Радиационная температура помещения: Радиационная температура

Содержание

Тепловой комфорт

 

Тепловой комфорт характеризует степень удовлетворенности человека условиями температурной и тепловой среды. Он подразумевает учет множества факторов и условий, в которых большинство людей ощущают себя комфортно. По данным различных исследований1, тепловой комфорт имеет высокий приоритет в ряду важнейших условий, повышающих степень удобства и удовлетворенности обитателей условиями среды внутри помещений.

 
       

В большинстве зданий именно потолок представляет собой поверхность, наименее загруженную различными элементами. На этой поверхности нет предметов или покрытий. Напротив, полы часто загромождены большим количеством объектов (предметов мебели, ковров, оборудования). С эксплуатационной точки зрения потолок – предпочтительная зона: она создает большую теплопроводящую поверхность, а также придает этой поверхности более активную функцию.

Kiel Moe, Thermally Active Surfaces in Architecture (Термически активные поверхности в архитектуре), Princeton Architectural Press, New York 2010


Какие факторы оказывают влияние на тепловую среду в помещении?

Теплообмен между телом человека и окружающей средой происходит, главным образом, тремя путями, а именно:

  • путем излучения
  • путем конвекции
  • путем испарения..

Влияние на тепловую среду в помещении оказывают как внутренние, так и внешние источники тепла или холода.

Традиционные источники тепла:

  • электрооборудование (осветительные приборы, компьютеры и т.д.)
  • солнечная радиация
  • люди в помещении

Традиционные источники холода:

  • застекленная оконная поверхность
  • стены с недостаточной теплоизоляцией
  • т. наз. тепловые мосты внутри сооружений

Все эти источники способны влиять на восприятие человеком окружающей среды и, как следствие, на уровень комфорта2.

 

 

Тепловой комфорт связан с субъективным ощущением организма человека в результате воздействия источников тепла и холода, присутствующих в окружающей его среде.


От каких факторов зависит тепловой комфорт

Тепловой комфорт зависит главным образом от шести перечисленных ниже переменных факторов, необходимых для поддержания оптимального равновесия. А оно, в свою очередь, способствует большему удовлетворению обитателей помещений условиями среды обитания.

Температура воздуха     Традиционная составляющая теплового комфорта; подвержена влиянию источников пассивного и принудительного обогрева и охлаждения.  
Средняя радиационная температура
  Средневзвешенная температура всех открытых поверхностей в пределах помещения. В сочетании с температурой воздуха она дает возможность определить т. наз. «эквивалентную» или расчетную комфортную температуру, которая вносит наиболее существенный вклад в понятие теплового комфорта.  
Скорость воздушного потока     (Или объемный расход воздуха) служит количественной характеристикой скорости и направления движения воздуха в помещении. Непостоянство (быстрая смена) скорости воздушного потока может стать причиной сквозняков и вызывать жалобы.  
Влажность воздуха   (Или относительная влажность воздуха) – это относительное содержание влаги в воздухе. Слишком высокая или слишком низкая влажность могут вызывать дискомфорт.
 
Уровень теплоизоляции с помощью одежды   Характеристика толщины теплоизолирующего слоя человеческого тела. Высокий уровень теплоизоляции с помощью одежды способствует уменьшению потерь тепла с поверхности кожи и смещает «комфортную» температуру окружающей среды в сторону понижения.
 
Уровень физической активности    (Синоним – «метаболическое тепловыделение») Оказывает влияние на количество теплоты, выделяемое телом человека и, как следствие, влияет на восприятие окружающей среды как теплой или же холодной.  


На практике лишь на некоторые из перечисленных факторов влияет тип используемых в помещении потолочных панелей  – в частности:

  • Температура воздуха – поскольку она может зависеть от того, обеспечивает ли потолок возможность охлаждения воздуха в контакте с плитой перекрытия (в случае TABS).
  • Средняя радиационная температура – поскольку она может зависеть от величины коэффициента покрытия теплоизлучающих панелей потолка .
  • Скорость воздушного потока – поскольку она может зависеть от расположения теплопоглощающих элементов и от ширины воздушного зазора между панелями, благодаря которому осуществляется конвекция воздуха


Усредненная оценка комфорта 

В результате комбинации перечисленных выше факторов можно получить усредненную оценку комфорта3.

Но в некоторых случаях не удается достичь условий тепловой среды, одинаково устраивающих всех обитателей здания, в силу различия индивидуальных предпочтений. 

В подобных случаях, тем не менее, возможно указать условия, которые с большой вероятностью окажутся приемлемыми для большинства обитателей 4. Если же сочетать этот подход с возможностями индивидуальной адаптации (к примеру, одеваться «по погоде», приоткрывать окна и т.д.), то можно существенно повысить и общий уровень удовлетворенности условиями среды в помещении. 


Влияние теплового комфорта на производительность труда

Тепловые и температурные условия способны влиять на производительность труда людей, находящихся в здании; предложен ряд механизмов такого влияния. Так, возможными последствиями теплового дискомфорта являются:

  • отвлечение внимания на посторонние вещи
  • нарушение спокойствия
  • снижение способности к концентрации на работе5


Тепловой комфорт и акустика

Если речь идет о среде в помещении с высокими требованиями к тепловому комфорту, его необходимо рассматривать в комплексе с другими характеристиками среды обитания в помещении. Это могут быть:

  • акустика
  • освещение
  • качество воздуха

Важность акустики для здоровья и самочувствия людей, находящихся в помещении, больше не нуждается в доказательствах. Общепризнанным является комплексное воздействие разных факторов:

Неудовлетворительная акустика в сочетании с тепловым дискомфортом усиливают действие друг друга, что вскоре начинает отрицательно сказываться на самочувствии потребителей. 
K.C. Parsons,Environmental ergonomics: a review of principles, methods and models (Эргономика окружающей среды: основные положения, методы и модели)

  

С точки зрения архитектуры тепловой комфорт ассоциируется с использованием мягких материалов и поверхностей обтекаемой формы – тканей, материалов с пористой поверхностью или даже дерева. С другой стороны, плоские и твердые поверхности (изделия из металла и камня) считаются не столь благоприятными для создания теплового комфорта.

Строго научного описания и анализа истоков такого восприятия на данный момент нет, но можно предположить, что это как-то связано с субъективным восприятием радиационного теплообмена с рассматриваемой поверхностью. При таком описании используется понятие излучательной способности (коэффициента излучения). Излучательная способность лежит в диапазоне от 0 до 1, при этом глянцевые металлические поверхности имеют коэффициент излучения около 0, а для матовых поверхностей этот коэффициент близок к 1.

Так, звукопоглощающий потолок с полным перекрытием будет вносить вклад как в тепловой, так и в акустический комфорт обитателей здания. В зависимости от типа системы управления и контроля температурного режима в помещении компания Ecophon предлагает различные технические решения для каждого случая, тем самым обеспечивая высокий уровень теплового комфорта в помещении. 


Интеграция систем ОВКВ с акустическими решениями

В зданиях традиционной планировки акустические подвесные потолки играют роль промежуточного звена между инженерными коммуникациями и оборудованием (системами ОВКВ, освещения и т.

д.). Зачастую такие потолки занимают 80-90% в проекции на площадь пола, измеренную от одной стены до другой.

Электронные инструменты, такие как Drawing Aid предлагают широкий спектр практических способов интеграции систем ОВКВ и акустических решений.

За последние несколько лет наблюдается рост популярности систем отопления и охлаждения с использованием воды в качестве теплоносителя и легких панелей в качестве излучающих элементов. Если потолок при этом остается полностью закрытым подвесной конструкцией, коэффициент покрытия звукопоглотителей, как правило, снижается до 40-70% площади потолка, поскольку излучающие панели размещены здесь же в потолочной конструкции.

Настенные звукопоглотителислужат хорошим дополнением для потолочных в том случае, если высокоэффективные звукопоглотители невозможно разместить на всей свободной поверхности комнаты.

Термоактивные системы зданий

В зданиях с системой охлаждения через железобетонный каркас, известной также как TABS (Thermally-Activated Building Systems – комплексная система инженерного оборудования здания с «тепловым приводом», или «термоактивная строительная система»), потолок не может быть закрыт полностью, поскольку это мешало бы переносу тепла, то есть тепловой энергии, между пространством комнаты и бетонной плитой перекрытия.  Тем не менее, проблему можно решить путем оптимизации акустики самого помещения.

В зависимости от типа вентиляционной системы такие здания могут быть оборудованы свободно висящими звукопоглотителями или баффлами, обеспечивающими контроль акустики в помещении, в сочетании с настенными звукопоглотителями. Как показывают исследования, высокий уровень теплового комфорта внутри зданий, построенных по технологии TABS, достижим при коэффициентах покрытия потолка, не превышающих 60%, с использованием свободно висящих звукопоглотителей 6.

 

Для оценки влияния горизонтальных звукопоглотителей на расчетную комфортную температуру компанией Ecophon разработан прикладной программный пакет Type for TRNSYS – одно из самых популярных приложений для имитации теплового и температурного режима. Получить программу можно, обратившись в службу поддержки.

Подробнее см. в справочной брошюре, которая доступна для скачивания по ссылке (pdf)  

 


Ссылки на литературу

  1. M. Frontczak, P. Wargocki, Literature survey on how different factors influence human comfort in indoor environments. Build. Environ. 46, pp. 922-937, 2011.
  2. S.P. Corgnati, M. Gameiro da Silva, R. Ansaldi, E. Asadi, J.J. Costa, M. Filippi, J. Kaczmarczyk, A.K. Melikov, B.W. Olesen, Z. Popiolek, P. Wargocki, Indoor climate quality assessment – evaluation of indoor thermal and indoor air quality. Rehva Guidebook 14. Rehva, Brussels, 2011.
  3. T. Witterseh, Environmental perception, SBS symptoms and the performance of office work under combined exposures to temperature, noise and air pollution, PhD Thesis, Technical University of Denmark, 2001
  4. EN 15251:2007-08,Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics. European Committee for Standardization, 2007.
  5. J. Varjo, V. Hongisto, A. Haapakangas, H. Maula, H. Koskela, J. Hyönä, Simultaneous effects of irrelevant speech, temperature and ventilation rate on performance and satisfaction in open-plan offices. Journal of Environmental Psychology 44, pp. 16–33, 2015.
  6. N. Rage, Experimental and theoretical study of the influence of acoustic panels on the heat exchange between Thermo-Active Building Systems (TABS), the occupants and the room. MSc thesis, Technical University of Denmark, 2015.

 

 

 

 

Значения микроклимата

Значения микроклимата

Значения оптимальных и допустимых параметров микроклимата помещений приводятся в нормативной литературе. Одним из важнейших факторов, определяющих эффективность животноводства и птицеводства и рентабельность этих отраслей сельского хозяйства, является обеспечение заданного микроклимата в помещениях для содержания животных и птиц. Известно, что оптимальные метеопараметры в помещениях содержания животных и птиц обеспечивают повышение выхода продукции на 30 %.

Организм животного обладает способностью поддерживать температуру тела на уровне оптимальной биологической активности. Это возможно только в том случае, если количество энергии, получаемой животными с кормом, в общем энергетическом балансе организма будет соответствовать количеству тепловой энергии, которую отдает животное в окружающую среду.

Микроклимат помещения должен способствовать устойчивой термодинамической системе тепловлагообмена животного с окружающей средой. Для нормальной жизнедеятельности организма необходимы постоянный отвод излишков теплоты, чтобы избежать перегрева, и исключение переохлаждения из-за недостатка теплоты. Интенсивность отдачи теплоты животными зависит от тепловой обстановки, которая определяется температурой воздуха, его подвижностью, относительной влажностью и радиационной температурой помещения.

Основными составляющими отдачи теплоты животными в окружающую среду, непосредственно зависящими от терморегуляции, являются конвекция, лучистый теплообмен, теплопроводность и испарение влаги с кожи животного. Отдача теплоты теплопроводностью связана с теплофизическими свойствами полов и мало зависит от излучения температуры воздуха. Потоотделение начинает активизироваться при значительном повышении температуры окружающей среды, когда отдача теплоты конвекцией и лучеиспусканием становится невозможной.

Для животных разных типов и возраста установлены оптимальные пределы температурно-влажностных условий воздушной среды и радиационная температура ограждающих конструкций. Значения этих параметров приведены в нормативной литературе. Система обогрева помещений должна обеспечить заданную температуру, что, в свою очередь, создает условия необходимого конвективного теплообмена животных с окружающей средой. Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций должно быть таким, чтобы радиационная температура в помещении не превышала лучистый теплообмен животного выше допустимого. Система вентиляции должна обеспечить в помещении такую относительную влажность воздуха, чтобы влагообмен животного находился в допустимых пределах.


Новый ГОСТ на параметры микроклимата жилых и общественных зданий

Журнал «АВОК» 1999 год №5

Новый ГОСТ на параметры микроклимата жилых и общественных зданий

Е. Г. Малявина, доцент кафедры «Отопление и вентиляция» МГСУ

Здоровье и работоспособность человека в значительной степени определяются условиями микроклимата и воздушной среды жилых и общественных зданий. Отечественными и зарубежными гигиенистами [1, 2] установлена связь между микроклиматом в жилище и на рабочем месте и состоянием здоровья людей. Обеспечение заданных показателей микроклимата является одной из основных задач специалистов по строительной теплофизике, отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха. За рубежом исследования теплоощущений человека в помещении легли в основу большого числа национальных и международных стандартов на тепловой микроклимат и параметры воздушной среды [3, 4, 5].
Для промышленных зданий параметры внутреннего воздуха нормируются ГОСТ’ом 12. 1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны». Значения параметров воздуха в нем заданы в зависимости от энергозатрат человека (для выделенных категорий работ) для теплого и холодного периодов года на оптимальном и допустимом уровнях. Эти же данные приведены в СНиП
2.04.05-91*. Имеется также относительно недавно принятый на федеральном уровне Госкомсанэпиднадзором России в Государственную систему санитарно-эпидемиологического нормирования Российской Федерации СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений».

В этом документе кроме параметров внутреннего воздуха нормируются также температуры поверхностей и допустимые величины интенсивности теплового облучения рабочих мест от производственных источников. Не обсуждая сейчас достоинств и недостатков СанПиН’а, заметим, что он, по существу, явился первым отечественным нормативным документом, комплексно охватывающим тепловые микроклиматические воздействия на человека.

Для жилых и общественных зданий до недавнего времени не было такого комплексного нормативного документа. Расчетные параметры теплового состояния внутреннего воздуха и его подвижность традиционно приводились в СНиП 2.04.05-91*» Отопление, вентиляция и кондиционирование. «Нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности наружного ограждения, косвенно отражающие радиационную температуру помещения, — в СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника». Причем, значения этого перепада только в последней редакции СНиП’а II-3-79* достаточны для обеспечения комфорта человека; ранее они были направлены на исключение выпадения конденсата на внутренней поверхности ограждения. Расчетные температуры внутреннего воздуха для отопления, некоторые другие параметры в различных помещениях общественных зданий, приводятся в СНиП 2.08.02-89* «Общественные здания и сооружения».

Появление ГОСТ’а 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» [6], в котором реализован комплексный подход к нормированию показателей микроклимата, несомненно следует считать положительным моментом.

В основу ГОСТ’а были положены принципы сохранения здоровья и работоспособности людей при различных видах деятельности. Гигиенические нормативы отражают современные научные и технические знания, получаемые при изучении реакций человека на воздействие тех или иных факторов окружающей среды. В них учтены современные теплотехнические требования к ограждающим конструкциям зданий и системам отопления и вентиляции.

ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» впервые введен в действие Постановлением N1 Государственного комитета РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике от 6 января 1999 года с марта текущего года. Стандарт разработан ГПКНИИ СантехНИИпроект, НИИстройфизики, ЦНИИЭПжилища, ЦНИИЭП учебных зданий, НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. Сысина, Ассоциацией инженеров АВОК. 11 декабря 1998 года стандарт принят Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС), объединяющей органы Государственного управления строительством стран СНГ.  

В соответствии с ГОСТ’ом микроклимат помещения — это состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемое показателями температуры воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха». Стандарт устанавливает параметры микроклимата обслуживаемой зоны помещений жилых, общественных, административных и бытовых зданий. По сравнению с ранее действовавшими нормативами обслуживаемая зона на 0,5 м приближена к наружным ограждениям и нагревательным приборам, что вполне согласуется с повысившимися требованиями к теплозащите наружных ограждений. Расчетные параметры микроклимата нормируются в зависимости от функционального назначения помещения, среди которых стандартом выделяются жилые, детские дошкольные учреждения и 6 категорий помещений общественных зданий, отличающихся интенсивностью деятельности, типом одежды и продолжительностью пребывания в них людей. Такой подход позволил дифференцированно подойти к микроклиматическому нормированию практически для любого общественного здания.  

Требуемые параметры микроклимата заданы для теплого и холодного периодов года. Причем в ГОСТ’е границей между этими периодами считается температура наружного воздуха 8 oС, а в упомянутом выше СанПиН’е — 10 oС. 

