Комплексная оценка воздушно-теплового комфорта жилых помещений Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

приливами в приземном слое атмосферы // Изв. вузов. 5. Физика. 2005. № 8. С. 33-39. 4. Грунская Л. В. Приемно-регистрирующая аппаратура для исследования взаимосвязи электрического поля приземного слоя атмосферы с геофизическими процессами // 6. Проектирование и технология электронных средств. 2006. № 1. С. 63-68.

Грунская Л. В. и др. Мобильный приемно-регистрирующий комплекс для мониторинга электромагнитного поля приземного слоя атмосферы // Проектирование и технология электронных средств. 2005. № 2. С. 69-74. Грунская Л. В. и др. Оптимальный приемник в системе мониторинга электрического поля приземного слоя атмосферы // Проектирование и технология электронных средств. 2005. № 3. С. 56-60.

УДК 629.048.3

А. В. Цыганков, д-р техн. наук,

Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий И. А. Цыганкова, канд. техн. наук,

Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН

Комплексная оценка воздушно-теплового комфорта жилых помещений

Ключевые слова: параметры микроклимата, воздухообмен, энергетическая эффективность, целевая функция, мультипликативный, аддитивный, критерий.

Key words: parameters of microclimate, air exchange, energy efficiency, the objective function, multiplicative, additive criterion.

Предложен обобщенный критерий оценки качества кондиционирования воздуха в жилых помещениях, учитывающий параметры микроклимата, кратность воздухообмена и энергетическую эффективность системы кондиционирования воздуха.

Рост требований к воздушно-тепловому комфорту помещений, с одной стороны, и обеспечение требований энергосбережения, с другой стороны, приводят к необходимости оптимизаций проектных решений систем кондиционирования и вентиляции воздуха.

Одним из этапов формирования оптимизационной задачи является выбор критериев, позволяющих оценивать варианты технического решения. Для систем кондиционирования воздуха эти критерии должны включать санитарно-гигиенические требования к качеству воздуха, требования к микроклимату в помещениях и энергетические затраты на кондиционирование и вентиляцию.

Общепризнанным считается, что люди являются главным источником загрязнения воздуха в жилых помещениях. К химическим выделениям человека относятся: углекислый газ, пары воды и до 400 различных химических веществ в количествах [1],

трудно измеряемых даже с использованием современных средств измерения.

В помещениях, где газовый состав изменяется главным образом в результате жизнедеятельности людей, критерием санитарного состояния воздуха служит содержание в нем углекислоты. Действие СО2 на организм человека хорошо известно. Он участвует в регуляции дыхания, кровообращения, газообмена. Избыток и недостаток углекислого газа во вдыхаемом воздухе одинаково вредно отражаются на состоянии организма. При недостатке СО2, когда его допустимая концентрация менее 0,03 %, нарушается работа многих органов, а при избытке, когда концентрация более 1,5 %, ощущаются головные боли, усиленное потоотделение, вплоть до потери сознания. Комфортной концентрацией СО2 является концентрация от 0,08 до 0,1 %. Действующими санитарными нормами регламентируется подача в помещение на одного человека 30-60 м3/ч свежего (приточного) воздуха.

Допустимые значения концентрации углекислого газа [1] приведены в табл. 1.

Во многих помещениях значимыми источниками загрязнения воздушной среды помимо людей являются: строительные материалы, мебель, ковры, электронное оборудование и даже сами системы отопления, вентиляции и кондиционирования

[2-4].

биотехносфера

| № 5-Б(17-18)/2011

Таблица 1 Допустимые значения концентрации углекислого газа в воздухе помеще-

ния

Тип помещения Допустимые концентрации СО2

По массе, г/м3 % к объему

Для пребывания детей и больных 1,3 0,07

Для продолжительного пребывания людей 1,86 0,10

Для периодического пребывания людей 2,32 0,125

Для кратковременного пребывания людей 3,72 0,20

К загрязняющим веществам, влияющим на самочувствие людей, относятся продукты сгорания органических и неорганических веществ (оксид углерода, оксиды азота и серы, формальдегиды и пр.), пыль, биологические загрязнители (плесень, пылевые клещи, легионеллы биоэнфлюенты и пр). Перечень наиболее гигиенически значимых загрязнителей и их предельно допустимые концентрации представлены в санитарно-эпидемиологических требованиях к жилым зданиям и помещениям [5].

