Требования к метеорологическим параметрам воздуха
Под метеорологическими параметрами воздуха закрытых помещений будем понимать его температуру, относительную влажность и подвижность (скорость движения). Создание и поддержание определенных наперед заданных метеорологических параметров воздушной среды в помещениях является одной из основных задач кондиционирования воздуха. К этим параметрам предъявляются как санитарно-гигиенические, так и технологические требования.
Рассмотрим вначале санитарно-гигиенические требования. Сущность этих требований к метеорологическим параметрам заключается в том, что окружающая человека воздушная среда должна создавать благоприятные условия для отвода вырабатываемого в организме человека тепла.
Тепловой баланс человека может быть представлен в общем виде следующим образом:
M = Qк + Qл + Qи + Qр + Qн + S
где М - тепло, вырабатываемое в человеческом организме (теплопродукция);
Qк - тепло, отдаваемое в окружающую среду (или получаемое из нее) человеком конвекцией;
Qл - то же, излучением; расход тепла на испарение влаги с поверхности кожи и легких;
Qp - расход тепла на работу, совершаемую человеком, и на функционирование внутренних органов;
Qи - тепло, необходимое для нагревания или охлаждения вдыхаемого воздуха;
S - избыток или недостаток тепла в организме.
Qи и Qp - всегда положительны, остальные члены правой части уравнения могут быть положительными или отрицательными в зависимости от метеорологических условий в помещении.
Физиологическое состояние и самочувствие человека зависит от условий отведения тепла от организма. Обязательным условием удовлетворительного самочувствия является равенство нулю последнего члена уравнения. В случаях, когда 5 ≠ 0, происходит нарастание или снижение температуры тела человека, что не может считаться допустимым. Но и тогда, когда 5 = 0, хорошее самочувствие наблюдается лишь при условии, если человеческому организму не приходится чрезмерно напрягать механизм терморегуляции. Этот механизм позволяет поддерживать температуру тела постоянной при достаточно широком диапазоне колебаний метеорологических параметров воздуха в помещении. Однако не все комбинации этих параметров отвечают хорошему самочувствию. Теплообмен человека с окружающей средой происходит на основании общих теплофизических законов, в соответствии с которыми могут быть оценены различные составные части теплового баланса.
Теплообмен конвекцией Qк зависит от разности температур между наружной поверхностью тела человека (включая обнаженные и одетые части) и воздухом, а также от скорости движения (или подвижности) воздуха.
Если считать, что температура поверхности тела постоянна, то можно сказать, что интенсивность теплообмена конвекцией человека с окружающей его средой зависит от температуры воздуха и его подвижности.
Теплообмен излучением Qл определяется разностью четвертых степеней температур поверхности тела человека и поверхностей ограждений помещения, а также предметов и оборудования, находящихся в нем. Кроме того, на величину Qл влияет характер этих поверхностей, оцениваемый соответствующими коэффициентами излучения. Если считать температуру тела постоянной, можно принимать интенсивность теплообмена излучением зависящей от значений температур поверхностей ограждений и оборудования.
Теплообмен испарением, или отвод тепла от человеческого организма за счет испарения влаги, тем интенсивнее, чем меньше парциальное давление водяного пара в окружающем воздухе Рn и чем больше подвижность воздуха. Поскольку Рn = φРn", то при одной и той же температуре интенсивность испарения будет тем больше, чем ниже относительная влажность воздуха. Из этого достаточно схематичного рассмотрения следует, что одинаковое тепловое ощущение человека можно сохранить при нескольких комбинациях из метеорологических параметров. Так, например, при повышении температуры воздуха для сохранения первоначального теплового ощущения можно повысить скорость движения или понизить температуру ограждающих конструкций (применить радиационное охлаждение).
Естественно, что на тепловые ощущения человека влияют одежда, питание и другие факторы; но если эти факторы одинаковы, ощущение тепла или холода зависит от комбинации параметров окружающей среды.
Таким образом, мы приходим к выводу о необходимости учета комплексного влияния параметров, характеризующих окружающую человека среду [1]. Для иллюстрации в таблице приводятся некоторые комбинации температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха, соответствующие одинаковой эффективной температуре, равной 18° (ЭТ=18°).
Таблица. Комбинации метеорологических параметров воздуха, соответствующие эффективной температуре 18° (ЭТ = 18°)
Температура t, °С | 18 | 20 | 18,9 | 21,1 | 20,0 | 22,2 | 20,0 | 21,1 | 22,2 | 21,1 | 23,3 | 24,0 |
Относительная влажность φ, % | 100 | 49 | 70 | 30 | 69 | 17 | 84 | 55 | 31 | 80 | 25 | 9 |
Скорость движения (подвижность воздуха) w, м/сек | 0 | 0 | 0 | 0 | 0,25 | 0,25 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
Комбинации метеорологических параметров воздуха, соответствующие эффективной температуре 18° (ЭТ = 18°)
[1] Впервые к такому выводу еще в 1884 году пришел выдающийся русский инженер И. И. Флавицкий [37], далеко опередив ученых Европы и США.