ГОСТ’ом устанавливаются общие требования к оптимальным и допустимым показателям микроклимата и методы их контроля. Оптимальные параметры микроклимата — это «сочетания значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение теплового комфорта не менее чем у 80 % людей, находящихся в помещении. «К допустимым параметрам микроклимата отнесены такие сочетания показателей, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать общее и локальное ощущение дискомфорта, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности при усиленном напряжении механизмов терморегуляции и не вызывают повреждений или ухудшения состояния здоровья». Диапазон оптимальных параметров уже и находится внутри зоны допустимых, но только допустимые параметры являются обязательными для соблюдения. Этим требованием реализован новый подход к разработке нормативных документов, когда потребительские свойства зданий разрешается улучшать при желании и наличии средств.
Значения оптимальных и допустимых норм микроклимата в обслуживаемой зоне помещений (в установленных расчетных параметрах наружного воздуха) приведены в ГОСТ’е для следующих показателей: температура, скорость движения, относительная влажность воздуха; результирующая температура помещения; локальная асимметрия результирующей температуры.


Оценка температурной обстановки помещений предусматривается по двум температурам — воздуха и результирующей помещения. Результирующая температура является комплексным показателем температуры воздуха и радиационной температуры помещения. 

Результирующую температуру можно рассчитать, измерив температуры воздуха и всех поверхностей, обращенных в помещение, а можно измерить шаровым термометром. Первый способ может оказаться трудно выполнимым, так как в стандарте не уточняется, как измерить температуру и площадь поверхности отопительного прибора, особенно если у него оребренная поверхность. 

Для исключения отрицательного воздействия на человека одновременного влияния нагретых и охлажденных поверхностей ограничивается локальная асимметрия результирующей температуры помещения, которая определяется как «разность результирующих температур в точке помещения, определенных шаровым термометром для двух противоположных направлений».

Шаровой термометр для определения локальной асимметрии результирующей температуры — это шаровой термометр, у которой одна половина шара имеет зеркальную поверхность (степень черноты поверхности не выше 0,05), а другая — зачерненную (степень черноты — не ниже 0,95).

Установленные стандартом диапазоны параметров ужесточены в сторону комфортных значений по сравнению с приведенными в приложениях 1 и 5 СНиП 2.04.05-91*. Допустимая относительная влажность в холодный период практически в любых помещениях, где она нормируется, не должна превышать 60 %, ранее — 65 %, оптимальная скорость движения воздуха в жилых комнатах в холодный период составляет 0,15 м/с вместо 0,2 м/с по СНиП 2. 04.05=91*. Для районов с расчетной температурой наружного воздуха (параметры А) в теплый период 25 oС и выше или с расчетной относительной влажностью воздуха (параметры А) более 75 % не делается никаких отступлений от указанных верхних пределов температуры и влажности внутреннего воздуха.

В качестве допустимых условий ГОСТ предусматривает сочетания более низкой температуры воздуха с более высокой результирующей температурой. Например, в нормах оптимальных условий жилых зданий имеется только одна температура — 20 oС, принадлежащая диапазонам обеих нормируемых температур. Из-за этого лучистая система отопления, признанная [7] более комфортной для человека по сравнению с радиаторной и конвекторной, не сможет поддержать оптимальные, с точки зрения ГОСТ’а, условия, так как при наличии инфильтрации наружного воздуха температура внутреннего воздуха всегда будет несколько ниже средней радиационной температуры.

Параметры воздушной среды в соответствии со стандартом должны обеспечиваться и контролироваться по всему объему обслуживаемой зоны, для чего в ГОСТ’е установлены места измерения их значений и приводятся допустимые отклонения в различных точках обслуживаемой зоны. По температуре воздуха они ограничены 2 oС для оптимальных показателей и 3 oС — для допустимых; по относительной влажности — 7 % для оптимальных и 15 % — для допустимых, по скорости движения воздуха — соответственно 0,07 и 0,1 м/с.
При этом в тексте не обошлось без противоречия. С одной стороны, измерение скорости воздуха выполняется в различных точках обслуживаемой зоны и нормируются допустимые диапазоны скорости; с другой, — под скоростью движения воздуха понимается «осредненная по объему обслуживаемой зоны скорость движения воздуха». То же самое можно сказать и об относительной влажности.

Показатели, включающие в себя оценку радиационной температуры, нормируются только для середины помещения. При этом в дополнение к нормативным диапазонам результирующей температуры помещения установлен допустимый разброс этой температуры по высоте помещения не более 2 oС для оптимальных показателей и 3 oС — для допустимых. Локальная асимметрия результирующей температуры должна быть не более 2,5 oС для оптимальных и не более
3,5 oС для допустимых показателей. К сожалению именно эти параметры на границе обслуживаемой зоны не измеряются и не нормируются. Кроме того, требования, установленные для локальной асимметрии результирующей температуры, не являются обязательными. Тот факт, что в ГОСТ’е приводится локальная асимметрия не радиационной температуры, а результирующей, по существу допускает локальные асимметрии радиационной температуры в два раза превышающие нормы для результирующей.
В ГОСТ’е локальная асимметрия результирующей температуры помещения определяется как разность температур, измеренных в двух противоположных направлениях шаровым термометром с рекомендуемым диаметром сферы 150 мм. Представляется, что более жесткая оценка локальной асимметрии радиационной температуры относительно противоположных сторон плоской элементарной площадки точнее описывает процесс теплообмена неблагоприятно расположенных поверхностей на теле человека, чем относительно полусферы диаметром 15 см. Например, площадки на груди и спине человека могут ощущать одновременное переохлаждение и нагрев. Оценка этого теплоощущения не может выполняться с использованием прибора, интегрирующего сферой температуры всех окружающих поверхностей. Шаровой термометр подходит скорее для оценки радиационной и результирующей температуры в центре помещения и, на мой взгляд, не годится для измерения такой характеристики как асимметрия радиационной и результирующей температуры, которые должны оцениваться на границе обслуживаемой зоны [8].
Расчеты показали, что асимметрии радиационной температуры относительно элементарных площадок и полусфер диаметром 150 мм отличаются друг от друга более чем в четыре раза! Если при нормативных теплозащите (по второму этапу) и размерах окна, например, в районе с расчетной температурой наружного воздуха -28 0С асимметрия радиационной температуры на расстоянии 0,5 м от окна относительно полусферы на любой высоте от пола укладывается в 3 oС, то относительно вертикальной элементарной площадки в рядовых комнатах при радиаторном, конвекторном и воздушном отоплении на высоте 1,1 м от пола она равна 9,4-9,7 oС. То есть, если судить по результатам относительно полусферы, то нормы по асимметрии результирующей температуры помещения, выполняются всегда и с запасом, а если относительно плоской элементарной площадки, то в расчетный период нормы оптимальных условий не выполняются на высоте 1,1 м даже на расстоянии 1 м от окна, нормы допустимых условий на высоте 1,1 м не выполняются только на расстоянии 0,5 м от окна. Хотя, как уже сказано, асимметрия результирующей температуры, не являясь обязательным параметром, нормируется только для середины помещения. Представилось интересным соотнести параметры микроклимата, установленные в ГОСТ’е, с показателями, принятыми в международном стандарте ISO 7730 [4], в котором реализован предложенный О.Фангером метод оценки комфортности теплового микроклимата помещения. Метод позволяет комплексно учесть радиационную температуру помещения, температуру, влажность и подвижность воздуха, теплопродукцию человека и тепловую изоляцию одежды. В качестве количественных характеристик комфортности тепловых условий по перечисленным факторам рассчитываются показатели PMV — ожидаемого значения теплоощущения и PPD — ожидаемой вероятности неприятного теплоощущения в процентах. Значениям PMV соответствует следующая шкала психофизиологического субъективного теплоощущения:

Теплоощущение

Значение PMV

Холодно

-3

Прохладно

-2

Слегка прохладно

-1

Слегка тепло

+1

Тепло

+2

Жарко

+3

Связь между показателями PMV и PPD устанавливается следующими данными, приведенными в таблице 1.

Таблица 1.
Распределение индивидуальных тепловых ощущений
(по данным экспериментов с участием 1300 человек) при различных тепловых условиях

Значения теплоощуения,
PMV

Вероятность неприятного ощущения
PPD, %

Процент людей, оценивающих обстановку не хуже чем

Комфорт 

Прохладно или тепло

Слегка холодно или слегка жарко

+2

75

5

25

70

+1

25

27

75

95

0

5

55

95

100

-1

25

27

75

95

-2

75

5

25

70

Для случаев, когда показатель PMV лежит между -2 и +2, Фангер предложил формулу, расчет по которой выполнен на ЭВМ. Были вычислены значения PMV и PPD сочетаний оптимальных и допустимых параметров, нормируемых ГОСТ’ом для офисных помещений. Исходные значения принятых параметров и результаты расчета приведены в таблице 2.
Таблица 2.

Температура воздуха,
o С  

Радиационная температура,
o С

Относительная влажность,
%

Скорость воздуха,
м/с

PMV

PPD,

%

Оптимальные сочетания параметров

20

20

45

0,20

0,15 

 5,4

20

20

30

0,20

0,07

 5,1

19

17

45

0,20

 -0,18

 5,6

19

17

30

0,20

-0,25

 6,2

21

15

45

0,20

 -0,11

 5,2

21

15

30

0,20

 -0,19

 5,7

19

21

45

0,20

 0,12

 5,2

19

21

30

0,20

 0,04

 5,0

21

19

45

0,20

 0,18

 5,6

21

19

30

0,20

 0,09

 5,1

 Допустимые сочетания параметров

18

18

30

0,3

-0,31

8,2

 18

 18

 60 

 0,3

 -0,35

 8,7 

 18

 16

 30

 0,3

 -0,74

 16,8

 18

 16

 60

 0,3

 -0,85

 19,3

 23

 15

 30

 0,3

 -1,11

 27,5

 23

 15

 60

 0,3

 -1,15

 28,6

 23

 21

 30

 0,3

 0,44

 9,7

 23

 21

 60

 0,3

 0,55

 11,9

Из таблицы видно, что оптимальные сочетания параметров полностью отвечают этому понятию и по ISO 7730. Что касается допустимых сочетаний, то их крайние значения могут приводить к тому, что значительный процент людей будет ощущать дискомфорт.
В заключение хочется выразить удовлетворение по поводу вышедшего очень нужного документа, который в дальнейшем несомненно будет развиваться. При этом было бы желательно согласовать все нормируемые показатели, а также сблизить подходы к оценке микроклимата в нормативных документах, выпускаемых различными ведомствами.


Литература
1. Губернский Ю.Д., Кореневская Е.И. Гигиенические основы кондиционирования микроклимата жилых и общественных зданий. М.:»Медицина», 1978.-192 с.
2. Банхиди Л. Тепловой микроклимат помещений: расчет комфортных параметров по теплоощущениям человека / Пер. с венг. В.М.Беляева; Под ред. В.И.Прохорова и А.Л.Наумова.-.: Стройиздат, 1981.-248 с.
3. Межгосударственный стандарт. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. ГОСТ 30494-96. Госстрой России, ГУП ЦПП, 1999.
4. International standard. Moderate thermal environments — Determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort. ISO 7730. Second edition. 1994-12-15.
5. ASHRAE Handbook of Fundamentals, 1993.
6. Standard ASHRAE 55, 1992.
7. Сканави А.Н. Конструирование и расчет систем водяного и воздушного отопления зданий. М.:Стройиздат, 1983.-304 с.
8. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. М.:Высш. школа, 1982.-415 с. 

Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях


ГОСТ 30494-96

Группа Ж24

     

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

     

ЗДАНИЯ ЖИЛЫЕ И ОБЩЕСТВЕННЫЕ.
ПАРАМЕТРЫ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИЯХ

     
Residential and public buildings.
Microclimate parameters for indoor enclosures

     

ОКС 13.040.10
ОКСТУ 2030

Дата введения 1999-03-01

     

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Государственным проектно-конструкторским и научно-исследовательским институтом СантехНИИпроект (ГПКНИИ СантехНИИпроект), Научно-исследовательским институтом строительной физики (НИИстройфизики), Центральным научно-исследовательским и экспериментальным проектным институтом жилища (ЦНИИЭПжилища), Центральным научно-исследовательским и экспериментальным проектным институтом учебных зданий (ЦНИИЭП учебных зданий), Научно-исследовательским институтом экологии человека и гигиены окружающей среды им. Сысина, Ассоциацией инженеров по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике (АВОК)

ВНЕСЕН Госстроем России

2 ПРИНЯТ Межгосударственной Научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС) 11 декабря 1996 г.

За принятие проголосовали:

Наименование государства

Наименование органа государственного управления строительством

Азербайджанская Республика

Госстрой Азербайджанской Республики

Республика Армения

Министерство градостроительства Республики Армения

Республика Беларусь

Минстройархитектуры Республики Беларусь

Грузия

Министерство урбанизации и строительства Грузии

Республика Казахстан

Агентство строительства и архитектурно-строительного контроля Министерства экономики и торговли

Кыргызская Республика

Минархстрой Кыргызской Республики

Республика Молдова

Министерство территориального развития, строительства и коммунального хозяйства Республики Молдова

Российская Федерация

Госстрой России

Республика Таджикистан

Госстрой Республики Таджикистан

Республика Узбекистан

Госкомархитектстрой Республики Узбекистан

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4 ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ с 1 марта 1999 г. постановлением Госстроя России от 6 января 1999 г. N 1

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает параметры микроклимата обслуживаемой зоны помещений жилых, общественных, административных и бытовых зданий. Стандарт устанавливает общие требования к оптимальным и допустимым показателям микроклимата и методы контроля.

Стандарт не распространяется на показатели микроклимата рабочей зоны производственных помещений.

Требования, изложенные в разделах 3 и 4 в части допустимых параметров микроклимата (кроме локальной асимметрии результирующей температуры), являются обязательными.

2 Определения, классификация помещений

          
Определения

В настоящем стандарте применяют следующие термины и определения.

Обслуживаемая зона помещения (зона обитания) — пространство в помещении, ограниченное плоскостями, параллельными полу и стенам: на высоте 0,1 и 2,0 м над уровнем пола (но не ближе чем 1 м от потолка при потолочном отоплении), на расстоянии 0,5 м от внутренних поверхностей наружных и внутренних стен, окон и отопительных приборов.

Помещение с постоянным пребыванием людей — помещение, в котором люди находятся не менее 2 ч непрерывно или 6 ч суммарно в течение суток.

Микроклимат помещения — состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемое показателями температуры воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха.

Оптимальные параметры микроклимата — сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чем у 80 % людей, находящихся в помещении.

Допустимые параметры микроклимата — сочетания значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать общее и локальное ощущение дискомфорта, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности при усиленном напряжении механизмов терморегуляции и не вызывают повреждений или ухудшения состояния здоровья.

Холодный период года — период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха, равной 8 °С и ниже.

Теплый период года — период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха выше 8 °С.

Радиационная температура помещения — осредненная по площади температура внутренних поверхностей ограждений помещения и отопительных приборов.

Результирующая температура помещения — комплексный показатель радиационной температуры помещения и температуры воздуха помещения, определяемый по приложению А.

Температура шарового термометра — температура в центре тонкостенной полой сферы, характеризующая совместное влияние температуры воздуха, радиационной температуры и скорости движения воздуха.

Локальная асимметрия результирующей температуры — разность результирующих температур в точке помещения, определенных шаровым термометром для двух противоположных направлений.

Скорость движения воздуха — осредненная по объему обслуживаемой зоны скорость движения воздуха.

Классификация помещений

Помещения 1 категории — помещения, в которых люди в положении лежа или сидя находятся в состоянии покоя и отдыха.

Помещения 2 категории — помещения, в которых люди заняты умственным трудом, учебой.

Помещения 3а категории — помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя без уличной одежды.

Помещения 3б категории — помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя в уличной одежде.

Помещения 3в категории — помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении стоя без уличной одежды.

Помещения 4 категории — помещения для занятий подвижными видами спорта.

Помещения 5 категории — помещения, в которых люди находятся в полураздетом виде (раздевалки, процедурные кабинеты, кабинеты врачей и т. п.).

Помещения 6 категории — помещения с временным пребыванием людей (вестибюли, гардеробные, коридоры, лестницы, санузлы, курительные, кладовые).

3 Параметры микроклимата  

3.1 В помещениях жилых и общественных зданий следует обеспечивать оптимальные или допустимые нормы микроклимата в обслуживаемой зоне.

3.2 Требуемые параметры микроклимата: оптимальные, допустимые или их сочетания — следует устанавливать в нормативных документах в зависимости от назначения помещения и периода года.

3.3 Параметры, характеризующие микроклимат помещений:

температура воздуха;

скорость движения воздуха;

относительная влажность воздуха;

результирующая температура помещения;

локальная асимметрия результирующей температуры.

