МИКРОКЛИМАТ ПОМЕЩЕНИЙ

УДК 62

А.П. Корчков

МИКРОКЛИМАТ ПОМЕЩЕНИЙ

Рассмотрено понятие микроклимата и влияние микроклимата на самочувствие людей. Дано понятие комфортных климатических условий. Выявлены условия формирования микроклимата, процессы формирования и нормирование.

Ключевые слова: микроклимат, нормирование, комфорт, жилые здания, производственные помещения.

Среда, в которой человек существует, носит название микроклимат. С научной точки зрения микроклимат - это комплекс физических факторов внутренней среды помещений, оказывающий влияние на тепловой обмен организма и здоровье человека. К микроклиматическим показателям относятся температура, влажность и скорость движения воздуха, температура поверхностей ограждающих конструкций, предметов, оборудования, а также некоторые их производные: градиент температуры воздуха по вертикали и горизонтали помещения, интенсивность теплового излучения от внутренних поверхностей.

Если все эти параметры находятся в норме, то у человека не возникнет никаких ощущений дискомфорта, не чувствуется ни жары, ни холода, ни духоты. Комфортные микроклиматические условия - это сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чем у 80% людей, находящихся в помещении. Однако, при кажущейся простоте и понятности, именно нарушения микроклимата являются самыми частыми среди всех нарушений санитарно-гигиенических норм.

Микроклимат формируется в результате воздействия внешней среды, особенностей постройки здания и систем отопления, вентиляции и кондиционирования. Особенно сильно воздействуют на человека тепловые условия и состав воздуха в помещении. В воздухе, вдыхаемом человеком, может быть превышена концентрация пыли, паров, вредных газов, углекислоты. В многоэтажных домах наблюдается сильный перепад давления воздуха снаружи здания и внутри. В итоге возникает сильное бактериологическое и газовое загрязнение на верхних этажах и опасность переохлаждения на нижних этажах, сопряженное с повышением опасности радонового загрязнения. Большие площади окон многоэтажных домов вызывают радиационный дискомфорт зимой и чрезмерную освещенность летом.

Особенности микроклимата формируются под влиянием потоков воздуха, влаги и тепла. Воздух в помещении постоянно находится в движении. С улицы в помещение попадает, как правило, охлаждающий воздух, а из соседних квартир и лестничной клетки - загрязненный газовыми примесями. Таким образом, в воздухе могут постоянно курсировать любые химические соединения, отравляя здоровье человека.

Условия формирования микроклимата

Параметры микроклимата формируются (рис. 1) в результате воздействия на помещение наружной среды, технологического процесса в помещении и систем отопления-охлаждения (СО) и вентиляции (СВ) или кондиционирования воздуха (СКВ).

Наружная среда оказывает влияние на тепловые параметры микроклимата опосредованно через ограждающие конструкции (тепловлагопередача и воздухопроницаемость) и внутренние связи между помещениями (перемещение потоков воздуха, теплообмен). Поэтому теплозащита здания и планировочная композиция здания являются пассивными факторами формирования теплового микроклимата. Технологический процесс играет особенно активную роль в формировании микроклимата. Сопровождающее этот процесс выделение потоков тепла, влаги, газов, пыли осуществляется непосредственно в помещение и прямо воздействует на тепловые параметры и состав воздуха [14].

В свою очередь, эффективное протекание технологического процесса в ряде современных производств невозможно без поддержания параметров внутренней среды в определенных границах. В этом случае говорят о технологических параметрах внутренней среды.

© Корчков А.П., 2020.

Научный руководитель: Стариков Альберт Николаевич - кандидат технических наук, доцент, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.

Следует иметь в виду, что в большинстве производств технологический процесс осуществляется людьми. Поэтому более правильно говорить о необходимости обеспечения комфортно-технологических условий в производственных помещениях (за исключением закрытых технологических линий, в которых не требуется участие человека).

Системы отопления-охлаждения и вентиляции активно формируют внутренний микроклимат, нейтрализуя отрицательное воздействие наружной среды и технологического процесса.

