CC BY
19DOI: 10.34031/2071-7318-2022-8-1-42-52 1*ЛобановД.В., 2Звенигородский И.И., 3Свирин М.В., 2Сафонов С.А., 3Семиненко А.С.
воронежский государственный технический университет 2Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина 3Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
*Е-mail: LDV-36@mail.ru
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПОСТУПЛЕНИЙ ОТ ЧЕЛОВЕКА С УЧЕТОМ ЭНЕРГОТРАТ И ФИЗИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ
Аннотация. Проведен анализ действующих нормативных документов и справочно-методиче-ской литературы, используемой при проведении расчетов, связанных с определением тепловыделений от людей, занятых различными видами труда. Выявлено неполное соответствие величин тепловыделений характеристикам тяжести выполняемой работы для различных видов деятельности с учетом возраста людей при их телосложении, соответствующем нормальной массе тела. Определены расчетные значения коэффициента физической активности для условного человека, а также величины тепловыделений мужчин с разделением их по возрастным категориям. Представлены графики энергетических трат для мужчин разного возраста, выполняющих работы различной тяжести, в соответствии с нормами. Проведено сравнение полученных величин энерготрат с данными нормативных документов и справочно-методической литературы для различных категорий работ. Показана актуальность и необходимость учета данных по тепловыделениям от людей с учетом их возраста, антропометрических параметров и прочих условий при проектировании систем микроклимата, в том числе систем персональной и адаптивной вентиляции. Результаты исследования будут полезны инженерам-проектировщикам, реализующим схемные решения систем микроклимата, обеспечивающих комфортные параметры воздушной среды в помещениях различного назначения.
Ключевые слова: энерготраты человека, тепловыделения, физические параметры человека, условный человек, средний человек, коэффициент физической активности.
Введение. При проектировании систем обеспечения микроклимата требуется выполнить расчет количества выделяемых в помещении вредных веществ, при этом их вид и количество зависят от его функционального назначения и категории тяжести выполняемых работ людьми. Для большинства общественных зданий основными вредными веществами являются тепло- и влаговыделения, а также газообразные вещества, выделяемые человеком [1]. В соответствии с СП 60.13330.2020 «...величина требуемого расхода приточного воздуха (воздухообмена) помещений определяется с учетом выделяемых в помещении вредностей отдельно для теплого и холодного периодов года».
Также в нормативных требованиях к системам вентиляции приведены минимальные расходы наружного воздуха на одного человека: «в зависимости от назначения помещения и наличия постоянных рабочих мест; его величина для производственных, общественных и административно-бытовых помещений (без естественного проветривания) составляет 60 м3/ч». Однако, согласно [2-5] данная величина требует корректировки с учетом появления современных экспериментальных данных [6] и систем микроклимата (персональная и адаптивная вентиляция) [7, 8], предназначенных для создания комфортных параметров воздушной среды в помещениях и ло-
кальных объемах рабочих зон с учетом предпочтений и фактических потребностей, находящихся людей.
Задачей данного исследования является уточнение величин тепловыделений от людей (с учетом их особенностей), занятых различными видами трудовой деятельности, с целью более точного определения поступающих тепловыделений, составления теплового баланса в помещении, а также расчета требуемого воздухообмена.
Основная часть. Труд человека может быть умственным или физическим. При мышечной (физической) работе освобождается тепловая и механическая энергия, а коэффициент полезного действия колеблется от 16 до 25 % [9]. Поэтому в дальнейшем под энерготратами людей будем понимать их тепловыделения, что согласуется с данными справочно-методической литературы [10-15].
В нормативных документах приведено соответствие энергетических трат «условного человека», под которым понимается «мужчина возрастом 20-30 лет, проживающий в умеренном климате, с массой тела 70 кг и ростом 170 см, площадь поверхности тела которого равна18000 см2» [16].
Представим в таблице 1 данные по удельным энергетическим тратам Вт/м2), отнесенные к площади его поверхности, согласно Р2.2.2006-05
условного человека и определим их полные значения Вт). Также выполним сравнение полных энергетических трат «условного» человека для различных категорий тяжести выполняемых
Удельные и полные энергетич<
работ, представленных в СанПиН 1.2.3685-21 приведены полные энергозатраты для категорий работ различной тяжести. Данные представим в таблице 2.
