ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВНУТРЕННЕГО ВОЗДУХА НА ТЕПЛОВОЙ КОМФОРТ ЧЕЛОВЕКА
INFLUENCE OF PARAMETERS OF INTERNAL AIR ON THE THERMAL COMFORT OF THE PERSON
В.Р. Плужникова, А.А. Вагина, А.А. Иванов
Воронежский государственный
архитектурно-строительный университет, Россия
Оценка качества внутреннего воздуха в помещении остается весьма актуальной и важной задачей и в 21 веке. В России люди проводят в помещении 90 % времени. В последнее время проводят многочисленные исследования по изучению качества воздуха в помещении и влияния его на человека. Однако все исследования не удовлетворяют качества воздуха в помещениях, основная причина заключается в низких требованиях существующих стандартов и рекомендации.
От качества внутреннего воздуха в производственных помещениях зависит производительность труда, самочувствие работающих и комфортные условия человека.
Одно из необходимых условий безопасности пребывания человека в помещении - это обеспечение качества внутреннего воздуха. Согласно нормативным документам [1, 2], системы вентиляции и кондиционирования воздуха, предназначенные для создания теплового комфорта внутри помещения, должны проектироваться, монтироваться, эксплуатироваться и обслуживаться таким образом, чтобы исключить любое негативное воздействие на здоровье людей и состояние окружающей среды, не создавать температурного дискомфорта и неприятных запахов.
Для обеспечения теплового комфорта в помещении должны соблюдаться определенные параметры микроклимата:
? температура;
? относительная влажность воздуха;
? скорость движения воздуха.
Отдельно для каждого производственного помещения, в зависимости от его назначения, подбирается индивидуальная система вентиляции, создающая необходимое качество воздуха. Значения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха регулируются стандартами и правилами по охране труда.
Комфортный микроклимат для организма человека обеспечивается при соблюдении определенного теплового баланса.
Известно уравнение теплового баланса для организма за некоторый период времени [4,6]:
Qч = Qч.л + Qч.к + Qч.и + Qч.д, (1)
где Qч - количество теплоты, которую вырабатывает человеческий организм, Вт; Qч.л - количество теплоты, теряемое человеком излучением, Вт; Qч.к - количество теплоты, теряемое человеком конвекцией, Вт; Qч.и - количество теплоты, теряемое человеком испарением влаги с кожного покрова, Вт; Qч.д - количество теплоты, теряемое человеком при дыхании, Вт.
Если тепловой баланс не будет поддерживаться, то избыточная теплота, полученная различными путями, приведет к повышению температуры тела, а недостаток тепловой энергии - к его охлаждению. В обоих случаях создаются неблагоприятные условия для организма человека.
Комфортные теплоощущения человека зависят от температуры воздуха в помещении, скорости и относительной влажности воздуха, температуры окружающих предметов и интенсивности физической нагрузки.
Условия достижения комфортных теплоощущений человека формулируются следующим образом:
1. При соблюдении равенства (1) формируются параметры теплового комфорта.
2. При выполнении неравенства
внутренний воздух тепловой комфорт
Qч >(Qч.л +Qч.к +Qч.и +Qч.д), (2)
тепловой комфорт не достигается, так как организм перегревается (человеческий организм отдает в окружающую среду меньше теплоты, чем вырабатывает).
3. При выполнении неравенства
Qч <(Qч.л +Qч.к +Qч.и +Qч.д), (3)
тепловой комфорт также не достигается, так как организм переохлаждается (человеческий организм отдает в окружающую среду больше теплоты, чем вырабатывает).
Согласно стандарту ЕН 13779:2005 качества внутреннего воздуха в помещении можно классифицировать [1]:
Также в стандарте ЕН 13779 качество воздуха в помещении классифицируют по концентрации СO2 (рис.2) и по расходу наружного воздуха на одного человека (таблица), которая имеет определенные пределы и значения, отнесенные к классу категории качества воздуха [1,8,9].
Все рекомендации по определению качества воздуха в помещении, согласно стандарту, относятся к приближенным методам. Углекислый газ СО2 - это продукт человеческого дыхания, но не качества воздуха в целом. При этом газовые и аэрозольные загрязнители, которые имеют место в производственных помещениях, не принимаются во внимание.
Таблица Расход наружного воздуха на одного человека
|
Класс |
Единица измерения |
Значение расхода наружного воздуха |
||||
|
Курение запрещено |
Курение разрешено |
|||||
|
Предельное |
Номинальное |
Предельное |
Номинальное |
|||
|
IDA 1 |
м3/(ч·чел) л/(с·чел) |
> 54 > 15 |
72 20 |
> 108 > 30 |
144 40 |
|
|
IDA 2 |
м3/(ч·чел) л/(с·чел) |
36-54 10-15 |
45 12,5 |
72-108 20-30 |
90 25 |
|
|
IDA 3 |
м3/(ч·чел) л/(с·чел) |
22-36 6-10 |
29 8 |
43-72 12-20 |
58 16 |
|
|
IDA 4 |
м3/(ч·чел) л/(с·чел) |
< 22 < 6 |
18 5 |
< 43 < 12 |
36 10 |
Рис. 2 - Содержание углекислого газа в помещениях
Загрязняющие вещества воздействуют негативно на человека, который находится в помещении. Основными загрязнителями воздуха в производственных помещениях являются вредные вещества, газы, пыль, пары вредных веществ, а также продукты процесса обмена веществ, происходящего в человеческом организме. Для нормальной деятельности организма человека необходимо, чтобы воздух в производственных помещениях был по своему составу близок к атмосферному. В чистом свежем атмосферном воздухе обычно содержится: азота 78,08%, кислорода 20,95%, аргона 0,92%, углекислого газа 0,03%, остальное количество (0,02%) составляют инертные газы - гелий (Не), неон (Ne), ксенон (Хе), криптон (Кr), а также озон (О3) и водород (Н2).