Издревле человек стремился удовлетворить потребность в комфортных условиях среды своего обитания. В значительной мере достижимая степень комфортности обеспечивалась за счет конструкции и теплозащиты здания в сочетании с относительно простыми отопительно-вентиляционными устройствами.

Рис. 1. Структурная схема формирования микроклимата

В современных зданиях обеспечение внутренних комфортных условий представляет сложную техническую задачу. Увеличение этажности здания приводит к существенному изменению перепада давления воздуха снаружи и внутри здания по его высоте. В результате возникает вертикальное перетекание воздуха и интенсивное газовое и бактериологическое загрязнение верхних этажей, переохлаждение нижних этажей и повышение опасности их радонового загрязнения [8].

Повышенная этажность здания из конструктивных соображений сопряжена с облегчением ограждений и увеличением площади окон. Это, в свою очередь, способствует радиационному дискомфорту в холодное время года и избыточной инсоляции в теплый период.

Современные отделочные материалы вызывают дополнительное загрязнение воздуха летучими органическими соединениями, формальдегидом и другими токсичными веществами.

Усиление герметичности заполнений световых проемов, желательное из условия энергосбережения, в то же время актуализирует проблему вентиляции помещений, особенно в жилых зданиях массовой застройки, в которых проветривание ведется естественным путем. Вместе с тем требование интенсивного вентилирования современных помещений связано с применением, как новых отделочных материалов ограждений, так и синтетических материалов мебели, оборудования, оргтехники, акустических и видеосистем.

Вентиляция помещения способствует нормализации влажностного режима помещения, а, следовательно, увеличению долговечности ограждений [5].

Одно из актуальных требований современности - повышение энергетической эффективности зданий реализуется, прежде всего, за счет усиления их теплозащиты. Усиление теплозащиты прямо сказывается на улучшении теплового комфорта помещений в холодное время года. Кроме того, уменьшение тепловой нагрузки на отопление при усилении теплозащиты позволяет понизить температуру теплоносителя. Это приводит к улучшению теплового комфорта и качества воздуха в помещении.

Приведенные выше соображения свидетельствуют о многообразии прямых и косвенных связей параметров здания и условий формирования микроклимата в нем.

Процессы формирования микроклимата

Как упоминалось выше, микроклимат помещения характеризуется комплексом параметров, определяющих тепловое состояние помещения и газовый состав воздуха в нем. Параметры микроклимата формируются под воздействием на помещение потоков теплоты, влаги, газовых примесей.

Перечисленные потоки поступают в помещение через наружные ограждения из наружной среды, через внутренние ограждения из соседних помещений здания и от внутренних источников, действующих в технологическом процессе. При взаимодействии с объемом помещения потоки трансформируются и преобразуются, вызывая изменение соответствующих параметров микроклимата. Отклонение параметров от заданных значений компенсируется системами отопления-охлаждения и вентиляции, которые, в свою очередь, также подают в помещение потоки тепла, влаги и свежий воздух, нейтрализующие вредные воздействия на микроклимат.

При этом потоки, вызывающие отклонение параметров от заданных величин, называются возмущающими воздействиями, а потоки, приводящие параметры к норме, - регулирующими воздействиями.

Процессы трансформации потоков тепла, влаги и воздуха, в результате которых происходит изменение параметров микроклимата, и есть процессы формирования микроклимата. Можно выделить три группы физических процессов формирования микроклимата, протекающих в помещении - это процессы теплообмена, процессы перемещения потоков воздуха и процессы молекулярной диффузии газовых примесей в воздухе помещения [1].

Совокупность процессов формирования отдельных параметров или групп параметров называют режимом. При рассмотрении задач обеспечения микроклимата обычно имеют дело с тепловым, влажност-ным, воздушным и газовым режимом помещения или здания.