Таблица 1
1е траты «условного» человека
Категория работ по уровню энерготрат Удельный расход энергии, q Средний удельный расход энергии, q Расход энергии, Q Средний расход энергии, Q
Вт/м2 Вт
Легкая, 1а 58 68 105 123
77 139
Легкая, 1б 78 88 141 159
97 176
Средней тяжести, 11а 98 113 177 204
129 233
Средней тяжести, 11б 130 145 235 262
160 290
Тяжелая, III 161 177 291 320
193 349
Таблица 2
Сравнение полных энергетических трат «условного» человека
Категория работ по уровню энерготрат СанПиН 1.2.3685-21 P2.2.2006-05 Отклонение, %
Расход энергии, Q Вт
Легкая, 1а 105 105 0
139 139 0
Легкая, 1б 140 141 0,71
174 176 1,15
Средней тяжести, 11а 175 177 1,14
232 233 0,43
Средней тяжести, 11б 233 235 0,86
290 290 0
Тяжелая, III 291 291 0
349 349 0
Таким образом, расхождения между энергетическими тратами условного человека, выполняющего различные виды работ, согласно нормативным документам минимальны и составляют примерно 1 %.
Для определения суточных энерготрат человека пользуются формулой: «сумма затрат энергии на конкретные виды деятельности, каждая из которых рассчитывается как произведение величины основного обмена (ВОО) на соответствующий коэффициент физической активности и времени, в течение которого эти виды деятельности выполняются» [17]. Однако, в [18] указано, что необходимы уточнения значений величин коэффициентов физической активности (КФА) [19] с
учетом нормативных документов и возрастной периодизации мужчин [19, п.1.5] (женщин и детей в данной работе не рассматриваем).
Следует отметить, что в данной статье субъектом исследования являются мужчины с нормальной массой тела (индекс массы тела (ИМТ) составляет 20 - 25 кг/м2), в таблице 3 представлены их антропометрические параметры с учетом возраста. Определим суточные и часовые ВОО для каждой возрастной группы мужчин, результаты сведем в таблицу 4. В таблице 5 показано соответствие между группой активности людей, выполняемым видом деятельности и коэффициентами физической активности (КФА) согласно [19].
Таблица 3
Антропометрические параметры мужчины с нормальной массой тела
Возрастная группа Среднее значение возраста в группе Антропометрические параметры Площадь поверхности по формуле Дюбуа
масса тела, кг рост, см м2
>75 75 66,7 169,6 1,77
65 - 74 69,5 68,9 172,1 1,81
45 - 64 54,5 70,9 174,6 1,86
30 - 44 37 72,3 176,7 1,89
18 - 29 23,5 72,1 177,5 1,89
Таблица 4
Величины основного обмена (ВОО) мужского населения
Среднее значение возраста в группе ВОО, ккал/сут ВОО, ккал/ч ВОО, Вт
75 1362 57 66
69,5 1427 59 69
54,5 1536 64 74
37 1650 69 80
23,5 1719 72 83
Таблица 5
Уровни физической активности человека
Номер группы Уровень активности Вид деятельности КФА
I очень низкая физическая активность работники преимущественно умственного труда 1,4
II низкая физическая активность работники, занятые легким трудом 1,6
III средняя физическая активность работники средней тяжести труда 1,9
IV высокая физическая активность работники тяжелого физического труда 2,2
Согласно физиологическим данным [20]: «мужчины разделены на 5 групп в зависимости от особенности профессии с указанием соответствующих КФА от 1,4 (работники, занятые преимущественно умственным трудом) до 2,5 (работники, занятые особо тяжелым физическим трудом)».
Величины КФА в зависимости от категории р
Решим обратную задачу. Определим значения величин КФА с учетом СанПиН 1.2.3685-21 и Р2.2.2006-05, а также физиологических данных [19, 20].
Сравним полученные КФА с данными [19] и представим в таблице 7.
Таблица 6
т по уровню энерготрат «условного» человека
Категория работ по уровню энерготрат Расход энергии ВОО КФА
Вт Вт
Легкая, !а 105 78 1,3
139 78 1,8
Легкая, I6 141 78 1,8
176 78 2,3
Средней тяжести, Па 177 78 2,3
233 78 3,0
Средней тяжести, II6 235 78 3,0
290 78 3,7
Тяжелая, III 291 78 3,7
349 78 4,5
Отметим, что в справочно-методической литературе [10-15] представлены данные по тепловыделениям условного человека (мужчины) без разделения категорий тяжести работ на подкатегории (1а, 1б, 11а, Иб): легкая, средней тяжести, тяжелая.
Выполним расчет энергетических трат и построение графиков для различных категорий тяжести работ, выполняемых мужчинами разного возраста.
На рисунках 1-3 представлены графики зависимости энергетических трат от полученных КФА и возраста.