Содержание в воздухе производственных помещений веществ, не свойственных составу атмосферного воздуха, допускается. Однако их количество не должно превышать предельно-опустимого значения (ПДК). Предельно-допустимая концентрация дает объективную оценку токсичности вещества в виде концентрации его в воздухе при соответствующем времени воздействия на организм. Согласно государственному стандарту ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны - это концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 ч или при другой продолжительности, но не более 41 ч в неделю в течение всего рабочего стажа, не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего или последующих поколений.
В основе данной классификации - показатели, характеризующие предельно-допустимую концентрацию вредных веществ и их среднюю смертельную концентрацию в воздухе (рис.3) [1,5,7,10].
Рис. 3 - Предельно-допустимые концентрации вредных веществ и их средняя смертельная концентрация в воздухе
Анализируя выше изложенное, можно сделать вывод, что исчерпывающее определение качества воздуха в помещениях является сложной задачей и не рассматривается в полной мере в нормативной литературе. Все методы определения качества воздуха в помещении сводятся к приближенным неточным, поэтому тема актуальности открыта для размышления.
Для достижения качества внутреннего воздуха в помещении необходимо обрабатывать воздух в помещениях таким образом, чтобы человек ощущал его таким же свежим и чистым, как наружный атмосферный воздух хорошего качества. Кроме того, имеются и другие способы улучшения качества воздуха, а именно, контроль источников загрязнения, которые должны не превышать концентрацию вредных веществ в воздухе. В общем случае уровень концентрации вредных веществ будет определять экологическую безопасность и комфорт человека в помещении. Этот уровень концентрации будет зависеть от соотношения между генерированием загрязнения, скоростью его удаления и количеством подаваемого наружного воздуха [3,4,6,11,12].
Для создания качества воздуха внутри помещений, необходимо соблюдать следующие условия:
? качество наружного воздуха;
? удовлетворительную работу системы вентиляции/кондиционирования;
? тепловой комфорт в помещении;
? эффективную локализацию источников вредных веществ внутри помещений;
? соблюдение при расчете параметров комфорта уравнение теплового баланса (2,3).
Библиографический список
1. Руководство Р.2.2.755-99. Гигиенические критерии оценки и классификация условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса. Руководитель разработки Н.Ф. Измеров.- М., 1999.- 174 с.
2. Стандарт EN 13779:2005 Вентиляция в нежилых зданиях. Технические требования к системам вентиляции и кондиционирования - М.: Стандартинформ. -2008.- 47 с.
3. Булыгина, С.Г. Учет теплозащитных характеристик спецодежды при моделировании теплообмена человека с окружающей средой / С.Г. Булыгина, О.А. Сотникова// Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. - 2012. - № 1 (6). - С.60-70.
4. Тульская, С.Г. Вентиляция и экологическая безопасность вентилируемых помещений ресторанных комплексов/ С.Г. Тульская, О.А. Сотникова // Экология и промышленность России. - 2013. - № 2. - С.21-25.
5. Сотникова, О.А. Моделирование теплопоступления теплового режима производственных помещений и обеденных залов ресторанных комплексов / О.А. Сотникова, С.Г. Тульская, Л.А. Кущев // Научный вестник Воронежского государственного архитектурностроительного университета. Строительство и архитектура. -2013.- № 3 (31).- С. 32-40.
6. Тульская, С.Г. Экспериментальные исследования теплового режима производственных помещений и обеденных залов ресторанных комплексов / С.Г. Тульская, О.А. Сотникова, Ю.Г. Булыгина // Инженерные системы и сооружения. - 2012. - № 3 (8) - С. 62-70.
7. Чуйкин, С.В. Применение теории функции комплексного переменного при решении задач вентиляции / Чуйкин С.В. // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. - 2014. - Т.2. №4(17). - С.33-37.
8. Лапшина, К.Н. Разработка программного обеспечения для анализа условий теплового комфорта в помещениях ресторанных комплексов / К.Н. Лапшина, С.Г. Тульская // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии.- 2013.- № 4. -С.46-50.
9. Сотникова, К.Н. Автоматизация процесса управления тепловыми потоками в помещениях / К.Н. Сотникова, А.В. Муратов // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. - 2009.- № 1.- С. 47.
10. Мелькумов, В.Н. Математическое моделирование воздушных потоков в помещениях больших объемов / В.Н. Мелькумов, А.В. Лобода, С.В. Чуйкин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. - 2014. - №2(34). - С.11-18.
11. Кузнецова, Л.В. Энергосберегающая эксплуатация сооружений при эффективности при эффективной пассивной защите строительных конструкций / Л.В. Кузнецова, О.А. Сотникова // Безопасность жизнедеятельности. - 2009. - № 10. - С. 9-11.
12. Жерлыкина, М.Н. Дифференциация способов очистки воздуха при выбросах вредных веществ химических производств / М.Н. Жерлыкина, С.В. Чуйкин, С.А. Соловьев, А.В. Потапов // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. - 2010. - №1. - С.264-268.