Введение

Для большинства регионов России характерен континентальный и умеренно-континентальный климат с холодной зимой и относительно теплым летом, поэтому отопительный период на территории страны достигает более двухсот дней в году. Ускоряющейся научно-технический прогресс и урбанизация населения привели к тому, что человек вынужден проводить до 80% времени своей жизни в различных помещениях, в том числе производственных. Микроклимат помещений оказывает влияние на самочувствие человеческого организма и на технологические процессы, проходящие в них.

Энергетические системы обеспечения жизнедеятельности человека зависят от уровня обеспечения комфорта производственных, бытовых, административных зданий. В свою очередь комфортность микроклимата помещений определяется новейшими техническими достижениям, благосостоянием нации, этнографическими особенностями населения, и в конечном итоге, физиологическими потребностями человека. В настоящее время комфортность микроклимата помещения обеспечивают системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Степень комфортности непосредственно влияет на увеличение производительности труда и снижение заболеваемости трудящихся, что отражается на темпах роста национального дохода в нашей стране. Однако, применение систем комфортного кондиционирования и вентиляции воздуха с повышением кратности воздухообмена приводит к дополнительному расходу энергоресурсов и должно быть оправдано экономически.

Известно, что на отопление и вентиляцию расходуется до 25% добываемых топливно-энергетических ресурсов. Снижение затрат при эксплуатации промышленных и жилых зданий, а также коммуникационных сетей является важнейшей народнохозяйственной задачей. Пути решения этой задачи для промышленных предприятий рассматриваются в данном учебном пособии, которое предназначено для более углубленного изучения систем отопления, вентиляции и кондиционирования, и может быть полезным для студентов энергетических специальностей, в том числе при выполнении курсового и дипломного проектирования.

1. Теплообмен человека в помещении

Создание оптимально комфортных условий для промышленных и административных зданий представляет собой важную задачу, от решения которой зависит нормальная жизнедеятельность населения страны.

Протекающие в организме человека метаболические процессы, связанные с выделением энергии в виде тепла и работы мышц, зависят от следующих факторов: объема помещения, приходящегося на одного человека, степени тяжести выполняемого труда и от количества потребленного кислорода. Известным исследователем параметров комфорта Оле Фангером предложена формула теплового равновесия между человеком и окружающей средой.

(1.1)

М- количество тепла, вырабатываемое организмом, Вт/м²

W-объем произведенной механической работы, Вт/ м²

- общее количество тепла, выделяемое при дыхании, Вт/ м²

- общее количество тепла, отводимое через кожу, Вт/ м²

Процесс теплообмена между организмом и внешней средой состоит из переноса тепла от внутренних областей тела к поверхностному слою и переноса тепла от поверхности тела в окружающую среду. Передача тепла от внутренних органов к периферическим тканям зависит от скорости кровотока в сосудах, температурной разности между тканями и кровью, размера кровеносных сосудов и поддерживается на уровне 36,6-36,8ºС.

Передача тепла с поверхности кожи человека в окружающую среду подчиняется общим законам теплопередачи и определяется:

- при лучистой теплоотдаче

Вт (1.2)

- коэффициент лучистого теплообмена, Вт/ м² ·ºС

—поверхность человека, участвующая в теплообмене излучением, м²

– средняя температура поверхности тела одетого человека, ºС

– средняя радиационная температура помещения, ºС

-при конвективной теплоотдаче

Вт (1.3)

- коэффициент конвективного теплообмена, Вт/ м² ·ºС

- поверхность тела человека, участвующая в теплоотдаче конвекцией, м²

- температура воздуха в помещении, ºС

-при теплоотдачи испарением

Вт (1.4)

r- скрытая теплота испарения, кДж/кг

g- влаговыделение человека, г/с

Испарение влаги с поверхности тела человека осуществляется за счет разности парциальных давлений водяных паров в насыщенном парами слое у поверхности тела и в воздухе помещения. Теплоотдача испарением будет тем больше, чем ниже значение относительной влажности воздуха при данной температуре в помещении.

У человека в условиях температурного комфорта при температуре воздуха 20ºС и относительной влажности 40-60%, излучением отводится около 60 Вт, конвекцией - 30 Вт и испарением 27 Вт теплоты. Теплоотдача конвекцией и радиацией зависит от температуры поверхности кожи человека, которая в норме составляет около 33 ºС. Если температура окружающей среды повышается до 35-36ºС и выше, отдача тепла возможна лишь путем испарения. Для теплообмена, кроме температуры воздуха, имеют значения скорость его движения и влажность. При высокой температуре и влажности воздуха затрудняется процесс потоотделения, кожа человека набухает, а при высокой влажности и низкой температуре усиливается отдача тепла в окружающую среду, что вызывает озноб. Если температура поверхности кожи человека опускается ниже 28 ºС, это приводит к летальному исходу, вследствие некомпенсированного отвода теплоты из организма.

Для определения температуры теплового комфорта тела можно воспользоваться соотношением

(1.5)

- средняя температура поверхности кожи ºС ;

– температура воздуха окружающей среды ºС;

C- постоянный коэффициент

Для условий теплового комфорта коэффициент Cпринимают равным 0,8. ПриC=0,8-0,9 тепловое состояние человека оценивается как нормальное и характеризуется потерей влаги потоотделением, при значенияхC<0,67 возникает переохлаждение человека.

Для нормальной жизнедеятельности человека необходимо поддерживать тепловой баланс между его организмом и окружающей средой, обеспечивать комфортное тепловое состояние отдельных частей тела.