Микроклимат помещения. Понятия теплообмена

Есть климат внешней среды, но есть и микроклимат помещения с измеряемыми параметрами давления, температуры и скорости движения воздуха, а также внутренней температуры под воздействием солнечного обогрева. При оптимальном взаимодействии этих факторов в помещении создается комфортный, полезный для здоровья и способствующий работоспособности микроклимат.

Температурный комфорт возникает, если изменяющаяся температура тела находится в равновесии, т.е. обходится минимальными затратами на свое терморегулирование. Комфортное состояние возникает, когда теплоотдача тела соответствует фактической отдаче тепла окружающей среды. Тепловые потоки идут от теплых поверхностей к холодным.

Реакции тела человека в целях регулирования его температуры. Теплопродукция: кровоснабжение кожи, увеличение скорости кровотока, расширение сосудов, мышечный тремор; охлаждение: выделение пота.

Теплообмен между телом и окружающей средой. Внутренний тепловой поток: поток тепла из центра тела к коже в результате кровоснабжения. Внешний поток тепла: проход тепла через ноги; конвекция (скорость воздуха, температура воздуха в помещении и температурная разница между одетыми и неодетыми участками тела); тепловое излучение (температурная разница между поверхностью тела и окружающим пространством); испарение, дыхание (поверхность тела, разница давления пара между кожей и окружающей средой).

Понятия теплообмена. Теплопроводность: передача тепла в результате прямого контакта. У меди, например, высокая теплопроводность, у воздуха — низкая (что используется при создании пористых изоляционных материалов); конвекция: перенесение тепла. При соприкосновении с теплым предметом воздух нагревается (например, от батареи), поднимается, у потолка охлаждается и снова опускается. Воздух циркулирует и забирает с собой частички пыли и взвесей. Чем быстрее носитель тепла (например, вода в батареях), тем быстрее идет процесс циркуляции. Тепловое излучение: поверхности теплых тел излучают тепло, а параметры излучения зависят от температуры поверхностей.

Излучение пропорционально их абсолютной температуре в 4-ой степени, т.е., например, оно может быть в 16 раз больше, если температура больше в два раза. Вместе с температурой изменяется также длина волн излучения. Чем выше температура поверхности, тем длина волн короче. Начиная с 5000 С тепло становится видимым как свет. Излучение ниже границы видимости света называется инфракрасным/тепловым излучением. Излучение идет во всех направлениях, пронизывает воздух, не нагревая его, абсорбируется (принимается) или отражается твердыми телами. При абсорбции излучения твердые тела (в том числе тело человека) нагреваются излучаемым теплом.

Рис. Системы терморегуляции человека

По психологическим причинам этот прием тепла является самым приятным и самым полезным для здоровья человека (примером могут служить изразцовые печи). Комфортный климат: февраль/март, 5°С на высоте 2000 метров, сухой воздух без пыли, темно-синее небо, сверкающее на снегу солнце, высокая температура излучения. Некомфортный климат: разгар лета (тропики), пасмурное небо, температура воздуха +30°С, большой пыльный город, высокий уровень влажности, духота.

Рис. Зона комфорта

Низкая температура излучения. Рекомендации по созданию микроклимата в помещении (температура воздуха и окружающих поверхностей). Летом комфортны температуры 20—24°С; зимой — около 21 С (плюс/минус 1 С). Температура окружающих поверхностей не должна отличаться от температуры воздуха больше, чем на 2—3°С. Изменение температуры воздуха может в определенной степени компенсироваться изменением температуры окружающих поверхностей (снижающаяся температура воздуха — повышающаяся температура окружающих поверхностей) — см. диаграммы.

При значительной разнице этих температур возникает слишком большое движение воздуха. Критичными поверхностями, прежде всего, являются окна. Необходимо избегать слишком большого отвода тепла на пол от ног (температура пола должна быть выше 17 С). Тепло и холод в ногах — это ощущения человека, а не характеристики пола. Необутая нога ощущает тепло/холод только через покрытие пола и его слой определенной толщины; обутая нога — через покрытие пола и температуру у пола. Температура поверхности потолка зависит от высоты помещения. Ощущаемая человеком температура — это температура, образующаяся как примерное, усредненное значение температуры воздуха в помещении и температуры окружающих поверхностей.

Движение воздуха. Движение воздуха ощущается как сквозняк, который в этом случае приводит к локальному охлаждению тела.

Температура воздуха и относительная влажность воздуха. Комфортной является относительная влажность воздуха 40—50%. При низкой влажности (около 30%) начинают летать частички пыли.

Таб. Параметры влажности для вдыхаемого воздуха

Свежий воздух и воздухообмен. Оптимальным является контролируемое проветривание и, в меньшей степени, проветривание от случая к случаю и продолжительное. Содержащийся в воздухе С0₂ должен заменяться кислородом. Содержание С0₂ не должно превышать 0,10 %, поэтому необходимо, чтобы воздух в жилых и спальных помещениях обменивался 2—3 раза в час. Потребность человека в свежем воздухе составляет, примерно, 32,0 м³/час. Воздухообмен в жилых помещениях: 0,4—0,8 объема помещения на 1 человека в час.