Понятие микроклимата в помещении. Тепловой баланс помещения. Лекция 2

План лекции
1. Общие сведения о микроклимате помещения
2. Нормативные требования к микроклимату помещения
3. Тепловой, воздушный и влажностный режимы помещения
4. Тепловой баланс
5. Потери теплоты через ограждающие конструкции зданий
6. Теплопоступления в помещение

Вопросы для самостоятельного изучения
1. Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций.
2. Теплотехнический расчет ограждений.
3. Микроклимат помещения. Основные понятия
4. Нормативные требования к микроклимату помещений различного назначения.
5. Расчетные наружные климатические условия для проектирования систем обеспечения микроклимата.
6. Правила обмера поверхностей ограждающих конструкций
7 .Добавочные потери тепла, вызываемые различными факторами (коэффициенты β1 и β2)
8. Теплозатраты на нагрев инфильтрующегося и вентиляционного воздуха.
9.Расчет тепловых потерь тепла через неутепленные полы, расположенные на грунте.
10. Определение потерь тепла по укрупненным измерителям. Теплотехническая оценка здания.

1. Общие сведения о микроклимате помещения
Функциональное состояние организма – совокупность характеристик физиологических систем, отражающих взаимодействие организма с окружающей средой, его жизнедеятельность и работоспособность.
Под микроклиматом помещения понимается совокупность теплового, воздушного и влажностного режимов в их взаимосвязи.
Основное требование к микроклимату помещения — поддержание благоприятных условий для находящихся в нем людей.
Микроклимат - искусственно создаваемые климатические условия в закрытых помещениях (напр., в жилище) для защиты от неблагоприятных внешних воздействий и создания зоны комфорта.

1. Общие сведения о микроклимате помещения
Виды микроклимата:
комфортный;
нагревающий с преобладанием:
радиационного тепла,
конвекционного тепла;
охлаждающий:
с субнормальными температурами (+10°С – 10°С),
с низкими температурами (ниже -10°С);
переменный;
с повышенной влажностью:
при нормальной и низкой температуре воздуха,
при высокой температуре воздуха.

1. Общие сведения о микроклимате помещения
Для нормальной жизнедеятельности и хорошего самочувствия человека должен соблюдаться тепловой баланс между теплотой, вырабатываемой организмом человека, и теплотой, отдаваемой им окружающей среде.
При нормальных условиях окружающей среде передается более 90 % теплоты (около 50 % передается излучением; 25 % — конвекцией; 25 % — испарением) и менее 10 % теряется в результате обмена веществ.

2. Нормативные требования к микроклимату помещения
Основными показателями микроклимата являются:
Температура воздуха в помещении tв
Усредненная температура на поверхностях ограждений tp
tn – температура на ограждении
Fn – площадь ограждения
Относительная влажность φв
Скорость движения воздуха в помещении vв
Параметры микроклимата, при которых сохраняется тепловое равновесие в организме человека при отсутствии напряжения в системе его терморегуляции, называются комфортными, или оптимальными.

2. Нормативные требования к микроклимату помещения
Рис. 2.1. Зоны комфортных сочетаний температур воз­духаtв и ограждений tp в жилых помещениях:1 — для холодного периода года; 2 — для теплого периода года

2. Нормативные требования к микроклимату помещения
Первое условие комфортности определяет область сочетаний tв и при которых человек, находясь в центре рабочей зоны, не испытывает ни перегрева, ни переохлаждения.
Для спокойного состояния человека tв = 21 ...23 °С;
при легкой работе — 19...21 °С;
при тяжелой работе - 14... 16 °С.
Для зимнего периода первое условие комфортности (для зданий, построенных до 1994 г.) характеризуется формулой
tp = 1,57 tп -0,57 tв ± 1,5,
где tп — температура помещения (результирующая температура:
tп = (tв + tp)/2.
Данная формула ограничивает значения tв и tp, так как одна и та же требуемая температура помещения может быть достигнута при различных значениях tв и tp.

2. Нормативные требования к микроклимату помещения
Второе условие комфортности определяет допустимые температуры нагретых и охлажденных поверхностей при нахождении человека в непосредственной близости от них.
Для недопущения перегрева головы человека поверхности потолка и стен могут быть нагреты до допустимой температуры
tдопнагр≤(19,2 + 8,7)/ψ
или охлаждены до температуры
tдопохл ≥(23-5)/ψ,
где ψ — коэффициент облученности от поверхности элементарной площадки на голове человека в сторону нагретой или охлаждаемой поверхности.
Температура поверхности пола зимой может быть на 2,0...2,5°С ниже температуры воздуха в помещении, но не выше 22...34°С.

2. Нормативные требования к микроклимату помещения
Основные требования к микроклимату содержатся в санитарных и строительных нормативных документах:
СанПиН 2.1.2.2645-10 "Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях"
ГОСТ 12.1.005-88 «Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования»

2. Нормативные требования к микроклимату помещения
Различают три периода года:
теплый, среднесуточная температура наружного воздуха tн составляет более +8 °С
холодный, среднесуточная температура наружного воздуха tн ниже +8 °С
переходный, среднесуточная температура наружного воздуха tн=+8 °С

2. Нормативные требования к микроклимату помещения
По интенсивности труда все виды работ подразделяются на три категории:
легкие, с соответственной затратой энергии до 172 Вт
средней тяжести, с соответственной затратой энергии 172...293 Вт
тяжелые, с соответственной затратой энергии более 293 Вт.

2. Нормативные требования к микроклимату помещения
По интенсивности явных тепловыделений помещения подразделяются на три группы:
с незначительными теплоизбытками явной теплоты (до 23 Вт/м3);
со значительными избытками явной теплоты (более 23 Вт/м3);
жилые, общественные, вспомогательные помещения производственных зданий при всех значениях явной теплоты.

