Среда, Февраль 16 2011 01: 06

Системы отопления и кондиционирования

Оценить этот пункт
(2 голосов)

Что касается отопления, потребности данного человека будут зависеть от многих факторов. Их можно разделить на две основные группы: связанные с окружающей средой и связанные с человеческим фактором. К факторам, связанным с окружающей средой, можно отнести географию (широту и высоту), климат, характер воздействия пространства, в котором находится человек, или барьеры, защищающие пространство от внешней среды, и т. д. К человеческим факторам относятся потребление энергии работником, темп работы или количество усилий, необходимых для работы, одежда или предметы одежды, используемые против холода, а также личные предпочтения или вкусы.

Потребность в отоплении носит сезонный характер во многих регионах, но это не означает, что в холодное время года отопление не требуется. Холодные условия окружающей среды влияют на здоровье, умственную и физическую работоспособность, точность и иногда могут увеличить риск несчастных случаев. Целью системы отопления является поддержание приятных тепловых условий, которые предотвратят или сведут к минимуму неблагоприятные последствия для здоровья.

Физиологические особенности человеческого организма позволяют ему выдерживать большие колебания температурных условий. Люди поддерживают свой тепловой баланс через гипоталамус с помощью тепловых рецепторов в коже; температура тела держится между 36 и 38°C, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Механизмы терморегуляции у человека

ИЕН050F1

Системы отопления должны иметь очень точные механизмы управления, особенно в тех случаях, когда рабочие выполняют свои задачи сидя или в фиксированном положении, которое не стимулирует кровообращение в конечностях. Там, где выполняемая работа допускает определенную мобильность, управление системой может быть несколько менее точным. Наконец, если работа выполняется в аномально неблагоприятных условиях, например, в холодильных камерах или в очень холодных климатических условиях, могут быть предприняты вспомогательные меры для защиты специальных тканей, регулирования времени нахождения в этих условиях или подачи тепла с помощью встроенных электрических систем. в рабочую одежду.

Определение и описание тепловой среды

Требование, которое может быть предъявлено к любой правильно функционирующей системе отопления или кондиционирования воздуха, заключается в том, что она должна позволять контролировать переменные, определяющие тепловую среду, в определенных пределах для каждого сезона года. Эти переменные

    1. температура воздуха
    2. средняя температура внутренних поверхностей, определяющих пространство
    3. влажность воздуха
    4. скорости и равномерность скоростей движения воздуха в помещении

           

          Было показано, что существует очень простая связь между температурой воздуха и поверхностей стен данного помещения и температурами, которые обеспечивают такое же воспринимаемое тепловое ощущение в другой комнате. Это отношение может быть выражено как

          в котором

          Tесть = эквивалентная температура воздуха для данного теплового ощущения

          TDBT = температура воздуха, измеренная термометром с сухим термометром

          Tфилиал = измеренная средняя температура поверхности стен.

          Например, если в данном помещении воздух и стены имеют температуру 20°С, эквивалентная температура будет равна 20°С, а воспринимаемое ощущение тепла будет таким же, как в помещении, где средняя температура стен составляет 15°С. 25°C, а температура воздуха XNUMX°C, потому что в этой комнате будет такая же эквивалентная температура. С точки зрения температуры воспринимаемое ощущение теплового комфорта будет таким же.

          Свойства влажного воздуха

          При реализации плана кондиционирования воздуха необходимо учитывать три вещи: термодинамическое состояние воздуха в данном помещении, воздуха снаружи и воздуха, который будет подаваться в помещение. Выбор системы, способной преобразовывать термодинамические свойства воздуха, подаваемого в помещение, будет основываться на существующих тепловых нагрузках каждого компонента. Поэтому нам необходимо знать термодинамические свойства влажного воздуха. Они следующие:

          TDBT = показание температуры сухого термометра, измеренное термометром, изолированным от излучаемого тепла

          TЦСТ = показание температуры точки росы. Это температура, при которой ненасыщенный сухой воздух достигает точки насыщения.

          W = отношение влажности, которое колеблется от нуля для сухого воздуха до Ws для насыщенного воздуха. Выражается в кг водяного пара на кг сухого воздуха.

