Статья опубликована в рамках: XXV Международной научно-практической конференции «Инновации в науке» (Россия, г. Новосибирск, 07 октября 2013 г.)
Наука: Технические науки
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
- Условия публикаций
- Все статьи конференции
дипломов
АЛГОРИТМ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ КОМФОРТА В ОБОГРЕВАЕМОМ ПОМЕЩЕНИИ
Дрянов Олег Анатольевич
директор Международного центра технической экспертизы и стандартизации Национального исследовательского Иркутского государственного технического университета, г. Иркутск
ALGORITHM FOR ESTIMATING THE STATE OF COMFORT TO THE PREMISES
Dryanov Oleg
Director of the International Center of Expertise and Standardization of the National Research Irkutsk State Technical University, Irkutsk
АННОТАЦИЯ
Основной задаче работы является разработка основных этапов алгоритма позволяющего производить оценку параметров комфорта человека находящегося в обогреваемом помещении. Предлагаемый алгоритм основывается на классическом методе Богословского В.Н. и позволяет учитывать все наиболее значимые факторы.
ABSTRACT
The main task is to develop the basic steps of the algorithm for evaluating the parameters of human comfort is in a heated room. The proposed algorithm is based on the classical method of Bogoslovskij V.N. and takes into account all important factors.
Ключевые слова: параметры комфорта; тепловой комфорт.
Keywords: parameters of comfort; thermal comfort.
Оценить качество обогрева помещения можно по параметрам микроклимата. Но эти параметры не дают исчерпывающей информации о состоянии человека в помещении параметры комфорта. Рассмотрим ниже основные подходы анализа параметров микроклимата и параметров комфорта существующих в настоящее время.
Одним из основных требований к параметрам микроклимата в жилых помещениях это обеспечение условий максимально благоприятных для находящихся в этом помещении людей. Тепловая составляющая микроклимата определяется в основном следующими параметрами среды: — температура воздуха; — радиационная температура; — скорость движения воздуха; — относительная влажность воздуха.
Обеспечение комфорта в обогреваемом помещении возможно при соблюдении общего теплового (энергетического) баланса между человеком и окружающей средой [1]:
,
где: — теплопродукция организма (общее количество энергии, вырабатываемой организмом);
— теплообмен человека конвекцией;
— теплообмен излучением;
— затраты тепла на испарение влаги;
— расход тепла (энергии) на механическую работу;
— тепло, затрачиваемое на физиологические процессы (нагрев вдыхаемого воздуха, естественный обмен веществ и пр.);
— избыток (накопление) или недостаток тепла в организме.
Условие теплового баланса можно переписать в виде:
,
при этом необходимо потребовать, чтобы , т. е. теплопродукция и теплопотери должны быть равны.
Анализ действующих нормативных документах [8, 9, 10] показывает, что при определении требований к параметрам микроклимата не учитывается фактор теплового излучения. С другой стороны, целенаправленное использование лучевого теплообмена позволяет снизить температуру окружающего воздуха () без нарушений условий теплового комфорта [3, 11]. Более того, действие лучистого тепла в определенных пределах может оказывать на организм благоприятное влияние [3].
Исследованию санитарно-гигиенических аспектов применения лучевого теплообмена при обогреве зданий посвящено достаточно много работ отечественных и зарубежных исследователей, например [4, 5], а таких работах как [6, 2] можно найти комплексный анализ результатов полученный на основе обширного ряда исследований.
Расчет показателей микроклимата определяющие комфортные условия является многофакторной задачей. При проведении многовариантного анализа для снижения трудоемкости необходимо построить модель комфортного состояния учитывающей наиболее важные факторы микроклимата. Далее выделим наиболее значимые факторы, влияющие на комфортное состояние человека. Как правило, к этим факторам относят нижеперечисленные.
· Вид деятельности человека в помещении. В зависимости от вида деятельности теплопродукция может изменяться в широких пределах [1]: Вт.
· Тип одежды на человеке. Это параметр определяет насколько сильно будет влиять лучевой теплообмен на общий тепловой баланс.
· Скорость перемещения воздуха в помещении . Скорость перемещения воздуха определяет насколько значимо влияние составляющей конвекционного обмена на общий тепловой баланс.
· Температура воздуха .
· Средняя радиационная температура .
· Влажность воздуха .
· Сочетание радиационной температуры и температуры воздуха (при определенных значениях и ).
Определение наиболее благоприятного сочетания температуры воздуха и радиационной температуры может быть выполнена различными способами, например на основе графика [2].
Более точные данные по соотношению температур можно получить обратившись к исследованиям [12]. Здесь приведен ряд графиков позволяющих определить необходимое соотношение температур при различных скоростях движения воздуха. Практическое применение результатов этих исследований может быть значительно облегчено, если воспользоваться аппроксимирующими выражениями найденными в работе [2].
Значение теплообмена и относят к явной части теплообмена человека и на практике обычно рассчитывается их суммарное значение [1]:
,
где: ,
— эмпирические коэффициенты;
— температура помещения;
— поправочный коэффициент учитывающий тяжесть работы;
— поправочный коэффициент позволяющие учесть влияние одежды на теплообмен.