Таблица 7
Величины КФА «условного» человека
Категория работ по уровню энерготрат Полученные значения [19]
Легкая (1а, 1б) 1,3; 1,8; 2,3 1,6
Средней тяжести (11а, 11б) 2,3; 3,0; 3,7 1,9
Тяжелая (III) 3,7; 4,5 2,2
н т
з
Й &
<и
н
<и и
<и И
160 150 140 130 120 110 100 90 80
КФА
1,3
23,5 лет 112
37 лет 108
54,5 лет 100
69,5 лет 93
>75 лет 89
1,8 149 143 132 123 118
н т
з
Й &
<и
о
<и
н
<и и
<и И
1,8 2,3
23,5 лет 151 187
37 лет 145 180
54,5 лет 134 167
69,5 лет 125 155
>75 лет 119 149
КФА
а)
б)
Рис. 1. Расход энергии мужчинами разного возраста для различных коэффициентов физической активности при
выполнении легкой работ уровней 1а (а) и 1б (б)
н т
з
Й &
<и
н
<и и
<и И
н И
3 Й е-
<и
о
<и
н
<и и
<и И
320
300
140
220
200
180
280
260
240
КФА
2,3 3 3 3,7
лет 189 249 лет 251 309
37 лет 182 239 37 лет 241 297
лет 168 221 лет 223 275
^^—69,5 лет 157 207 ^^—69,5 лет 208 256
^^—>75 лет 150 198 ^^—>75 лет 199 245
а) б)
Рис. 2. Расход энергии мужчинами разного возраста для различных коэффициентов физической активности при
выполнении работ уровней 11а (а) и 11б (б)
н m
з
Й &
<D
Н <D L-
<D
И
3,7 4,5
23,5 лет 311 373
37 лет 299 358
54,5 лет 276 331
69,5 лет 258 309
>75 лет 247 296
КФА
Рис. 3. Расход энергии мужчинами разного возраста для различных коэффициентов физической активности
при выполнении тяжелой работы
Из рисунков 1 -3 следует, что энергетические траты (соответственно, теплопоступления) людей нужно систематизировать не только в зависимости от вида выполняемой работы (коэффициента физической активности), но и с учетом их возрастной периодизации [19].
Представим в таблице 8 сравнение величин энергетических трат мужчин в зависимости от категории тяжести выполняемой работы с учетом их возраста.
Таблица 8
Сравнение энергетических трат условного человека и мужчин разного возраста
с нормальной массой тела
Нормативные, справочно-методические данные Полученные данные
Энерготраты, Вт Энерготраты, Вт
категория ра- Возраст, лет
бот по СанПиН 1.2.3685-21 средние средние
уровню P2.2.2006-05 [10-15] 18- 30- 45- 65- > по по
энерготрат диапазон значений среднее значение 29 44 64 74 75 возрасту работе
Легкая, !а 105 122 112 108 100 93 89 100 117
139 150 149 143 132 123 118 133
Легкая, I6 140 157 151 145 134 125 119 135 151
174 187 180 167 155 149 168
Средней 175 204 189 182 168 157 150 169 196
тяжести, Па 232 205 249 239 221 207 198 223
Средней 233 262 251 241 223 208 199 225 250
тяжести, II6 290 309 297 275 256 245 276
Тяжелая, III 291 320 292 311 299 276 258 247 278 306
349 373 358 331 309 296 333
Использование полученных данных возможно при составлении теплового баланса здания, определения теплового комфорта человека [21-23], разработки моделей [24] и выполнения иных исследований [25]. Таким образом, при адаптивном расчете систем обеспечения микроклимата необходимо учитывать возраст человека (специфика определенных видов производств,
работы предприятий и т.д.), то данные таблицы 8 будут полезны проектировщикам.
Рассмотрим влияние уточненных данных при определении теплового комфорта человека. Подобная оценка базируется на исследованиях П.О. Фангера [26], на основе прогнозируемой средней оценки (РМУ), используя который можно предугадать тепловое ощущение группы людей (табл. 9).
Таблица 9
Соответствие ощущений человека и прогнозируемой средней оценки микроклимата [26]
значение PMV +3 +2 +1 0 -1 -2 -3
тепловое ощущение Жарко Тепло Немного тепло Нейтрально Немного прохладно Прохладно Холодно
Однако, чтобы получить более полное представление о восприятии микроклимата здания, необходимо учитывать уровень удовлетворенности находящихся в помещении людей. Для этого
Для расчета необходимо учитывать следующие параметры:
- параметры окружающей среды;
- температура воздуха в помещении;
- средняя температура окружающих поверхностей;
- влажность воздуха;
- скорость воздуха;
- личные факторы:
- скорость метаболизма - может изменяться в зависимости от уровня активности человека. В качестве единицы измерения принимают 1 мет = 58 Вт/м2, что соответствует энергии, производимой на единицу площади поверхности среднестатистического здорового человека, находящегося в сидячем положении в состоянии покоя. В стандартах приводятся значения скорости метаболизма для различных видов деятельности;
- уровень теплоизоляции одежды человека - единицей измерения принимается 1 с1о = 0,155 м2К/Вт, что соответствует брюкам, рубашке с длинными рукавами и куртке. В стандартах указаны значения теплоизоляции как типичных комплектов одежды, так и отдельных её элементов.