2. Нормативные требования к микроклимату помещения
Оптимальными микроклиматическими условиями являются такие, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают сохранение нормального функционального и теплового состояния организма без напряжения механизмов его терморегуляции. Они обеспечивают ощущение теплового комфорта и создают предпосылки для высокого уровня работоспособности.
Допустимыми условиями являются такие, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать преходящие и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма, сопровождающиеся напряжением механизмов терморегуляции, не выходящим за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут наблюдаться ухудшение самочувствия и снижение работоспособности.

2. Нормативные требования к микроклимату помещения
В холодный период года температура воздуха должна составлять (оптимальные параметры)
при легкой работе — 20... 23 °С;
при работе средней тяжести — 17... 20 °С;
при тяжелой работе — 16... 18 °С.
Допустимые температуры составляют
при легкой работе — 19... 25°С;
при работе средней тяжести — 15... 23°С;
при тяжелой работе — 13... 19 °С.

2. Нормативные требования к микроклимату помещения
В теплый период года оптимальными считаются температуры
при легкой работе — 22... 25°С;
при работе средней тяжести — 21... 23°С;
при тяжелой работе — 18... 21 °С.
Допустимая температура — 25... 33 °С.
Для всех периодов:
Оптимальная относительная влажность воздуха составляет 40... 60%, допустимая – 30…70%
Скорость воздуха для холодного периода — 0,2...0,3 м/с; для теплого периода — 0,2...0,5 м/с.

3. Тепловой, воздушный и влажностный режимы помещения
Тепловым режимом помещения называется совокупность всех факторов и процессов, определяющих тепловую обстановку.
Теплоустойчивость — это свойство ограждения сохранять относительное постоянство температуры при колебаниях тепловых воздействий.
Для оценки теплоустойчивости ограждения в целом в инженерных расчетах используют величину характеристики тепловой инерции D

3. Тепловой, воздушный и влажностный режимы помещения
Воздушным режимом здания называются процессы воздухообмена между наружным и внутренним воздухом, а также между всеми его помещениями
Естественными силами, вызывающими движение воздуха, являются гравитационное и ветровое давление.
Внутренний воздух удаляется за пределы зданий с помощью вытяжных вентиляционных систем, а также через неплотности наружных ограждений

3. Тепловой, воздушный и влажностный режимы помещения
Тепловой режим здания в значительной мере зависит от его воздушного режима, так как инфильтрация холодного наружного воздуха требует дополнительных затрат теплоты на его подогрев, а эксфильтрация влажного внутреннего воздуха приводит к увлажнению материалов и снижению теплозащитных качеств наружных ограждений. Поэтому величина воздухопроницаемости G, кг(м2 ч), является нормируемой для различных ограждающих конструкций; она не должна превышать нормативных значений.

3. Тепловой, воздушный и влажностный режимы помещения
Влажностный режим ограждающих конструкций формируется под влиянием разности парциальных давлений водяного пара по обе стороны ограждения и физических свойств материалов конструкций.
Процесс переноса влаги в толще ограждений является сложным термодинамическим процессом и наиболее полно описывается с помощью понятия потенциала влажности

4. Тепловой баланс помещения
В помещении, в котором поддерживается постоянный (стационарный, не меняющийся во времени) тепловой режим, должен наблюдаться тепловой баланс
Величины суммарных теплопотерь и теплопоступлений в помещениях определяются соответственно:
∑Qпот = Qогр + Qинф + Qмат + Qпроч,
∑Qпост = Qоб + Qмат + Qбыт + Qосв + Qлюд + Qср,о + Qср,пок + Qпроч.

4. Тепловой баланс помещения
Рис.2.2. Тепловой баланс помещения

5. Потери теплоты через ограждающие конструкции зданий
Основные потери теплоты здания Q, Вт, складываются из потерь теплоты всеми ограждающими конструкциями:
общие потери теплоты ограждающими конструкциями. Они определяются по формуле
теплопотери через i-ую ограждающую конструкцию

5. Теплопоступления в помещение
Теплопоступления от людей Qлюд :
Количество явного тепла оценивается как:
Qя = Σqя n, Вт;
Количество полного тепла:
Qп = Σqп n, Вт,
где: n — количество людей, qя и qп — соответственно количество тепла, выделяемое мужчиной при определенной температуре воздуха в помещении

5. Теплопоступления в помещение
Теплопоступления от источников искусственного освещения:
Qосв = E F qосв ηосв, Вт,
где: Е — уровень освещенности, лк.; F — площадь пола помещения, м2; qосв — удельные тепловыделения, Вт/(м2 лк); ηосв — доля тепла, поступающего в помещения. Зависит от местоположения источника света и от типа ламп.

5. Теплопоступления в помещение
Для остекленных поверхностей величина солнечной радиации определяется выражением:
Qср,о=FоqoAo1,16, Вт,
где: Fo — площадь поверхности остекления, в м2; qo — величина солнечной радиации в ккал/м2 • ч через м2 поверхности остекления, зависящая от ориентации по сторонам света; 1,16 — переводной коэффициент из ккал/ч в Вт; Ao — коэффициент, зависящий от характеристики остекления.

5. Теплопоступления в помещение
Для покрытий количество тепла, поступающего в помещение за счет солнечной радиации, определяется по формуле:
Qср,пок=FпqпКп1,16, Вт,
где:F — площадь поверхности покрытия, в м2; qп — величина солнечной радиации в ккал/м2ч через м2 поверхности покрытия; 1,16 — переводной коэффициент из ккал/ч в Вт; Кп — коэффициент теплопередачи покрытия.