Система кондиционирования микроклимата (СКМ) как совокупность всех технических средств и устройств, обеспечивающих внутренние климатические условия, включает в себя наряду с ограждениями, системами отопления и вентиляции систему кондиционирования воздуха (СКВ). СКВ является активной, обычно регулируемой системой, предназначенной для комплексного поддержания заданных параметров внутреннего воздуха, которые обеспечивают расчетные, часто оптимальные условия в помещениях зданий и сооружений. СКВ может работать в здании совместно с системами отопления и вентиляции, но обычно СКВ берет на себя функции последних и создает в здании или по крайней мере в его наиболее отвественных помещениях необходимые климатические условия как в холодный, так и в теплый период года.

Состояние воздушной среды является необходимым, а часто и решающим условием для осуществления многих, особенно новейших, технологических процессов. Здесь наряду с пищевой промышленностью необходимо выделить производство электронных приборов, полупроводников счетно-решающих устройств, телерадиосистем, точного машиностроения и приборостроения, промышленность искусственных материалов и др. Создание в медицинских учреждениях чистой, стерильной воздушной среды с заданными температурными и влажностными условиями является важной составляющей успешного лечения людей. Существенное значение имеют СКВ и для обеспечения безотказной работы ЭВМ при выполнении исследований в области биологии, физики, химии, при работе с радиоактивными веществами, при хранении измерительных эталонов и работе с ними. Для хранени культурных и исторических ценностей в зданиях и помещениях также должны поддерживаться определенные климатические условия, создаваемые СКВ.

1.2. Естественная вентиляция

Воздухообмен в производственных помещениях осуществляется с помощью естественной вентиляции или механических вентиляционных установок.

Организованный воздухообмен при естественной вентиляции (аэрации) обеспечивается вследствие разности температур (плотности) воздуха, а также в результате действия ветрового напора.

Под действием тепла, выделяемого машинами и механизмами, нагретым углем (при сушке), людьми, а также нагретыми поверхностями повышается температура воздуха в производственных помкщениях и становится выше температуры наружного воздуха.

Нагретый воздух в производственных помещениях поднимается кверху и через отверстия в перекрытиях (крыше) выходит наружу.

Холодный наружный воздух поступает в помещение через открытые проемы в нижней или средних зонах. В результате создается естественный воздухообмен, называемый тепловым напором.

Значение теплового напора определяется по формуле

Н _m = h (ρ_н – ρ_в ) g , Н/м² , (1)

где h – высота между центрами вытяжных и приточных отверстий, м; ρ_н и ρ_в – плотность наружного и внутреннего воздуха, кг/м³; g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²_.

Факторы, определяющие внутренние условия кондиционируемых помещений зданий различного назначения

Микроклимат помещения – это совокупность факторов, определяющих метеорологическую обстановку в нем. К числу этих факторов относятся: температура и влажность воздуха, потоки лучистого тепла, определяющие радиационную температуру помещений; подвижность (скорость движения) воздуха. Кроме того, внутренние условия помещений определяются давлениемвоздуха или перепадом его давления между смежными помещениями, допустимым содержанием газов, паров и пыли, наличием запахов, содержанием ионов.

Температура воздуха является одним из основных факторов, характеризующих климатические условия помещения. Ее требуемые значения зависят от характера деятельности человека (спокойное состояние, работа различной интенсивности), вида технологических просессов, климатических условий местности, времени года и т.д.

Второй существенный фактор – влажность воздуха. В теплый период года при высокой влажности в сочетании с высокой температурой ухудшается теплообмен человека с окружающей средой, что приводит к перегреву организма. При низком влагосодержании воздуха, характерном для холодного периода, возрастает отдача тепла человеком за счет интенсивного испарения влаги (пота) с поверхности тела, высыхают поверхности слизистых оболочек дыхательных путей, что способствует проникновению болезнетворных микроорганизмов в органы дыхания. Кроме того, пересыхают и деформируются материалы, возрастает опасность искровых разрядов при накоплении статического электричества, а также возникает опасность конденсации водяного пара на охлажденных поверхностях.

Непостоянство воздействия внешних и внутренних факторов, различная степень тепловой инерционности и влагоустойчивости ограждений и элементов оборудования помещений, инерционность самих систем кондиционированиямикроклимата (СКМ) и системы управления режимами их работы приводит к отклонению значений температур t_в и относительной влажности φ_в от заданных. При проектировании СКМ эти отклонения могут быть заданы в виде амплитуд колебания А_tв и А_φв или величин Δt_в и Δφ_в в зависимости от уровня требований к стабильности мукроклимата помещений.

Изменение температуры обычно составляет около 1- 1,5 ⁰С зимой и 1 – 4⁰С летом, но в некоторых случаях его необходимо снизить по требованиям технологии производства. Однако обеспечение узкого диапазона изменения температуры требует значительных затрат на устройство специальных конструкций охраждений помещений, системы теплоснабжения и автоматического регулирования. Изменение относительной влажности обычно довольно большое – 15-20%. Но, иногда, например по технологическим соображениям, его также необходимо снизить.

Потоки лучистого тепла оказывают существенное влияние на общий теплообмен человека с окружающей средой и соответственно на комфортность его состояния. Кондиционирование воздуха лишь в малой степени позволяет изменить интенсивность потоков лучистого тепла. В помещениях, оборудованных системами потолочного лучистого отопления-охлаждения, представляется возможным изменять радиационную обстановку.