Рис. 2. Схема вертикального перемещения потоков воздуха в здании

Рис. 3. Перемещение потоков в помещении

Теплообмен в помещении обусловлен поступлением в него тепловых потоков, которые принято условно разделять по их природе на лучистые и конвективные. Конвективный теплообмен протекает между поверхностями ограждений и оборудования и воздухом помещения. Помимо этого, в помещение поступают конвективные тепловые потоки с нагретым (охлажденным) воздухом в основном от систем

вентиляции и кондиционирования воздуха. В лучистом теплообмене участвуют поверхности, обращенные в помещение (рис.3).

Источниками тепла в помещении, как правило, являются тепловыделения от технологического оборудования, людей, искусственного освещения, отопительных приборов и теплопоступления от солнечной радиации через окна. Реже тепловые потоки, направленные внутрь помещения, проходят через непрозрачные наружные ограждения - в основном через бесчердачные покрытия, нагреваемые солнечной радиацией [2].

Стоки тепла (тепловые потоки, направленные из помещения), как правило - теплопотери через наружные ограждения и тепловые потоки с охлажденным воздухом. Источники и стоки могут быть чисто конвективными и смешанными - лучисто-конвективными. Следует иметь в виду, что потоки разной природы по-разному формируют температурные условия в помещении. Так, лучистые потоки поглощаются поверхностями ограждений и мебели и приводят к их нагреву. Распределение лучистых потоков в помещении носит, как правило, неравномерный или асимметричный характер, что приводит к неравномерному нагреву отдельных поверхностей. Нагретые поверхности передают за счет естественного конвективного теплообмена тепло воздуху помещения. Если температура воздуха выше температуры поверхности, конвективный теплообмен имеет другое направление.

Так как поверхности ограждений обладают тепловой инерцией, теплообмен протекает в нестационарном режиме. Подвижность воздуха несколько интенсифицирует естественный теплообмен на поверхностях.

Конвективное тепло поступает непосредственно в воздух, который не обладает тепловой инерцией, что приводит к быстрому изменению температуры воздуха.

В помещениях большого объема происходит медленное перемешивание воздуха, что приводит к неравномерному распределению температуры воздуха.

Перемещение потоков воздуха имеет место как между помещениями в пределах здания, так и в пределах одного помещения. Помимо этого, в помещение через наружные ограждения поступает наружный или удаляется внутренний воздух. Потоки воздуха, попадающие в помещение из других помещений, несут с собой газовые примеси, загрязняющие воздух помещения. Наружный воздух, как правило, охлаждает помещение.

Перемещение воздуха между помещениями (рис. 2) по вертикали здания обусловлено вертикальным распределением разности давления снаружи и внутри здания при разности объемного веса наружного и внутреннего воздуха. В большинстве случаев объемный вес наружного воздуха больше, поэтому потоки воздуха имеют направление снизу-вверх.

Горизонтальное перемещение воздуха связано с действием ветра на здание. При этом воздух ин-фильтруется в помещение через неплотности наружных ограждений с наветренной стороны здания, а эксфильтруется наружу - в помещении на заветренной стороне здания [5].

Движение потоков воздуха внутри помещения (рис. 3) возникает около нагретых поверхностей отопительных приборов и технологического оборудования и охлажденных поверхностей наружных ограждений (так называемые конвективные источники, формирующие конвективные струи). Наиболее интенсивное движение воздуха в помещении связано с действием вентиляционных струй. В результате перемещения потоков воздуха в объеме помещения имеет место неравномерное распределение газовых примесей, температуры, влажности и подвижности воздуха. В пределах рабочей зоны помещения возникают застойные зоны с вихреобразным движением воздуха, в которых могут накапливаться вредные примеси, что недопустимо.

Молекулярная диффузия паров и газов в воздухе имеет место за счет разности парциального давления в непосредственной близости от источника примесей и в удалении от него. Вследствие подвижности воздуха скорость распространения вредных примесей в объеме помещения во много раз превышает скорость диффузии. Поэтому этот процесс не оказывает существенного влияния на формирование параметра микроклимата - концентрации газовой вредности в той мере, как например перемещение потоков воздуха в помещении.