3.4 Оптимальные и допустимые нормы микроклимата в обслуживаемой зоне помещений (в установленных расчетных параметрах наружного воздуха) должны соответствовать значениям, приведенным в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

     

Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне помещений жилых зданий и общежитий

Период года

Наименование помещения

Температура воздуха, °С

Результирующая температура, °С

Относительная влажность, %

Скорость движения воздуха, м/с

  

  

опти-
мальная

допус-
тимая

опти-
мальная

допус-
тимая

опти-
мальная

допус-
тимая, не более

опти-
маль-
ная, не более

допус-
тимая, не более

Холод-
ный

Жилая комната

20-22

18-24 (20-24)

19-20

17-23 (19-23)

45-30

60

0,15

0,2

  

То же, в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31 °С и ниже

21-23

20-24 (22-24)

20-22

19-23 (21-23)

45-30

60

0,15

0,2

  

Кухня

19-21

18-26

18-20

17-25

НН*

НН

0,15

0,2

  

Туалет

19-21

18-26

18-20

17-25

НН

НН

0,15

0,2

  

Ванная, совмещенный санузел

24-26

18-26

23-27

17-26

НН

НН

0,15

0,2

  

Помещения для отдыха и учебных занятий

20-22

18-24

19-21

17-23

45-30

60

0,15

0,2

  

Межквартирный коридор

18-20

16-22

17-19

15-21

45-30

60

0,15

0,2

  

Вестибюль, лестничная клетка

16-18

14-20

15-17

13-19

НН

НН

0,2

0,3

  

Кладовые

16-18

12-22

15-17

11-21

НН

НН

НН

НН

Теплый

Жилая комната

22-25

20-28

22-24

18-27

60-30

65

0,2

0,3

_____________________

* НН — не нормируется

Примечание — Значения в скобках относятся к домам для престарелых и инвалидов

     

Таблица 2

     

Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне общественных зданий


Период года


Наименование помещения или категория

Температура воздуха, °С

Результирующая температура, °С

Относительная влажность, %

Скорость движения воздуха, м/с

  

  

опти-
мальная

допус-
тимая

опти-
мальная

допус-
тимая

опти-
мальная

допус-
тимая, не более

опти-
маль-
ная, не более

допус-
тимая, не более

Холод-
ный

1 категория

20-22

18-24

19-20

17-23

45-30

60

0,2

0,3

  

2         «

19-21

18-23

18-20

17-22

45-30

60

0,2

0,3

  

3а       «

20-21

19-23

19-20

19-22

45-30

60

0,2

0,3

  

3б       «

14-16

12-17

13-15

13-16

45-30

60

0,2

0,3

  

3в       «

18-20

16-22

17-20

15-21

45-30

60

0,2

0,3

  

4         «

17-19

15-21

16-18

14-20

45-30

60

0,2

0,3

  

5         «

20-22

20-24

19-21

19-23

45-30

60

0,15

0,2

  

6         «

16-18

14-20

15-17

13-19

НН*

НН

НН

НН

  

Ванные, душевые

24-26

18-28

23-25

17-27

НН

НН

0,15

0,2

  

Детские дошкольные учреждения

  

  

  

  

  

  

  

  

  

Групповая раздевальная и туалет:

  

  

  

  

  

  

  

  

  

для ясельных и младших групп

21-23

20-24

20-22

19-23

45-30

60

0,1

0,15

  

для средних и дошкольных групп

19-21

18-25

18-20

17-24

45-30

60

0,1

0,15

  

Спальня:

  

  

  

  

  

  

  

  

  

для ясельных и младших групп

20-22

19-23

19-21

18-22

45-30

60

0,1

0,15

  

для средних и дошкольных групп

19-21

18-23

18-22

17-22

45-30

60

0,1

0,15

Теплый

Помещения с постоян-

ным пребыванием людей

23-25

18-28

22-24

19-27

60-30

65

0,3

0,5

_____________________

* НН — не нормируется

Примечание — Для детских дошкольных учреждений, расположенных в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31 °С и ниже, допустимую расчетную температуру воздуха в помещении следует принимать на 1 °С выше указанной в таблице

Локальная асимметрия результирующей температуры должна быть не более 2,5 °С для оптимальных и не более 3,5 °С для допустимых показателей.

3.5 При обеспечении показателей микроклимата в различных точках обслуживаемой зоны допускается:

— перепад температуры воздуха не более 2 °С для оптимальных показателей и 3 °С — для допустимых;

— перепад результирующей температуры помещения по высоте обслуживаемой зоны — не более 2 °С;

— изменение скорости движения воздуха — не более 0,07 м/с для оптимальных показателей и 0,1 м/с — для допустимых;

— изменение относительной влажности воздуха — не более 7 % для оптимальных показателей и 15 % — для допустимых.

3.6 В общественных зданиях в нерабочее время допускается снижать показатели микроклимата при условии обеспечения требуемых параметров к началу рабочего времени.

4 Методы контроля

4.1 Измерение показателей микроклимата в холодный период года следует выполнять при температуре наружного воздуха не выше минус 5 °С. Не допускается проведение измерений при безоблачном небе в светлое время суток.

4.2 Для теплого периода года измерение показателей микроклимата следует выполнять при температуре наружного воздуха не ниже 15 °С. Не допускается проведение измерений при безоблачном небе в светлое время суток.

4.3 Измерение температуры, влажности и скорости движения воздуха следует проводить в обслуживаемой зоне на высоте:

— 0,1; 0,4 и 1,7 м от поверхности пола для детских дошкольных учреждений;

— 0,1; 0,6 и 1,7 м от поверхности пола при пребывании людей в помещении преимущественно в сидячем положении;

— 0,1; 1,1 и 1,7 м от поверхности пола в помещениях, где люди преимущественно стоят или ходят;

— в центре обслуживаемой зоны и на расстоянии 0,5 м от внутренней поверхности наружных стен и стационарных отопительных приборов в помещениях, указанных в таблице 3.

Таблица 3

     

Места проведения измерений

Вид зданий

Выбор помещения

Место измерений

Одноквартирные

Не менее чем в двух комнатах площадью более 5 м каждая, имеющая две наружные стены или комнаты с большими окнами, площадь которых составляет 30 % и более площади наружныx стен

  

  

Многоквартирные

Не менее чем в двух комнатах площадью более 5 м каждая в квартирах на первом и последнем этажах

В центре плоскостей, отстоящих от внутренней поверхности наружной стены и отопительного прибора на 0,5 м и в центре помещения (точке пересечения диагональных линий помещения) на высоте, указанной в 4.3

Гостиницы, мотели, больницы, детские учреждения, школы

В одной угловой комнате 1-го или последнего этажа

  

Другие общественные и административно-
бытовые

В каждом представительном помещении

То же, в помещениях площадью 100 м и более измерения осуществляются на участках, размеры которых регламентированы в 4.3

В помещениях площадью более 100 м измерение температуры, влажности и скорости движения воздуха следует проводить на равновеликих участках, площадь которых должна быть не более 100 м.

4.4 Температуру внутренней поверхности стен, перегородок, пола, потолка следует измерять в центре соответствующей поверхности.

Для наружных стен со светопроемами и отопительными приборами температуру на внутренней поверхности следует измерять в центрах участков, образованных линиями, продолжающими грани откосов светопроема, а также в центре остекления и отопительного прибора.

4.5 Результирующую температуру помещения следует вычислять по формулам, указанным в приложении А. Измерения температуры воздуха проводят в центре помещения на высоте 0,6 м от поверхности пола для помещений с пребыванием людей в положении сидя и на высоте 1,1 м в помещениях с пребыванием людей в положении стоя либо по температурам окружающих поверхностей ограждений (приложение А), либо по данным измерений шаровым термометром (приложение Б).

4.6 Локальную асимметрию результирующей температуры следует вычислять для точек, указанных в 4.5, по формуле

                                                               (1)

где и — температуры, °С, измеренные в двух противоположных направлениях шаровым термометром (приложение Б).

4.7 Относительную влажность в помещении следует измерять в центре помещения на высоте 1,1 м от пола.

4.8 При ручной регистрации показателей микроклимата следует выполнять не менее трех измерений с интервалом не менее 5 мин, при автоматической регистрации — следует проводить измерения в течение 2 ч. При сравнении с нормативными показателями принимают среднее значение измеренных величин.

Измерение результирующей температуры следует начинать через 20 мин после установки шарового термометра в точке измерения.

4.9 Показатели микроклимата в помещениях следует измерять приборами, прошедшими регистрацию и имеющими соответствующий сертификат.

Диапазон измерения и допустимая погрешность измерительных приборов должны соответствовать требованиям таблицы 4.

Таблица 4

     

Требования к измерительным приборам

Наименование показателя

Диапазон измерений

Предельное отклонение

Температура внутреннего воздуха, °С

От 5   до 40

0,1

Температура внутренней поверхности ограждений, °С

       »   0    » 50

0,1

Температура поверхности отопительного прибора, °С

       »   5    » 90

0,1

Результирующая температура помещения, °С

       »   5    » 40

0,1

Относительная влажность воздуха, %

       »  10   » 90

5,0

Скорость движения воздуха, м/с

       » 0,05 » 0,6

0,05

     

     


ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)

     

Расчет результирующей температуры помещения

Результирующую температуру помещения при скорости движения воздуха до 0,2 м/с следует определять по формуле

                                                                            (А.1)

где — температура воздуха в помещении, °С;

        — радиационная температура помещения, °С.

Результирующую температуру помещения следует принимать при скорости движения воздуха до 0,2 м/с равной температуре шарового термометра при диаметре сферы 150 мм.

При скорости движения воздуха от 0,2 до 0,6 м/с следует определять по формуле

= 0,6 + 0,4 .                                                                   (А.2)

Радиационную температуру следует вычислять:

по температуре шарового термометра по формуле

                                                                  (А.3)

где — температура по шаровому термометру, °С;

       — константа, равная 2,2 при диаметре сферы до 150 мм  либо определяемая по приложению Б;

        — скорость движения воздуха, м/с.

по температурам внутренних поверхностей ограждений и отопительных приборов

                                                              (А.4)

где — площадь внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов, м;

        — температура внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов, °С.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б


(справочное)

     

Устройство шарового термометра

Шаровой термометр для определения результирующей температуры представляет собой зачерненную снаружи (степень черноты поверхности не ниже 0,95) полую сферу, изготовленную из меди или другого теплопроводного материала, внутри которой помещен либо стеклянный термометр, либо термоэлектрический преобразователь.

Шаровой термометр для определения локальной асимметрии результирующей температуры представляет собой полую сферу, у которой одна половина шара имеет зеркальную поверхность (степень черноты поверхности не выше 0,05), а другая — зачерненную поверхность (степень черноты поверхности не ниже 0,95).

Измеряемая в центре шара температура шарового термометра является равновесной температурой от радиационного и конвективного теплообмена между шаром и окружающей средой.

Рекомендуемый диаметр сферы 150 мм. Толщина стенок сферы минимальная, например из меди — 0,4 мм. Зеркальную поверхность образуют гальваническим методом путем нанесения хромового покрытия. Допускаются наклеивание полированной фольги и другие способы. Диапазон измерений от 10 до 50 °С. Время нахождения шарового термометра в точке замера перед измерением не менее 20 мин. Точность измерений при температуре от 10 до 50 °С — 0,1 °С.

При использовании сферы другого диаметра константу следует определять по формуле

= 2,2 (0,15/),                                                            (Б.1)

где — диаметр сферы, м.

Текст документа сверен по:

официальное издание

МНТКС — М.: Госстрой России,

ГУП ЦПП, 1999

ГОСТ 30494-96 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях

ГОСТ 30494-96

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ЗДАНИЯ ЖИЛЫЕ И ОБЩЕСТВЕННЫЕ.

ПАРАМЕТРЫ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИЯХ

МЕЖГОСУДАРСТВЕННАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОМИССИЯ

ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, ТЕХНИЧЕСКОМУ НОРМИРОВАНИЮ И СЕРТИФИКАЦИИ

В СТРОИТЕЛЬСТВЕ (МНТКС)

Москва

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Государственным проектно-конструкторским и научно-исследовательским институтом СантехНИИпроект (ГПКНИИ СантехНИИпроект), Научно-исследовательским институтом строительной физики (НИИстройфизики), Центральным научно-исследовательским и экспериментальным проектным институтом жилища (ЦНИИЭПжилища), Центральным научно-исследовательским и экспериментальным проектным институтом учебных зданий (ЦНИИЭП учебных зданий), Научно-исследовательским институтом экологии человека и гигиены окружающей среды им. Сысина, Ассоциацией инженеров по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике (АВОК)

ВНЕСЕН Госстроем России

2 ПРИНЯТ Межгосударственной Научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС) 11 декабря 1996 г.

За принятие проголосовали:

Наименование государства

Наименование органа государственного управления строительством

Азербайджанская Республика

Госстрой Азербайджанской Республики

Республика Армения

Министерство градостроительства Республики Армения

Республика Беларусь

Минстройархитектуры Республики Беларусь

Грузия

Министерство урбанизации и строительства Грузии

Республика Казахстан

Агентство строительства и архитектурно-строительного контроля Министерства экономики и торговли

Кыргызская Республика

Минархстрой Кыргызской Республики

Республика Молдова

Министерство территориального развития, строительства и коммунального хозяйства Республики Молдова

Российская Федерация

Госстрой России

Республика Таджикистан

Госстрой Республики Таджикистан

Республика Узбекистан

Госкомархитектстрой Республики Узбекистан

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4 ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ с 1 марта 1999 г. постановлением Госстроя России от 6 января 1999 г. № 1

ГОСТ 30494-96

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ЗДАНИЯ ЖИЛЫЕ И ОБЩЕСТВЕННЫЕ.

ПАРАМЕТРЫ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИЯХ

RESIDENTAL AND PUBLIC BUILDINGS.

MICROCLIMATE PARAMETERS FOR INDOOR ENCLOSURES

Дата введения 1999-03-01

Настоящий стандарт устанавливает параметры микроклимата обслуживаемой зоны помещений жилых, общественных, административных и бытовых зданий. Стандарт устанавливает общие требования к оптимальным и допустимым показателям микроклимата и методы контроля.

Стандарт не распространяется на показатели микроклимата рабочей зоны производственных помещений.

Требования, изложенные в разделах 3 и 4 в части допустимых параметров микроклимата (кроме локальной ассиметрии результирующей температуры), являются обязательными.

Определения

В настоящем стандарте применяют следующие термины и определения.

Обслуживаемая зона помещения (зона обитания) — пространство в помещении, ограниченное плоскостями, параллельными полу и стенам: на высоте 0,1 и 2,0 над уровнем пола (но не ближе чем 1 м от потолка при потолочном отоплении), на расстоянии 0,5 м от внутренних поверхностей наружных и внутренних стен, окон и отопительных приборов.

Помещение с постоянным пребыванием людей — помещение, в котором люди находятся не менее 2 ч непрерывно или 6 ч суммарно в течение суток.

Микроклимат помещения — состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемое показателями температуры воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха.

Оптимальные параметры микроклимата — сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чем у 80 % людей, находящихся в помещении.

Допустимые параметры микроклимата — сочетания значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать общее и локальное ощущение дискомфорта, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности при усиленном напряжении механизмов терморегуляции и не вызывают повреждений или ухудшения состояния здоровья.

Холодный период года — период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха, равной 8 °С и ниже.

Теплый период года — период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха выше 8 °С.

Радиационная температура помещения — осредненная по площади температура внутренних поверхностей ограждений помещения и отопительных приборов.

Результирующая температура помещения — комплексный показатель радиационной температуры помещения и температуры воздуха помещения, определяемый по приложению А.

Температура шарового термометра — температура в центре тонкостенной полой сферы, характеризующая совместное влияние температуры воздуха, радиационной температуры и скорости движения воздуха.

Локальная асимметрия результирующей температуры — разность результирующих температур в точке помещения, определенных шаровым термометром для двух противоположных направлений.

Скорость движения воздуха — осредненная по объему обслуживаемой зоны скорость движения воздуха.

Классификация помещений

Помещения 1 категории — помещения, в которых люди в положении лежа или сидя находятся в состоянии покоя и отдыха.

Помещения 2 категории — помещения, в которых люди заняты умственным трудом, учебой.

Помещения 3а категории — помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя без уличной одежды.

Помещения 3б категории — помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя в уличной одежде.

Помещения 3в категории — помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении стоя без уличной одежды.

Помещения 4 категории — помещения для занятий подвижными видами спорта.

Помещения 5 категории — помещения, в которых люди находятся в полураздетом виде (раздевалки, процедурные кабинеты, кабинеты врачей и т.п.).

Помещения 6 категории — помещения с временным пребыванием людей (вестибюли, гардеробные, коридоры, лестницы, санузлы, курительные, кладовые).

3.1 В помещениях жилых и общественных зданий следует обеспечивать оптимальные или допустимые нормы микроклимата в обслуживаемой зоне.

3.2 Требуемые параметры микроклимата: оптимальные, допустимые или их сочетания — следует устанавливать в нормативных документах в зависимости от назначения помещения и периода года.

3.3 Параметры, характеризующие микроклимат помещений :

температура воздуха;

скорость движения воздуха;

относительная влажность воздуха;

результирующая температура помещения;

локальная асимметрия результирующей температуры.