Скорость движения воздуха в помещениях тоже влияет на интенсивность теплообмена человека с окружающей средой. Значение этого параметра выбирается в зависимости от характера деятельности человека. Скорость движения воздуха, кроме того, оказывает существенное влияние на состояние внутренней среды: распределение температур и влажности по объему помещения, наличие застойных зон и т.д. Скорость движения воздуха зависит от способа организации воздухообмена, типа воздухораспределительного устройства, скорости выпуска воздуха и его расхода. В некоторых случаях для повышения скорости движения воздуха используются настольные и потолочные вентиляторы-аэраторы. Влияние скорости движения воздуха на комфортность состояния человека необходимо рассматривать в совокупности с температурой и влажностью воздушной среды помещения. Исследования гигиенистов позволяют устанавливать зоны комфортного сочетания этих факторов [3].

Наличие в водухе помещения различных вредных газов, паров и пыли также оказывает отрицательное воздействие на самочувствие людей и на течение технологических процессов. Для большинства кондиционируемых помещений, как и для помещений оборудованныых обычной вентиляцией, применимы требования к воздушной среде, регламентированные нормами. В некоторых случаях к воздушной среде могут быть предъявлены более жесткие требования, например в особо чистых помещениях промышленных предприятий в операционных и в ряде других.

Барометрическое (атмосферное) давление и его колебания, как известно, оказывает большое влияние на самочувствие и здоровье людей, особенно тех, кто страдает сердечно-сосудистыми и некоторыми другими заболеваниями. В обычных зданиях не представляется возможным поддерживать барометрическое давление, заметно отличающееся от давления внешней среды. Обеспечить заданное давление можно лишь в герметизированных объектах (например, в барокамерах, самолетах, космических кораблях и т.п.). Однако в технике кондиционирования воздуха весьма часто приходится обеспечивать перепады давления до 10-20 Па между отдельными цехами или установками на промышленных предприятиях в зависимости от технологических требований.

В определенной мере на самочувствие людей оказывают влияние запахи. Это влияние зависит от характера (неприятности) запаха, его интенсивности и от индивидуальных особенностей каждого человека (остроты обоняния, возраста, состояния здоровья, профессии и т.п.). Запахи на здоровье людей обычно не отражаются, однако могут быть причиной их дискомфортного состояния. Для устранения неприятных запахов можно увеличить воздухообмен, в ряде случаев применяют дезодорацию. Иногда кондиционированному воздуху придают приятные запахи.

Наличие ионизированных частиц (ионов), имеющих положительный и отрицательный заряд, также оказывает определенное влияние на самочувствие людей и на состояние воздушной среды.

Внутренний режим помещений формируется под влиянием возмущающих и регулирующих воздействий. К возмущающим воздействиям относятся как источники и стоки тепла и влаги, так и инсоляция, трансмиссионые потоки тепла и влаги, инфильтрация и эксфильтрация через наружные ограждения, поступления от людей, животных, растений, нагретых и охлажденных поверхностей оборудования, материалов и других составляющих бытового и технологического процесса. Регулирующими являются противодействующие возмущающим воздействиям поступления тепла и влаги от систем обеспечения микроклимата – отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Существенное влияние на стабильность поддержания заданного внутреннего режима помещений и на затраты энергии оказывают тепло- и влагоустойчивость ограждений, а также аккумулирующая способность материалов и оборудования, находящегося в помещениях. Обычно воздействие источников и стоков тепла и влаги на внутренний режим помещений носит переменный во времени характер, во многиг случаях подчиняющийся периодической закономерности. Поэтому часто в инженерных расчетах с целью упрощения решения эти воздействия рассматриваются как периодические квазистационарные гармонические или прерывистые. Это позволяет определить установочную мощность оборудования для расчетных условий, режимы потребления тепла и холода системами в течение года и т.д. Как правило, мощности оборудования СКВ при инженерных расчетах для условий стационарного режима оказываются завышенными. Учет тепло- и влагоустойчивости помещений имеет особое значение при расчете периодического тепло-холодопотребления и технико-экономических сопоставлениях вариантов СКВ.

Режим функционирования помещений в зависимости от их назначения может иметь непрерывный или прерывистый характер. К числу первых можно отнести жилые помещения, больницы, производства с непрерывными технологическим процессом и т.п. Большое распространение имеют объекты с прерывистым режимом функционирования: зрелищные, спортивные и административные здания, предприятия общественного питания, промышленные предприятия с одно- и двухсменной работой и др. Если в первом случае СКВ обеспечивают непрерывное поддержание заданного режима, то во втором случае их работа прерывается, а ко времени ее возобновления характер внутренних и внешних воздействий может претерпеть значительные изменения.

В некоторых случаях для одних и тех же помещений устанавливают переменные во времени (нестационарные) режимы. Такие случаи характерны для зрелищных, спортивных и административных зданий и сооружений. Например, в помещениях Дворцов спорта с искусственным льдом требуется поддержание различных по характеру температурно-влажностных условий при тренировках, матчах и выступлениях фигуристов и хоккеистов, а также при трансформации помещения в киноконцертный зал.

В последнее время получает распространение так называемый динамический микроклимат, т. е. Микроклимат с определенным режимом изменения (например, в админитративных зданиях в течение суток). Целесообразность динамического микроклимата заключается в том, что периодическое изменение параметров в помещениях оказывает положительное влияние на самочувствие людей и позволяет снизить энергопотребление СКВ. Монотонное выдерживание параметров внутренней среды снижает рабочую активность человека и его сопротивляемость к заболеваниям (в частности, простудным).

Требования к микроклимату кондиционируемых помещений и закономерностям его изменения во времени является основой выбора СКВ, подбора оборудования, определения мощности систем, режима их работы, регулирования и упрвления.