МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ЧЕЛОВЕКА В ПОМЕЩЕНИИ ТИПА КАБИН Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 613.646:62-784.51:612.55

М. В. Михайлов

У*

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ЧЕЛОВЕКА В ПОМЕЩЕНИИ ТИПА КАБИН

НПО ВНИИ сельхозмашиностроения, Москва

Радиационный баланс является составляющей общего теплового баланса человека. На открытом воздухе его рассчитывают по методикам М. И. Будыко [3] или Б. А. Айзенштата [1]. В гигиенической практике для этого используется эмпирическая формула Ы. К. Витте [4].

В последние годы предпринимались неоднократные попытки разработать уточненные методы расчета. Необходимость в них крайне важна, особенно для помещений малого объема и с большой площадью остекления. К таким помещениям относятся кабины автомобилей, тракторов, ^ сельскохозяйственных и дорожных машин, ^рабочее место какой-либо машины, пульт и др. В подобных помещениях человек может находиться под воздействием прямой и диффузной солнечной радиации, направленного инфракрасного облучения или излучения от отдельных нагретых участков поверхности и др. Однако формула Н. К- Витте не учитывает воздействия солнечной радиации. А. Е. Ковалев и В. Н. Шамарин \7] предлагают определять дополнительный тепловой поток в результате теплообмена с поверхностями помещения экспериментально или по формулам теплообмена. При этом, однако, температура поверхности тела принимается равной температуре воздуха, а площадь открытых участков кожи не учитывается.

Методика Р. Я. Бераха [2] предусматривает определение радиационного теплообмена тела через окна с поверхностью атмосферы. Между тем известно, что стекла практически непрозрач-Ä- ны для длинноволновой инфракрасной радиации. Не учитывается также неравномерность температуры отдельных участков поверхности и др.

В настоящей работе предлагается уточненная методика расчета радиационного баланса. Обозначив величину полученной телом солнечной или направленной инфракрасной радиации через Qb ваттах, найдем величину потока радиации в результате теплообмена тела с поверхностями помещения. Для этого аналогично Р. О. Fanger [15], разобьем эти поверхности на i участков, различающихся по температуре или свойствам по отношению к инфракрасной радиации. Для внутренних поверхностей кабин эти свойства обычно одинаковы. Так, относительная степень черноты поверхностей стекол (0,91—0,94) и окрашенных непрозрачных поверхностей (0,9) близка к единице. То же можно сказать о поверхности кожи (0,95) и одежды (0,9) [9]. С учетом этого запишем:

Qp. кож = {5,5/^-Кэф (/кож — ¿п)-[0,81 + 0,005 (7К0Ж + + У]-<2}-(1 - л);

Qp . од = (5, 2F ■ Кэф • Код ('од - ?„) • [0,81 + 0,005 (70д + -Ип)]- Q}-re>

где Qp.komc и Qp-од. — составляющие радиационного баланса на поверхности кожи и одежды; F (1,8 м2) — площадь поверхности «нормального человека»; Кэф — коэффициент, равный отношению площади поверхности излучения одетого тела (т. е. поверхности, участвующей в радиационном теплообмене) к F; Код — коэффициент, равный отношению площади поверхности одежды к соответствующей площади поверхности тела; п — степень защищенности тела одеждой.

В отличие от известных приведенные формулы содержат составляющую Q, а также учитывают отличие in от температуры воздуха в помещении /в.

Формулы для определения Q с учетом пропускающей, поглощающей и отражающей способности поверхности кожи и одежды из различных материалов, приведены нами ранее [9].

Средневзвешенная температура поверхности кожи /кож равна 7К0Ж = 30 + 8~°'008Q4 + 5 lg (от + 1), где Q, — энергозатраты организма (в Вт); т—-теплоощущения (в баллах) по центрированной семибалльной шкале; комфортным условиям соответствует т = 0 [ 10].

Температуру поверхности одежды находим по формуле:

- - 0,1556 ((?в„-(?и-<3„)

"ОД — 'КОЖ --рп ,

полученной из уравнения теплового баланса человека [10], где б — тепловое сопротивление одежды (в кло); Qbh — внутренние тепловыделения организма, передаваемые в окружающую среду; QK и Q„ — составляющие теплоотдачи конвекцией и испарением (в Вт) при т от 0 до 2. Средневзвешенную температуру поверхностей помещения in определяем по формуле:

1 = 1 11

где — температура г-го участка поверхности; 0пг — коэффициент облученности между i-м участком и телом человека.

