Состав сухой части атмосферного воздуха

Общие представления о микроклимате. Параметры характеризующие микроклимат

Микроклимат помещения – это состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на самочувствие человека.

Одной из важнейших составляющих внутренней среды является воздух.

Атмосферный воздух представляет собой смесь не взаимодействующих между собой газов, водяного пара и различных загрязнителей (дым, пыль, промышленные, транспортные и другие газовые выбросы).

Смесь газов, содержащихся в атмосферном воздухе, без водяного пара и загрязнителей называется сухим воздухом.

Состав сухой части атмосферного воздуха

В термодинамике атмосферный воздух рассматривают как смесь, состоящую из сухого воздуха и водяного пара, который может быть в перегретом, насыщенном или в сконденсированном взвешенном состоянии в виде капельного или ледяного (при отрицательной температуре) тумана.

Последнее состояние является неустойчивым и изучается обычно при решении некоторых специальных задач, например, в холодильной технике.

Смесь сухого воздуха с перегретым водяным паром называется ненасыщенным влажным воздухом, а смесь сухого воздуха с насыщенным водяным паром - насыщенным влажным воздухом.

Плотность влажного воздуха r_в в кг/м³ представляет собой отношение массы влажного воздуха к объему:

.

Значения r_в вычисляют по формулам:

;

где Р_б - барометрическое давление воздуха, кПа;

Р_п - парциальное давление водяного пара, кПа;

Т = t + 273,15 - абсолютная температура воздуха, К.

Плотность влажного воздуха всегда меньше плотности сухого.

Масса водяного пара во влажном воздухе, приходящаяся на 1 кг массы сухой его части, называется влагосодержанием влажного воздуха

Относительной влажностью воздуха называется отношение парциального давления водяного пара, содержащегося во влажном воздухе заданного состояния, к парциальному давлению насыщенного водяного пара при той же температуре:

.

Каждый газ характеризуется также удельной теплоемкостью. Теплоемкостью называется количество теплоты, которое нужно подвести к газу или отнять от него для изменения температуры газа на 1 °С. Под удельной теплоемкостью газа понимают отношение теплоты, полученной единицей количества вещества при бесконечно малом изменении его состояния, к изменению температуры.

В интервале температур от -40 до +60 °С удельную теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении можно считать постоянной:

с_р.с = 1,006 кДж/(кг×К).

Средние значения удельной массовой теплоемкости воды в интервале температур от 0 до 100 °С изменяются в пределах сотых, поэтому в расчетах систем принимают

с_ср.в = 4,186 кДж/(кг×К).

Значения удельных теплоемкостей газовых смесей определяются по следующим формулам:

- смесь газов задана массовыми долями

;

;

Удельная энтальпия влажного воздуха J - это количество теплоты, содержащееся во влажном воздухе при заданных температуре и давлении, отнесенное к 1 кг сухого воздуха.

Энтальпия смеси газов равна сумме энтальпий компонентов, входящих в смесь. Следовательно, удельная энтальпия влажного воздуха представляет сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара.

J = J_c + J_п - r·d,

где J_c - удельная энтальпия сухого воздуха, кДж/кг с.в.;

J_п - удельная энтальпия водяного пара, кДж/кг п.

r- теплота парообразования кДж/кг

Удельной теплотой парообразования называется количество теплоты, затрачиваемое на превращение в пар 1 кг воды, нагретой до температуры кипения.

r = 2500 кДж/кг

формулы для расчета энтальпии влажного воздуха имеют вид:

- для ненасыщенного воздуха

;

- для насыщенного воздуха

.

Для диапазона температур от -50 до +50 °С можно использовать зависимость:

, кДж/кг с.в.

Температура (Т, К) - величина, характеризующая степень нагретости тела. Она представляет собой меру средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

В настоящее время используются температурная шкала Цельсия. Между температурами, выраженными в Кельвинах и градусах Цельсия, имеется следующее соотношение

Т, К = 273,15 + t°C.

Тепловой комфорт – это метеорологические условия, обеспечивающие оптимальный уровень физиологических функций, в том числе и терморегуляторных, при субъективном ощущении комфорта.

