Лекция №1

Лекция №1

Введение.

Курс ЭСОЖ призван научить студентов разбираться в энергетических системах, обеспечивающих жизнедеятельность человека на работе, дома и общественных местах. В качестве энергетических систем, обеспечивающих жизнедеятельность человека, в курсе рассматриваютя отдельные разделы:

1.системы отопления, в основном, производственных помещений;

2.системы вентиляции производственных, общественных и жилых помещений;

3.системы кондиционирования различных помещений;

4.системы горячего водоснабжения.

После прохождения курса студент должен знать все перечисленные выше системы жизнеобеспечения и элементы, их составляющие, уметь рассчитывать, проектировать и эксплуатировать их.

Для этого требуется от студента знание следующих специальных технических курсов, на которых базируется данный курс:

-«Тепловые двигатели и нагнетатели»;

-«Топливо и основы теории горения»;

-«Тепломассообменное оборудование»;

-«Технологические энергоносители» в разделе системы холодоснабже-

ние.

Рекомендуемая литература прилагается.

Определение нормативных начальных параметров воздуха для проектирования СКВ

Санитарные правила устанавливают гигиенические требования к показателям микроклимата рабочих мест производственных помещений с учетом интенсивности энергозатрат работающих, времени выполнения работы, периодов года и содержат требования к методам измерения и контроля микроклиматических условий.

Показатели микроклимата должны обеспечивать сохранение теплового баланса человека с окружающей средой и поддержание оптимального или допустимого теплового состояния организма.

Показателями, характеризующими микроклимат в производственных помещениях, являются: температура воздуха; температура поверхностей; относительная влажность воздуха; скорость движения воздуха; интенсивность теплового облучения

Оптимальные микроклиматические условия установлены по критериям оптимального теплового и функционального состояния человека. Они обеспечивают общее и локальное ощущение теплового комфорта в течение 8- часовой рабочей смены при минимальном напряжении механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают предпосылки для высокого уровня работоспособности и являются предпочтительными на рабочих местах.

Учитывается температура поверхностей ограждающих конструкций (стены, потолок, пол), устройств (экраны и т. п.), а также технологического оборудования или ограждающих его устройств.

Практически во всех регионах России при нагреве воздуха в зимний период до комнатной температуры 20 °С относительная влажность в холодный период при отсутствии искусственного увлажнения становится ниже, чем в пустыне Сахара. Недостаток влаги воздуха не только ухудшает самочувствие людей, но и приводит к нарушениям технологического процесса, снижению качества продукции, увеличению выхода брака и в ряде случаев создает угрозу безопасности обслуживающего персонала.

Современная жизнь заставляет человека значительную часть суток проводить в помещении, будь то квартира, офис, производственные цеха и т.п. В среднем городские жители более 90 % времени находятся внутри зданий, испытывая воздействие искусственной окружающей среды. Создание комфортных условий является залогом здоровья. Если обогрев, вентиляция, освещение и водоснабжение в большинстве случаев обеспечиваются в той или иной степени, то проблема поддержания необходимого уровня влажности в помещениях зачастую решается по остаточному принципу или не решается вовсе. Вместе с тем, фактор влажности играет значительную роль, являясь полноправной составляющей триады основных показателей степени комфорта (температура воздуха — его подвижность — влажность). Математически формализованная взаимосвязь указанных показателей по 6-бальной шкале оценки уровня комфорта определяется международным стандартом ISO 7730 с использованием вычисляемых индексов PMV и PPD. Известно, что человеческое тело на 85 % состоит из воды, и поэтому сохранение баланса влажности — одно из основных условий сохранения здоровья и хорошего самочувствия. Особую роль увлажнение воздуха играет в зимний период, когда, даже при высокой относительной влажности атмосферного воздуха, его абсолютное влагосодержание является, как правило, чрезвычайно низким. Поступая в помещение, воздух нагревается. При этом его абсолютное влагосодержание остается неизменным, а относительная влажность резко падает. Для поддержания относительной влажности на приемлемом уровне требуется искусственное увлажнение воздуха, причем зачастую достаточно интенсивное.

Приведенные данные свидетельствуют, что практически во всех регионах России относительная влажность в холодный период при отсутствии искусственного увлажнения опускается существенно ниже регламентируемых значений. Последние составляют в среднем 50 – 60 %. В регионах с резко континентальным климатом при нагреве воздуха в зимний период до комнатной температуры 20 °С относительная влажность падает практически до 0 %. Для сравнения следует указать, что относительная влажность воздуха в пустыне Сахара не опускается ниже 15 %.