Для демонстрации необходимости уточнения тепловыделения человека при его нахождении в помещении проведем расчёт. В качестве исходных данных примем следующие значения окружающей среды:
- температура внутреннего воздуха ¿возд = 20 °С;
- средняя температура окружающих поверхностей ¿пов = 20 °С;
- относительная влажность воздуха Ф = 50 %;
- скорость воздуха ¥тзд = 0,1 м/с;
- теплоизоляция комплекта одежды 1с1 = 0,5 кло, соответствующее комплекту одежды
П.О. Фангер разработал дополнительное уравнение (1), которое отражает зависимость PMV с прогнозируемым процентом недовольных PPD [27]:
(1)
теплого сезона по ГОСТ Р ИСО 7730-2009: «комбинации одежды данной теплоизоляции: трусы, длинные легкие брюки, рубашка с открытой шеей и короткими рукавами, легкие носки и ботинки».
Прогнозируемый процент недовольных (PPD), устанавливающий количественный прогноз процентной доли жителей, неудовлетворенных температурой в помещении, согласно ISO 7730 не должен превышать 20 %. Данный показатель соответствует доле людей, испытывающих локальный дискомфорт, рассчитанный по уравнению теплового баланса между телом человека и окружающей средой. В расчетах учитывается скорость метаболизма (обмена веществ) принимается в соответствии с видом деятельности человека. Результаты расчета показателей PMV и PPD с представлены в таблице 10.
Однако подобный метод расчета не позволяет оценить тепловой комфорт человека в зависимости от его возраста и вида деятельности по степени тяжести. Применим данные, полученные в таблице 8, для расчета показателей. Полученные данные индекса теплового комфорта (PMV) представлены в таблице 11.
Полученные данные показателя прогнозируемого процента недовольных (PPD) представлены в таблице 12.
Сравнив полученные данные, можно отметить, что оценка комфортности человека с использованием полученных данных энергетических трат позволяет более гибко рассматривать тепловые состояния отдельных возрастных групп работников различного типа производств или жильцов многоквартирных домов, что даёт возможность более качественного регулирования внутреннего микроклимата конкретного помещения с учетом рассмотренных факторов.
PPD = 100 - 95• exp(-0,03353 • PMV4 - 0,2179• PMV2),
Таблица 10
Данные расчета показателей PMV и PPD с использованием состояний человека согласно ГОСТ Р ИСО 7730 «Эргономика термальной среды»
Состояние Скорость обмена веществ, Вт/м2 PMV Ощущение PPD, %
Полулежа 46 -4,13 Очень холодно 100
Сидя, расслабленно 58 -2,3 Прохладно 88,4
Сидячая работа (в офисе, дома, школе) 70 -1,42 Немного прохладно 46,67
Легкая двигательная активность, работа в позе стоя (покупка товаров, легкая промышленность) 93 -0,46 Нейтрально 9,43
Средняя двигательная активность, работа в позе стоя (продавец, работа по дому, механическая обработка) 116 0,11 Нейтрально 5,24
Ходьба по горизонтальной поверхности:
2 км/ч 110 -0,02 Нейтрально 5,01
3 км/ч 140 0,57 Немного тепло 11,88
4 км/ч 165 1,02 Немного тепло 27,15
5 км/ч 200 1,65 Тепло 58,8
Таблица 11
Данные расчета индекса теплового комфорта (PMV)
Нормативные, справочно-методические данные Полученные данные
категория работ по уровню энерготрат СанПиН 1.2.3685-21 P2.2.2006-05 [10-15] Возраст, лет
18-29 30-44 45-64 65-74 >75
Легкая, !а -2,27 -1,56 -0,79 -2,19 -2,40 -2,83 -3,32 -3,38
-1,05 -0,98 -1,11 -1,36 -1,55 -1,63
Легкая, I6 -1,02 -0,65 -0,93 -1,06 -1,30 -1,49 -1,59
-0,35 -0,29 -0,39 -0,55 -0,71 -0,76
Средней тяжести, Па -0,34 0,05 0,06 -0,27 -0,36 -0,54 -0,67 -0,74
0,36 0,42 0,32 0,17 0,07 0,02
Средней тяжести, Пб 0,38 0,67 0,44 0,34 0,19 0,08 0,03
0,96 1,00 0,89 0,72 0,59 0,54
Тяжелая, III 0,97 1,25 0,98 1,01 0,91 0,73 0,61 0,56
1,54 1,60 1,46 1,26 1,12 1,06
Таблица 12
Данные расчета показателя прогнозируемого процента недовольных (PPD)
Нормативные, справочно-методические данные Полученные данные
