Тема 1. Загальні відомості про кондиціонування повітря .

1.1. Санітарно - гігієнічні і технологічні основи КП.

 

Людський організм постійно зв'язаний з навколишнім середовищем процесами тепло - і масообміну.

Теплопродукція і теплообмін.

У результаті метаболічних процесів, що протікають у людському організмі виробляється енергія. Частина цієї енергії витрачається на виконання механічної роботи (внутрішньої і зовнішньої), а інша втрачається в навколишнє середовище. У загальному випадку тепловий баланс організму можна представити рівнянням

Q_мет = Q_мех + Q_пот± Q_изб

де Q_мет - продукція енергії в організмі в результаті метаболічних процесів, що протікають в організмі, Вт;

Q_мех - енергія, що витрачається на виконання механічної роботи, Вт;

Q_пот - енергія, що втрачається організмом у навколишнє середовище, Вт;

Q_изб - надлишкова енергія, Вт;

Найбільш сприятливі для життєдіяльності людини умови, коли Q_изб=0.

Продукція енергії залежить від статі, віку, стану здоров'я й інших особливостей організму, а також від характеру фізичного навантаження і метеорологічних умов. Залежність енергопродукції організму від характеру виконуваного фізичного навантаження представлена в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1.Енергопродукція людського організму при різних фізичних навантаженнях (усереднені дані).

Характер фізичного навантаження	Споживання кисню дм^3/хв	Енергопродукція Qмет, Вт
Стан спокою	< 0,25
Легка фізична праця	0,25... 0,5	88... 175
Фізична праця середньої тяжкості	0.5... 1,0	175... 350
Важка фізична праця	1,0... 2,0	350... 700
Екстремальне фізичне навантаження	2,0... 3,0	700... 1050

 

За даними досліджень Балінта, Уінслоу і Харингстона енергетичний ккд людського організму складає в середньому 20 % (енергетичний ккд звичайної парової машини дорівнює 14 %).

Звідси випливає, що з усієї вироблюваної в організмі енергії корисно використовується для виконання механічної роботи тільки п'ята частина, інша ж енергія повинна віддаватися в навколишнє середовище.

Згідно даним Коллмара і Лізе з всієї енергії, що віддається в навколишнє середовище, через шкіру втрачається 86 % і через органи подиху 14 %. Через шкіру втрачається енергія шляхом випромінювання (Q_л»42%.), конвекції (Q_к» 26%) і випару вологи (Q_исп» 18%). Органами подиху енергія втрачається на підігрів вдихуваного повітря (Q_одв» 7%) і на випар вологи з поверхні слизких оболонок легень (7%). У такий спосіб основна кількість енергії втрачається організмом у навколишнє середовище шкірою випромінюванням, конвекцією і за рахунок випару вологи.

Q_пот = Q_л + Q_к + Q_исп

Процеси тепловіддачі зазначеними вище способами можна представити наступними рівняннями

Q_л = α_л F(t _т- τ_ср)

Q_к = α_до F(t _т- τ_в)

Q_исп = α_исп F(Р _н- Р_вп)= α_исп F(1-φ/100)

де α_л, α_до і α_исп - коефіцієнти тепловіддачі відповідно випромінюванням, конвекцією і випаром вологи, що залежать від умов реалізації процесів, Вт/м^{2 0}С;

F - площа поверхні тіла, ⁰С;

t _т - температура поверхні тіла, ⁰С;

τ_ср - середньозважена температура поверхонь огороджень і предметів, що оточують людину, ⁰С;

 

Р _н- парціальний тиск водяної пари в умовах насичення при даній температурі, Па;

Р _вн- фактичний парціальний тиск водяної пари у повітрі, Па;

φ - відносна вологість повітря.

За даними досліджень Марселя, Хатча, Нельсона, Хорвата, Эйхмана і Шеллея величина коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням у середньому складає для оголеної людини α_{л обн},=6 Ут/м²⁰С, а для одягненої α_{л обн},=2,8 Вт/м²⁰С. Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією залежить від теплозахисних властивостей одягу, рухливості повітря і відносної вологості повітря α_до=f(λ,w,φ). Залежність коефіцієнта конвективної тепловіддачі можна представити наступними рівняннями:

для оголеної людини:

α_{до обн}=0,5 V^0,5

для одягненої людини:

α_{до од}=0,69 V^0,5

Величина коефіцієнта тепловіддачі випаром вологи залежить від рухливості повітря і може бути визначена по рівнянню:

α_{до од}=1,68 V^0,37

Величину площі поверхні тіла людини з достатньою точністю можна визначити по формулі Дю-Буа.