          RH = относительная влажность

          t* = термодинамическая температура с влажным термометром

          v = удельный объем воздуха и водяного пара (выраженный в единицах м3/кг). Это обратная плотность

          H = энтальпия, ккал/кг сухого воздуха и связанного с ним водяного пара.

          Из перечисленных выше переменных только три поддаются непосредственному измерению. Это показания температуры сухого термометра, показания температуры точки росы и относительной влажности. Существует четвертая переменная, которая поддается экспериментальному измерению и определяется как температура смоченного термометра. Температура влажного термометра измеряется с помощью смоченного термометра, который перемещается, как правило, с помощью ремня, через ненасыщенный влажный воздух с умеренной скоростью. Эта переменная на незначительную величину отличается от термодинамической температуры по сухому термометру (3%), поэтому их обе можно использовать для расчетов, не слишком ошибаясь.

          Психрометрическая диаграмма

          Свойства, определенные в предыдущем разделе, функционально связаны и могут быть представлены в графической форме. Это графическое изображение называется психрометрической диаграммой. Это упрощенный график, полученный из таблиц Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE). Энтальпия и степень влажности указаны в координатах диаграммы; нарисованные линии показывают сухую и влажную температуры, относительную влажность и удельный объем. С психрометрической диаграммой знание любых двух из вышеупомянутых переменных позволяет вам получить все свойства влажного воздуха.

          Условия теплового комфорта

          Тепловой комфорт определяется как состояние ума, выражающее удовлетворение тепловой средой. На него влияют физические и физиологические факторы.

          Трудно предписать общие условия, которые должны соблюдаться для обеспечения теплового комфорта, поскольку условия различаются в различных рабочих ситуациях; разные условия могут даже требоваться для одного и того же рабочего места, когда оно занято разными людьми. Техническая норма тепловых условий, необходимых для комфорта, не может быть применима ко всем странам из-за различных климатических условий и различных обычаев, регулирующих одежду.

          Были проведены исследования с рабочими, выполняющими легкий ручной труд, и был установлен ряд критериев температуры, скорости и влажности, которые показаны в таблице 1 (Бедфорд и Чренко, 1974).

          Таблица 1. Предлагаемые нормы факторов окружающей среды

          Экологический фактор

          Предлагаемая норма

          Температура воздуха

          21 ° C

          Средняя лучистая температура

          ≥ 21 °С

          Относительная влажность

          30-70%

          Скорость воздушного потока

          0.05–0.1 м/с

          Температурный градиент (от головы к ногам)

          ≤ 2.5 ° C

           

          Вышеуказанные факторы взаимосвязаны, требуя более низкой температуры воздуха в случаях, когда имеется высокое тепловое излучение, и требуя более высокой температуры воздуха, когда скорость воздушного потока также выше.

          Как правило, исправления, которые должны быть выполнены, следующие:

          Температура воздуха должна быть повышена:

          • если скорость воздушного потока высокая
          • для сидячей работы
          • если используемая одежда легкая
          • когда люди должны быть акклиматизированы к высоким температурам в помещении.

           

          Температура воздуха должна быть снижена:

          • если работа связана с тяжелым ручным трудом
          • при использовании теплой одежды.

           

          Для хорошего ощущения теплового комфорта наиболее желательна ситуация, когда температура окружающей среды несколько выше температуры воздуха, а поток излучаемой тепловой энергии одинаков во всех направлениях и не является чрезмерным над головой. Повышение температуры по высоте должно быть сведено к минимуму, сохраняя ноги в тепле, не создавая слишком большой тепловой нагрузки на голову. Важным фактором, влияющим на ощущение теплового комфорта, является скорость воздушного потока. Существуют диаграммы, на которых дана рекомендуемая скорость воздуха в зависимости от выполняемой деятельности и типа используемой одежды (рис. 2).

