообразны вентилирование помещений, обдувка или обогрев внутренних поверхностей ограждения.
Лекция 4