Для расчета количества тепла на выполнение работы можно воспользоваться выражением [1]:
,
где: — эмпирический коэффициент;
Вт — тепловыделение человека в состоянии покоя.
На основании полученных значений и уравнении теплового баланса можно рассчитать количество тепла, которое должно быть израсходовано на испарение:
.
Максимальная испаряющая способность среды может быть определена на основе соотношения [1]:
,
где: ;
— эмпирические коэффициенты;
— упругость воздуха.
Полученные значения позволяют определить степень тепловой напряжённости организма, на основании которой можно судить о дискомфортности тепловой обстановки [1]:
.
По значению рассчитанного теплового показателя определяется напряжённости системы терморегуляции человека.
Рассмотренная последовательность вычислений по своей сути может быть положена в основу программы расчета состояния комфорта для анализа эффективности системы обогрева.
Исходя из рассмотренного порядка анализа параметров теплового комфорта был разработан алгоритм, представленный на рисунке. 1.
Рисунок 1. Алгоритм анализа параметров теплового комфорта
При расчете показателя тепловой напряжённости согласно используемой в работе методике, необходимо определить параметр по приведённому в [1] графику. Для обеспечения возможности полной автоматизации расчетов показателей комфорта для этого графика необходимо подобрать аналитическую зависимость (аппроксимировать).
Для решения этой задачи ба выполнена «оцифровка» графика по изображению (результат представлен на рисунке 2), и на основе полученных данных был произведён подбор аппроксимирующей функции:
,
где: — коэффициенты аппроксимации.
Коэффициенты вычислялись методом наименьших квадратов, результаты вычисления коэффициентов аппроксимации приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Результаты вычисления коэффициентов аппроксимации
Коэфф. |
Значение |
СКО |
Границы доверительного интервала (0.95) |
|
Левая граница |
Правая граница |
|||
|
0.999447085 |
0.005929164 |
0.987505136 |
1.011389035 |
|
-0.26488007 |
0.048862361 |
-0.36329391 |
-0.16646622 |
|
4.007358266 |
0.222022406 |
3.560182185 |
4.454534346 |
|
19.22462591 |
1.289335262 |
16.62777139 |
21.82148043 |
|
-24.4521858 |
2.414428548 |
-29.3150946 |
-19.5892771 |
|
23.69779042 |
1.345591793 |
20.98762943 |
26.40795141 |
На рисунке 2 представлены данные полученные на основе оцифровки графика и полученная аналитическая зависимость, при этом расчетный коэффициент детерминации составил 0.99984, а среднеквадратичное отклонение 0.0164. Полученные оценки точности аппроксимации являются вполне удовлетворительными а следовательно аналитическое выражение может быть использовано при расчетах.
Рисунок 2. Результат аппроксимации зависимости параметра охлаждающей эффективности испарения влаги от отношения
Реализация разработанного алгоритма анализа показателей теплового комфорта выполнена в виде скрипта в среде Matlab и позволяет производить анализ параметров комфорта при моделировании систем обогрева помещений.
Список литературы:
1.Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха): Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. школа, 1982. — 415 с.
2.Зинченко Д.Н. Исследование эффективности систем панельно-лучистого охлаждения помещений: Дис. ... канд. техн. наук: 05.23.03. М., 2009. — 186 с.
3.Левицкий В.А. Проблема лучисто-конвективной теплоты // Гигиена труда и техника безопасности. — 1934. — № 6.
4.Малышева А.Е. Гигиеническая оценка радиационного охлаждения зданий // Исследования по строительной теплофизике. М.:, 1959. — C. 259—263.
5.Мачкаши А., Банхиди Л. Лучистое отопление / ред. В.Н. Богословский Л.М. Махов / перев. В.М. Беляев. М.: СтройИздат, 1985. — 464 с.
6.Михайлова Л.Ю. Разработка методики расчета радиационного отопления зданий производственного назначения: Дис. ... канд. техн. наук: 05.23.03. Тюмень, 2006. — 117 с.
7.Оцеп С.А. Лучистое отопление. М.: Гос. изд-во литературы по строительству, 1945. — 147 с.
8.СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных предприятий: Утв. постановлением Гос-комсанэпиднадзора России от 01.10.1996 № 21. M.: 1997. — 17 с.
9.СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий: Утв. Постановлением Госстроя России от 26.06.2006 № 113. Утв. Постановлением Госстроя России от 26.06.2006 № 113. M.:, 2004. — 25 с.
10.СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование: Утв. постановлением Госстроя России от 26.06.2003 № 115. M.:, 2004. — 25 с.
11.Тилин Л.А. Лучистое отопление нагретым воздухом. М.: Гос. изд-во литературы по строительству и архитектуре, 1955. — 153 с.
12.Fanger P.O. Thermal Comfort. New York : McGraw-Hill Book Company, 1973. — p. 244.
дипломов
Оставить комментарий