Помимо обеспечения комфорта поддержание необходимого уровня влажности является также чрезвычайно важным с санитарно-гигиенической точки зрения. Известно, что бактериальная флора (pneumococcus, staphyloco-

ccus, streptococcus) угнетается в 20 раз интенсивнее при относительной влажности воздуха от 45 до 55 %, чем при влажности воздуха выше 70 % и ниже 20 %.

Оптимальные величины показателей микроклимата необходимо соблюдать на рабочих местах производственных помещений, на которых выполняются работы операторского типа, связанные с нервно-эмоциональ- ным напряжением (в кабинах, на пультах и постах управления технологическими процессами, в залах вычислительной техники и др.). Перечень других рабочих мест и видов работ, при которых должны обеспечиваться оптимальные величины микроклимата определяются Санитарными правилами по отдельным отраслям промышленности и другими документами, согласованными с органами Государственного санитарно-эпидемиологичес- кого надзора в установленном порядке.

Выбор нормированных параметров воздуха в помещении

Оптимальные параметры микроклимата на рабочих местах должны соответствовать величинам, приведенным в табл. 1.1, применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года.

Перепады температуры воздуха по высоте и по горизонтали, а также изменения температуры воздуха в течение смены при обеспечении оптимальных величин микроклимата на рабочих местах не должны превышать 2 °С и выходить за пределы величин, указанных в табл. 1.2 для отдельных категорий работ.

Таблица 1.1. Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих местах

производственных помещений

Допустимые микроклиматические условия установлены по критериям допустимого теплового и функционального состояния человека на период 8- часовой рабочей смены. Они не вызывают повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут приводить к возникновению общих и локальных ощущений теплового дискомфорта, напряжению механизмов терморегуляции, ухудшению самочувствия и понижению работоспособности.

Допустимые величины показателей микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оптимальные величины.

Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 1.2 применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года.

При температуре воздуха 26 - 28 °С скорость движения воздуха, указанная в табл. 1.2 для теплого периода года, должна соответствовать диапазону:

0,1 - 0,2 м/с - при категории работ Iа;

0,1 - 0,3 м/с - при категории работ Iб;

0,2 - 0,4 м/с - при категории работ IIа;

0,2 - 0,5 м/с - при категориях работ IIб и III.

Таблица 1.2. Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах

производственных помещений

Допустимые величины интенсивности теплового облучения работающих на рабочих местах от производственных источников, нагретых до темного свечения (материалов, изделий и др.) должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 1.3.

Таблица 1.3. Допустимые величины интенсивности теплового облучения поверхности

тела работающих от производственных источников

В производственных помещениях, в которых допустимые нормативные величины показателей микроклимата невозможно установить из-за технологических требований к производственному процессу или экономически обоснованной нецелесообразности, условия микроклимата следует рассматривать как вредные и опасные. В целях профилактики неблагоприятного воздействия микроклимата используют защитные мероприятия (например, системы местного кондиционирования воздуха, воздушное душирование, компенсация неблагоприятного воздействия одного параметра микроклимата изменением другого, спецодежда и другие средства индивидуальной защиты, помещения для отдыха и обогревания, регламентация времени работы, в частности, перерывы в работе, сокращение рабочего дня, увеличение продолжительности отпуска, уменьшение стажа работы и др.).

Температуру воздуха в помещениях принимают:

а) для теплого периода года при проектировании вентиляции в помещениях с избытком явной теплоты — максимальную из допущенных темпера-

тур, а при отсутствии избытков теплоты — экономически целесообразную в пределах допустимых температур;

б) для холодного периода года и переходных условий при проектировании вентиляции для ассимиляции избытков теплоты - экономически целесообразную в пределах допустимых температур, а при отсутствии избытков теплоты — минимальную из допустимых температур.

Выбор нормированных параметров наружного воздуха

Для зимнего периода определяющими параметрами климата являются температура наружного воздуха tн и скорость ветра υн. В некоторых случаях кроме указанных параметров необходимо учитывать относительную влажность н и наружного воздуха, солнечную радиацию, направление ветра, осадки.

Определение расчетных наружных условий для зимнего периода в основном сводится к установлению расчетного сочетания tн и υн с учетом заданного коэффициента обеспеченности Коб.п, показывающего в долях единицы или в процентах число случаев п, когда недопустимо отклонение от расчетных условий.