3.4 Оптимальные и допустимые нормы микроклимата в обслуживаемой зоне помещений (в установленных расчетных параметрах наружного воздуха) должны соответствовать значениям, приведенным в таблицах 1 и 2 .

Таблица 1

Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне помещений жилых зданий и общежитий

Период года

Наименование помещения

Температура воздуха, °С

Результирующая температура, °С

Относительная влажность, %

Скорость движения воздуха, м/с

оптимальная

допустимая

оптимальная

допустимая

оптимальная

допустимая, не более

оптимальная, не более

допустимая, не более

Холодный

Жилая комната

20-22

18-24

(20-24)

19-20

17-23

(19-23)

45-30

60

0,15

0,2

То же, в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31 °С

21-23

20-24

(22-24)

20-22

19-23

(21-23)

45-30

60

0,15

0,2

Кухня

19-21

18-26

18-20

17-25

НН*

НН

0,15

0,2

Туалет

19-21

18-26

18-20

17-25

НН

НН

0,15

0,2

Ванная, совмещенный санузел

24-26

18-26

23-27

17-26

НН

НН

0,15

0,2

Помещения для отдыха и учебных занятий

20-22

18-24

19-21

17-23

45-30

60

0,15

0,2

Межквартирный коридор

18-20

16-22

17-19

15-21

45-30

60

0,15

0,2

Вестибюль, лестничная клетка

16-18

14-20

15-17

13-19

НН

НН

0,2

0,3

Кладовые

16-18

12-22

15-17

11-21

НН

НН

НН

НН

Теплый

Жилая комната

22-25

20-28

22-24

18-27

60-30

65

0,2

0,3

*НН — не нормируется

Примечание — Значения в скобках относятся к домам для престарелых и инвалидов

Таблица 2

Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне общественных зданий

Период года

Наименование помещения или

категория

Температура воздуха, °С

Результирующая температура, °С

Относительная влажность, %

Скорость движения воздуха, м/с

оптимальная

допустимая

оптимальная

допустимая

оптимальная

допустимая, не более

оптимальная, не более

допустимая, не более

Холодный

1 категория

20-22

18-24

19-20

17-23

45-30

60

0,2

0,3

2 категория

19-21

18-23

18-20

17-22

45-30

60

0,2

0,3

3а категория

20-21

19-23

19-20

19-22

45-30

60

0,2

0,3

3б категория

14-16

12-17

13-15

13-16

45-30

60

0,2

0,3

3в категория

18-20

16-22

17-20

15-21

45-30

60

0,2

0,3

4 категория

17-19

15-21

16-18

14-20

45-30

60

0,2

0,3

5 категория

20-22

20-24

19-21

19-23

45-30

60

0,15

0,2

6 категория

16-18

14-20

15-17

13-19

НН*

НН

НН

НН

Ванные, душевые

24-26

18-28

23-25

17-27

НН

НН

0,15

0,2

Детские дошкольные учреждения

Групповая раздевальная и туалет:

для ясельных и младших групп

21-23

20-24

20-22

19-23

45-30

60

0,1

0,15

для средних и дошкольных групп

19-21

18-25

18-20

17-24

45-30

60

0,1

0,15

Спальня:

для ясельных и младших групп

20-22

19-23

19-21

18-22

45-30

60

0,1

0,15

для средних и дошкольных групп

19-21

18-23

18-22

17-22

45-30

60

0,1

0,15

Теплый

Помещения с постоянным пребыванием людей

23-25

18-28

22-24

19-27

60-30

65

0,3

0,5

*НН — не нормируется

Примечание — Для детских   дошкольных учреждений, расположенных в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31 °С и ниже, допустимую расчетную температуру воздуха в помещении следует принимать на 1 °С выше указанной в таблице.

Локальная ассиметрия результирующей температуры должна быть не более 2,5 ° С для оптимальных и не более 3,5 ° С для допустимых показателей.

3.5 При обеспечении показателей микроклимата в различных точках обслуживаемой зоны допускается:

— перепад температуры воздуха не более 2 °С для оптимальных   показателей и 3 °С - для допустимых;

— перепад результирующей температуры помещения по высоте обслуживаемой зоны — не более 2 ° С;

— изменение скорости движения воздуха — не более 0,07 м/с для оптимальных показателей и 0,1 м/с - для допустимых;

— изменение относительной влажности воздуха — не более 7 % для оптимальных показателей и 15 % — для допустимых.

3.6. В общественных зданиях в нерабочее время допускается снижать показатели микроклимата при условии обеспечения требуемых параметров к началу рабочего времени.

4.1 Измерение показателей микроклимата в холодный период года следует выполнять при температуре наружного воздуха не выше минус 5 ° С. Не допускается проведение измерений при безоблачном небе в светлое время суток.

4.2. Для теплого периода года измерение показателей микроклимата следует выполнять при температуре наружного воздуха не ниже 15 ° С. Не допускается проведение измерений при безоблачном небе в светлое время суток.

4.3 Измерение температуры, влажности и скорости движения воздуха следует проводить в обслуживаемой зоне на высоте:

— 0,1; 0,4 и 1,7 м от поверхности пола для детских дошкольных учреждений;

— 0,1; 0,6 и 1,7 м от поверхности пола при пребывании людей в помещении преимущественно в сидячем положении;

— 0,1; 1,1 и 1,7 м от поверхности пола в помещениях, где люди преимущественно стоят или ходят;

— в центре обслуживаемой зоны и на расстоянии 0,5 м от внутренней поверхности наружных стен и стационарных отопительных приборов в помещениях, указанных в таблице 3.

Таблица 3

Места проведения измерений

Вид зданий

Выбор помещения

Место измерения

Одноквартирные

Не менее чем в двух комнатах площадью более 5 м2 каждая, имеющая две наружные стены или комнаты с большими окнами, площадь которых составляет 30% и более площади наружных стен

В центре плоскостей, отстоящих от внутренней поверхности наружной стены и отопительного прибора на 0,5 м и в центре помещения (точке пересечения диагональных линий помещения) на высоте, указанно в 4.3

Многоквартирные

Не менее чем в двух комнатах площадью более 5 м2 каждая в квартирах на первом и последнем этажах

Гостиницы, мотели, больницы, детские учреждения, школы

В одной угловой комнате 1-го или последнего этажа

Другие общественные и административно-бытовые

В каждом представительском помещении

То же, в помещениях площадью 100 м2 и более измерения осуществляются на участках, размеры которых регламентированы в 4.3

В помещениях площадью более 100 м2 измерение температуры, влажности и скорости движения воздуха следует проводить на равновеликих участках, площадь которых должна быть не более 100 м2.

4.4. Температуру внутренней поверхности стен, перегородок, пола, потолка следует измерять в центре соответствующей поверхности.

Для наружных стен со светопроемами и отопительными приборами температуру на внутренней поверхности следует измерять в центрах участков, образованных линиями, продолжающими грани откосов светопроема, а также в центре остекления и отопительного прибора.

4.5 Результирующую температуру помещения следует вычислять по формулам, указанным в приложении А . Измерения температуры воздуха проводят в центре помещения на высоте 0,6 м от поверхности пола для помещений с пребыванием людей в положении сидя и на высоте 1,1 м в помещениях с пребыванием людей в положении стоя либо по температурам окружающих поверхностей ограждений (приложение А ), либо по данным измерений шаровым термометром (приложение Б ).

4.6 Локальную асимметрию результирующей температуры следует вычислять для точек, указанных в 4.5, по формуле

,                                                                                               (1)

где tsu 1 и tsu 2   — температуры, ° C , измеренные в двух противоположных направлениях шаровым термометром (приложение Б).

4.7 Относительную влажность в помещении следует измерять в центре помещения на высоте 1,1 м от пола.

4.8 При ручной регистрации показателей микроклимата следует выполнять не менее трех измерений с интервалом не менее 5 мин. при автоматической регистрации - следует проводить измерения в течение 2 ч. При сравнении с нормативными показателями принимают среднее значение измеренных величин.

Измерение результирующей температуры следует начинать через 20 мин после установки шарового термометра в точке измерения.

4.9 Показатели микроклимата в помещениях следует измерять приборами, прошедшими регистрацию и имеющими соответствующий сертификат.

Диапазон измерения и допустимая погрешность измерительных приборов должны соответствовать требованиям таблицы 4.

Таблица 4

Требования к измерительным приборам

Наименование показателя

Диапазон измерений

Предельное отклонение

Температура внутреннего воздуха, °C

От 5 до 40

0,1

Температура внутренней поверхности ограждений, °C

» 0 » 50

0,1

Температура поверхности отопительного прибора, °C

» 5 » 90

0,1

Результирующая температура помещения, °C

» 5 » 40

0,1

Относительная влажность воздуха, %

» 10 » 90

5,0

Скорость движения воздуха, м/с

» 0,05 до 0,6

0,05

(обязательное)

Расчет результирующей температуры помещения

Результирующую температуру помещения tsu при скорости движения воздуха до 0,2 м/с следует определять по формуле

                                                                                                   (А.1)

где tp — температура воздуха в помещении, ° С;

tr — радиационная температура помещения, ° С.

Результирующую температуру помещения следует принимать при скорости движения воздуха до 0,2 м/с равной температуре шарового термометра при диаметре сферы 150 мм.

При скорости движения воздуха от 0,2 до 0,6 м/с tsu следует определять по формуле

.                                                                                          (А.2)

Радиационную температуру tr следует вычислять:

по температуре шарового термометра по формуле

,                                                                                  (А.3)

где tb — температура по шаровому термометру, ° С

т — константа, равная 2,2 при диаметре сферы до 150 мм либо определяемая по приложению Б;

V — скорость движения воздуха, м/с.

по температурам внутренних поверхностей ограждений и отопительных приборов

,                                                                                      (А.4)

где А i — площадь внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов, м2;

ti — температура внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов, ° С.

(справочное)

Устройство шарового термометра

Шаровой термометр для определения результирующей температуры представляет собой зачерненную снаружи (степень черноты поверхности не ниже 0,95) полую сферу, изготовленную из меди или другого теплопроводного материала, внутри которой помещен либо стеклянный термометр, либо термоэлектрический преобразователь.

Шаровой термометр для определения локальной асимметрии результирующей температуры представляет   собой полую сферу, у которой одна половина шара имеет зеркальную поверхность (степень черноты поверхности не выше 0,05), а другая — зачерненную поверхность (степень черноты поверхности не ниже 0,95).

Измеряемая в центре шара температура шарового термометра является равновесной температурой от радиационного и конвективного теплообмена между шаром и окружающей средой.

Рекомендуемый диаметр сферы 150 мм. Толщина стенок сферы минимальная, например, из меди — 0,4 мм. Зеркальную поверхность образуют гальваническим методом путем нанесения хромового покрытия. Допускаются наклеивание полированной фольги и другие способы. Диапазон измерений от 10 до 50 ° С. Время нахождения шарового термометра в точке замера перед измерением не менее 20 мин. Точность измерений при температуре от 10 до 50 ° С — 0,1 ° С.

При использовании сферы другого диаметра константу т следует определять по формуле

,                                                                                        (Б.1)

где d — диаметр сферы, м.

Ключевые слова: микроклимат, оптимальные и допустимые показатели, технические требования, методы испытаний

СОДЕРЖАНИЕ

1 Область применения . 1

2 Определения, классификация помещений . 1

3 Параметры микроклимата . 2

4 Методы контроля . 4

ПРИЛОЖЕНИЕ А .. 5

ПРИЛОЖЕНИЕ Б . 5

Законы :: от 1999-01-06 N 1


ГОСТ 30494-96

Группа Ж24

    
    
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

    

ЗДАНИЯ ЖИЛЫЕ И ОБЩЕСТВЕННЫЕ.
ПАРАМЕТРЫ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИЯХ

    
Residential and public buildings.
Microclimate parameters for indoor enclosures

    
    
ОКС 13.040.10
ОКСТУ 2030

Дата введения 1999-03-01

    
    
Предисловие

    
    
    1 РАЗРАБОТАН Государственным проектно-конструкторским и научно-исследовательским институтом СантехНИИпроект (ГПКНИИ СантехНИИпроект), Научно-исследовательским институтом строительной физики (НИИстройфизики), Центральным научно-исследовательским и экспериментальным проектным институтом жилища (ЦНИИЭПжилища), Центральным научно-исследовательским и экспериментальным проектным институтом учебных зданий (ЦНИИЭП учебных зданий), Научно-исследовательским институтом экологии человека и гигиены окружающей среды им. Сысина, Ассоциацией инженеров по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике (АВОК)
    
    ВНЕСЕН Госстроем России
    
    2 ПРИНЯТ Межгосударственной Научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС) 11 декабря 1996 г.
    
    За принятие проголосовали:
    

Наименование государства

Наименование органа государственного управления строительством

Азербайджанская Республика

Госстрой Азербайджанской Республики

Республика Армения

Министерство градостроительства Республики Армения

Республика Беларусь

Минстройархитектуры Республики Беларусь

Грузия

Министерство урбанизации и строительства Грузии

Республика Казахстан

Агентство строительства и архитектурно-строительного контроля Министерства экономики и торговли

Кыргызская Республика

Минархстрой Кыргызской Республики

Республика Молдова

Министерство территориального развития, строительства и коммунального хозяйства Республики Молдова

Российская Федерация

Госстрой России

Республика Таджикистан

Госстрой Республики Таджикистан

Республика Узбекистан

Госкомархитектстрой Республики Узбекистан

    
    3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
    
    4 ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ с 1 марта 1999 г. постановлением Госстроя России от 6 января 1999 г. N 1
    
    

1 Область применения

    
    
    Настоящий стандарт устанавливает параметры микроклимата обслуживаемой зоны помещений жилых, общественных, административных и бытовых зданий. Стандарт устанавливает общие требования к оптимальным и допустимым показателям микроклимата и методы контроля.
    
    Стандарт не распространяется на показатели микроклимата рабочей зоны производственных помещений.
    
    Требования, изложенные в разделах 3 и 4 в части допустимых параметров микроклимата (кроме локальной асимметрии результирующей температуры), являются обязательными.
    

    

2 Определения, классификация помещений

         
Определения

    
    
    В настоящем стандарте применяют следующие термины и определения.
    
    Обслуживаемая зона помещения (зона обитания) — пространство в помещении, ограниченное плоскостями, параллельными полу и стенам: на высоте 0,1 и 2,0 м над уровнем пола (но не ближе чем 1 м от потолка при потолочном отоплении), на расстоянии 0,5 м от внутренних поверхностей наружных и внутренних стен, окон и отопительных приборов.
    
    Помещение с постоянным пребыванием людей — помещение, в котором люди находятся не менее 2 ч непрерывно или 6 ч суммарно в течение суток.
    
    Микроклимат помещения — состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемое показателями температуры воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха.
    
    Оптимальные параметры микроклимата — сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чем у 80 % людей, находящихся в помещении.
    
    Допустимые параметры микроклимата — сочетания значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать общее и локальное ощущение дискомфорта, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности при усиленном напряжении механизмов терморегуляции и не вызывают повреждений или ухудшения состояния здоровья.
    
    Холодный период года — период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха, равной 8 °С и ниже.
    
    Теплый период года — период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха выше 8 °С.
    
    Радиационная температура помещения — осредненная по площади температура внутренних поверхностей ограждений помещения и отопительных приборов.
    
    Результирующая температура помещения — комплексный показатель радиационной температуры помещения и температуры воздуха помещения, определяемый по приложению А.
    
    Температура шарового термометра — температура в центре тонкостенной полой сферы, характеризующая совместное влияние температуры воздуха, радиационной температуры и скорости движения воздуха.
    
    Локальная асимметрия результирующей температуры — разность результирующих температур в точке помещения, определенных шаровым термометром для двух противоположных направлений.
    
    Скорость движения воздуха — осредненная по объему обслуживаемой зоны скорость движения воздуха.
    
    

Классификация помещений

    
    
    Помещения 1 категории — помещения, в которых люди в положении лежа или сидя находятся в состоянии покоя и отдыха.
    
    Помещения 2 категории — помещения, в которых люди заняты умственным трудом, учебой.
    
    Помещения 3а категории — помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя без уличной одежды.
    
    Помещения 3б категории — помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя в уличной одежде.
    
    Помещения 3в категории — помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении стоя без уличной одежды.
    
    Помещения 4 категории — помещения для занятий подвижными видами спорта.
    
    Помещения 5 категории — помещения, в которых люди находятся в полураздетом виде (раздевалки, процедурные кабинеты, кабинеты врачей и т. п.).
    
    Помещения 6 категории — помещения с временным пребыванием людей (вестибюли, гардеробные, коридоры, лестницы, санузлы, курительные, кладовые).
    

    

3 Параметры микроклимата

    
    
    3.1 В помещениях жилых и общественных зданий следует обеспечивать оптимальные или допустимые нормы микроклимата в обслуживаемой зоне.
    
    3.2 Требуемые параметры микроклимата: оптимальные, допустимые или их сочетания — следует устанавливать в нормативных документах в зависимости от назначения помещения и периода года.
    
