Расчетные параметры воздуха внутри и снаружи отапливаемых помещений

 

2. 1. ПАРАМЕТРЫ ВОЗДУХА ВНУТРИ ПОМЕЩЕНИЙ

В процессе жизнедеятельности людей, величина тепловыделений человеческого организма определяется, в первую очередь, характером и интенсивностью выполняемого им труда.

Отвод выделившийся теплоты происходит за счет:

-конвективного теплообмена с окружающим воздухом;

-лучистого теплообмена с окружающим человека поверхностями твердых предметов;

-испарения влаги с поверхности его кожи.

Интенсивность процессов теплоотвода определяется тепловыми условиями в помещении, которые характеризуются: условной температурой помещения t_пом,°C; скоростью движения окружающего воздуха W_вр м/с и его относительной влажностью

Условная температура помещения определяется по выражению

где t_вp - температура воздуха в рабочей зоне помещения, °С; t^ср_внп - средневзвешенная температура, обращенных к человеку поверхностей-окружающих твердых предметов, °С;

где М_о - количество окружающих человека поверхностей твердых предметов, шт; F - площадь обращенной к человеку поверхности j-го предмета, м²; t_внпj- температура обращенной к человеку поверхности j-го предмета, °С.

В подавляющем большинстве помещений при отсутствии поверхностей с очень высокими или очень низкими температурами t_внпj значение t_пом допустимо с достаточной точностью вычислять как

или принимать равной температуре воздуха в рабочей зоне

В табл. 2. 2 приведены рекомендации санитарно-гигиенических служб по величине оптимальных и допустимых параметров воздуха, которые необходимо поддерживать в рабочих зонах отапливаемых производственных помещений в холодный и переходный периоды года, т. е. при t_н + 8 °С.

В жилых и общественных помещениях в холодный период года параметры внутреннего воздуха необходимо поддерживать на уровне:

В производственных помещениях, где площадь пола приходящегося на каждого работающего в наиболее многолюдную смену F^уд_п = 50-100 м² /чел, разрешается вне постоянных рабочих мест (т. е. там, где дежурный персонал находится не более 2-х часов подряд), поддерживать температуру воздуха t_в = 10 °С.

В нерабочее время, в производственных, общественных и административно-бытовых помещениях следует поддерживать температуру воздуха t^д_в в пределах

обеспечивая при этом возможность повысить t^д_в до t_в к началу рабочего периода.

Температуры внутренних поверхностей ограждений помещений t_внпj, °C должны поддерживаться на таком уровне, чтобы не возникали чрезмерные оттоки тепла к ним от находящихся в помещении людей и не происходила бы конденсация на них водяных паров, содержащихся в воздухе помещений:

где t^н - нормативный перепад между температурами воздуха в помещении и внутренней поверхности ограждения, °С (принимается по данным табл. 2. 3); t_p-температура точки росы, °С, которая принимается при максимально допустимом значении ^д_вр и оптимальном значении t°_вр.

Таблица 2. 2

Оптимальные и допустимые значения параметров воздуха в рабочих зонах производственных помещений

Параметры внутреннего воздуха подвергаются непрерывному по времени, но переменному по интенсивности, воздействию разнообразных факторов.

В холодный период года к ним, в первую очередь, относятся:

-потери тепла через ограждающие конструкции помещения;

-затраты тепла на подогрев холодного наружного воздуха, проникающего в помещение;

-затраты тепла на нагрев материалов и элементов оборудования, поступающих в помещение с температурой ниже, чем t_вр;

-теплопритоки от находящихся в помещении людей, установленного в нем оборудования и приборов электрического освещения.

Для стабилизации значений параметров внутреннего воздуха, воздействие возмущающих факторов должно постоянно компенсироваться равным по величине, но противоположным по направлению воздействием теплопритоков от размещаемых в помещении отопительных систем.

Тепловая мощность и степень компенсирующего воздействия этих систем выбирается с учетом требований к микроклимату помещений, которые диктуются уровнем требований человеческого организма или характером проводимых в помещении технологических процессов.

