Тепловой баланс организма человека
ЧЕЛОВЕКА В ПОМЕЩЕНИИ
ТЕПЛОВАЯ ОБСТАНОВКА И УСЛОВИЯ КОМФОРТНОСТИ ДЛЯ
Лекция 5. Цель лекции: Определение комфортных и допустимых условий для различных помещений на основании требований СНиП.
Уравнение теплового баланса организма человека
Q1 ± Qk ± Qp - Qи - Qм - Qф ± ΔQ = 0, (4.1)
где Q1 – теплопродукция организма, зависящая от степени тяжести выполняемой работы и температуры окружающего воздуха;
Qk, Qp, Qи – составляющие теплообмена человека: конвективная, радиационная, испарение, зависящие от тяжести выполняемой работы и температуры воздуха, и их соотношение определяет комфортность условий, а их сумма – величину ΔQ и, соответственно, перегрев или переохлаждение организма;
Qм, Qф – расход тепла на механическую работу и на физиологические процессы;
ΔQ – избыток или недостаток тепла в организме.
Организм имеет систему терморегуляции, обеспечивающую отвод тепла конвекцией, излучением и испарением и позволяющую человеку приспосабливаться к изменению тепловых условий. Однако эта способность организма ограничена небольшим интервалом температуры.
|
|
Комфортные и допустимые тепловые условия в помещениях определяются категориями физической работы: легкой (категории Iа и Iб), тепловыделения до 170 Вт; средней тяжести (категории IIа и IIб), тепловыделения до 290 Вт; тяжелой (категория III), тепловыделения более 290 Вт.
В каждом помещении необходимо создавать и поддерживать тепловой режим в зависимости от его назначения и предъявляемых санитарно-гигиенических требований, установленных нормативными документами: СНиПами «Строительная теплотехника», «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха»; ГОСТом 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»; Санитарными нормами микроклимата производственных помещений (№4088-86).
Комфортные и допустимые условия для производственных помещений должны быть обеспечены в рабочей зоне, т. е. в пространстве высотой до 2 м (до 1,5 м для сидящих людей) над уровнем пола.
Расчетными внутренними характеристиками отапливаемых помещений являются:
– температура воздуха в середине рабочей зоны или помещения (tв), влияющая на теплоотдачу конвекцией;
– радиационная температура [1] помещения (tR), влияющая на теплоотдачу излучением;
– температура помещения (tп).
Радиационную (среднюю лучистую) температуру обычно определяют по упрощенной формуле, не учитывающей степень черноты ограждений:
tR= å (Fв tв )/ åFв , (4.2)
где tв – средняя температура поверхностей, обращенных в помещение, включая и греющие панели;
|
|
Fв – соответствующие площади поверхностей.
Так как деятельность человека связана с частью объема помещения, то ощущение температурного комфорта зависит как от температуры окружающего воздуха, так и от радиационной температуры. Учитывая это, удобно характеризовать условия в помещении температурой помещения. Для наиболее распространенных помещений:
tп@(tв+tR)/2. (4.3)
Температурная обстановка в помещении определяется сочетанием температур tв и tR и характеризуется двумя условиями комфортности.
Первое условие комфортности температурной обстановки устанавливает зону сочетаний tв и tR, при которых человек, находясь в середине помещения (обслуживаемой зоны), не испытывает чувства перегрева или переохлаждения. Для отопительного периода это условие имеет вид:
tR=1,57 tп(И) - 0,57 tв ± 1,5, (4.4)
где tп(И) – нормируемое значение tп, соответствующее комфортным условиям при разной интенсивности (И) выполняемой физической работы.
Проверку tR обычно производят для помещений, имеющих панельное или воздушное отопление; или имеющих сильно развитые холодные поверхности наружных ограждений (ленточное остекление, две и более наружных поверхности), т. е. где есть заметная разница между tв и tR.
В остальных случаях (при tв» tR), согласно СНиП, обеспечивают расчетную температуру воздуха. (Для жилых, общественных и административно-бытовых помещений – 18 – 22 оС).
Кроме общего теплового баланса на тепловое самочувствие человека влияют условия, в которых находятся отдельные части тела (ноги, голова).