          Рис. 2. Зоны комфорта по показаниям общей температуры и скорости воздушных потоков

          ИЕН050F3

          В некоторых странах существуют нормы минимальных температур окружающей среды, но оптимальные значения пока не установлены. Как правило, максимальное значение температуры воздуха составляет 20°C. С недавними техническими усовершенствованиями сложность измерения теплового комфорта увеличилась. Появилось множество индексов, в том числе индекс эффективной температуры (ЭТ) и индекс эффективной температуры с поправкой (СЕТ); индекс калорийной перегрузки; индекс теплового стресса (HSI); температура по влажному термометру (WBGT); и индекс медианных значений Фангера (IMV), среди прочего. Индекс WBGT позволяет определить интервалы отдыха, необходимые в зависимости от интенсивности выполняемой работы, чтобы исключить термическое напряжение в условиях труда. Более подробно это обсуждается в главе Жара и холод.

          Зона теплового комфорта на психрометрической диаграмме

          Диапазон на психрометрической диаграмме, соответствующий условиям, при которых взрослый воспринимает тепловой комфорт, был тщательно изучен и определен в норме ASHRAE на основе эффективной температуры, определяемой как температура, измеренная термометром с сухим шариком в однородном помещении при температуре 50°С. процент относительной влажности, при котором люди будут иметь такой же обмен тепла лучистой энергией, конвекцией и испарением, как и при уровне влажности в данной локальной среде. Шкала эффективной температуры определена ASHRAE для уровня одежды 0.6 кло — единица теплоизоляции; 1 кло соответствует теплоизоляции, обеспечиваемой обычным комплектом одежды, что предполагает уровень теплоизоляции 0.155 К·м.2W-1, где K — теплообмен теплопроводностью, измеренный в ваттах на квадратный метр (Вт·м-2) для движения воздуха 0.2 мс-1 (в покое), для воздействия в течение одного часа при выбранной сидячей активности 1 мет (единица скорости метаболизма = 50 ккал/м2час). Эта зона комфорта показана на рис. 2 и может использоваться для тепловых сред, где температура, измеренная лучистым теплом, примерно такая же, как температура, измеренная термометром с сухим термометром, и где скорость воздушного потока ниже 0.2 мс.-1 для людей, одетых в легкую одежду и ведущих малоподвижный образ жизни.

          Формула комфорта: метод Фангера

          Метод, разработанный П. О. Фангером, основан на формуле, связывающей переменные температуры окружающей среды, средней лучистой температуры, относительной скорости воздушного потока, давления водяного пара в окружающем воздухе, уровня активности и термического сопротивления надетой одежды. Пример, полученный из формулы комфорта, показан в таблице 2, которую можно использовать в практических приложениях для получения комфортной температуры в зависимости от надетой одежды, скорости метаболизма выполняемой деятельности и скорости воздушного потока.

          Таблица 2. Температуры теплового комфорта (°С) при относительной влажности 50 % (по формуле П. О. Фангера)

          Метаболизм (Ватт)

          105

          Температура излучения

          CLO

          20 ° C

          25 ° C

          30 ° C

          Одежда (кло)
          0.5 Va /(м.сг-1)


          0.2


          30.7


          27.5


          24.3

           

          0.5

          30.5

          29.0

          27.0

           

          1.5

          30.6

          29.5

          28.3

          Одежда (кло)
          0.5 Va /(м.сг-1)


          0.2


          26.0


          23.0


          20.0

           

          0.5

          26.7

          24.3

          22.7

           

          1.5

          27.0

          25.7

          24.5

          Метаболизм (Ватт)

          157

          Температура излучения

          CLO

          20 ° C

          25 ° C

          30 ° C

          Одежда (кло)
          0.5 Va /(м.сг-1)


          0.2


          21.0


          17.1


          14.0

           

          0.5

          23.0

          20.7

          18.3

           

          1.5

          23.5

          23.3

          22.0

          Одежда (кло)
          0.5 Va /(м.сг-1)


          0.2


          13.3


          10.0


          6.5

           

          0.5

          16.0

          14.0

          11.5

           

          1.5

          18.3

          17.0

          15.7

          Метаболизм (Ватт)

          210

          Температура излучения

          CLO

          20 ° C

          25 ° C

          30 ° C

          Одежда (кло)
          0.5 Va /(м.сг-1)