Нормирование микроклимата

Показатели микроклимата при эксплуатации здания нормируются ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

Согласно данным нормам, в здании располагаются помещения следующих категорий [14]:

Помещения 2 категории - помещения, в которых люди заняты умственным трудом.

Помещения 3 а категории - помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя без уличной одежды.

Помещения 3б категории - помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя в уличной одежде.

Помещения 3в категории - помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении стоя без уличной одежды.

Помещения 6 категории - помещения с временным пребыванием людей (вестибюли, гардеробные, коридоры, лестницы, санузлы, курительные, кладовые).

Для указанных помещений нормами устанавливаются требования к параметрам микроклимата, указанные в таблице 1.

Таблица 1

Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения

воздуха в обслуживаемой зоне общественных зданий

Период года Наименование помещения или категория Температура воздуха, °С Результирующая температура, °С Относительная влажность, % Скорость движения воздуха, м/с

оптимальная допустимая оптимальная допустимая оптимальная допустимая, не более оптимальная, не более допустимая, не более

Холодный 2 категория 19-21 18-23 18-20 17-22 45-30 60 0,2 0,3

3 а категория 20-21 19-23 19-20 19-22 45-30 60 0,2 0,3

3б категория 14-16 12-17 13-15 13-16 45-30 60 0,2 0,3

3в категория 18-20 16-22 17-20 15-21 45-30 60 0,2 0,3

6 категория 16-18 14-20 15-17 13-19 НН* НН НН НН

Теплый Помещения с постоянным пребыванием людей 23-25 18-28 22-24 19-27 60-30 65 0,3 0,5

*НН - не нормируется

Требуемые показатели микроклимата помещений достигаются следующим:

1) отоплением здания;

2) устройством тамбуров, которые препятствуют проникновению холодных потоков наружного воздуха через проёмы;

3) устройством стеклопакетов;

4) утеплением здания и устройством теплоизолированных полов;

5) вентиляцией помещений и кондиционирование воздуха.

Необходимая защита работающих от воздействия неблагоприятных метеоусловий при работе на открытом воздухе обеспечивается следующими мероприятиями:

1) обеспечением работающих спецодеждой и спец обувью;

2) обеспечением объекта комплексом санитарно-бытовых помещений для обогрева и отдыха;

3) инженерное оборудование рабочих мест: местное отопление и вентиляция, ликвидация сквозняков;

4) соблюдением специального режима труда и отдыха (обязательные перегревы, сокращение продолжительности смены или прекращение работ).

Оценка микроклимата проводится на основе измерений его параметров (температура, влажность воздуха, скорость его движения, тепловое излучение) на всех местах пребывания работника в течение смены и сопоставления с нормативами согласно СанПиНу 2.2.4.548—96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений».

Повышенная температура окружающего воздуха приводит к усиленному влаговыделению, через кожу и легкие. Организм обезвоживается, что приводит к снижению работоспособности и сопротивлению организма, сказывается и на психологических функциях человека, ухудшается объем оперативной памяти, понижается внимание [8].

В соответствии Р 2.2.2006-05 температура воздуха в теплый период не должна превышать 25 °С, а в холодный не ниже -13,8°С. Пониженная температура воздуха рабочей зоны может привести к переохлаждению организма. Физиологически оптимальной является относительная влажность в пределах от 40 до 60%. Повышенная влажность воздуха более 75-85% в сочетании с низкими температурами оказывает значительное охлаждающее действие, а в сочетании с повышенными температурами способствует перегреванию организма. Относительная влажность 25% также не благоприятна для человека, так как приводит к высыханию слизистых оболочек. Человек начинает ощущать движение воздуха при его скорости 0,1м/сек. Легкое движение воздуха благоприятно для человека. Большая скорость + низкие температуры вызывает увеличение теплопотерь и ведет к сильному переохлаждению.

Заключение

Здание - это совокупность помещений, представляющих собой ограниченный объем, в пределах которого протекает жизнедеятельность человека. Процесс жизнедеятельности сопровождается взаимодействием человека с окружающей его средой помещения.