Основным показателем холодного периода года является изменение температуры наружного воздуха tн для ряда климатических районов с учетом различных Коб.n построены расчетные кривые изменения tH в период резкого похолодания. Для различных районов они имели характерную и близкую по очертаниям форму (рис. 1.1). Сначала температура медленно понижалась до начала периода резкого похолодания, а затем имело место резкое понижение температуры с переходом через минимум и медленное повышение температуры после конца периода резкого похолодания.

Летний период года определяется прежде всего интенсивностью солнечной радиации и температурой наружного воздуха. За расчетный летний период принимают наиболее жаркие летние сутки. Кроме того, необходимо знать продолжительность облучения ограждений зданий данной ориентации солнечной радиацией в течение суток и время максимума действия солнечной радиации. Скорость ветра принимают равной расчетной за июль месяц , но не менее 1 м/с. Там же приводятся значения н для соответствующих расчетных температур.

Рис. 1.1. Расчетная кривая изменения температуры наружного воздуха в холодный период года.

В более современных СНиП последовательно заменявших один другого, вместо относительной влажности воздуха приводятся удельные энтальпии iн, кДж/кг наружного воздуха.

Расчетные параметры наружного воздуха устанавливаются на сновании данных метеорологических наблюдений в различных географических пунктах. Согласно СНиП климат холодного и теплого периодов года для различных географических пунктов характеризуется двумя расчетными параметрами наружного воздуха: А и Б.

Для систем вентиляции и кондиционирования воздуха гражданских и производственных помещений в качестве расчетных параметров наружного воздуха для теплого периода года должны приниматься параметры А, а для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для холодного периода года – параметры Б.

Для систем вентиляции зданий сельскохозяйственного назначения для теплого и холодного периодов года принимаются расчетные параметры А наружного воздуха, а для систем отопления для холодного периода года принимаются расчетные параметры Б. В переходный период года для систем отопления и вентиляции принимается температура наружного воздуха + 8 С.

Расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года (параметры Б) tнх: при расчете потерь теплоты через наружные ограждения принимается равной средней температуре воздуха наиболее холодной пятидневки в данном населенном пункте из восьми зим за 50-летнй период или температуре воздуха более холодного помещения - при расчете потерь теплоты через внутренние ограждения. Расчетная температура tнх значительно выше, чем абсолютная минимальная. Так, для Красноярска она принимается равной - 40 С (с коэффициентом обеспеченности Коб = 0,92), тогда как абсолютная минимальная температура достигает - 53 С, для Казани соответственно - 32 и - 47 С.

Расчет системы отопления на абсолютную минимальную температуру,

которая отмечается раз в несколько лет, причем в течение короткого периода времени, измеряемого часами, экономически не оправдан. Кратковременное резкое понижение температуры наружного воздуха благодаря теплоаккумулирующей способности строительных конструкций и мебели, находящейся в помещении, не вызывает заметных изменений температуры внутреннего воздуха.

Принятые в настоящее время в России значения температур наружного воздуха для расчета систем отопления и вентиляции основаны на большом практическом опыте и теоретических исследованиях вопросов тепловой устойчивости зданий и отражают стремление обеспечить более высокую надежность работы систем теплоснабжения, чем это было в последние десятилетия, особенно в периоды резких похолоданий (например, 1978 -1979

гг.).

Правильный выбор начала и конца отопительного периода имеет существенное значение для качественного теплоснабжения зданий. Для жилых и общественных зданий начало и конец отопительного периода обычно регламентируются местными властными органами.

Согласно действующим в нашей стране строительным нормам и правилам продолжительность отопительного периода определяется по числу дней с устойчивой среднесуточной температурой + 8 С и ниже. Эта наружная температура принята за начало и конец отопительного периода tH.K = 8 С. Однако практика эксплуатации показала, что жилье и общественные здания не следует оставлять без отопления в течение длительного периода при температуре наружного воздуха ниже 10...12 С, поскольку при этом температура внутреннего воздуха заметно снижается, что неблагоприятно отражается на самочувствии людей.

При проектировании отопления производственных зданий необходимо учитывать, что начало и конец отопительного периода этих зданий определяются наружной температурой, при которой теплопотери через наружные ограждения становятся равными внутренним тепловыделениям. В большинстве случаев продолжительность отопительного периода для производственных зданий короче, чем для жилых и общественных, поскольку тепловыделения в производственных зданиях значительны.

Расчет тепловлажностных балансов помещения

Тепловой баланс помещения составляется отдельно для каждого периода года и отдельно по явной и скрытой теплоте.

Для теплого периода года можно записать.