категория работ по уровню энерготрат СанПиН 1.2.3685-21 P2.2.2006-05 средние СанПиН 1.2.3685-21 P2.2.2006-05 [10-15] Возраст, лет
18-29 30-44 45-64 65-74 >75
Легкая, !а 87,32 53,99 18,14 84,59 91,02 98,07 99,73 99,90
28,12 25,12 31,18 43,14 53,89 57,89
Легкая, I6 27,01 13,8 23,27 28,90 40,04 50,18 55,90
7,62 6,80 8,18 11,41 15,61 17,07
Средней тяжести, Па 7,4 5,05 5,08 6,47 7,71 11,02 14,46 16,40
7,77 8,64 7,15 5,61 5,09 5,01
Средней тяжести, Пб 7,93 14,57 8,99 7,43 5,78 5,13 5,02
24,28 25,95 21,67 16,02 12,39 11,19
Тяжелая, III 24,68 37,74 25,08 26,74 22,40 16,32 12,91 11,68
52,87 56,13 48,84 38,32 31,37 28,87
Выводы. Полученные величины коэффициентов физической активности (КФА) для мужчин с нормальной массой тела могут быть уточнены для других антропометрических параметров.
Полученные расчетные данные по энерготратам мужчин (средние величины по возрасту и работе) близки к нормативным и справочно-ме-тодическим величинам. Однако при адаптивном расчете систем обеспечения микроклимата необходимо учитывать возраст человека (специфика определенных видов производств, работы предприятий и т.д.), то данные таблицы 8 будут полезны проектировщикам. Использование полученных данных возможно при составлении теплового баланса здания, определения теплового комфорта человека, разработки моделей и выполнения иных исследований.
Следует отметить, что полученные данные, указанные в таблице 8, требуются при создании систем комфортного микроклимата, в том числе организации систем персональной (индивидуальной) и адаптивной вентиляции.
Источник финансирования. Исследования выполнены по гранту Президента РФ для ведущей научной школы (проект НШ-25.2022.4).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Банхиди Л. Тепловой микрокли-
мат помещений. М.: Стройиздат, 1981. 248 с.
2. Губернский Ю.Д., Шилькрот Е.О. Сколько воздуха нужно человеку для комфорта? // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2008. № 4. С. 4-12.
3. Нормы воздухообмена: дискуссия специалистов // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2019. № 8. С. 32-39.
4. Устинов В.В. Определение минимального расхода наружного воздуха при проектировании систем вентиляции // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2016. №6. С. 36-44.
5. Deshko V., Buyak N. A model of human thermal comfort for analysing the energy performance of buildings // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2016. Vol. 4. No 8(82). Pp. 42-48. DOI 10.15587/1729-4061.2016.74868.
6. Zvenigorodsky I., Lobanov D., Mershchiyev A., Sheps R. Carbon dioxide as the main hazard in the design of personal ventilation systems // E3S Web of Conferences. Rostov-on-Don. 2020. 11018. DOI 10.1051/e3sconf/202017511018.
7. Лобанов Д.В., Мерщиев А.А., Соловьев С.А. Системы персональной энергосберегающей вентиляции офисных помещений // Жилищное
хозяйство и коммунальная инфраструктура. 2017. № 3(2). С. 60-69.
8. Системы адаптивной вентиляции: перспективные направления развития // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2011. № 7. С. 30-33.
9. Физиология человека: под ред. Г. И. Ко-сицкого. М.: Медицина. 1985. 544 с.
10. Стомахина Г.И., Бобровицкий И.И., Малявина Е.Г., Плотникова Л.В. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: Жилые здания со встроенно-пристроенными помещениями общественного назначения и стоянками автомобилей. Коттеджи: Справочное пособие. М.: Пан-тори, 2003. 308 с.;
11. Титов В.П. Курсовое и дипломное проектирование по вентиляции промышленных зданий. М.: Стройиздат, 1985. 208 с.
12. Каменев П.Н., Тертичник Е.Н. Вентиляция. М.: Изд-во Ассоц. строит. вузов. 2008. 614 с.
13. Щекин Р.В. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Книга вторая. Вентиляция и кондиционирование воздуха: 4-е изд., перераб. и доп. Киев: Бущвельник, 1976. 416 с.