Согласно первому условию комфортности – комфортной будет такая общая температурная обстановка в помещении, при которой человек, находясь в середине помещения, будет отдавать все явное тепло, не испытывая перегрева или переохлаждения. (радиационная температура)

Второе условие комфортности ограничивает интенсивность теплообмена при положении человека около нагретых или охлажденных поверхностей. Определяющей величиной в этом случае является интенсивность лучистого теплообмена. (температура поверхности)

В 1884 году инженер Флавицкий И.И. пришел к выводу о необходимости учета комплексного влияния температуры воздуха и относительной влажности на самочувствие человека. Им введено понятие эффективной температуры и температуры насыщенного неподвижного воздуха, вызывающего такое тепловое ощущение, как ненасыщенный воздух при рассматриваемой температуре. Продолжение работ в этом направлении вылилось в введение понятия «эквивалентно-эффективная температура». Это такая температура, которая эквивалентна тепловому воздействию температуры воздуха, его относительной влажности и подвижности.

Скорость(подвижность) движения воздуха — осредненная по объему обслуживаемой зоны скорость движения воздуха.

В неподвижном, застойном воздухе развивается инертность реакции человека на термические раздражители. Увеличение скорости движения воздуха повышает конвективную теплоотдачу, а скорость, превышающая 0,2 м/с, воспринимается как дискомфортная, при которой человек испытывает ощущение сквозняка.

Известная степень подвижности воздуха и надлежащий воздухообмен в помещении необходимы как для теплового комфорта, так и для устранения в нем микрофлоры, пыли и токсичных выделений. В 1м³ внутреннего воздуха помещений летом содержится вдвое, а зимой в 30 раз больше микроорганизмов, чем в наружном воздухе. Пылинок во внутреннем воздухе вдвое больше, чем в наружном. Чем лучше жилые помещения снабжаются чистым воздухом, тем ниже в них концентрация микробов и вирусов.

Самочувствие и работоспособность человека зависит от работы физиологической системы терморегуляции организма, которая нормально функционирует при температуре около 36,6 ºС. Для поддержания постоянной температуры организм человека непрерывно вырабатывает тепло, которое отдается окружающей среде.

Общий тепловой (энергетический) баланс человека характеризуется следующим уравнением:

,
где	- общее количество энергии, вырабатываемой человеком, Вт,
	- составляющие теплообмена человека конвекцией, излучением и за счет затрат тепла на испарение влаги, Вт,
	- расход тепла (энергии) на механическую работу, Вт,
	- тепло, затрачиваемое на физиологические процессы, Вт,
	- избыток или недостаток тепла в организме, Вт,

Если теплопродукция организма и потери тепла не сбалансированы, то в организме может наблюдаться накопление тепла или его дефицит. Интенсивность отдачи тепла человека зависит от тепловой обстановки в помещении, которая определяется температурой, подвижностью, относительной влажностью воздуха в помещении, температурами поверхностей, обращенных в помещении, расположение (относительно человека) и размеры которых определяют радиационную температуру помещения t_R.

Радиационная температура помещения, относительно первой поверхности определяется как осредненная (по признаку эквивалентности лучистому теплообмену с данной поверхностью) температура всех окружающих эту поверхность поверхностей в помещении. При этом используется понятие коэффициента облученности φ. Это коэффициент являющийся геометрической характеристикой и определяемый как отношение лучистого потока падающего с первой поверхности на другую поверхность, ко всему потоку, излучаемому первой поверхностью. Поэтому t_R определяется как осредненная температура поверхностей по коэффициентам облученности:

.

Радиационную температуру так же можно определить как средневзвешенную температуру по площадям окружающих поверхностей:

.

Расчет по площадям проще, чем с использованием коэффициента облученности, но менее точен.

Одним из показателей санитарного состояния воздушной среды в зданиях также является концентрация СО₂, которая не должна превышать 0,1%. Для поддержания такого уровня концентрации углекислого газа рекомендуется удельный воздухообмен l_уд=30 м³/(ч·чел). При этих показателях воздушной среды и протекание физиологических процессов у человека не имеется значительного отклонения от гигиенических нормативов.

Итак, параметры микроклимата помещений зданий включают следующие основные показатели:

- температура воздуха t_в, °С;

- температура внутренних поверхностей наружных ограждений, τ_в, °С;

- радиационная температура помещения, t_R, °С;

- относительная влажность воздуха φ_в, %;

- подвижность воздуха υ_в, м/с;

- газовый состав и запыленность.

ЛЕКЦИЯ 2