    3.3 Параметры, характеризующие микроклимат помещений:
    
    температура воздуха;
    
    скорость движения воздуха;
    
    относительная влажность воздуха;
    
    результирующая температура помещения;
    
    локальная асимметрия результирующей температуры.
    
    3.4 Оптимальные и допустимые нормы микроклимата в обслуживаемой зоне помещений (в установленных расчетных параметрах наружного воздуха) должны соответствовать значениям, приведенным в таблицах 1 и 2.
    
    

Таблица 1

    
    
Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне помещений жилых зданий и общежитий

    
    

Период года

Наименование помещения

Температура воздуха, °С

Результирующая температура, °С

Относительная влажность, %

Скорость движения воздуха, м/с

 

 

опти-
мальная

допус-
тимая

опти-
мальная

допус-
тимая

опти-
мальная

допус-
тимая, не более

опти-
маль-
ная, не более

допус-
тимая, не более

Холод-
ный

Жилая комната

20-22

18-24 (20-24)

19-20

17-23 (19-23)

45-30

60

0,15

0,2

 

То же, в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31 °С и ниже

21-23

20-24 (22-24)

20-22

19-23 (21-23)

45-30

60

0,15

0,2

 

Кухня

19-21

18-26

18-20

17-25

НН*

НН

0,15

0,2

 

Туалет

19-21

18-26

18-20

17-25

НН

НН

0,15

0,2

 

Ванная, совмещенный санузел

24-26

18-26

23-27

17-26

НН

НН

0,15

0,2

 

Помещения для отдыха и учебных занятий

20-22

18-24

19-21

17-23

45-30

60

0,15

0,2

 

Межквартирный коридор

18-20

16-22

17-19

15-21

45-30

60

0,15

0,2

 

Вестибюль, лестничная клетка

16-18

14-20

15-17

13-19

НН

НН

0,2

0,3

 

Кладовые

16-18

12-22

15-17

11-21

НН

НН

НН

НН

Теплый

Жилая комната

22-25

20-28

22-24

18-27

60-30

65

0,2

0,3


_____________________
    * НН — не нормируется
    
    Примечание — Значения в скобках относятся к домам для престарелых и инвалидов

    
    
Таблица 2

    
    
Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне общественных зданий

    
    


Период года


Наименование помещения или категория

Температура воздуха, °С

Результирующая температура, °С

Относительная влажность, %

Скорость движения воздуха, м/с

 

 

опти-
мальная

допус-
тимая

опти-
мальная

допус-
тимая

опти-
мальная

допус-
тимая, не более

опти-
маль-
ная, не более

допус-
тимая, не более

Холод-
ный

1 категория

20-22

18-24

19-20

17-23

45-30

60

0,2

0,3

 

2         «

19-21

18-23

18-20

17-22

45-30

60

0,2

0,3

 

3а       «

20-21

19-23

19-20

19-22

45-30

60

0,2

0,3

 

3б       «

14-16

12-17

13-15

13-16

45-30

60

0,2

0,3

 

3в       «

18-20

16-22

17-20

15-21

45-30

60

0,2

0,3

 

4         «

17-19

15-21

16-18

14-20

45-30

60

0,2

0,3

 

5         «

20-22

20-24

19-21

19-23

45-30

60

0,15

0,2

 

6         «

16-18

14-20

15-17

13-19

НН*

НН

НН

НН

 

Ванные, душевые

24-26

18-28

23-25

17-27

НН

НН

0,15

0,2

 

Детские дошкольные учреждения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Групповая раздевальная и туалет:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     для ясельных и младших групп

21-23

20-24

20-22

19-23

45-30

60

0,1

0,15

 

     для средних и дошкольных групп

19-21

18-25

18-20

17-24

45-30

60

0,1

0,15

 

Спальня:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     для ясельных и младших групп

20-22

19-23

19-21

18-22

45-30

60

0,1

0,15

 

     для средних и дошкольных групп

19-21

18-23

18-22

17-22

45-30

60

0,1

0,15

Теплый

Помещения с постоян-
ным пребыванием людей

23-25

18-28

22-24

19-27

60-30

65

0,3

0,5


_____________________
    * НН — не нормируется
    
    Примечание — Для детских дошкольных учреждений, расположенных в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31 °С и ниже, допустимую расчетную температуру воздуха в помещении следует принимать на 1 °С выше указанной в таблице

    
    
    Локальная асимметрия результирующей температуры должна быть не более 2,5 °С для оптимальных и не более 3,5 °С для допустимых показателей.
    
    3.5 При обеспечении показателей микроклимата в различных точках обслуживаемой зоны допускается:
    
    — перепад температуры воздуха не более 2 °С для оптимальных показателей и 3 °С — для допустимых;
    
    — перепад результирующей температуры помещения по высоте обслуживаемой зоны — не более 2 °С;
    
    — изменение скорости движения воздуха — не более 0,07 м/с для оптимальных показателей и 0,1 м/с — для допустимых;
    
    — изменение относительной влажности воздуха — не более 7 % для оптимальных показателей и 15 % — для допустимых.
    
    3.6 В общественных зданиях в нерабочее время допускается снижать показатели микроклимата при условии обеспечения требуемых параметров к началу рабочего времени.
    

    

4 Методы контроля

    
    
    4.1 Измерение показателей микроклимата в холодный период года следует выполнять при температуре наружного воздуха не выше минус 5 °С. Не допускается проведение измерений при безоблачном небе в светлое время суток.
    
    4.2 Для теплого периода года измерение показателей микроклимата следует выполнять при температуре наружного воздуха не ниже 15 °С. Не допускается проведение измерений при безоблачном небе в светлое время суток.
    
    4.3 Измерение температуры, влажности и скорости движения воздуха следует проводить в обслуживаемой зоне на высоте:
    
    — 0,1; 0,4 и 1,7 м от поверхности пола для детских дошкольных учреждений;
    
    — 0,1; 0,6 и 1,7 м от поверхности пола при пребывании людей в помещении преимущественно в сидячем положении;
    
    — 0,1; 1,1 и 1,7 м от поверхности пола в помещениях, где люди преимущественно стоят или ходят;
    
    — в центре обслуживаемой зоны и на расстоянии 0,5 м от внутренней поверхности наружных стен и стационарных отопительных приборов в помещениях, указанных в таблице 3.
    
    

Таблица 3

    
    
Места проведения измерений

    
    

Вид зданий

Выбор помещения

Место измерений

Одноквартирные

Не менее чем в двух комнатах площадью более 5 м каждая, имеющая две наружные стены или комнаты с большими окнами, площадь которых составляет 30 % и более площади наружныx стен

 

 

Многоквартирные

Не менее чем в двух комнатах площадью более 5 м каждая в квартирах на первом и последнем этажах

В центре плоскостей, отстоящих от внутренней поверхности наружной стены и отопительного прибора на 0,5 м и в центре помещения (точке пересечения диагональных линий помещения) на высоте, указанной в 4.3

Гостиницы, мотели, больницы, детские учреждения, школы

В одной угловой комнате 1-го или последнего этажа

 

Другие общественные и административно-
бытовые

В каждом представительном помещении

То же, в помещениях площадью 100 м и более измерения осуществляются на участках, размеры которых регламентированы в 4.3

    
    
    В помещениях площадью более 100 м измерение температуры, влажности и скорости движения воздуха следует проводить на равновеликих участках, площадь которых должна быть не более 100 м.
    
    4.4 Температуру внутренней поверхности стен, перегородок, пола, потолка следует измерять в центре соответствующей поверхности.
    
    Для наружных стен со светопроемами и отопительными приборами температуру на внутренней поверхности следует измерять в центрах участков, образованных линиями, продолжающими грани откосов светопроема, а также в центре остекления и отопительного прибора.
    
    4.5 Результирующую температуру помещения следует вычислять по формулам, указанным в приложении А. Измерения температуры воздуха проводят в центре помещения на высоте 0,6 м от поверхности пола для помещений с пребыванием людей в положении сидя и на высоте 1,1 м в помещениях с пребыванием людей в положении стоя либо по температурам окружающих поверхностей ограждений (приложение А), либо по данным измерений шаровым термометром (приложение Б).
    
    4.6 Локальную асимметрию результирующей температуры следует вычислять для точек, указанных в 4.5, по формуле
    

                                                               (1)

    
где и — температуры, °С, измеренные в двух противоположных направлениях шаровым термометром (приложение Б).
    
    4.7 Относительную влажность в помещении следует измерять в центре помещения на высоте 1,1 м от пола.
    
    4.8 При ручной регистрации показателей микроклимата следует выполнять не менее трех измерений с интервалом не менее 5 мин, при автоматической регистрации — следует проводить измерения в течение 2 ч. При сравнении с нормативными показателями принимают среднее значение измеренных величин.
    
    Измерение результирующей температуры следует начинать через 20 мин после установки шарового термометра в точке измерения.
    
    4.9 Показатели микроклимата в помещениях следует измерять приборами, прошедшими регистрацию и имеющими соответствующий сертификат.
    
    Диапазон измерения и допустимая погрешность измерительных приборов должны соответствовать требованиям таблицы 4.
    
    

Таблицa 4

    
    
Требования к измерительным приборам

    
    

Наименование показателя

Диапазон измерений

Предельное отклонение

Температура внутреннего воздуха, °С

    От 5   до 40

0,1

Температура внутренней поверхности ограждений, °С

      »   0    » 50

0,1

Температура поверхности отопительного прибора, °С

      »   5    » 90

0,1

Результирующая температура помещения, °С

      »   5    » 40

0,1

Относительная влажность воздуха, %

      »  10   » 90

5,0

Скорость движения воздуха, м/с

      » 0,05 » 0,6

0,05

    

    
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)

    
    
Расчет результирующей температуры помещения

    
    
    Результирующую температуру помещения при скорости движения воздуха до 0,2 м/с следует определять по формуле
    

                                                                           (А.1)

    
где — температура воздуха в помещении, °С;

       — радиационная температура помещения, °С.
    
    Результирующую температуру помещения следует принимать при скорости движения воздуха до 0,2 м/с равной температуре шарового термометра при диаметре сферы 150 мм.
    
    При скорости движения воздуха от 0,2 до 0,6 м/с следует определять по формуле
    

= 0,6 + 0,4 .                                                                   (А.2)

    
    Радиационную температуру следует вычислять:
    
    по температуре шарового термометра по формуле
    

                                                                  (А.3)

    
где — температура по шаровому термометру, °С;

      — константа, равная 2,2 при диаметре сферы до 150 мм  либо определяемая по приложению Б;

       — скорость движения воздуха, м/с.
    
    по температурам внутренних поверхностей ограждений и отопительных приборов
    

                                                              (А.4)

    
где — площадь внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов, м;

       — температура внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов, °С.
    
    

ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(справочное)

    
    
Устройство шарового термометра

    
    
    Шаровой термометр для определения результирующей температуры представляет собой зачерненную снаружи (степень черноты поверхности не ниже 0,95) полую сферу, изготовленную из меди или другого теплопроводного материала, внутри которой помещен либо стеклянный термометр, либо термоэлектрический npeoбpазoватель.
    
    Шаровой термометр для определения локальной асимметрии результирующей температуры представляет собой полую сферу, у которой одна половина шара имеет зеркальную поверхность (cтeпень черноты поверхности не выше 0,05), а другая — зачерненную поверхность (степень черноты поверхности не ниже 0,95).
    
    Измеряемая в центре шара температура шарового термометра является равновесной температурой от радиационного и конвективного теплообмена между шаром и окружающей средой.
    
    Рекомендуемый диаметр сферы 150 мм. Толщина стенок сферы минимальная, например из меди — 0,4 мм. Зеркальную поверхность образуют гальваническим методом путем нанесения хромового покрытия. Допускаются наклеивание полированной фольги и другие способы. Диапазон измерений от 10 до 50 °С. Время нахождения шарового термометра в точке замера перед измерением не менее 20 мин. Точность измерений при температуре от 10 до 50 °С — 0,1 °С.
    
    При использовании сферы другого диаметра константу следует определять по формуле
    

= 2,2 (0,15/),                                                            (Б.1)

    
где — диаметр сферы, м.
    
    
Текст документа сверен по:
официальное издание
МНТКС — М.: Госстрой России,
ГУП ЦПП, 1999

Микроклимат в помещении. Словарь терминов

Термин Определение

Допустимые параметры микроклимата

сочетания значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать общее и локальное ощущение дискомфорта, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности при усиленном напряжении механизмов терморегуляции и не вызывают повреждений или ухудшения состояния здоровья.

Локальная асимметрия результирующей температуры

разность результирующих температур в точке помещения, определенных шаровым термометром для двух противоположных направлений.

Микроклимат помещения

состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемое показателями температуры воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха.

Обслуживаемая зона помещения (зона обитания)

пространство в помещении, ограниченное плоскостями, параллельными полу и стенам: на высоте 0,1 и 2,0 м над уровнем пола (но не ближе чем 1 м от потолка при потолочном отоплении), на расстоянии 0,5 м от внутренних поверхностей наружных и внутренних стен, окон и отопительных приборов.

Оптимальные и допустимые нормы микроклимата в обслуживаемой зоне помещений

нормы, соответствующие требованиям действующих нормативных документов:

см. таблицу Оптимальные и допустимые нормы микроклимата в обслуживаемой зоне помещений

Оптимальные параметры микроклимата

сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чем у 80 % людей, находящихся в помещении.

Параметры, характеризующие микроклимат помещений

основные параметры:
относительная влажность воздуха;
скорость движения воздуха;
температура воздуха;
результирующая температура помещения;
локальная асимметрия результирующей температуры.

Помещение с постоянным пребыванием людей

помещение, в котором люди находятся не менее 2 ч непрерывно или 6 ч суммарно в течение суток.

Помещения 1 категории

помещения, в которых люди в положении лежа или сидя находятся в состоянии покоя и отдыха.

Помещения 2 категории

помещения, в которых люди заняты умственным трудом, учебой.

Помещения 3а категории

помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя без уличной одежды.

Помещения 3б категории

помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя в уличной одежде.

Помещения 3в категории

помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении стоя без уличной одежды.

Помещения 4 категории

помещения для занятий подвижными видами спорта.

Помещения 5 категории

помещения, в которых люди находятся в полураздетом виде (раздевалки, процедурные кабинеты, кабинеты врачей и т. п.).

Помещения 6 категории

помещения с временным пребыванием людей (вестибюли, гардеробные, коридоры, санузлы, кладовые).

Радиационная температура помещения

осредненная по площади температура внутренних поверхностей ограждений помещения и отопительных приборов.

Результирующая температура помещения

комплексный показатель радиационной температуры помещения и температуры воздуха помещения, определяемый по приложению А.

Скорость движения воздуха

осредненная по объему обслуживаемой зоны скорость движения воздуха.

Температура шарового термометра

температура в центре тонкостенной полой сферы, характеризующая совместное влияние температуры воздуха, радиационной температуры и скорости движения воздуха.

Теплый период года

период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха выше 8 °С.

Требуемые параметры микроклимата

оптимальные или допустимые параметры, которые следует устанавливать в нормативных документах в зависимости от назначения помещения и периода года.

Холодный период года

период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха, равной 8 °С и ниже.

Радиационный и тепловой комфорт для помещений

В большинстве рабочих мест температурный комфорт считается чем-то само собой разумеющимся. Мы ожидаем, что место, где мы работаем, должно быть удобной средой, которая защитит нас от летнего зноя или зимнего холода. С научной точки зрения, наши тела предназначены для работы в очень узком диапазоне около 37 градусов по Цельсию. Если температура нашего тела немного падает или повышается, мы можем дрожать или потеть и чувствовать необходимость добавить или снять одежду. Однако сегодня во многих офисных помещениях использование рабочей одежды довольно ограничено, поэтому сотрудники не могут закутаться в одеяло, чтобы согреться, или раздеться, чтобы охладиться.Некомфортная температура в помещении может повлиять на то, как мы работаем, и не только на наше общее чувство удовлетворения.

Если человеку слишком жарко, исследования показывают, что он становится намного менее продуктивным. Слишком холодно, и они могут отвлечься от работы или печатать медленнее. Воздушный поток также играет ключевую роль в тепловом комфорте. Хотя сквозняки нежелательны, движение свежего воздуха по комнате может сильно повлиять на самочувствие, улучшить качество воздуха в помещении и даже помочь избежать распространения простудных заболеваний.По этой причине тепловой комфорт становится важным как для работников, так и для работодателей. Инженеры, ответственные за проектирование жилых или промышленных зданий, должны оценивать и оптимизировать тепловой комфорт, чтобы обеспечить максимально комфортную внутреннюю среду. И это намного проще сделать с помощью программного обеспечения для проектирования HVAC и инструментов для моделирования.

Узнайте больше о важности теплового комфорта в общественных местах в этом дизайне классной комнаты с Ramboll UK.

