Тепловая обстановка и условия комфортности для человека в помещении

В жилых, общественных и промышленных зданиях требуется поддерживать необходимые для людей и производственных процессов метеорологические условия - определенный микроклимат.

Защита ограждений от наружных климатических воздействий недостаточна для круглогодичного обеспечения необходимых условий в помещении. Эти условия могут быть созданы искусственно, например зимой работой системы отопления.

Основное требование к микроклимату - поддержание условий, благоприятных для находящихся в помещении людей.

В организме человека постоянно вырабатывается тепло, которое должно быть отдано окружающей среде. Поддержание постоянной температуры организма около 36,6°С обеспечивает физиологическая система терморегуляции. Напряжение системы терморегуляции сказывается на самочувствии и работоспособности человека.

В зависимости от физиологического и эмоционального состояния человека, его одежды, возраста, степени физической тяжести выполняемой работы и индивидуальных особенностей количество отдаваемого в окружающую среду тепла может быть различным.

В спокойном состоянии организм взрослого человека вырабатывает и отдает окружающей среде около 120 Вт (~100 ккал/ч), при тяжелой работе - до 470 (~400), а при максимальных кратковременных нагрузках - до 1000 Вт (~900 ккал/ч).

Степень физической тяжести выполняемой человеком работы условно определяют по интенсивности тепловыделения и считают незначительной работу, при которой тепловыделения составляют до 140 Вт (120 ккал/ч), легкой до 175 (150), средней до 290 (250) и тяжелой свыше 290 Вт (250 ккал/ч).

Если теплопродукция не равна отдаче тепла, то наблюдается накопление или дефицит тепла, приводящие к перегреву или переохлаждению организма. Система терморегуляции позволяет в определенных пределах обеспечивать баланс тепла, но ее возможности довольно ограничены.

Отдача тепла с поверхности тела человека происходит излучением (окружающим поверхностям помещения), конвекцией (воздуху) и в результате затрат тепла на испарение влаги (пота).

При обычных условиях в спокойном состоянии человек приблизительно половину тепла теряет излучением, четверть - конвекцией и четверть - испарением. При тяжелой работе основная доля теряемого тепла приходится на испарение влаги.

Интенсивность отдачи тепла человеком зависит от тепловой обстановки в помещении, которая характеризуется температурой воздуха t_B, радиационными условиями (радиационной температурой tR и температурой τn, размерами и расположением нагретых и охлажденных поверхностей), а также подвижностью υв и влажностью φв внутреннего воздуха.

Комфортными (зона комфорта) или оптимальными считаются такие сочетания этих показателей микроклимата, при которых сохраняется тепловое равновесие в организме человека и отсутствует напряжение в его системе терморегуляции.

Допустимыми являются такие метеорологические условия, при которых возникает незначительная напряженность системы терморегуляции и отмечается небольшая дискомфортность для человека тепловой обстановки в помещении.

Деятельность человека обычно связана с определенной частью объема помещения. Эту часть называют обслуживаемой или рабочей зоной. Требуемые внутренние условия должны быть обеспечены системой отопления и теплозащитой ограждений именно в этой зоне.

Тепловые условия в помещении зависят в основном от температуры воздуха и температуры поверхностей, т. е. определяются его температурной обстановкой. Основное назначение системы отопления сводится к поддержанию во всех помещениях здания в зимний период года заданных температурных условий.

Ощущение температурного комфорта зависит в определенной мере от температуры воздуха и температуры поверхностей, обращенных в помещение. Когда температуры воздуха t_B и поверхностей t_R равны, в помещении имеется температурный уровень или «температура помещения» t_n, равная этой температуре. В этих условиях t_n=t_B= t_R. Опытами установлено, что для приблизительного соблюдения условий температурного комфорта определенному понижению температуры воздуха должно соответствовать приблизительно такое же повышение температуры поверхностей.

Учитывая наличие такой связи, удобно характеризовать условия в помещении «температурой помещения», понимая под ней такую одинаковую температуру воздуха и поверхностей, при которой теплоотдача человеком будет такая же, как и при заданных неравных температурах воздуха и поверхностей.

Для наиболее распространенных помещений, с небольшой подвижностью внутреннего воздуха, tn принимают приблизительно равной среднеарифметическому значению tB и tR.

Температурную обстановку в помещении можно определить двумя условиями комфортности. Первое условие комфортности температурной обстановки устанавливает зону сочетаний tB и tR, при которых человек, находясь в середине обслуживаемой зоны, не испытывает чувства перегрева или переохлаждения.

Для холодного периода года первое условие записывают в виде:

где t_n - соответствует оптимальным условиям при разной интенсивности выполняемой человеком физической работы. При спокойном состоянии человека tn равна 21-23° С, для помещений, где человек выполняет легкую работу - 19-21, работу средней тяжести - 16-19 и тяжелую работу - 14-16° С.

Уравнение определяет осредненную температурную обстановку в помещении. С помощью этого уравнения можно, например, определить, какая должна быть температура воздуха, если известны радиационная температура и назначение помещения. Заметная разница между tB и tR возникает при панельном (лучистом) или воздушном (конвективном) отоплении, а также при сильно развитых холодных поверхностях наружных ограждений в помещении.

В других случаях температуры tn, t_B и t_R практически равны. В СНиП в связи с этим регламентируется только одна внутренняя температура — температура воздуха в помещении t_B. Для указанных выше помещений, в которых нужно учитывать разность между t_B и t_R, нормируемую внутреннюю температуру следует принимать в качестве температуры помещения.

Кроме общего теплового баланса, на тепловое самочувствие человека влияют условия, в которых находятся отдельные части тела. Особенно существенно сказываются на ощущении комфортности обстановки тепловые условия, в которых находятся голова и ноги человека. Голова человека чувствительнее к радиационному перегреву и переохлаждению, а для ног важны температура поверхности пола, с которой они непосредственно соприкасаются, и наличие холодных потоков воздуха вдоль пола.

Второе условие комфортности температурной обстановки определяет допустимые температуры нагретых и охлажденных поверхностей при нахождении человека на границах обслуживаемой зоны помещения, т. е. в непосредственной близости от этих поверхностей.

Для предупреждения радиационного перегрева или переохлаждения головы человека поверхности потолка и стен могут быть нагреты до допустимой температуры

или охлаждены до температуры

где φ— коэффициент облученности от поверхности элементарной площадки на голове человека в сторону соответственно нагретой или охлажденной поверхности.

Допустимая температура нагретого пола принимается равной 22-34°С в зависимости от назначения и особенностей режима работы помещения. Температура холодного пола зимой может быть ниже температуры воздуха максимально на 2-2,5° С. Следует иметь в виду, что тепловое ощущение человека и потери тепла ногами зависят не только от температуры, но и от свойства теплоусвоения покрытия пола, о котором будет сказано ниже.