Расчетные внутренние тепловые условия

Параметры микроклимата помещения должны быть в определенных условиях между собой и не отклоняться от заданных пределов, т.е. находиться в некоторой зоне комфортности тепловой обстановки. Таких зон несколько, они определяются временем года, назначением помещения, видом выполняемой работы и климатом района строительства.

Деятельность человека обычно происходит в определенной части объема помещения. Эту часть называют рабочей или обслуживаемой зоной. Системы кондиционирования микроклимата совместно с теплозащитой ограждений должны обеспечить расчетные условия в обслуживаемой зоне помещений.

Комфортными можно назвать условия в помещении, при которых человек, находясь в пределах обслуживаемой (рабочей) зоны помещения, не испытывает чувства перегрева или переохлаждения. Температурная обстановка в помещении может быть определена двумя условиями температурного комфорта: первое условие - температурный комфорт в помещении в целом; второе условие - температурный комфорт на границе обслуживаемой зоны в непосредственной близости относительно нагретых и охлажденных поверхностей.

Первое условие комфортности. Комфортной будет такая общая температурная обстановка в помещении, при которой человек, находясь в середине помещения, будет отдавать всю явную теплоту, не испытывая перегрева или переохлаждения. На теплоощущения человека в определенной мере влияют радиационная температура t_R и температура воздуха t_в. Температуру t_R следует определять как средневзвешенную по коэффициентам облученности:

t_R = Sj_ч-i t_i, (1.32)

где j_ч-i - коэффициенты облученности с человека на отдельные поверхности с температурой t_i при положении человека в середине помещения.

Коэффициенты j_ч-i можно определить по графикам, приведенным на рис. 1.6.

Рис. 1.6, а. Коэффициент облученности со всей поверхности тела человека на горизонтальную поверхность в помещении (на пол)

Комфортная температурная обстановка в различных помещениях возможна при различных сочетаниях t_в и t_R.

Рис. 1.6, б. Коэффициенты облученности со всей поверхности тела человека на горизонтальную поверхность в помещении (на потолок)

Рис. 1.6, в. Коэффициенты облученности со всей поверхности тела человека на вертикальную поверхность в помещении (стены)

Уравнение лучисто-конвективного теплообмена человека по аналогии с формулой (1.18) имеет вид

Q_ч = F_ч S С_ч-i j_ч-i в_ч-i (t_ч - t_i)+ F_ч a_к (t_ч - t_в), (1.33)

где F_ч и F_ч - теплоотдающие поверхности тела человека соответственно при лучистом и конвективном теплообмене;

t_ч - средняя температура поверхности одетого человека;

a_к - средний по F_ч коэффициент конвективного теплообмена.

Для зимнего режима принимаютt_ч = 25^оС; a_к = 2,0; a_л = 4,4; F_ч = 1,9 и F_ч = 1,7 м²; Q_ч = 87,2 Вт. После подстановки этих значений в зависимость (1.33) получим для зимнего периода

t_R = 29 - 0,57 t_в (1.34)

Комфортные сочетания t_в и t_R отклоняются от средних значений приблизительно на ± 1,5^оС. В формулу (1.34) можно ввести t_п и записать ее с учетом отклонений в виде

t_R = 1,57t_п - 0,57 t_в ± 1,5 (1.35)

Для летнего режима подстановка в уравнение (1.33) численных значений Q_ч = 64 Вт, что соответствует летним условиям t_п = 24^оС при умеренной работе, имеем

t_R = 36 - 0,5t_в, (1.36)

тогда

t_R = 1,5t_п - 0,5t_в ± 1,5 (1.37)

На рис.1.7 приведены графики первого условия комфортности для зимы и лета.

Рис. 1.7. Первое условие комфортности: т -тяжелая, у - умеренная, л - легкая работа (для умеренной работы заштрихована область допустимых отклонений)

Второе условие комфортности ограничивает интенсивность теплообмена при положении человека около нагретых и охлажденных поверхностей. Определяющей величиной в этом случае является интенсивность лучистого теплообмена (радиацион-ный на наиболее невыгодно расположенной к излучению части поверхности тела человека). К радиационному теплообмену наиболее чувствительна поверхность головы.Радиационный баланс должен быть таким, чтобы любая элементарная площадка на поверхности головы отдавала излучением окружающим поверхностям не менее 11,6 Вт/м².

При расположении нагретой панели в потолке наиболее невыгодным (а потому расчетным) будет положение человека непосредственно под центром панели. При расположении панели в стене за расчетное принимают положение человека на расстоянии 1 м от нагретой поверхности. Уравнение лучистого теплообмена для элементарной площадки на поверхности человека можно написать в виде

q_ч = Сj в_ч-п (t_ч - t_п)+ С (1 - j) в_ч-в.п (t_ч - t_в.п), (1.38)

где j - коэффициент облученности со стороны элементарной площадки на поверхности человека в сторону панели;

С - приведенный коэффициент излучения;

в - температурный коэффициент, который для зимнего режима при температуре поверхности головы человека t_ч = 30^оС, температура внутренних поверхностей t_в.п = 18^оС и температура панели около 40^о принимают: в_ч-п = 1,15 и в_ч-в.п = 1,05.

Подставив в уравнение (1.38) принятые значения, при минимально допустимой теплоотдаче излучением q_ч = 11,6 Вт/м² получаем формулу максимально допустимой температуры нагретой поверхности в помещении:

t £ 19,2 + (8,7/j_ч-п) (1.39)

Уравнение комфортности относительно нагретой поверхности (1.39) можно считать одной из составляющих второго условия комфортности.

Температура на охлажденных поверхностях для летнего режима при t_ч = 33^о, t_в.п = 24^о (t_п около 12...15^о) по уравнению (1.38) при допустимой теплоотдаче излучением в сторону холодной поверхности q_ч = 69,8, Вт/м², составляет

t ³ 23 - (5/j_ч-п) (1.40)

Уравнение допустимой температуры на холодной поверхности в помещении (1.40) является второй составляющей второго условия комфортности. На холодной поверхности в помещение обычно недопустима конденсации водяных паров и температура холодной поверхности, кроме условия (1.40), должна быть выше температуры точки росы воздуха в помещении.

Рис. 1.8. Второе условие комфортности. Зависимость допустимых температур на нагретых и охлажденных поверхностях от коэффициента облученности

На рис.1.8 графически показаны зависимости (1.39 и 1.40), которые ограничивают область допустимых температур на поверхностях в помещении.

Ориентировочно значения коэффициента j_ч-п равны

j_ч-п = 1 - 0,8 , (1.41)

где = - размер панели;

х - расстояние от элементарной площадки на голове человека до греющей или охлаждающей панели.

Формулы (1.39 и 1.40) неприемлемы для определения допустимых температур на поверхности пола. Допустимые температуры для нагретой поверхности пола могут быть приняты по формуле

t_пл = 55,7 - 1,63t_в1, (1.42)

где t_в1 - температура воздуха на высоте 1 м.

Располагать панели систем летнего охлаждения помещений в плоскости пола обычно нецелесообразно.

В действующих нормах допускаются следующие температуры на поверхностях отопительных приборов в зависимости от их размещения в помещении:

- в зоне до 1,0 м от уровня пола 95^оС; в больницах и детских яслях 85^оС;

- в стенах и перегородках выше 1,0 м от уровня пола 45^оС;

- в потолках помещений высотой 2,5...2,8 + 28^оС; высотой 2,9...3,0 м + 30^оС; высотой 3,1...3,4 м + 33^оС;

- в полу + 30^оС; в детских учреждениях до + 24^оС; в плавательных бассейнах до + 34^оС.