В табл. 2. 4 приведены нормативные требования к уровню микроклимата в различных помещениях в холодный период года, а также допустимые отклонения температуры t_вp от её оптимального значения и нормативные значения коэффициента обеспеченности K^вн_об, характеризующего долю времени оптимального периода, в течение которого должен соблюдаться стабильный уровень микроклимата помещения

где n₀ - продолжительность отрезка времени, в течение которого система отопления поддерживает микроклимат в помещении, ч/год; n₃₀- продолжительность времени отопительного периода, в течение которого позволяются отклонения температуры воздуха помещения на величину больше допустимой, ч/год.

Пример 2. 1

Определить оптимальное значение температуры воздуха в рабочей зоне производственного помещения с нормальным влажностным режимом. В помещении круглосуточно находятся люди, выполняющие работу средней тяжести категории IIА. Ограждения помещения состоят из двух торцевых - площадью F₁ = F₂ = 36 м², двух боковых F₃ = F₄ = 72 м², потолочного F₅ = 72 м², пола F₆ = 72 м².

Торцевое ограждение F₁ соприкасается с наружным воздухом, а потолочное – F₅ выходит на чердак с кровлей из рулонных материалов. Остальные ограждения соприкасаются с другими помещениями, в которых поддерживается температура t°_вр = 21 °С.

Решение

1. Из таблицы 2.2, для работ категории IIА выбираем оптимальное значение температуры воздуха в помещении t°_пом = 20 °С и допустимое значение относительной влажности ^д_вр=60%.

2. Принимаем предварительное значение температуры воздуха в рабочей зоне помещения t’_вр=21 °С.

3. При использованием "I-d" -диаграммы, определяем значение температуры "точки росы" t_p =13,0 °С.

4. Определяем температурный перепад между температурой воздуха в помещении и температурой точки росы:

5. Так как t больше значений t^н рекомендуемых таблицей 2.3, то для торцевого ограждения принимаем

и для потолочного

6. Определяем температуры внутренней поверхности торцевого F₁ и потолочного F₅ ограждений:

7. Для остальных ограждений

8. Определяем по формуле (2.2) средневзвешенное значение температуры внутренних поверхностей ограждений помещения:

9. Из выражения (2.1) вычисляем оптимальное значение температуры воздуха в рабочей зоне помещения t°_вр, необходимое для комфортного самочувствия находящихся в нем людей:

Так как значение t^o_вp близко к предварительно принятому значению t^’_вp =21 °С, то уточнения не производим и окончательно принимаем t^’_вp =21,6 °С.

 

Пример 2.2

Для условий примера 2.1 определить минимальное допустимое комфортное значение температуры воздуха в помещении t_вр^дmin, °С и максимально допустимое число часов за год n₃₀, ч/год, в течение которых t_вp может опускаться ниже t_вр^дmin, если здание с рассматриваемым помещением расположено в Москве.

Решение

1. По данным таблицы 2.4 при круглосуточном пребывании людей в помещении уровень требований к микроклимату в нем высокий:

и

2. Вычисляем минимально-допустимое комфортное значение температуры воздуха в помещении

3.Используя выражение (2.4) и, определив из Приложения 1, продолжительность отопительного периода в г. Москве n₀=5112 ч/год, определяем максимально-допустимую суммарную годовую продолжительность периодов, в течение которых температура воздуха в помещении может опускаться ниже

 

2.2. РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА

Изменение параметров наружного воздуха (температуры - t_н, скорости ветра - W_н и относительной влажности - _н) оказывает непосредственное влияние на изменение теплового потока уходящего наружу через ограждения помещения и на затраты тепла для подогрева холодного воздуха и холодных материалов, поступающих в помещение снаружи.

В свою очередь, изменение теплопотерь помещения будет отражаться или на изменении температуры

 

внутреннего воздуха или на режиме работы системы отопления помещения поддерживающей стабильное значение температуры внутреннего воздуха

Многолетние наблюдения за климатом нашей страны позволили установить, что параметры наружного воздуха непрерывно меняются и колеблются в течение суток, месяцев, лет, веков, а характер этих изменений индивидуален для каждого региона или населенного пункта и для любого будущего момента времени точно не прогнозируем, а носит вероятностный характер.