14. Таурит В.Р., Васильев В.Ф. Вентиляция в гражданских зданиях. Учебное пособие // СПб: АНТТ-Принт, 2008. 147 с.
15. Методические рекомендации по определению минимального воздухообмена в помещениях жилых и общественных зданий. Москва 2018 г. 62 с.
16. Бурназян А.И., Газенко О.Г. Справочник по космической биологии и медицине: 3-е изд., перераб. и доп. М.: Медицина. 1983. 352 с.
17. Human energy requirements. Report of a Joint FAO/WHO/UNU Expert Consultation Rome. World Health Organization, Food and Agriculture Organization of the United Nations, United Nations University Publ. 2004. 96 p.
18. Лобанов Д.В, Звенигородский И.И., Новосельцев Б.П., Кононова М.С. Обоснование учета комплекса физических параметров человека при проектировании систем вентиляции // Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура. 2022. № 1(20). С. 48-58.
19. Методические Рекомендации 2.3.1.0253-21 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации».
20. Покровский В. М., Коротько Г.Ф., Нато-чин Ю.В. Физиология человека (т.2) М.: Медицина. 1997. 368 с.
21. Turhan C., Gokcen Akkurt The relation between thermal comfort and human-body exergy consumption in a temperate climate zone // Energy and
Buildings. 2019. Vol. 205. 109548. DOI 10.1016/j .enbuild.2019.109548.
22. Mady C.E.K., Ferreira M.S., Yanagihara J.I., De Oliveira S. Human body exergy analysis and the assessment of thermal comfort conditions // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014. Vol. 77. Pp. 577-584. D0I:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.05.039.
23. Yang B., Li X. Non-invasive (non-contact) measurements of human thermal physiology signals and thermal comfort/ discomfort poses - A review // Energy and Buildings. 2020. № 224. 110261.
24. Albuquerque-Neto C. Yanagihara J.I. A passive model of the heat, oxygen and carbon dioxide transport in the human body // ASME Interna-
tional Mechanical Engineering Congress and Exposition, Proceedings. Lake Buena Vista, FL. 2010. Pp. 155-166.
25. Prek M. Thermodynamic analysis of human heat and mass transfer and their impact on thermal comfort // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2005. Vol. 48. No. 3-4. Pp. 731-739. D0I:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2004.09.006.
26. Fanger P.O. Thermal Comfort. New York : McGraw-Hill Book Company, 1973. 244 p.
27. Svirin M.V., Kosilov D.M., Seminenko A.S. Dependence of the temperature of the beginning of the heating season on the energy efficiency class of the building // Journal of Physics: Conference Series. 2021. T. 1926. 012070.
Информация об авторах
Лобанов Дмитрий Валерьевич, старший преподаватель кафедры жилищно-коммунального хозяйства. E-mail: LDV-36@mail.ru. ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет». Россия, 394019, Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84.
Звенигородский Игорь Иванович, кандидат технических наук, доцент, начальник кафедры. E-mail: zvendocent@mail.ru. ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». Россия, 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, д. 54 а.
Свирин Максим Валерьевич, инженер, аспирант кафедры теплогазоснабжения и вентиляции. E-mail: svi-rinmv@ya.ru. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Сафонов Сергей Александрович, кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры. E-mail: vgasu.gkh@gmail.com. ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». Россия, 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, д. 54 а.
Семиненко Артем Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции. E-mail: seminenko.as@bstu.ru. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Поступила 14.09.2022 г.
© Лобанов Д.В., Звенигородский И.И., Свирин М.В., Сафонов С.А., Семиненко А.С., 2023
1 *Lobanov D. V., 2Zvenigorodskij I.I.,- 3Svirin M. V., 2Safonov S.A., 3Seminenko A.S.
1 Voronezh state technical University 2Air Force Academy named after Professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin 3Belgorod State Technological University named after V. G. Shukhov *E-mail: LDV-36@mail.ru
DETERMINATION OF HEAT GAIN FROM A PERSON, TAKING INTO ACCOUNT ENERGY CONSUMPTION AND PHYSICAL ACTIVITY
Abstract. The analysis of the current regulatory documents and reference and methodological literature used in carrying out calculations related to the determination of heat emissions from people engaged in various types of work is carried out. The incomplete correspondence of the values of heat emissions to the characteristics of the severity of the work performed^ for various types of activities, taking into account the age ofpeople with their physique corresponding to normal body weight, was revealed. The calculated values of the coefficient of physical activity for a conditional person, as well as the values of heat emissions of men with their division by age categories, are determined. The graphs of energy expenditure ^ for men of different ages performing the following types of work are presented: light (Ia, Ib), moderate (Ila, lib), heavy. The obtained values of energy consumption are compared with the data of regulatory documents and reference literature for various categories of work. The relevance and necessity of taking into account data on heat emissions from
people, taking into account their age, anthropometric parameters and other conditions when designing microclimate systems, including personal and adaptive ventilation systems, is shown. The results of the study will be useful to design engineers implementing circuit solutions of microclimate systems that provide comfortable parameters of the air environment in rooms for various purposes.