Еще одной группой характеристик воздушно-теплового комфорта в помещениях являются параметры микроклимата, такие как температура и влажность воздуха, скорость его перемещения или подвижность, а также температура ограждающих поверхностей. Каждый из названных параметров должен находиться только в некоторых определенных пределах, удовлетворяющих условиям комфортных теплоощущений. Задача кондиционирования

воздуха состоит в поддержании таких параметров воздушной среды, при которых каждый человек благодаря своей индивидуальной системе автоматической терморегуляции организма чувствовал бы себя комфортно, т. е. не замечал влияния этой среды.

Обеспечение требуемого качества воздуха достигается ассимиляцией вредностей приточным воздухом и дальнейшим его удалением из помещения. Очевидно, что ассимиляция вредностей зависит не только от расхода приточного воздуха, но и от организации воздушных потоков в помещении. Обобщенной характеристикой качества воздуха и эффективности вентиляции является кратность воздухообмена.

Рекомендации по выбору норм воздухообмена для жилых и общественных зданий приведены в работе [6]. В табл. 2 представлены нормы удельного воздухообмена в м3/ч на человека или м3/ч • м2.

Для количественной оценки качества воздухообмена (вентиляции) введем коэффициент Кво, который принимает единичное значение при кратности воздухообмена большей или равной минимально рекомендуемой т^п и линейно уменьшается при меньшем воздухообмене:

К -■ 1 во 1^Во/ N

при N > N

г во вотт пРи ^о < ^о ттп

(1)

Оптимальные и допустимые нормы параметров микроклимата, т. е. температура, относительная влажность и подвижность воздуха в обслуживаемой зоне жилых зданий установлены стандартом [7] и приведены в табл. 3.

Для оценки качества микроклимата введем коэффициенты комфорта Кг, КК^, которые соот-

Таблица 2 1 Нормы удельного воздухообмена в помещениях жилых зданий

Помещения Норма воздухообмена* Примечания

Жилая зона Кратность воздухообмена — 0,35 ч-1, но не менее 30 м3/ч • чел. Для расчета расхода воздуха (м3/ч) по кратности объем помещений следует определять по общей площади квартиры

3 м3/ч • м2 жилых помещений, если общая площадь квартиры меньше 20 м2/чел. Квартиры с плотными для воздуха ограждающими конструкциями требуют дополнительного притока воздуха для каминов (по расчету) и механических вытяжек

Кухни 60 м3/ч — при электрической плите Приточный воздух может поступать из жилых помещений

90 м3/ч — при 4-комфорочной газовой плите

Ванные комнаты, туалеты 25 м3/ч — из каждого помещения

50 м3/ч — при совмещенном санузле

Постирочная Кратность воздухообмена — 5 ч-1

Гардеробная, кладовая Кратность воздухообмена — 1 ч-1

Помещение теплогенератора (вне кухни) Кратность воздухообмена —1 ч-1

* В то время, когда помещение не используется, норму воздухообмена следует уменьшать до следующих значений: в жилой зоне — до 0,2 ч-1; в кухне, ванной комнате, туалете, постирочной, гардеробной, кладовой — до 0,5 ч-1.

№ 5-Б(17-18)/2011 |

биотехносфера

Таблица з I Параметры микроклимата в обслуживаемой зоне жилых зданий

Период года Наименование помещения Температура воздуха, °C Относительная влажность, % Скорость воздуха, м/с

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

Холодный Жилая комната 20-22 18-24 45-30 60 0,15 0,20

То же в районах с температурой наиболее холодной пятидневки -31 °С и ниже 21-23 20-24 45-30 60 0,15 0,20

Кухня 19-21 18-26 Не нормируется 0,15 0,20

Туалет 19-21 18-26 Не нормируется 0,15 0,20

Ванная, совмещенный санузел 24-26 18-26 Не нормируется 0,15 0,20

Теплый Жилая комната 22-25 20-28 60-30 65 0,20 0,30

ветственно зависят от температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в помещении. Все коэффициенты принимают значения в диапазоне от нуля до единицы. Коэффициент равен единице, если соответствующий параметр микроклимата находится в диапазоне оптимальных значений, линейно изменяется в диапазоне допустимых значений, и равен нулю, если параметр микроклимата выходит из диапазона допустимых значений:

К =

1,

t -1

доп min

t • -1 опт min доп min

при t , при t

опт min < t < tOETmax

• < t < t доп min опт min

t - t

доп max

, при t

доп max опт max

0, при t

< t < t„

доп min < t < tдопmax

Недостатком мультипликативного критерия является возможность взаимной компенсации одних критериев другими. Условие

К > 0

(2)

может рассматриваться как необходимое условие для оптимизации проектного решения. Выполнение этого условия означает, что система кондиционирования обеспечивает параметры микроклимата, по меньшей мере, в области допустимых значений.