Величины Q, Q

к, Уч, Увн можно найти с помощью известных методик [10, 11], а вп£ — по методике Р. О. Fanger [15].

Зависимость при допустимых условиях температуры воздуха (/„ в °С) от скорости воздуха (в м/с) при подаче его сплошным потоком (V0) и воздушном душировании (Увстр.) при легкой (а) и средней тяжести (б) работе и интенсивности потока падающей на человека инфракрасной радиации 0 (тонкие линии), 2100 (/), 1400 (//),

700 (III) Вт/м2.

Верхние линии соответствуют энергозатратам 140 (о) и 220 (б) Вт, нижние — соответственно 180

и 260 Вт.

На графиках (см. рисунок) представлены подсчитанные с учетом описанной методики зависимости температуры воздуха (/„) от его скорости (1Л0 при различных интенсивности направленной инфракрасной радиации (¿7) в ваттах на 1 м2, величине (2 и энергозатратах организма (С?ч) для летних условий (6 = 0,5), а также при 0 = 0 (тонкие линии).

Эквивалент между скоростью воздуха при струйной подаче (Увстр) и подаче сплошным потоком (Ув) принят по данным других исследователей [13]. В расчетах принималось т— 1, что соответствует допустимым условиям работы [14]. Там же на графиках показаны результаты наиболее представительных экспериментальных исследований, проведенных в аналогичных условиях [8, 12], и рекомендации по нормативным материалам [5, 6]. Сравнение показывает удовлетворительную сходимость результатов расчета и эксперимента, что позволяет рекомендовать приведенную методику для практического использования.

Таким образом, описанная методика позволяет определить составляющие радиационного баланса тела человека при различных теплоощуще-ниях. Оиа учитывает многочисленные факторы, характерные для помещений малого объема типа кабин: наличие солнечной радиации, направленной непосредственно на человека, неравномерность температуры и свойств отдельных участков поверхности помещения, а также скорости воздуха и др. Кроме того, она позволяет учесть поглощающие, отражающие и пропускающие свойства одежды и кожи, площадь открытых уча-

стков кожи, энергозатраты организма и другие факторы, оказывающие реальное воздействие на радиационный баланс человека.

Литература

1. Айзенштат Б А. — В кн.: Вопросы биометеорологии. Л., 1964, вып. 20 (101), с. 3—26.

2. Бераха Р. Я. — Гиг. и сан., 1977, № 9, с. 70—72.

3. Будыко М. И., Циценко Г. В. — Изв. АМН СССР. Сер. Геогр., 1960, № 3, с. 3—11.

4. Витте Н. К. Тепловой обмен человека и его гигиеническое значение. Киев, 1956.

5. Дюжева А. Я. Нормирование микроклимата производственных помещений в СССР и за рубежом. М., 1973, с. 53.

6. Карпис Е. Е.— Холодильная техника, 1976, № 11,

с. 56—58.

7. Ковалев А. Е„ Шамарин. В. Н. — Гиг. труда, 1980, №7, с. 48—49.

8. Марченко JI. А.. Ташлык М. И., Щелок А. А. — Гиг. и сан., 1976, № 2, с. 28—31.

9. Михайлов М. В. — В кн.: Исследование и изыскание новых рабочих органов сельскохозяйственных машин. М„ 1977, с. 66—85.

10. Михайлов М. В. Новые методы расчета комфортных условий микроклимата в кабине. М., 1982, с. 54.

11. Тетеревников В. И. — В кн.: Научные работы институтов охраны труда ВЦСПС. Л., 1968, вып. 54, с. 46—51.

12. Тетеревников В. /-/., Либерман В. Б., Куксинская Т. В. — В кн.: Кондиционирование воздуха в промышленности. М., 1973, с. 26—62.

13. Участкин П. В.. Кравцова А. К■ — В кн.: Научные работы институтов охраны труда ВЦСПС. М., 1966, вып. 40, с. 12—18.

14. Шлейфман Ф. М., Ташкер И. Д., Захаренко М. И.— Гиг. и сан., 1978, № 8, с. 106—107.

15. Fänger Р. О. Thermal Comfort, Copenhagen, 1974, p. 230.

Поступила 04.03.85

V