Правильная организация помещений и здания в целом открывает возможность обеспечения в них безопасных и эффективных условий пребывания человека. Внутренняя среда помещения, проявляющаяся в большом числе факторов воздействия на человека, называется микроклиматом помещения.

Среди факторов внутренней среды выделим комплекс микроклиматических условий, оказывающих наиболее ощутимое физиологическое воздействие на человека. К ним относят тепловые условия в помещении и состав внутреннего воздуха.

Человек познает мир частично через ощущения, частично сознанием. При этом непосредственно поступающая информация об окружающей среде соотносится в мозгу с информацией, накопленной в памяти на базе предыдущего опыта. Это обстоятельство свидетельствует об индивидуальности восприятия человеком внутреннего микроклимата помещения. Окружающая среда, которая не содержит раздражающих и возбуждающих факторов, препятствующих физической и умственной работе, а также отдыху, называется комфортной.

Приведенное определение распространяется также на тепловые условия и состав воздуха помещения. Тепловые условия в настоящее время принято оценивать температурой воздуха, радиационной температурой помещения, относительной влажностью и подвижностью воздуха.

Состав воздуха характеризуется концентрацией углекислоты, концентрацией вредных газов, паров, пыли. Восприятие воздуха характеризуется также озоно-ионным составом и запахами.

Перечисленные параметры являются исходными при проектировании зданий и систем обеспечения микроклимата и нормируются. При этом определение нормативных параметров исходит из стремления к достижению оптимальных значений, т; е. таких, при которых как можно меньшее число людей (обычно 15-30%) было бы ими недовольно.

Использование оптимальных параметров микроклимата не во всех зданиях бывает целесообразным и экономически оправданным. Поэтому в отечественных нормах широко используется понятие допустимых параметров, представляющих собой разумные граничные значения, при которых не наблюдается отрицательного воздействия на организм человека.

Библиографический список

1. Безопасность жизнедеятельности (медико-биологические основы) /Феоктистова О.Г., Феоктистова Т.Г, Эк-зерцева Е.В., М.:Феникс, 2006.

2. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для студентов средних проф. учеб. Заведений // Под ред. С.В. Белова. --М.: Высш. шк., 2000. --343с.: ил.

3. Гигиенические требования к организации технологических процессов, производственному оборудованию и рабочему инструменту. СП 2.2.2.1327-03

4. ГОСТ 12.1.005-88 "Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны".

5. Зотов Б.И., Курдюмов В.И. Безопасность жизнедеятельности на производстве. - М.: КолосС, 2004.

6. Методические рекомендации "Оценка теплового состояния человека с целью обоснования гигиенических требований к микроклимату рабочих мест и мерам профилактики охлаждения и перегревания" N 5168-90 от 05.03.90.

7. Мучин П.В. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие для вузов. Новосибирск: СГГА, 2003.

8. Охрана окружающей среды: учеб. для техн. спец. вузов/ С. В. Белов, Ф.А. Барбинов, А.Ф. Козьяков и др./ под ред. С.В.Белова. - М.: Высшая школа, 1991.

9. Руководство Р 2.2.013-94. Гигиена труда. Гигиенические критерии оценки условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса. Гос-комсанэпиднадзор России, М, 1994.

9. Руководство Р 2.2.4/2.1.8. Гигиеническая оценка и контроль физических факторов производственной и окружающей среды

10. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4.548-96 "Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений"

11. Седельников Ф.И. Безопасность жизнедеятельности (охрана труда)/ Учебное пособие (электронная версия). - Вологда, 2001.

12. Строительные нормы и правила. СНиП 2.01.01. "Строительная климатология и геофизика".

13. Строительные нормы и правила. СНиП 41.01 -2003 "Отопление, вентиляция и кондиционирование".

14.Титов И.К. Основы безопасности жизнедеятельности. - М., 1996

КОРЧКОВ АНДРЕЙ ПЕТРОВИЧ - магистрант, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.