Keywords: human energy consumption, heat release, physical parameters of a person, conditional person, average person, coefficient of physical activity.
REFERENCES
1. Banhidi L. Thermal microclimate of premises [Teplovoi' mikroclimat pomeshchenii']. M.: Stroyizdat, 1981. 248 p. (rus)
2. Gubernsky Yu.D., Shilkrot E.O. How much air does a person need for comfort? [Skol'ko vozduha nuzhno cheloveku dlia komforta?]. AVOC: Ventilation, heating, air conditioning, heat supply and construction thermophysics. 2008. No. 4. Pp. 412. (rus)
3. Norms of air exchange: discussion of specialists [Normy' vozduhoobmena: diskussiia spetcialis-tov]. AVOK: Ventilation, heating, air conditioning, heat supply and construction thermophysics. 2019. No. 8. Pp. 32-39. (rus)
4. Ustinov V.V. Determination of the minimum outdoor air consumption in the design of ventilation systems [Opredelenie minimal'nogo rashoda naruzhnogo vozduha pri proektirovanii sistem ven-tiliatcii]. AVOK: Ventilation, heating, air conditioning, heat supply and construction thermophysics. 2016. No.6. Pp. 36-44. (rus)
5. Deshko V., Buyak N. A model of human thermal comfort for analysing the energy performance of buildings. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2016. Vol. 4. No. 8(82). Pp. 42-48. DOI: 10.15587/1729-4061.2016.74868.
6. Zvenigorodsky I., Lobanov D., Mershchiyev A., Sheps R. Carbon dioxide as the main hazard in the design of personal ventilation systems. E3S Web of Conferences. Rostov-on-Don. 2020. Pp. 11018. DOI: 10.1051/e3sconf/202017511018.
7. Lobanov D.V., Mershchiev A.A., Soloviev S.A. Systems of personal energy-saving ventilation of office premises [Sistemy' personal'noi' e'nergos-beregaiushchei' ventiliatcii ofisny'kh pomeshchenii']. Housing and communal infrastructure. 2017. No. 3(2). Pp. 60-69. (rus)
8. Adaptive ventilation systems: promising areas of development [Sistemy' adaptivnoi' ventiliatcii: perspektivny'e napravleniia razvitiia]. AVOK: Ventilation, heating, air conditioning, heat supply and construction thermophysics. 2011. No. 7. Pp. 30-33. (rus)
9. Human physiology [Fiziologiia cheloveka]: edited by G. I. Kositsky. M.: Medicine. 1985. 544 p. (rus)
10. Stomaxina G.I., Bobroviczkij I.I., Mal-yavina E.G., Plotnikova L.V. Heating, ventilation and air conditioning: Residential buildings with
built-in attached public spaces and parking lots. Cottages: Reference manual [Otoplenie, ventiliatciia i konditcionirovanie vozduha: Zhily'e zdaniia so vstroenno-pristroenny'mi pomeshcheniiami ob-shchestvennogo naznacheniia i stoiankami avtomo-bilei'. Kottedzhi: Spravochnoe posobie]. M.: Pantori, 2003. 308 p. (rus)
11. Titov V.P. Course and diploma design for ventilation of industrial buildings [Kursovoe i diplomnoe proektirovanie po ventiliatcii promyshlennykh zdanii]. Moscow: Stroyizdat, 1985. 208 p. (rus)
12. Kamenev P.N., Tertichnik E.N. Ventilation [Ventiliatciia]. M.: Publishing House Assoc. builds. universities. 2008. 614 p. (rus)
13. Shchekin R.V. Handbook of heat supply and ventilation. Book two. Ventilation and air conditioning [Spravochnik po teplosnabzheniiu i ventiliatcii. Kniga vtoraia. Ventiliatciia i konditcionirovanie vozduha]. Kiev: Budivelnik, 1976. 416 p. (rus)
14. Taurit V.R., Vasiliev V.F. Ventilation in civil buildings. Textbook [Ventiliatciia v grazhdan-skikh zdaniiakh. Uchebnoe posobie]. St. Petersburg: ANTT-Print, 2008. 147 p. (rus)
15. Methodological recommendations for determining the minimum air exchange in residential and public buildings [Metodicheskie rekomendatcii po opredeleniiu minimal'nogo vozduhoobmena v pomeshcheniiakh zhilykh i obshchestvennykh zdanii']. M., 2018 62 p. (rus)
16. Burnazyan A.I., Gazenko O.G. Handbook of Space Biology and [Spravochnik po kosmich-eskoi' biologii i meditcine] M.: Medicine. 1983. 352 p. (rus)
17. Human energy requirements. Report of a Joint FAO/WHO/UNU Expert Consultation Rome. World Health Organization, Food and Agriculture Organization of the United Nations, United Nations University Publ. 2004. 96 p.