Вместе с тем, результаты этих наблюдений и их последующая статистическая обработка позволили с большой степенью вероятности выявить для каждого населенного пункта усредненную за 30-50 лет продолжительность — n_i, ч, стояния в течение года любого значения температуры наружного воздуха — t_нi, °С. (В Приложении 1 для ряда населенных пунктов приведены эти данные.)

Однако для выбора максимальной (расчетной) мощности отопительной системы, устанавливаемой в помещении, а также теплотехнических и конструктивных характеристик ограждающих помещение конструкций, необходимо из всей совокупности наблюдаемых в регионе наружных температур, выбрать такое ее значение t_нi= t_нро, при котором комфортное значение внутренней температуры — t^o_вp будет поддерживаться с необходимым коэффициентом обеспеченности — К^вн_об.

Выбирая численное значение t_нпо для различных типов зданий, учитывают то обстоятельство, что суточные колебания температуры наружного воздуха вызывают изменения как теплового потока через ограждения, так и распределения температуры материала в толще и на поверхностях ограждения. При этом, колебания температур материала по мере удаления от наружной поверхности уменьшаются по величине и запаздывают по фазе и амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности ограждения существенно меньше амплитуды суточных колебаний температуры наружного воздуха.

Степень затухания этих колебаний определяется тепловой инерцией — D_oгp, используемых ограждений:

где M_с — количество слоев материалов, входящих состав ограждающей конструкции, шт.;

термическое сопротивление i-ro слоя ограждающей конструкции,

толщина i-ro слоя, м;

, — коэффициент теплопроводности материала i-гo слоя,

c- коэффициент теплоусвоения материала i-гo слоя ограждения при периоде колебаний наружной температуры равном 86400с,

Большинство современных зданий обладают большой инерционностью (D 7,0) и в их ограждениях происходит настолько значительное снижение амплитуд колебаний температур, что для поддержания оптимального значения внутренней температуры — t^o_вp с коэффициентом обеспеченности К^вн_об=0,98 достаточно в качестве расчетной температуры наружного воздуха — t_нро принять такое значение t_нi, при котором более низкие температуры могут наблюдаться в течение не более 8% продолжительности отопительного периода, т.е.

Учет инерционности ограждений позволил выявить и регламентировать [2] расчетные параметры наружного воздуха для проектирования систем отопления и ограждающих конструкций различных типов зданий.

Для проектирования систем отопления и ограждений зданий с D_oгp 7,0 за расчетную температуру наружного воздуха принимают среднюю температуру наиболее холодных пятидневок, отобранных по одной из восьми наиболее холодных зим, наблюдавшихся в данном населенном пункте за последние 50 лет. (Для ряда населенных пунктов эти температуры обозначенные приведены в приложении 2.)

Для зданий с малой инерционностью ограждений (Dorp < 4,0) за расчетную температуру принимают среднюю температуру восьми наиболее холодных суток из 8 наиболее холодных зим за последние 50 лет.

Для зданий с средней инерционность ограждений за расчетную принимают

Применение параметров Б при проектировании ограждений и систем отопления в зданиях различного типа обеспечивает заданный уровень микроклимата помещений с коэффициентом обеспеченности не менее

 

Пример 2.3

Определить расчетную температуру наружного воздуха для проектирования системы отопления в расположенном в г. Москве жилом здании, построенном из глиняного обыкновенного кирпича, на цементно-песчаном растворе с толщиной слоя 001м _к = 0,515м, и покрытого изнутри слоем известково-песчаной штукатурки толщиной _ш = 0,03 м.

Решение

1. Из приложения 3 находим:

для обыкновенного глиняного кирпича на песчано-цементном растворе: плотность: кг/м; удельная теплоемкость:

коэффициент теплопроводности:

для известково-песчаной штукатурки:

плотность:

удельная теплоемкость:

коэффициент теплопроводности:

2. Вычисляем инерционность ограждающей конструкции жилого дома по формуле (2.5).

3. Так как, то из приложения 2 находим для г. Москвы