Проводимость, конвекция и излучение — как передается тепло

Введение выделяет две ключевые области теплового комфорта; Температура воздуха и движение воздуха.И то, и другое можно контролировать и улучшать с помощью определенных устройств, таких как обогреватели и кондиционеры, вентиляторы и вентиляционные отверстия, или даже тактики естественной вентиляции. Это связано с тем, как передается тепло. Одним из способов передачи тепла является теплопроводность, когда два объекта вступают в контакт, их частицы сталкиваются, и энергия передается от одного к другому. Два других типа теплопередачи, представляющие особый интерес для этого проекта, — это конвекция и излучение, которые происходят без необходимости физического соприкосновения двух объектов.При конвективном теплообмене тепло переносится жидкостью (например, воздухом или водой). А при тепловом излучении тепло передается фотонами в электромагнитных волнах, поэтому не требует среды. Это свойство теплового излучения является ключевым отличием конвективной теплопередачи и должно быть включено в вычислительное гидродинамическое (CFD) моделирование для достижения реалистичных результатов теплового комфорта в помещении.

Тепловое моделирование, показывающее тепло, излучаемое панелями на потолке и в офисное помещение

Наш сценарий: излучение и тепловой комфорт в помещениях

Раньше было сложно включить эффекты радиации в моделирование HVAC, что приводило к смещениям в случаях, связанных с более высокими температурами.Теперь мы можем моделировать конвективный теплообмен, кондуктивный теплообмен и тепловое излучение на одной платформе, чтобы легко увидеть, как тепло перемещается в помещении и как оно влияет на объекты, поверхности и обитателей. Поскольку люди сами являются источниками тепла, они также включены в моделирование. Это позволит провести четкий анализ тепловых характеристик представленного смоделированного офисного проекта.

Настройка моделирования

Эта симуляция оценивает температурный комфорт в офисном помещении.Это был стационарный анализ с использованием модели турбулентности k-omega SST. Модель CAD включала нагревательные панели и воздухозаборники на потолке, а также воздуховыпускные отверстия на одной боковой стене. Воздух, настроенный на температуру 17°C, должен был поступать в помещение со скоростью 0,5 м/с. Мебель и стены были смоделированы как адиабатические, чтобы они не теряли тепло, но цилиндры, представляющие людей, были установлены как источники тепла мощностью 50 Вт/м2, чтобы представить тепловые потери тела среднего человека. Считалось, что все поверхности, включая прозрачные окна, имеют излучательную способность 0.9, поскольку коэффициент теплового излучения большинства материалов, используемых в офисе, будет примерно таким. Анализ проводится в рамках конвективного теплообмена с излучением, чтобы сделать сравнительные выводы.

Сравнительные результаты: победа радиации

Используя только конвективный теплообмен, тепло поднимается и накапливается на потолке, оставляя нижнюю часть помещения и людей холодными. Это неравномерное распределение связано с тем, что при моделировании учитывается только конвекционный ток.В результате температура воздуха колеблется между крайними значениями (слишком жарко или слишком холодно) на уровне пола или потолка, а средняя температура воздуха и поверхности ниже комфортной. При включенном излучении аналитическая разница очевидна. Распределение тепла гораздо более равномерное, меньше тепла концентрируется на потолке и нет холодных участков. Видно, что тепло излучается на мебель, людей и землю, что улучшает температуру на уровне плеч и создает гораздо более комфортные условия для работы.

Воздушные потоки в офис из потолочного воздухозаборника

Как уже упоминалось, поток воздуха также является ключевым фактором для обеспечения теплового комфорта.В этом моделировании воздушного потока сравнение только конвекции и излучения указывает на разницу в линиях тока скорости. При конвективной теплопередаче вертикальные линии тока показывают преобладающее вертикальное движение, когда теплый воздух выталкивается к потолку. При включенном излучении линии скорости потока показывают более высокие уровни бокового движения и рециркуляции воздуха, отражая гораздо более равномерное распределение воздуха и тепла в комнате и в других комнатах.

Посмотрите подробный обзор этой симуляции и результаты в записи вебинара, доступной здесь.

Новые возможности с излучением в моделировании CFD

Невозможно было бы увидеть эти результаты, если бы в симуляцию нельзя было ввести эффекты радиации. Благодаря новой возможности включать излучение и моделировать различные источники нагрева или охлаждения в моделирование SimScale, проектировщики могут с большей точностью оценивать тепловой комфорт в помещении или во всем здании. Это приводит к термически оптимизированным конструкциям с обоснованными решениями о том, где включить нагревательные или охлаждающие устройства или требуется ли вентиляция.В целом, более качественная информация приводит к улучшению теплового комфорта и, как в данном случае, к повышению удовлетворенности сотрудников.

Чтобы узнать больше об анализе радиационного теплообмена с помощью SimScale, ознакомьтесь с нашей документацией.

Другие ресурсы теплового комфорта:


Влияние излучения на датчики температуры воздуха в помещении: экспериментальная оценка погрешностей измерения и методы улучшения

https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2020.110082Получить права и содержимое

Основные моменты:

Погрешности измерения температуры воздуха в помещении могут быть значительными.

Погрешности от радиационного воздействия трудно рассчитать, лучше экспериментальная оценка.

Радиационная чувствительность датчиков температуры определяется коэффициентом радиационной чувствительности.

Радиационное воздействие можно уменьшить, напылив золото на поверхность датчика термистора.

Радиационное воздействие можно уменьшить, удалив изоляцию на конце термопары.

Abstract

Влияние излучения на обычно используемые датчики температуры для измерения температуры воздуха в помещении может быть значительным, особенно при обычно низких скоростях воздуха в помещении. Концептуально физический датчик может не считывать истинную температуру воздуха, он считывает только собственную температуру, и, будучи твердым телом, он будет обмениваться энергией с окружающими поверхностями (стенами, окнами и т.) через излучение. В настоящем исследовании влияние радиации на измерения температуры воздуха в помещении было исследовано экспериментально, а погрешности количественно оценены простыми словами. Были изучены меры по снижению воздействия на некоторые распространенные датчики температуры. Был построен специальный испытательный стенд для имитации типичного воздушного потока и условий излучения в помещении. Предполагается, что воздействие радиации на датчик температуры определяется коэффициентом чувствительности , определяемый как RSF = H RAD / H COV , , H RAD h усл – коэффициенты теплоотдачи для излучения и конвекции соответственно.Как следует из этого определения, чувствительность к излучению зависит от размера, геометрии и коэффициента излучения датчика температуры. Коэффициент радиационной чувствительности, уникальный для каждого типа датчиков, измерялся для некоторых распространенных типов термисторов и термопар. Показано, что радиационные погрешности могут быть уменьшены на 60-80 % для термисторов за счет уменьшения их коэффициента излучения за счет напыления золота, а для термопар за счет снятия изоляции на самой внешней части выводов их датчиков.

Ключевые слова

Измерение температуры воздуха

Радиационные погрешности

Датчик температуры

Термистор

Термопара

Рекомендованные статьиСсылки на статьи (0)

20002 © The. Опубликовано Elsevier Inc.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Ранее обсуждались все вещи, которые излучают температуру. Количество энергии, выделяемой объектом, соответствует четвертой степени его абсолютной температуры

.

Уравнение 9.1

где T k — градусы Кельвина. Чтобы преобразовать комнатную температуру 68 ° F (20 ° C) в абсолютную температуру (или шкалу Кельвина), добавьте 273 к значению по Цельсию. Следовательно, комнатная температура по шкале Кельвина равна 293°К. Чтобы найти количество энергии, выделяемой чем-либо, возведите его температуру по Кельвину в четвертой степени. Затем умножьте его на постоянную Стефана-Больцмана, , названный в честь людей, которые придумали это соотношение, и фактор, называемый излучательной способностью, .Излучательная способность — это число, которое варьируется от 0 до 1 (будет обсуждаться позже в уроке). Таким образом, полная излучаемая энергия определяется уравнением

Уравнение 9.2

Постоянная Стефана-Больцмана преобразуется в единицы энергии (ватты, эрги или калории в зависимости от используемой системы единиц). Важно помнить, что количество энергии, выделяемой чем-либо, пропорционально четвертой степени его абсолютной температуры.

Учебный вопрос 9.3
Сколько энергии излучает ящик при комнатной температуре с коэффициентом излучения 0,95?
Постоянная Стефана-Больцмана: 5,67 x 10 -8 Wm -2 К -4

Сколько энергии излучает солнце (температура 6000 К) с коэффициентом излучения 0,99?

Эта взаимосвязь многое объясняет в отношении количества тепла, выделяемого предметами.

Довольно часто вам не нужно слишком много знать о количестве энергии.Что вам нужно знать, так это температуру. Если что-то излучает по тому же правилу, нам придется смотреть на две температуры. Как показано в уравнении 9.2, коэффициент излучения уменьшает выходную энергию объекта. Измеренная температура будет называться кажущейся температурой, T app . Кажущаяся температура будет казаться ниже из-за уменьшения излучения коэффициентом излучения. Кажущаяся температура, возведенная в четвертую степень (T app 4 ), будет равна коэффициенту излучения, умноженному на истинную температуру (T true 4 ), возведенную в четвертую степень.Значение, которое видит спутник, является кажущейся температурой. Если бы спутник смотрел на землю с фактической температурой 294 К, спутник увидел бы некоторую кажущуюся температуру (назовем ее T приложением , без в четвертой степени), которая равна корню четвертой степени излучательной способности поверхности четвертой степени. мощность истинной температуры.

Учебный вопрос 9.4
Какую температуру увидит спутник, глядя на поверхность с коэффициентом излучения 0,96 и температурой 270 К?

Принципы нагрева и охлаждения

Понимание того, как тепло передается снаружи в ваш дом и из вашего дома в ваше тело, важно для понимания проблемы поддержания прохлады в вашем доме.Понимание процессов, которые помогают охлаждать ваше тело, важно для понимания стратегий охлаждения вашего дома.

Принципы теплопередачи

Тепло передается от объектов, таких как вы и ваш дом, посредством трех процессов: проводимости, излучения и конвекции.

Теплопроводность — тепло, проходящее через твердый материал. В жаркие дни тепло передается в ваш дом через крышу, стены и окна. Теплоотражающие крыши, изоляция и энергосберегающие окна помогут уменьшить эту теплопроводность.

Излучение — это тепло, распространяющееся в виде видимого и невидимого света. Солнечный свет является очевидным источником тепла для дома. Кроме того, невидимое инфракрасное излучение с низкой длиной волны может переносить тепло непосредственно от теплых объектов к более холодным объектам. Благодаря инфракрасному излучению вы можете почувствовать тепло горячей конфорки на плите даже с другого конца комнаты. Старые окна позволяют инфракрасному излучению, исходящему от теплых предметов снаружи, проникать в ваш дом; оттенки могут помочь блокировать это излучение.Новые окна имеют низкоэмиссионное покрытие, блокирующее инфракрасное излучение. Инфракрасное излучение также переносит тепло ваших стен и потолка прямо к вашему телу.

Конвекция – это еще один способ передачи тепла от стен и потолка к вам. Горячий воздух естественным образом поднимается вверх, отводя тепло от стен и заставляя его циркулировать по всему дому. Когда горячий воздух проходит мимо вашей кожи (и вы его вдыхаете), он согревает вас.

Охлаждение тела

Ваше тело может охлаждаться посредством трех процессов: конвекции, излучения и потоотделения.Вентиляция усиливает все эти процессы. Вы также можете охлаждать свое тело с помощью теплопроводности — например, некоторые автокресла теперь оснащены охлаждающими элементами — но это обычно нецелесообразно для использования в вашем доме.

Конвекция происходит, когда тепло отводится от вашего тела через движущийся воздух. Если окружающий воздух холоднее вашей кожи, воздух будет поглощать ваше тепло и подниматься вверх. Когда теплый воздух поднимается вокруг вас, более холодный воздух занимает его место и поглощает больше вашего тепла.Чем быстрее движется этот воздух, тем прохладнее вы себя чувствуете.

Излучение возникает, когда тепло излучается через пространство между вами и предметами в вашем доме. Если объекты теплее вас, тепло будет двигаться к вам. Отвод тепла через вентиляцию снижает температуру потолка, стен и предметов обстановки. Чем прохладнее ваше окружение, тем больше тепла вы будете излучать на объекты, а не наоборот.

Пот может вызывать дискомфорт, и многие люди предпочли бы сохранять прохладу без него.Однако в жаркую погоду и при физических нагрузках потоотделение является мощным охлаждающим механизмом организма. Когда влага покидает поры вашей кожи, она уносит с собой много тепла, охлаждая ваше тело. Если ветерок (вентиляция) проходит над вашей кожей, эта влага испаряется быстрее, и вам становится еще прохладнее.

Учебное пособие по физике

Если вы следили за этим уроком с самого начала, значит, вы постепенно углубляли свое понимание температуры и тепла.Вы должны разработать модель материи, состоящей из частиц, которые вибрируют (качаются вокруг фиксированного положения), перемещаются (перемещаются из одного места в другое) и даже вращаются (вращаются вокруг воображаемой оси). Эти движения сообщают частицам кинетическую энергию. Температура является мерой среднего количества кинетической энергии, которой обладают частицы в образце вещества. Чем больше частицы вибрируют, перемещаются и вращаются, тем выше температура объекта. Надеюсь, вы усвоили понимание тепла как потока энергии от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой.Именно разница температур между двумя соседними объектами вызывает этот теплообмен. Теплопередача продолжается до тех пор, пока два объекта не достигнут теплового равновесия и не будут иметь одинаковую температуру. Обсуждение теплопередачи было построено вокруг некоторых повседневных примеров, таких как охлаждение кружки горячего кофе и нагревание банки холодной газировки. Наконец, мы провели мысленный эксперимент, в котором металлическая банка с горячей водой помещается в пенопластовый стакан с холодной водой.Тепло передается от горячей воды к холодной воде до тех пор, пока оба образца не будут иметь одинаковую температуру.

Теперь мы должны исследовать некоторые из следующих вопросов:

  • Что происходит на уровне частиц, когда энергия передается между двумя объектами?
  • Почему тепловое равновесие всегда устанавливается, когда два тела передают тепло?
  • Как работает теплопередача в объеме объекта?
  • Существует ли более одного метода теплопередачи? Если да, то чем они похожи и чем отличаются друг от друга?

Проводимость — вид частиц

Давайте начнем обсуждение с возвращения к нашему мысленному эксперименту, в котором металлическая банка с горячей водой была помещена в пенопластовый стакан с холодной водой.Тепло передается от горячей воды к холодной воде до тех пор, пока оба образца не будут иметь одинаковую температуру. В этом случае передачу тепла от горячей воды через металлическую банку к холодной воде иногда называют теплопроводностью. Кондуктивный тепловой поток включает передачу тепла из одного места в другое в отсутствие какого-либо потока материала. Нет ничего физического или материального, перемещающегося из горячей воды в холодную. Только энергия передается от горячей воды к холодной воде.Кроме потери энергии, от горячей воды не остается ничего другого. И кроме прироста энергии в холодную воду больше ничего не входит. Как это произошло? Какой механизм делает возможным кондуктивный поток тепла?

Такой вопрос относится к уровню частиц. Чтобы понять ответ, мы должны думать о материи как о состоящей из мельчайших частиц атомов, молекул и ионов. Эти частицы находятся в постоянном движении; это дает им кинетическую энергию.Как упоминалось ранее в этом уроке, эти частицы перемещаются по пространству контейнера, сталкиваясь друг с другом и со стенками своего контейнера. Это известно как поступательная кинетическая энергия и является основной формой кинетической энергии для газов и жидкостей. Но эти частицы также могут колебаться вокруг фиксированного положения. Это дает частицам колебательную кинетическую энергию и является основной формой кинетической энергии для твердых тел. Проще говоря, материя состоит из маленьких шевелений и маленьких хлопушек.Вигглеры — это те частицы, которые колеблются вокруг фиксированного положения. Они обладают колебательной кинетической энергией. Бэнгеры — это те частицы, которые движутся через контейнер с поступательной кинетической энергией и сталкиваются со стенками контейнера.

Стенки контейнера представляют собой периметр образца материи. Точно так же, как периметр вашей собственности (как в случае недвижимости) является самым дальним расширением собственности, так и периметр объекта является самым дальним расширением частиц в образце материи.По периметру маленькие сосиски сталкиваются с частицами другого вещества — частицами контейнера или даже окружающего воздуха. Даже закрепленные по периметру вигглеры немного стучат. Находясь по периметру, их покачивание приводит к столкновениям с частицами, находящимися рядом с ними; это частицы контейнера или окружающего воздуха.