          0.2


          11.0


          8.0


          4.0

           

          0.5

          15.0

          13.0

          7.4

           

          1.5

          18.3

          17.0

          16.0

          Одежда (кло)
          0.5 Va /(м.сг-1)


          0.2


          -7.0


          /


          /

           

          0.5

          -1.5

          -3.0

          /

           

          1.5

          -5.0

          2.0

          1.0

           

          Системы отопления

          Проектирование любой системы отопления должно быть напрямую связано с выполняемыми работами и характеристиками здания, в котором она будет установлена. В случае промышленных зданий трудно найти проекты, в которых учитываются потребности рабочих в отоплении, часто потому, что процессы и рабочие места еще не определены. Обычно системы проектируются с очень широким диапазоном, принимая во внимание только тепловые нагрузки, которые будут существовать в здании, и количество тепла, которое необходимо подавать для поддержания заданной температуры внутри здания, без учета распределения тепла, положения рабочих мест. и другие аналогичные менее общие факторы. Это приводит к недостаткам в конструкции некоторых зданий, которые выражаются в недостатках, таких как холодные точки, сквозняки, недостаточное количество нагревательных элементов и другие проблемы.

          Чтобы в конечном итоге иметь хорошую систему отопления при планировании здания, необходимо учесть следующие моменты:

          • Подумайте о правильном размещении изоляции для экономии энергии и минимизации температурных градиентов внутри здания.
          • Максимально уменьшите проникновение холодного воздуха в здание, чтобы свести к минимуму колебания температуры в рабочих зонах.
          • Контролируйте загрязнение воздуха за счет локального извлечения воздуха и вентиляции путем вытеснения или диффузии.
          • Контролируйте выбросы тепла из-за процессов, используемых в здании, и их распределение в занимаемых помещениях здания.

           

          При отоплении горелками без дымоходов особое внимание следует уделить вдыханию продуктов сгорания. Обычно, когда горючими материалами являются печное топливо, газ или кокс, они выделяют двуокись серы, оксиды азота, окись углерода и другие продукты сгорания. Существуют пределы воздействия этих соединений на человека, и их следует контролировать, особенно в закрытых помещениях, где концентрация этих газов может быстро увеличиваться, а эффективность реакции горения может снижаться.

          Планирование системы отопления всегда предполагает балансировку различных соображений, таких как низкая начальная стоимость, гибкость обслуживания, энергоэффективность и применимость. Таким образом, использование электроэнергии в непиковые часы, когда она может быть дешевле, например, может сделать электрические обогреватели рентабельными. Еще одним вариантом является использование химических систем для аккумулирования тепла, которые затем можно использовать во время пикового спроса (например, с использованием сульфида натрия). Также можно изучить размещение нескольких различных систем вместе, заставив их работать таким образом, чтобы можно было оптимизировать затраты.

          Особенно интересна установка обогревателей, которые могут работать на газе или мазуте. Прямое использование электроэнергии означает потребление первоклассной энергии, которая во многих случаях может оказаться дорогостоящей, но при определенных обстоятельствах может обеспечить необходимую гибкость. Тепловые насосы и другие когенерационные системы, использующие остаточное тепло, могут предложить решения, которые могут быть очень выгодными с финансовой точки зрения. Проблема с этими системами заключается в их высокой начальной стоимости.

          Сегодня тенденция систем отопления и кондиционирования воздуха направлена ​​на обеспечение оптимального функционирования и энергосбережения. Таким образом, новые системы включают в себя датчики и элементы управления, распределенные по отапливаемым помещениям, обеспечивающие подачу тепла только в течение времени, необходимого для обеспечения теплового комфорта. Эти системы позволяют экономить до 30% энергозатрат на отопление. На рис. 3 показаны некоторые из имеющихся систем отопления с указанием их положительных характеристик и недостатков.

          Рисунок 3. Характеристики наиболее распространенных систем отопления, используемых на стройплощадках.