Более предпочтительным обобщенным критерием является максиминный критерий, в качестве целевой функции которого принимается частный критерий, имеющий значение

Кк = max min (Kt(t), Кф(<р), Кв(0), K^N«,)). (3)

КФ-

Кд -

1, Ф

Фдоп min Фдоп max Ф у доп max

при фо

при Ф < Фо

<Ф<Фо

доп max Фдоп max -Фопт max

0, при Ф > Ф

при Фопт max - Ф - Фдопmax

доп max

при д <до

доп max

-д

при д > д > д .

д -д ' доп max — ^ — "опт max

доп max опт max

0,

при д<д

доп max

Такой критерий позволяет сформировать систему, которая обеспечивает максимальную близость к оптимальным значениям всех частных критериев качества микроклимата. Предполагается, что все частные критерии, входящие в критерий (3), имеют одинаковые весовые коэффициенты.

Естественным ограничением, которое накладывается на проектные решения, является энергетическое потребление систем. Для оценки качества системы с точки зрения энергопотребления введем коэффициент энергетической эффективности Кэ, который в общем случае линейно зависит от энергии, потребляемой системой кондиционирования:

Обобщенным критерием качества кондиционирования воздуха может выступать мультипликативный критерий, который объединяет приведенные выше частные критерии:

Кк = К^)Кф(ф)Кв(#)КВо(^Во).

Кэ -

р - P

доп max

р

доп max

где Рдоп тах — максимальное допустимое энергетическое потребление; Р — энергия, потребляемая системой кондиционирования.

биотехносфера

| № 5-6(17-18)/2011

Компьютерные технологии

В качестве общего критерия эффективности системы, учитывающего качество воздушной среды и энергетические затраты, предлагается использовать аддитивную оценку:

=®к кк +®э кэ'

(4)

где юк и юэ — весовые коэффициенты, для которых выполняется условие юк + юэ = 1.

Таким образом, решение оптимизационной задачи заключается в поиске значений варьируемых параметров, обеспечивающих максимум критерия (4) при выполнении условия (2).

| Литература |

1. Ананьев В. А., Балуева Д. Н., Гальперин А. Д. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. М.: Евроклимат, 2005.

2. Табунщиков Ю. А. Экологическая безопасность жилища // АВОК, 2007. № 4.

3. Фангер Оле П. Качество внутреннего воздуха в зданиях, построенных в холодном климате, и его влияние на здоровье, обучение и производительность труда людей // АВОК, 2006. № 2.

4. Вг1§'а1Й1 А. Качество воздуха и вентиляция // АВОК, 2000. № 4.

5. СанПиН 2.1.1002-00 «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям».

6. АВОК Стандарт-1-2004 «Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена». М.: АВОК-ПРЕСС, 2004.

7. ГОСТ 30494—96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

г

л

Научно-практический журнал "Биомедицинская химия" (до 2003 г. - "Вопросы медицинской химии") один из старейших отечественных научных журналов (издаётся с 1955 г.).

Журнал публикует оригинальные статьи и обзоры по наиболее актуальным проблемам биомедицинской химии. Основные рубрики: геномика, протеомика, постгеномные технологии, биоинформатика, нанобиотехнология, компьютерное конструирование лекарств, биохимическая фармакология, молекулярная медицина, клиническая биохимия.

Журнал входит в список изданий, рекомендуемых ВАК для публикации результатов диссертационных работ, включён в Российский индекс научного цитирования и представлен в следующих информационно-справочных изданиях: Реферативный журнал и база данных ВИНИТИ, "Ulrich's Periodicals Directory", PubMed, Scopus (Elsevier). Выходит 6 раз в год. Подписной индекс "Роспечать": 81621. С 2007 статьи, получившие наиболее высокую оценку при рецензировании, также издаются на английском языке в виде Biochemistry (Moscow) Supplement series В: Biomedical Chemistry (Springer МАИК-Наука Интерпериодика).

Адрес редакции: 119121 Москва, ул. Погодинская 10, ИБМХ РАМН, журнал "Биомедицинская химия". Телефон редакции: +7-495-708-38-12; эл. почта: biomed@ibmc.msk.m; адрес в Интернете:

http://www.ibmc.msk.ru/pbmc/wdefault.htm

J

№ 4(1Б)/2011 |

биотехносфера