На этом периметре или границе столкновения маленьких сопел и вигглеров являются упругими столкновениями, при которых общая кинетическая энергия всех сталкивающихся частиц сохраняется.Чистый эффект этих упругих столкновений заключается в передаче кинетической энергии через границу частицам на противоположной стороне. Более энергичные частицы теряют немного кинетической энергии, а менее энергичные частицы приобретают немного кинетической энергии. Температура является мерой среднего количества кинетической энергии, которой обладают частицы в образце вещества. Таким образом, в среднем в объекте с более высокой температурой с большей кинетической энергией больше частиц, чем в объекте с более низкой температурой.Поэтому, когда мы усредняем все столкновения вместе и применяем принципы, связанные с упругими столкновениями, к частицам в образце вещества, логично заключить, что объект с более высокой температурой потеряет часть кинетической энергии, а объект с более низкой температурой приобретет некоторую кинетическую энергию. . Столкновения наших маленьких сопел и вигглеров будут продолжать передавать энергию до тех пор, пока температуры двух объектов не станут одинаковыми. Когда это состояние теплового равновесия достигнуто, средняя кинетическая энергия частиц обоих объектов равна.При тепловом равновесии количество столкновений, приводящих к выигрышу энергии, равно количеству столкновений, приводящих к потере энергии. В среднем нет чистой передачи энергии в результате столкновений частиц на периметре.

На макроскопическом уровне тепло — это передача энергии от объекта с высокой температурой к объекту с низкой температурой. На уровне частиц тепловой поток можно объяснить с точки зрения чистого эффекта столкновений целой группы маленьких сопел .Нагрев и охлаждение являются макроскопическим результатом этого явления на уровне частиц. Теперь давайте применим этот вид частиц к сценарию с металлической банкой с горячей водой, расположенной внутри пенопластового стакана с холодной водой. В среднем частицы с наибольшей кинетической энергией имеют частицы горячей воды. Будучи жидкостью, эти частицы движутся с поступательной кинетической энергией и ударяются о частицы металлической банки. Когда частицы горячей воды ударяются о частицы металлической банки, они передают энергию металлической банке.Это нагревает металлическую банку. Большинство металлов являются хорошими теплопроводниками, поэтому они довольно быстро нагреваются по всему объему банки. Банка принимает почти ту же температуру, что и горячая вода. Будучи твердым телом, металлическая банка состоит из маленьких шевелек . Вигглеры по внешнему периметру металла могут удариться о частиц в холодной воде. Столкновения между частицами металла и частицами холодной воды приводят к передаче энергии холодной воде.Это медленно нагревает холодную воду. Взаимодействие между частицами горячей воды, металлической банки и холодной воды приводит к передаче энергии наружу от горячей воды к холодной воде. Средняя кинетическая энергия частиц горячей воды постепенно уменьшается; средняя кинетическая энергия частиц холодной воды постепенно увеличивается; и, в конце концов, тепловое равновесие будет достигнуто в точке, когда частицы горячей и холодной воды будут иметь одинаковую среднюю кинетическую энергию.На макроскопическом уровне можно было бы наблюдать снижение температуры горячей воды и повышение температуры холодной воды.

Механизм, в котором тепло передается от одного объекта к другому через столкновения частиц, известен как теплопроводность. При проведении нет чистой передачи физического материала между объектами. Ничто материальное не перемещается через границу. Изменения температуры полностью объясняются как результат выигрыша и потери кинетической энергии при столкновениях.

 

Проведение через объем объекта

Мы обсудили, как тепло передается от одного объекта к другому посредством теплопроводности. Но как он проходит через объем объекта? Например, предположим, что мы достаем из шкафа керамическую кофейную кружку и ставим ее на столешницу. Кружка находится при комнатной температуре — может быть, при 26°C. Затем предположим, что мы наполняем керамическую кофейную кружку горячим кофе с температурой 80°C.Кружка быстро нагревается. Энергия сначала поступает в частицы на границе между горячим кофе и керамической кружкой. Но затем она течет через объем керамики ко всем частям керамической кружки. Как происходит теплопроводность в самой керамике?

Механизм передачи тепла через объем керамической кружки описан аналогично предыдущему. Керамическая кружка состоит из набора упорядоченно расположенных шевелек. Это частицы, которые колеблются вокруг фиксированного положения.Когда керамические частицы на границе между горячим кофе и кружкой нагреваются, они приобретают кинетическую энергию, которая намного выше, чем у их соседей. Когда они извиваются более энергично, они врезаются в своих соседей и увеличивают свою кинетическую энергию колебаний. Эти частицы, в свою очередь, начинают более энергично раскачиваться, а их столкновения с соседями увеличивают их кинетическую энергию колебаний. Процесс передачи энергии с помощью маленьких сопел продолжается от частиц внутри кружки (соприкасающихся с частицами кофе) к внешней стороне кружки (соприкасающихся с окружающим воздухом).Вскоре вся кофейная кружка станет теплой, и ваша рука это почувствует.

Этот механизм проводимости за счет взаимодействия между частицами очень распространен в керамических материалах, таких как кофейная кружка. Работает ли это так же в металлических предметах? Например, вы, вероятно, замечали высокие температуры, достигаемые металлической ручкой сковороды, поставленной на плиту. Горелки на плите передают тепло металлической сковороде. Если ручка сковороды металлическая, она тоже нагревается до высокой температуры, достаточно высокой, чтобы вызвать сильный ожог.Передача тепла от сковороды к ручке сковороды происходит за счет теплопроводности. Но в металлах механизм проводимости несколько сложнее. Подобно электропроводности, теплопроводность в металлах возникает за счет движения свободных электронов . Электроны внешней оболочки атомов металла распределены между атомами и могут свободно перемещаться по объему металла. Эти электроны переносят энергию от сковороды к ручке сковороды. Детали этого механизма теплопроводности в металлах значительно сложнее, чем приведенное здесь обсуждение.Главное, что нужно понять, это то, что передача тепла через металлы происходит без какого-либо движения атомов от сковороды к ручке сковороды. Это квалифицирует передачу тепла как класс теплопроводности.

Теплопередача конвекцией

Является ли теплопроводность единственным средством передачи тепла? Может ли тепло передаваться через объем тела другими способами, кроме теплопроводности? Ответ положительный. Модель передачи тепла через керамическую кофейную кружку и металлическую сковороду включала теплопроводность.Керамика кофейной кружки и металл сковороды — твердые тела. Передача тепла через твердые тела происходит путем теплопроводности. Это в первую очередь связано с тем, что твердые тела имеют упорядоченное расположение частиц, которые зафиксированы на месте. Жидкости и газы не очень хорошие проводники тепла. На самом деле они считаются хорошими теплоизоляторами. Тепло обычно не проходит через жидкости и газы посредством теплопроводности. Жидкости и газы — это жидкости; их частицы не закреплены на месте; они перемещаются по большей части образца материи.Модель, используемая для объяснения переноса тепла через объем жидкостей и газов, включает конвекцию. Конвекция — это процесс переноса тепла из одного места в другое за счет движения жидкостей. Движущаяся жидкость несет с собой энергию. Жидкость течет из места с высокой температурой в место с низкой температурой.

Чтобы понять конвекцию в жидкостях, давайте рассмотрим передачу тепла через воду, которая нагревается в кастрюле на плите. Конечно, источником тепла является горелка печки.Металлический горшок, в котором находится вода, нагревается горелкой печи. Когда металл нагревается, он начинает отдавать тепло воде. Вода на границе с металлическим поддоном становится горячей. Жидкости расширяются при нагревании и становятся менее плотными. Так как вода на дне горшка становится горячей, ее плотность уменьшается. Различия в плотности воды между дном и верхом горшка приводят к постепенному формированию циркуляционных течений . Горячая вода начинает подниматься наверх кастрюли, вытесняя более холодную воду, которая была там изначально.А более холодная вода, которая была наверху горшка, движется ко дну горшка, где она нагревается и начинает подниматься. Эти циркуляционные потоки медленно развиваются с течением времени, обеспечивая путь для передачи энергии нагретой воде со дна горшка на поверхность.

Конвекция также объясняет, как электрический обогреватель, размещенный на полу холодильной камеры, нагревает воздух в комнате. Воздух, находящийся возле змеевиков нагревателя, нагревается. По мере нагревания воздух расширяется, становится менее плотным и начинает подниматься вверх.Когда горячий воздух поднимается вверх, он отталкивает часть холодного воздуха в верхней части комнаты в сторону. Холодный воздух перемещается в нижнюю часть помещения, заменяя поднявшийся горячий воздух. Когда более холодный воздух приближается к обогревателю в нижней части комнаты, он нагревается от обогревателя и начинает подниматься вверх. И снова медленно формируются конвекционные потоки. По этим путям проходит воздух, разнося с собой энергию от обогревателя по всему помещению.

Конвекция является основным методом передачи тепла в таких жидкостях, как вода и воздух.Часто говорят, что в таких ситуациях теплоты поднимается . Более подходящее объяснение состоит в том, что нагретая жидкость поднимается вверх . Например, когда нагретый воздух поднимается от обогревателя на пол, он уносит с собой более энергичные частицы. Поскольку более энергичные частицы нагретого воздуха смешиваются с более холодным воздухом у потолка, средняя кинетическая энергия воздуха у потолка помещения увеличивается. Это увеличение средней кинетической энергии соответствует повышению температуры.Конечным результатом подъема горячей жидкости является передача тепла из одного места в другое. Конвекционный способ теплопередачи всегда предполагает перенос тепла движением вещества. Это не следует путать с теорией калорий, обсуждавшейся ранее в этом уроке. В теории калорий теплота была жидкостью, а движущаяся жидкость была теплотой. Наша модель конвекции рассматривает тепло как передачу энергии, которая является просто результатом движения более энергичных частиц.

Обсуждаемые здесь два примера конвекции — нагрев воды в котле и нагрев воздуха в комнате — являются примерами естественной конвекции.Движущая сила циркуляции жидкости естественна — разница в плотности между двумя точками в результате нагрева жидкости в каком-то источнике. (Некоторые источники вводят понятие выталкивающей силы, чтобы объяснить, почему нагретые жидкости поднимаются вверх. Мы не будем здесь останавливаться на таких объяснениях.) Естественная конвекция распространена в природе. Земные океаны и атмосфера нагреваются за счет естественной конвекции. В отличие от естественной конвекции, принудительная конвекция предполагает перемещение жидкости из одного места в другое с помощью вентиляторов, насосов и других устройств.Многие системы домашнего отопления предполагают принудительное воздушное отопление. Воздух нагревается в печи и продувается вентиляторами через воздуховоды и выбрасывается в помещения через вентиляционные отверстия. Это пример принудительной конвекции. Движение жидкости из горячего места (рядом с печью) в прохладное место (комнаты по всему дому) осуществляется вентилятором. Некоторые печи являются печами с принудительной конвекцией; у них есть вентиляторы, которые подают нагретый воздух от источника тепла в духовку. Некоторые камины усиливают согревающую способность огня, выдувая нагретый воздух из камина в соседнее помещение.Это еще один пример принудительной конвекции.


Теплопередача излучением

Последний метод передачи тепла включает излучение. Излучение – это передача тепла посредством электромагнитных волн. излучать означает посылать или распространять из центрального места. Будь то свет, звук, волны, лучи, лепестки цветка, спицы колеса или боль, если что-то излучает , то оно выступает или распространяется наружу из источника.Передача тепла излучением предполагает перенос энергии от источника в окружающее его пространство. Энергия переносится электромагнитными волнами и не связана с движением или взаимодействием материи. Тепловое излучение может происходить через материю или через область пространства, свободную от материи (т. Е. Вакуум). На самом деле тепло, полученное на Земле от Солнца, является результатом прохождения электромагнитных волн через космическую пустоту между Землей и Солнцем.

Все объекты излучают энергию в виде электромагнитных волн. Скорость, с которой высвобождается эта энергия, пропорциональна температуре Кельвина (T), возведенной в четвертую степень.

Мощность излучения = k•T 4

Чем горячее объект, тем сильнее он излучает. Солнце явно излучает больше энергии, чем горячая кружка кофе. Температура также влияет на длину волны и частоту излучаемых волн. Объекты при обычных комнатных температурах излучают энергию в виде инфракрасных волн.Будучи невидимыми для человеческого глаза, мы не видим эту форму излучения. Инфракрасная камера способна обнаруживать такое излучение. Возможно, вы видели тепловые фотографии или видео излучения, окружающего человека или животное, или горячую кружку кофе, или Землю. Энергия, излучаемая объектом, обычно представляет собой совокупность или диапазон длин волн. Это обычно называют спектром излучения . При повышении температуры объекта длины волн в спектрах испускаемого излучения также уменьшаются.Более горячие объекты, как правило, излучают более коротковолновое и более высокочастотное излучение. Катушки электрического тостера значительно горячее комнатной температуры и излучают электромагнитное излучение в видимом спектре. К счастью, это удобно предупреждает пользователей о том, что катушки горячие. Вольфрамовая нить лампы накаливания излучает электромагнитное излучение в видимом (и за его пределами) диапазоне. Это излучение не только позволяет нам видеть, но и нагревает стеклянную колбу, содержащую нить накала.Поднесите руку к лампочке (не касаясь ее), и вы также почувствуете излучение лампочки.

Тепловое излучение является формой передачи тепла, поскольку электромагнитное излучение, испускаемое источником, переносит энергию от источника к окружающим (или удаленным) объектам. Эта энергия поглощается этими объектами, что приводит к увеличению средней кинетической энергии их частиц и повышению температуры. В этом смысле энергия передается из одного места в другое с помощью электромагнитного излучения.Изображение справа было сделано тепловизионной камерой. Камера улавливает излучение, испускаемое объектами, и представляет его с помощью цветной фотографии. более горячих цвета представляют области объектов, которые излучают тепловое излучение с большей интенсивностью. (Изображения предоставлены Питером Льюисом и Крисом Уэстом из SLAC Стэндфорда.)

 

Наше обсуждение на этой странице относилось к различным методам передачи тепла. Проводимость, конвекция и излучение были описаны и проиллюстрированы.Макроскопическое было объяснено с точки зрения частиц — постоянная цель этой главы Учебного пособия по физике. Последняя тема, которая будет обсуждаться в Уроке 1, носит более количественный характер. На следующей странице мы исследуем математику, связанную со скоростью теплопередачи.

 

 

 

Проверьте свое понимание

1. Рассмотрим объект A с температурой 65°C и объект B с температурой 15°C.Два объекта помещаются рядом друг с другом, и маленьких сосиски начинают сталкиваться. Приведет ли любое из столкновений к передаче энергии от объекта B к объекту A? Объяснять.

2. Предположим, что Объект А и Объект Б (из предыдущей задачи) достигли теплового равновесия. Частицы двух объектов все еще сталкиваются друг с другом? Если да, то приводят ли какие-либо столкновения к передаче энергии между двумя объектами? Объяснять.

 

Воздействие холода: как тело теряет тепло | Детская больница CS Mott

Обзор темы

Тело теряет тепло через:

  • Испарение воды с кожи, если она мокрая (потение). Если ваша одежда мокрая, вы также потеряете часть тепла тела за счет испарения и дыхания (дыхания), когда температура тела выше 99°F (37°C).Во время интенсивных упражнений тело теряет 85% тепла через потоотделение.
  • Излучение (аналогично теплу, выходящему из дровяной печи). Этот нормальный процесс отвода тепла от тела обычно происходит при температуре воздуха ниже 68°F (20°C). Тело теряет 65% тепла за счет излучения.
  • Проводимость (например, потеря тепла при сне на холодной земле). Тепло теряется при температуре воздуха ниже 68°F (20°C). Тело теряет около 2% своего тепла за счет теплопроводности.Однако вода вызывает большую потерю тепла телом, чем воздух, поэтому тепло может теряться телом очень быстро, если его поместить в холодную воду.
  • Конвекция (аналогично сидению перед вентилятором или дуновению ветра). В результате конвекции тело теряет от 10 до 15 % тепла.

Потери тепла в результате испарения и дыхания увеличиваются в сухих и ветреных погодных условиях.

Влажная одежда значительно увеличивает потери тепла за счет теплопроводности и испарения.

Потеря тепла в холодную и сырую погоду повышает риск гипотермии и обморожения. Потеря тепла может происходить при теплых температурах за счет теплопроводности. Плавание или сидение в прохладной или холодной воде может привести к очень быстрой потере тепла телом и увеличить риск гипотермии.

Гипотермия может возникать быстро (в течение нескольких часов) или постепенно в течение нескольких дней и недель в зависимости от возраста человека, общего состояния здоровья и условий окружающей среды.

Кредиты

Актуально на: 26 февраля 2020 г.

Автор: Healthwise Staff
Медицинский обзор:
William H.Блахд-младший, доктор медицинских наук, FACEP — неотложная медицинская помощь
Адам Хасни, доктор медицины — семейная медицина
Кэтлин Ромито, доктор медицины — семейная медицина

Актуально на: 26 февраля 2020 г.

Автор: Здоровый персонал

Medical Review:William H. Blahd Jr. MD, FACEP — Emergency Medicine & Adam Husney MD — Family Medicine & Kathleen Romito MD — Family Medicine

Бесконтактное и пространственно структурированное охлаждение путем направления теплового излучения

Структурированное радиационное охлаждение

A схема установки показана на фиг.2а. Образец изначально находится при комнатной температуре (T S,i  = 295 К) и расположен в первой фокальной точке F 1 эллиптического зеркала. Второй фокус F 2 на расстоянии 101,6 мм расположен на температурном ландшафте, состоящем из холодного «бычьего глаза» образца криостата (T ≈ 77 K), встроенного в окружающую среду. По закону Стефана–Больцмана 39 полная мощность излучения образца при комнатной температуре составляет P w  = 169 мВт. Мощность, излучаемая из холодной центральной области, составляет всего P c  = 785 мкВт.Как упоминалось выше, эти значения соответствуют интегральной области спектральных плотностей, представленной на рис. 1а, где красная полоса указывает на диапазон длин волн среднего ИК-диапазона от 9 до 11 мкм, что соответствует диапазону температур, актуальному для наших экспериментов. В этом окне образец и секция комнатной температуры коэффициента обзора имеют интенсивность излучения, которая превышает интенсивность холодного бычьего глаза в 10 5 раз. Эта большая разница определяет чистую передачу тепловой энергии от комнатной температуры. образец в холодный бычий глаз.