Второе условие комфортности температурной обстановки определяет допустимые температуры нагретых и охлажденных поверхностей при нахождении человека на границах обслуживаемой зоны помещения.
Для предупреждения радиационного перегревания или переохлаждения человека, поверхности ограждений потолка и стен (в зоне свыше 1м) могут быть нагреты до допустимой температуры (при минимально необходимой теплоотдаче человеком излучением 11,6 Вт/ м2):
[tнаг] £ 19,2 + 8,7 / j, (4.5)
или охлаждены до допустимой температуры (при максимальной теплоотдаче человеком излучением 70 Вт/ м2):
[tохл] ³ 23 - 5 / j, (4.6)
где j – коэффициент облученности с поверхности наиболее невыгодно расположенной элементарной площадки на голове в сторону нагретой или охлажденной поверхности (расчетное расстояние до стен 1 м). При j > 0,2:
j = 1 - 0,8 y / l, (4.7)
где у – расстояние от головы человека до потолочной отопительной панели;
l – осредненный размер панели, l = Ап0,5;
Ап – площадь панели.
Минимально допустимая температура охлажденной поверхности окон определяется по предельно допустимой теплоотдаче излучением человека равной 93 Вт / м2 :
[tохл. ок] ³ 14 - 4,4 / jок. (4.8)
Температура поверхности холодного пола может быть ниже tв на 2 – 2,5 оС (в производственных помещениях это требование относится к участникам с постоянными рабочими местами).
Температура поверхности нагретого пола в помещениях для постоянного пребывания людей не должна быть выше 26 0С.
Расчетными внутренними характеристиками вентилируемых и кондиционируемых помещений являются:
– температура воздуха в середине рабочей зоны или помещения (tв);
– относительная влажность воздуха в помещении (j), влияющая на теплоотдачу испарением;
– скорость движения воздуха в рабочей зоне, влияющая на теплоотдачу конвекцией;
– чистота воздуха;
– газовый состав воздуха в помещении.
Эти характеристики определяются средними значениями диапазона, определяемого предельно допустимыми или оптимальными значениями (в зависимости от класса СКВ[2]) параметров, устанавливаемых нормативно-технической документацией.
Оптимальные (рекомендуемые) параметры воздуха представляют собой совокупность наиболее благоприятных условий для наилучшего самочувствия человека, условия для правильного протекания технологического процесса, сохранности ценностей культуры.
|
|
Допустимые (обязательные) величины параметров микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим или техническим требованиям и экономическим причинам не обеспечиваются оптимальные нормы.
Допустимыми считаются такие сочетания параметров воздуха, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать кратковременные и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма, не выходящие за пределы физиологических возможностей человека. При этом могут возникать дискомфортные ощущения, ухудшаться самочувствие и снижаться работоспособность.
В целях энергосбережения, допускается понижение температуры ниже допустимой для помещений с кратковременным пребыванием людей или людей в верхней одежде, и повышение относительной влажности выше допустимой для районов строительства с относительной влажностью выше 75 %.
Для систем вентиляции в теплый период года температура внутреннего воздуха принимается не более чем на 3 0С выше расчетного значения температуры наружного воздуха по параметрам «А».
В холодный и переходный периоды года температура внутреннего воздуха принимается на 2...4 0С выше расчетной для отопления, приведенной в соответствующих главах СНиПа.
В практике зарубежного проектирования систем кондиционирования для определения количества тепла, выделяемого организмом, вводится показатель «Met» (метаболизм – выделение тепла внутри организма в зависимости от интенсивности выполняемой работы, Вт/м2), в баллах. Для оценки теплоизоляционного эффекта одежды вводится показатель «Clo» (Clothig – одежда). 1 Clo равен 0,155 м2 К/Вт. По специальным таблицам определяется оптимальная температура с допустимыми колебаниями ± 2 оС. При этом повышение теплоизоляционных свойств одежды на 0,1 Clo компенсируется понижением температуры на 0,6 оС. Также может изменяться и скорость движения воздуха в пределах 0,2 – 0,8 м/с.
|
|