          ИЕН050F7

          Системы кондиционирования

          Опыт показывает, что производственная среда, близкая к зоне комфорта в летние месяцы, повышает производительность, регистрирует меньше несчастных случаев, снижает количество прогулов и в целом способствует улучшению человеческих отношений. В случае предприятий розничной торговли, больниц и зданий с большими площадями кондиционирование воздуха обычно должно быть направлено на обеспечение теплового комфорта, когда этого требуют внешние условия.

          В некоторых промышленных условиях, где внешние условия очень суровые, цель систем отопления больше направлена ​​на обеспечение достаточного количества тепла для предотвращения возможных неблагоприятных последствий для здоровья, чем на обеспечение достаточного количества тепла для комфортной тепловой среды. Факторами, за которыми следует тщательно следить, являются техническое обслуживание и правильное использование оборудования для кондиционирования воздуха, особенно если оно оснащено увлажнителями, поскольку они могут стать источниками микробного загрязнения с риском, который эти загрязняющие вещества могут представлять для здоровья человека.

          Сегодня системы вентиляции и климат-контроля, как правило, совместно и часто с использованием одной и той же установки покрывают потребности в отоплении, охлаждении и кондиционировании воздуха в здании. Для холодильных систем может использоваться несколько классификаций.

          В зависимости от конфигурации системы их можно классифицировать следующим образом:

          • Герметичные агрегаты с установленной на заводе охлаждающей жидкостью, которые можно открыть и заправить в ремонтной мастерской. Это кондиционеры, обычно используемые в офисах, жилых домах и т.п.
          • Полугерметичные агрегаты среднего размера заводского изготовления, которые имеют больший размер, чем бытовые агрегаты, и которые можно ремонтировать через отверстия, предназначенные для этой цели.
          • Сегментированные системы для складов и больших площадей, состоящие из частей и компонентов, которые четко различаются и физически разделены (компрессор и конденсатор физически отделены от испарителя и расширительного клапана). Они используются для больших офисных зданий, гостиниц, больниц, крупных заводов и промышленных зданий.

           

          В зависимости от охвата, который они обеспечивают, их можно классифицировать следующим образом:

          • Системы для одной зоны: одна установка обработки воздуха обслуживает разные помещения в одном здании и в одно и то же время. Обслуживаемые помещения имеют одинаковые потребности в отоплении, охлаждении и вентиляции и регулируются общим регулятором (термостат или подобное устройство). Системы этого типа могут оказаться неспособными обеспечить надлежащий уровень комфорта в каждом помещении, если в плане проектирования не учтены различные тепловые нагрузки между помещениями в одной и той же зоне. Это может произойти, когда увеличивается количество людей в помещении или когда добавляется освещение или другие источники тепла, такие как компьютеры или копировальные машины, которые не были предусмотрены при первоначальном проектировании системы. Дискомфорт также может возникать из-за сезонных изменений количества солнечного излучения, получаемого помещением, или даже из-за перехода из одной комнаты в другую в течение дня.
          • Системы для нескольких зон: системы этого типа могут обеспечивать разные зоны воздухом с разной температурой и влажностью за счет нагрева, охлаждения, увлажнения или осушения воздуха в каждой зоне и за счет изменения потока воздуха. Эти системы, даже если они, как правило, имеют общий и централизованный блок воздушного охлаждения (компрессор, испаритель и т. д.), снабжены разнообразными элементами, такими как устройства, регулирующие поток воздуха, нагревательные змеевики и увлажнители. Эти системы способны регулировать условия помещения в зависимости от конкретных тепловых нагрузок, которые они обнаруживают с помощью датчиков, расположенных в помещениях по всей обслуживаемой ими территории.
          • В зависимости от потока воздуха, нагнетаемого этими системами в здание, они классифицируются следующим образом:
          • Постоянный объем (CV): эти системы подают постоянный поток воздуха в каждую комнату. Изменение температуры происходит за счет нагревания или охлаждения воздуха. Эти системы часто смешивают часть наружного воздуха с рециркулируемым воздухом в помещении.
          • Переменный объем (VAV): эти системы поддерживают тепловой комфорт, изменяя количество нагретого или охлажденного воздуха, подаваемого в каждое помещение. Несмотря на то, что они работают в первую очередь на основе этого принципа смешивания, они также могут быть объединены с системами, которые изменяют температуру воздуха, который они подают в помещение.