18. Lobanov D.V., Zvenigorodsky I.I., Novo-seltsev B.P., Kononova M.S. Justification of taking into account the complex of physical parameters of a person when designing ventilation systems [Obosno-vanie ucheta kompleksa fizicheskikh parametrov cheloveka pri proektirovanii sistem ventiliatcii]. Housing and communal infrastructure. 2022. No. 1(20). Pp. 48-58. (rus)
19. Methodological Recommendations 2.3.1.0253-21 "Norms of physiological needs for energy and nutrients for various population groups of the Russian Federation" [Normy' fiziologicheskikh
potrebnostei v e'nergii i pishchevy'kh veshchest-vakh dlia razlichnykh grupp naseleniia Rossiiskoi' Federatcii]. (rus)
20. Pokrovsky V.M., Korotko G.F., Natochin Yu.V. Human physiology [Fiziologiia cheloveka] vol.2 M.: Medicine. 1997. 368 p. (rus)
21. Turhan C., Gokcen Akkurt G. The relation between thermal comfort and human-body exergy consumption in a temperate climate zone. Energy and Buildings. 2019. Vol. 205. 109548. DOI: 10.1016/j.enbuild.2019.109548.
22. Mady C.E.K., Ferreira M.S., Yanagihara J.I., De Oliveira S. Human body exergy analysis and the assessment of thermal comfort conditions. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014. Vol. 77. Pp. 577-584. DOI: 10.1016/j.ijheatmas-stransfer.2014.05.039.
23. Yang B., Li X. Non-invasive (non-contact) measurements of human thermal physiology signals and thermal comfort/ discomfort poses - A review.
Energy and Buildings. 2020. № 224. 110261.
24. Albuquerque-Neto C. Yanagihara J.I. A passive model of the heat, oxygen and carbon dioxide transport in the human body. ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Proceedings. Lake Buena Vista, FL. 2010. Pp. 155-166.
25. Prek M. Thermodynamic analysis of human heat and mass transfer and their impact on thermal comfort. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2005. Vol. 48. No. 3-4. Pp. 731-739. DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2004.09.006.
26. Fanger P.O. Thermal Comfort. New York. McGraw-Hill Book Company, 1973. 244 p.
27. Svirin M.V., Kosilov D M, Seminenko A. S. Dependence of the temperature of the beginning of the heating season on the energy efficiency class of the building. Journal of Physics: Conference Series. 2021. T. 1926. 012070.
Information about the authors
Lobanov, Dmitry V. Senior Lecturer. E-mail: LDV-36@mail.ru. Voronezh state technical University. Russia, 394019, Voronezh, 20 letiya Oktyabrya str., 84.
Zvenigorodsky, Igor I. PhD, Assistant professor. E-mail: zvendocent@mail.ru. Air Force Academy named after Professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin. Russia, 394064, Voronezh, st. Old Bolsheviks, 54 a.
Svirin, Maxim V. Postgraduate student. E-mail: svirinmv@ya.ru. Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Safonov, Sergey A. PhD, Assistant professor. E-mail: vgasu.gkh@gmail.com. Air Force Academy named after Professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin. Russia, 394064, Voronezh, st. Old Bolsheviks, 54 a.
Seminenko, Artem S. PhD, Assistant professor. E-mail: seminenko.as@bstu.ru. Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Received 14.09.2022 Для цитирования:
Лобанов Д.В., Звенигородский И.И., Свирин М.В., Сафонов С.А., Семиненко А.С. Определение тепло-поступлений от человека с учетом энерготрат и физической активности // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2023. № 1. С. 42-52. DOI: 10.34031/2071-7318-2022-8-1-42-52
For citation:
Lobanov D.V., Zvenigorodskij I.I., Svirin M.V., Safonov S.A., Seminenko A.S. Determination of heat gain from a person, taking into account energy consumption and physical activity. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2023. No. 1. Pp. 42-52. DOI: 10.34031/2071-7318-2022-8-1-42-52