Рисунок 2

Схема установки и результирующая схема охлаждения. ( a ) Эллиптическое зеркало улавливает тепловое излучение , испускаемое образцом комнатной температуры , расположенным в точке фокусировки F 1 . Излучение фокусируется на образец во второй фокальной точке F 2 , расположенной внутри холодной области криостата. Окно из германия, прозрачное для ИК-излучения (9–11 мкм), закрывает криостат (SI, рисунок S1). Дополнительное зеркало позволяет одновременно измерять температуру с помощью ИК-камеры.( b ) Фотография образца «металлический бархат». ( c ) Изображение образца с ИК камеры в позиции F 1 . ( d ) Изображение образца с ИК-камеры в позиции F*. Локализованная холодная область исчезает, когда подложка находится не в фокусе.

Для измерения температуры и анализа распределения температуры на образце (рис. 2б) во время эксперимента используется тепловизионная ИК-камера. Кроме того, несколько термопар расположены в пределах 30 см вокруг установки, а также между эллиптическим зеркалом и криостатом.Эти термопары используются для постоянного контроля температуры в помещении и для обеспечения того, чтобы конвекция не влияла существенно на процесс охлаждения. В дальнейшем температура криостата будет указана в градусах Кельвина, а температура образца будет обсуждаться в градусах Цельсия. Это обозначение выбрано для повышения ясности описания процесса.

В начале эксперимента оптический путь между образцом и структурированным температурным ландшафтом блокируется металлическим экраном.В этой ситуации изменения температуры не наблюдается, так как образец находится в тепловом равновесии с окружающей средой. Однако когда экран снимается, в течение нескольких секунд на изображении с тепловизионной камеры появляется холодное пятно (рис. 2c). Температура образца теперь зависит от бокового положения на образце, т. е. получается температурный профиль T S (x, y). Этот профиль охлаждения является результатом радиационного переноса тепла, поскольку тепловое излучение, испускаемое во всех направлениях в точке F 1 , теперь фокусируется на холодной центральной области за окном криостата.Примечательно, что холодное пятно исчезает, когда образец в F 1 перемещается в другое положение F * вдоль большой оси эллиптического зеркала (рис. 2d). Этот контрольный эксперимент подтверждает концепцию пространственно структурированного радиационного охлаждения и иллюстрирует, как эллиптическое зеркало формирует коэффициент обзора между обоими образцами. В положении F* на окно криостата направлена ​​лишь небольшая часть теплового излучения. Поэтому холодное пятно размазывается. При F* (или без эллиптического зеркала) оба образца обмениваются тепловой энергией между своими противоположными поверхностями, поскольку они выровнены лицом к лицу.Эта составляющая радиационного охлаждения всегда постоянна. Однако эллиптическое зеркало значительно улучшает коэффициент обзора между точкой F 1 и холодным бычим глазом, собирая тепловое излучение с более чем 72% телесного угла. Для геометрии установки и условий, показанных на рис. 2а, это соответствует 92-кратному увеличению площади коэффициента обзора (см. также вспомогательную информацию). Это существенное улучшение почти на 2 порядка.

Здесь следует иметь в виду, что радиационная теплопередача — не единственный процесс, влияющий на распределение температуры, показанное на рис.2в. Теплопроводность и конвекция происходят одновременно и конкурируют с радиационным теплообменом. Радиационное охлаждение наиболее сильно проявляется в точке фокусировки эллиптического зеркала, которое находится в центре образца. Однако диффузия тепла от краев образца (т. е. теплопроводность) и контакт с окружающим воздухом при комнатной температуре (т. е. конвекция) препятствуют и ограничивают эффективность охлаждения.

Температурный градиент и эффективность охлаждения

Для анализа влияния проводимости повторим предыдущий эксперимент при изменении температуры криостата.Опять же, образец помещается в фокальную точку F 1 , а вторая фокальная точка F 2 располагается в холодном бычьем глазу. На этот раз в качестве образца эмиттера используется стеклянная подложка, покрытая черной краской, чтобы лучше визуализировать температурные характеристики, поскольку теплопроводность стекла меньше, чем у алюминиевой фольги, покрытой оксидом металла.

Образец внутри криостата сначала нагревается до 300 К, а затем охлаждается до 77 К в течение 45 мин. На рис.3а. Для 300 К температурный профиль образца при F 1 показывает небольшой пик в фокальной точке. Это указывает на то, что имеет место локальный радиационный нагрев, а не охлаждение, поскольку коэффициент обзора теперь содержит центральную горячую область с температурой выше температуры образца. Тепло, генерируемое в фокусе, теперь течет к краям, где температура также немного повышается. Это также иллюстрирует, что направление радиационного теплообмена в нашей установке может быть изменено на противоположное.

Рисунок 3

Изменение температурного режима и эффективность охлаждения. ( a ) Четыре ИК-изображения образца показывают распределение температуры по поверхности образца в четыре примерных момента времени во время эксперимента по радиационному охлаждению. Профиль температуры был извлечен из диагонали образца для различных ИК-изображений (обозначен пунктирной линией на ИК-изображении вверху), и соответствующие распределения нанесены на график. Символы соотносят кривые с изображениями.В ходе эксперимента по охлаждению температура центрального криостата была снижена с 300 до 77 К. ( b ) Сравнение процесса охлаждения в центре образца для условий окружающей среды (зеленая кривая) при скорости охлаждения 17,5 мК/с, охлаждение с криостатом, но без зеркала (бензиновая кривая) радиационное охлаждение (синяя кривая) со скоростью охлаждения 26,4 мК/с. На протяжении всего измерения комнатную температуру контролировали в качестве эталона (серая кривая).

При охлаждении криостата до комнатной температуры температурный градиент не наблюдается, поскольку образец и температурный ландшафт по другую сторону фокусирующей системы находятся в тепловом равновесии.При снижении температуры криостата температурный профиль начинает показывать провал, который становится более выраженным по мере дальнейшего снижения температуры. Кроме того, видно, что температура на краях образца также снижается со временем. Это свидетельствует о том, что при остывании «бычьего глаза» весь образец на F 1 теряет тепловую энергию по радиационному каналу, так как тепло постоянно течет от краев образца к точке фокуса. Этот тепловой поток также определяет размер холодного пятна, ширина которого на полувысоте составляет примерно 11 мм (на рис.2в) и, следовательно, возможности фокусировки системы. Сами эллиптические зеркала также могут страдать от сферических или хроматических аберраций. Однако, поскольку мы не плотно фокусируем излучение и работаем с большими фокальными пятнами, аберрациями можно пренебречь.

Чтобы отличить эффективность радиационного охлаждения от влияния проводимости или конвекции, мы сравнили скорость охлаждения нашего образца со структурированным температурным ландшафтом и без него. Проводимость и конвекция точно описываются законом охлаждения Ньютона 43 .В нем говорится, что спад температуры теплого объекта, который остывает до температуры окружающей среды, экспоненциален во времени. Однако перенос энергии излучением лучше всего описывается законом Стефана-Больцмана 39 , как упоминалось ранее. Следовательно, процесс охлаждения, обусловленный радиационным переносом тепла, должен отклоняться от закона Ньютона и ускоряться при более высокой разнице температур.

Мы нагрели образец оксида металла до 40 °C и поместили его в точку F 1 эллипса.Сначала мы проанализировали внешнее охлаждение образца, когда все участки температурного ландшафта имеют комнатную температуру. Измеренное снижение температуры с течением времени, соответствующее скорости охлаждения κ ac  = 17,5 мК/с, показано на рис. 3b. Моноэкспоненциальная аппроксимация температурной кривой показывает высокое значение R 2 (коэффициент детерминации) 0,97, что указывает на почти идеальную моноэкспоненциальную связь между тепловыделением и временем.Таким образом, процесс охлаждения окружающей среды подчиняется закону охлаждения Ньютона, где преобладающими путями являются теплопроводность и конвекция.

Тот же эксперимент теперь повторяется с холодным бычим глазом, охлажденным до 77 К. Опять же, снижение температуры с течением времени измеряется в центре образца. Мы обнаруживаем более высокую скорость охлаждения κ rc  = 26,4 мК/с, когда тепловое излучение образца фокусируется на центральную холодную область (рис. 3б). Соответствующее значение R 2 для моноэкспоненциальной аппроксимации следа радиационного охлаждения равно только 0.91, и поэтому спад температуры отклоняется от закона охлаждения Ньютона. Это показывает значительный вклад радиационного переноса тепла в общий процесс охлаждения и то, что охлаждение ускоряется радиационным компонентом.

Примечательно, что образец радиационно охладился и достиг конечной температуры примерно 12 °C. В этот момент проводимость от креплений образца или естественная конвекция воздуха, по-видимому, препятствует дальнейшему охлаждению через радиационный канал, и все три процесса находятся в равновесии.Однако конечная температура, достижимая при радиационном охлаждении, будет сильно зависеть от конкретной установки и общих условий эксперимента. Особенно температурный ландшафт, представленный образцу, определяет эффективность охлаждения и тепловой режим. Примером этого может служить второй контрольный эксперимент, в котором теперь мы помещаем предварительно нагретый образец перед холодным криостатом, но удаляем эллиптическое зеркало. В этом случае два обращенных друг к другу образца все еще могут обмениваться тепловой энергией, но коэффициент обзора определяется исключительно малым телесным углом между двумя участками поверхности.Этот предварительно нагретый образец однородно охладился до температуры чуть ниже комнатной только до  ~ 20 °C. Охлаждение в этом случае происходит частично за счет радиационной составляющей и эффектов остаточной конвекции.

Следует также иметь в виду, что длина волны излучения и мощность охлаждения зависят от температуры в соответствии с законами Вина и Стефана-Больцмана 39 . В частности, мощность охлаждения имеет зависимость T 4 (уравнение 2). Таким образом, мощность охлаждения также снижается по мере остывания образца.Разница температур  ~ 30 °C, как показано в нашем эксперименте, уже соответствует разнице мощности охлаждения в 71 мВт.

Радиационное переохлаждение гексадекана

К настоящему времени нами установлено, что направленное радиационное охлаждение работает бесконтактно и не требует особых вакуумных условий. Это подчеркивает, что такое радиационное охлаждение может хорошо подходить для реализации в лабораторных экспериментах, где охлаждение с помощью стандартных подходов, таких как термоэлектрические устройства, жидкие или газообразные хладагенты или вентиляция, затруднено или даже невозможно.Например, контролируемое охлаждение жидкостей ниже их точки замерзания, так называемое переохлаждение или переохлаждение, требует очень спокойных экспериментальных условий 44 , поскольку любое незначительное механическое или электрическое возмущение системы может инициировать самопроизвольное зародышеобразование и замораживание образца. Переохлаждение происходит естественным образом у растений 45 и у животных 46 , которые обитают в регионах с экстремальными температурами, но обсуждалось для применения в медицине 47,48,49 , доставке лекарств 44 , консервировании пищевых продуктов 50 и хранении энергии 51 .Однако экспериментальная реализация переохлаждения часто бывает сложной, поскольку переохлажденные жидкости, как известно, нестабильны 52 .

Теплопередача тепловым излучением идеально подходит для переохлаждения. Физический контакт с образцом не требуется, что обеспечивает минимальное беспокойство. Чтобы продемонстрировать эту идею, мы рассмотрели возможность радиационного переохлаждения гексадекана.

Для этого эксперимента мы разработали микрофлюидный чип с пятью камерами, расположенными как пятигранная грань игральной кости (рис.4а, б). Каждая камера может быть полностью заполнена 30 мкл гексадекана, а образец закрыт с обеих сторон покровным стеклом. Для проведения измерения чип монтируется таким образом, чтобы фокус эллиптического зеркала находился только в центральной камере, а остальные 4 камеры не были в фокусе. Скорость охлаждения в центральной точке (поз. 1) анализируется путем измерения температуры с помощью ИК-камеры (рис. 4с). После ~ 3 минут охлаждения температура центральной камеры достигла точки плавления гексадекана.Однако фазового перехода не наблюдалось, и гексадекан оставался в жидкой фазе по мере дальнейшего охлаждения. Когда температура достигала 12,2 °C, наблюдалось резкое повышение температуры до  ~ 15 °C, что свидетельствует о спонтанной кристаллизации. Затвердевание гексадекана также видно невооруженным глазом, так как гексадекан внутри камеры, прозрачный в жидком состоянии, сразу становится непрозрачным (рис. 4б). После фазового перехода температура твердого гексадекана снова снижалась из-за продолжающегося радиационного охлаждения, пока не была достигнута конечная температура  ~ 11 °C.Период полураспада образца для повторного достижения температуры, при которой произошло переохлаждение, составляет t 1/2  = 141,1 с (подробности приведены во вспомогательной информации).

Рисунок 4

Переохлаждение гексадекана. ( a ) Схема самодельного микрожидкостного чипа. ( b ) Фотография образца с гексадеканом (ГДХ) в твердой фазе в пяти камерах. ( c ) Кривая охлаждения центральной камеры (поз. 1). Через 200 с достигается температура плавления гексадекана 18°С.Резкий рост температуры наблюдается после 1150 с, что свидетельствует о фазовом переходе гексадекана жидкость-твердое. Пик фазового перехода имеет период полураспада 141,1 с, пока образец не достигнет той же температуры, что и до замораживания. Врезка: увеличенное изображение, показывающее повышение температуры с 12,3 до 14,6 °C между 1 152 и 1 154 с. ИК-изображения (масштабная линейка, как в b ) показывают распределение температуры на поверхности образца для разных временных рамок. Черный кружок на первом изображении указывает область, используемую для извлечения значений температуры во времени (синяя кривая).( d ) Кривая охлаждения, измеренная для позиции 2. Период полураспада пика фазового перехода t 1/2  = 324,5 с больше по сравнению с t 1/2 для позиции 1. Вставка: увеличение показывающее повышение температуры с 12,3 до 14,6 ° C между 1466 и 1468 с.

Скачки температуры образца, наблюдаемые в наших измерениях, хорошо согласуются с предыдущими сообщениями о переохлаждении гексадекана. В общем, переохлаждение жидкостей может быть достигнуто только до температуры, при которой происходит гомогенное зародышеобразование и имеет место спонтанная кристаллизация.Для капель гексадекана Абрамов и др. 53 . сообщил о температуре начала кристаллизации 12,9 ± 0,5°C, что примерно на 6°C ниже точки плавления, что очень хорошо согласуется с нашими данными. Кристаллизация является экзотермическим процессом, поскольку в жидкости молекулы обладают большей кинетической энергией, чем в твердом теле. Поэтому фазовый переход из жидкого состояния в твердое характеризуется резким повышением температуры. Сообщается, что температура начала фазового перехода жидкость-твердое составляет 15.66   ± 0,32 ° C, примерно на три градуса ниже точки плавления. Опять же, это очень хорошо согласуется с нашими температурными записями и подтверждает контролируемое переохлаждение гексадекана за счет переноса энергии излучением.

Примечательно, что переохлаждение и соответствующие фазовые переходы жидкость–твердое состояние также наблюдаются в камерах резервуара вне фокуса через 22 мин (рис. 4г, поз. 2). Как упоминалось ранее, во всех наших экспериментах наблюдается охлаждение краев образца из-за рассеивания тепла внутри всего образца.Как и в эксперименте, показанном на рис. 3а, тепло течет от краев образца к центру, что в конечном итоге также охлаждает внешние резервуары. Однако скорость охлаждения жидкого гексадекана в центральной камере ( κ 1  = 138,0 мК/с) в пять раз выше скорости охлаждения на поз. 2 ( κ 1  = 24,1 мК/с). Также в твердой фазе камера на поз. 2 охлаждается с периодом полураспада t 1/2  = 324,5 с обратно до температуры фазового перехода, что в два раза превышает период полураспада, наблюдаемый для камеры в Поз 1.Затем охлаждение продолжалось до тех пор, пока не была достигнута конечная температура  ~ 12 °C в позиции 2 и образец не пришел в равновесие. Это показывает сильное влияние направленного радиационного охлаждения даже для твердого гексадекана, где теплопроводность должна быть выше, чем в жидкости.

Для получения дополнительной информации о применяемых посадках и пиках см. Рисунок S3, Вспомогательная информация. Общая динамика охлаждения представляет собой конкуренцию между лучистой теплопередачей, с одной стороны, и проводимостью, а также конвекцией, с другой стороны.

Leave Comment

Ваш адрес email не будет опубликован.