QT.B + Qp - Qт.п.л = Q,

где QT.B - суммарные тепловыделения в помещении без учета теплоты солнечной радиации, кВт;

Qp - теплота солнечной радиации для остекленных поверхностей и покрытий, кВт;

Qт.п.л - тепловые потери в помещении для теплого периода года, кВт.

Для холодного и переходного периодов года баланс теплоты в помещении будет иметь вид:

Qт.п - Qт.в = Q,

где Qт.п - теплопотери помещения в холодный или переходный период года через ограждающие конструкции и на нагрев инфильтрационного воздуха, кВт.

В зависимости от величин, входящих в уравнения, тепловой баланс помещения может иметь три вида.

Первый вид теплового баланса – тепловыделения равны теплопотерям:

Q = 0

В этом случае при работающем технологическом оборудовании температура воздуха помещения не будет изменяться. Во время неработающего оборудования (выходные дни, ночное время) тепловыделения уменьшаются и будет наблюдаться недостаток теплоты, поэтому внерабочее время холодного периода года в помещениях должно быть предусмотрено дежурное отопление.

Второй вид теплового баланса - теплопотери превышают тепловыделе-

где Qнед - недостаток теплоты в помещении, кВт.

При составлении теплового баланса по явной теплоте Qнед.я компенсируется установкой нагревательных приборов отопления или путем совмещения отопления с системой вентиляции. В последнем случае температура подаваемого в помещение воздуха должна превышать температуру воздуха в помещении на

t = Qнед.я ,

с G

где с - теплоемкость воздуха кДж/(кг·К);

G - массовый расход приточного воздуха, кг/с.

Третий вид баланса - тепловыделения больше теплопотерь:

Q > 0; Q = Qизб ,

Избыток явной теплоты Qизб должен поглощаться воздухом, подаваемым в помещение с температурой ниже температуры воздуха в помещении. Как и в первом случае, при неработающем оборудовании должно предусматриваться дежурное отопление.

Расчет теплового баланса помещения в теплый период года

Обычно производительность систем вентиляции и кондиционирования определяется избытком тепла и влаги в теплый период года. При недостатке тепла в холодный период применяют обогревательные системы .

В летнем тепловом режиме на здание действуют совместно несколько факторов поступления тепла. Это солнечная радиация, параметры наружного воздуха, а также внутренние теплопоступления. Поддержание заданных

условий усложняется тем, что теплопоступления не стационарны, а меняются в течение суток.

Одна из задач проектирования систем кондиционирования и вентиляции - это расчет летнего теплового режима здания. Важно учесть все факторы, влияющие на баланс тепла и влаги в помещении. Две основные категории поступления тепла: наружные нагрузки, возникающие вне помещения, внутренние нагрузки, возникающие в здании, тепловой баланс которого рассчитывается.

Для проектирования сложных систем кондиционирования необходим детальный учет всех факторов поступления и потери тепла. Данный метод обеспечивает достаточно точный расчет необходимой производительности системы, но имеет большую вычислительную сложность. Основные источники тепла:

1)Поступления теплоты в помещение солнечной радиации и за счет разности температур через ограждения;

2)теплопоступления в помещение.

Поступления теплоты в помещение солнечной радиации и за счет разности температур. Для остекления световых проемов, ориентированных на С и Ю, Ас.о для расчетного часа суток определяют по абсолютному значению по формуле

Ас.о = (Ас –Ао), (1)

где Ао - азимут остекления световых проемов (угол между нормалью к плоскости остекления или проекцией этой нормали на горизонтальную плоскость и южным направлением), отсчитываемый по или против хода часовой стрелки до 180 включительно в град (см. рис. 2.1);

Ас - азимут солнца - угол между южным направлением и горизонтальной проекцией солнечного луча, определяемый в град.

Для остекления световых проемов, ориентированных на СВ или В, Ас.о определяют:

а) для первой половины дня, т. е. до 12 ч включительно, по формуле (3); б) для второй половины дня, т. е. после 12 ч по формуле

Ас.о = 360 - (Ас + Ао). (2)

Для остекления световых проемов, ориентированных на З или СЗ, Ас.о определяют:

а) для первой половины дня по формуле (1); б) для второй половины дня по формуле (2). Для остекления световых прое-

мов, ориентированных на ЮВ, Ас.о определяют:

1)для первой п6ловины дня по формуле (1);

2)для второй половины дня по формуле

Для остекления световых проемов, ориентированных на ЮЗ, Ас.о определяют:

а) для первой половины дня по формуле (3); б) для второй половины дня по формуле (1).