           

          Проблемы, которые чаще всего возникают в этих типах систем, включают избыточный нагрев или охлаждение, если система не приспособлена к изменениям тепловых нагрузок, или отсутствие вентиляции, если система не вводит минимальное количество наружного воздуха для обновления циркулирующего воздуха. воздух в помещении. Это создает несвежую внутреннюю среду, в которой ухудшается качество воздуха.

          Основными элементами всех систем кондиционирования являются (см. также рис. 4):

          • Установки для удержания твердых частиц, обычно рукавные фильтры или электрофильтры.
          • Установки воздушного отопления или охлаждения: обмен теплом в этих установках происходит за счет теплообмена с холодной водой или охлаждающими жидкостями, за счет принудительной вентиляции летом и за счет нагрева с помощью электрических змеевиков или путем сжигания зимой.
          • Установки для контроля влажности: зимой влажность может быть добавлена ​​путем прямого впрыска водяного пара или путем прямого испарения воды; летом его можно удалить охлаждающими змеевиками, конденсирующими избыток влаги в воздухе, или охлаждающей водяной системой, в которой влажный воздух проходит через завесу из капель воды, которая холоднее точки росы влажного воздуха.

           

          Рисунок 4. Упрощенная схема системы кондиционирования воздуха

          ИЕН050F8

           

          Назад

          Читать 16186 раз Последнее изменение во вторник, 26 июля 2022 21: 28

          ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: МОТ не несет ответственности за контент, представленный на этом веб-портале, который представлен на каком-либо языке, кроме английского, который является языком, используемым для первоначального производства и рецензирования оригинального контента. Некоторые статистические данные не обновлялись с тех пор. выпуск 4-го издания Энциклопедии (1998 г.)».

          Содержание:

          Справочные материалы по контролю окружающей среды в помещении

          Американская конференция государственных промышленных гигиенистов (ACGIH). 1992. Промышленная вентиляция — Руководство по рекомендуемой практике. 21-е изд. Цинциннати, Огайо: ACGIH.

          Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE). 1992. Метод испытания воздухоочистителей, используемых в общей вентиляции для удаления твердых частиц. Атланта: АШРАЭ.

          Батурин, ВВ. 1972. Основы промышленной вентиляции. Нью-Йорк: Пергамон.

          Бедфорд, Т. и Ф.А. Чренко. 1974. Основные принципы вентиляции и отопления. Лондон: Х. К. Льюис.

          Европейский центр нормализации (CEN). 1979. Метод испытания воздушных фильтров, используемых в общей вентиляции. Евровент 4/5. Антверпен: Европейский комитет стандартов.

          Чартерный институт строительных услуг. 1978. Экологические критерии проектирования. : Чартерный институт строительных услуг.

          Совет Европейских Сообществ (СЕС). 1992. Руководство по требованиям к вентиляции в зданиях. Люксембург: ЕС.

          Констанс, JD. 1983. Контроль внутризаводских загрязнителей воздуха. Проектирование системы и расчеты. Нью-Йорк: Марсель Деккер.

          Фэнгер, ПО. 1988. Внедрение единиц ol и decipol для количественной оценки загрязнения воздуха, воспринимаемого людьми внутри и снаружи помещений. Энергетическая сборка 12:7-19.

          —. 1989. Новое уравнение комфорта для качества воздуха в помещении. Журнал ASHRAE 10:33-38.

          Международная организация труда (МОТ). 1983. Энциклопедия охраны труда и техники безопасности, под редакцией Л. Пармеджани. 3-е изд. Женева: МОТ.

          Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH). 1991. Качество воздуха в здании: руководство для владельцев зданий и управляющих объектами. Цинциннати, Огайо: NIOSH.

          Сандберг, М. 1981. Что такое эффективность вентиляции? Построить среду 16:123-135.

          Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ). 1987. Руководство по качеству воздуха для Европы. Европейская серия, № 23. Копенгаген: Региональные публикации ВОЗ.