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

E-mail: 

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

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.