F=F_ди=0,203G _т ^0,245 l _т ^0,725, м²

де G _т - маса тіла, кг;

l _т - довжина тіла (ріст), м.

З аналізу приведених вище рівнянь випливає, що основними факторами метеорологічних умов приміщень, які впливають на інтенсивність теплообміну людського організму з навколишнім середовищем є температура навколишнього повітря, відносна вологість, рухливість повітря, а також середньозважена радіаційна температура. Значення цих факторів нормуються відповідними БНіПами і ДСТ.

Теплова обстановка в приміщенні за пропозицією Нільсена і Педерсона характеризується співвідношенням температури повітря t_в і середньозваженої радіаційної температури τ_ср

t_п= 0,557t _в+ 0,443τ_ср2⁰С

де t_п -приведена температура,

За даними досліджень Рабера і Гатчинсона найбільш сприятливими для життєдіяльності людини є умови, коли

t _в+ τ_ср=42,2⁰С

У літню пору, коли температура повітря наближається до температури тіла і середньозважена температура близька до температури повітря в зв'язку з різким зниженням інтенсивності тепловіддачі тіла конвекцією і випромінюванням створюється погроза позитивного теплового дисбалансу людського організму. У цих умовах організм реалізує захисні процеси (зниження теплопродукції, розширення підшкірних кровоносних судин і т.д.) і виділяє велику кількість вологи на поверхню шкіри (потіє). Якщо при цьому відносна вологість повітря підвищується, знижується інтенсивність тепловіддачі за рахунок випару вологи, що приводить до наростаючого позитивного теплового дисбалансу організму і підвищення температури тіла. Самопочуття і працездатність знижується, настає стан теплового удару. Якщо середня температура тіла досягає 42 ⁰С організм гине від порушення периферичного кровопостачання (із плазми крові виділяються пухирці розчинених газів, у кровоносних судинах створюються газові пробки, що порушують циркуляцію крові).

У зимовий час у зв'язку з низькою температурою повітря різко зростає рушійна сила тепловіддачі організму в навколишнє середовище і виникає погроза негативного дисбалансу. У цих умовах підвищення рухливості повітря і його відносної вологості приводить до інтенсифікації процесу конвективного теплообміну. Температура тіла починає повільно знижуватися. Організм реалізує ряд захисних процесів (звуження підшкірних кровоносних судин, посилення теплопродукції й ін.) З'являється тремтіння. Зі зниженням температури тіла до 34 ⁰С тремтіння підсилюється, а потім припиняється і починається швидке зниження температури тіла. Погіршується самопочуття і працездатність. При зниженні температури тіла до 27 ⁰С організм гине від паралічу подиху.

З метою запобігання негативних явищ зв'язаних з виникненням як позитивного в теплий час, так і негативного в холодний час теплового дисбалансу людського організму в приміщеннях будь-якого призначення необхідно підтримувати певні метеорологічні умови (t_и, τ_ср, φ,w)

Параметри мікроклімату приміщень нормуються відповідними ДСТ.

Крім того, тому що основним процесом масообміну є газообмін, повітря в приміщенні повинне бути чистим, повноцінним по хімічному складу, (О₂=21%, N₂=77%) зі сприятливою для життєдіяльності людини електричною характеристикою (мати якнайбільше легких негативно заряджених часток) і не мати неприємних запахів.

Виробництва багатьох галузей промисловості (електронної, приладобудівної, хімічної, радіотехнічної, оптичної, харчової, машинобудівної й ін.) пред'являють певні іноді дуже жорсткі вимоги до стану навколишнього середовища в приміщеннях для ведення технологічних процесів. В окремих галузях промисловості (хімічної, харчової, медичної й ін.) пред'являється вимоги до стану повітря усередині апаратів, обумовлені особливостями технологічних процесів.

Основними нормованими параметрами повітря у виробничих приміщеннях є: температура, відносна вологість, рухливість і чистота повітря.