Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет теплообмена человека в условиях искусственного микроклимата

Целью практической работы является освоение понятий микроклимата рабочей зоны, нормативных параметры микроклимата, их физиологического влияния на организм человека.

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

Температура воздуха - характеризует тепловое состояние микроклимата. Измеряется в градусах Цельсия (°С) или в градусах Кельвина [К].

Скорость движения воздуха - усреднённая скорость перемещения воздушных потоков под действием различных побуждающих сил. Измеряется в метрах в секунду (м/с).

Терморегуляция организма - способность организма поддерживать постоянной температуру при изменении параметров микроклимата и при выполнении различной по тяжести работы.

Излучение тепла - это перенос тепла от человеческого тела к окружающим предметам за счет электромагнитного излучения. Это основной путь отдачи тепла в производственных условиях. Излучением отдают тепло все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля (- 273°С). Человек отдаёт тепло, когда температура окружающих его предметов ниже температуры наружных слоёв одежды или открытой кожи.

Теплопроводность - отдача тепла предметам (имеющим температуру ниже, чем человеческое тело), непосредственно соприкасающихся с телом человека.

Конвекция - передача тепла через воздушную среду, осуществляется за счет омывания воздухом человеческого тела. При высокой подвижности воздуха теплоотдача увеличивается в несколько раз.

Тепломассообмен - потеря тепла за счет испарения воды с поверхности кожи и слизистой оболочки верхних дыхательных путей человеком и за счет нагрева вдыхаемого воздуха.

1. Рассчитать потерю теплоты человеком путем конвективного теплообмена

конвективный теплообмен кондиционирование

Данные для расчета: коэффициент теплоотдачи конвекцией принять для нормальных параметрах микроклимата (б_к = 4,06 Вт/(м²? °С)). Температуру поверхности тела человека зимой принять равной t_пов = 27,7 °С. Температуру воздуха окружающей среды принять равной t_ос= - 35 °С. Эффективная поверхность тела человека для практических расчетов Fэ = 1,8 м².

Конвективный теплообмен определяется законом Ньютона:

Q_К =б_кF_э(t_пов ?t_ос),

где б_к - коэффициент теплоотдачи конвекцией; при нормальных параметрах микроклимата б_к = 4,06 Вт/(м²?°С); F_э - эффективная поверхность тела человека (размер эффективной поверхности тела зависит от положения его в пространстве и составляет приблизительно 50...80 % геометрической внешней поверхности тела человека); для практических расчетов Fэ = 1,8 м²; t_пов - температура поверхности тела человека (для практических расчетов зимой - около 27,7 °С, летом - около 31,5°С); t_ос - температура воздуха, омывающего тело человека.

Q_К =4,06*1,8(27,7-(-35))=458,21Вт.

Q_{К =}458,21Вт.

Вывод:

Передача теплоты конвекцией тем больше, чем ниже температура окружающей среды и чем выше скорость движения воздуха.

Величина и направление конвективного теплообмена человека с окружающей средой определяются в основном температурой окружающей среды, атмосферным давлением, подвижностью и влагосодержанием воздуха.

2. Рассчитать потерю теплоты человеком путем теплопроводности

Коэффициент теплопроводности тканей одежды человека принять равнымл0 = 0,06 Вт/ (м?°С), толщину одежды человека д0 = 0,005 м. Данные по температурам тела и воздуха, а также площади тела человека принять по условиям задачи 1.

Передачу теплоты теплопроводностью можно описать уравнением Фурье, Вт

Q_Т = (л₀ /д₀)F_э(t_пов ?t_ос),

где л₀ - коэффициент теплопроводности тканей одежды человека, Вт/ (м?°С);

д₀ -толщина одежды человека, м.

Q_{Т =} (0,06/0,005)1,8(27,7-(-35))=12*1,8*62,7=1354,32Вт

Q_Т=1354,32Вт

Теплопроводность тканей человека мала, поэтому основную роль в процессе транспортирования теплоты играет конвективная передача с потоком крови.

3. Рассчитать потерю теплоты человеком путем излучения

Для практических расчетов принять приведенный коэффициент излучения С_пр ? 4,9 Вт/ (м² К⁴), степень черноты окружающих предметов е = 0,6;площадь поверхности, излучающей лучистый поток (F₁),принять равной 1,8 м². Коэффициент облучаемости принять равным ш_1-2 = 1. Среднюю температуру поверхности тела и одежды человека (T₁) принять 27,7⁰С=300,85К; среднюю температура окружающих поверхностей (T₂)принять -35⁰С=238,15К.

С_пр- коэффициент излучения, е - степень черноты окружающих предметов,

F₁- лучистый поток, ш- коэффициент облучаемости, Т₁- средняя температура поверхности тела, Т₂- средняя температура окружающих поверхностей

Лучистый поток при теплообмене излучением тем больше, чем ниже температура окружающих человека поверхностей. Он может быть определен с помощью обобщенного закона Стефана - Больцмана, Вт

Q_ИЗ =C_преF₁ш_{1- 2} [(T₁ /100 )⁴ ? (T₂ /100 )⁴],

Q_ИЗ =4,9*0,6*1*1,8[(27,7/100)⁴ -(238,15/100)⁴]=5,3*[0,28+0,35]=28,6Вт

Q_ИЗ =28,6Вт.

4. Рассчитать, потерю теплоты человеком за счет испарения влаги с поверхности кожи

Массу выделяемой и испаряющейся влаги принять как для очень тяжелой работы, при температуре воздуха равной 45 °С. Скрытую теплоту испарения выделяющейся влаги принять равной r = 2260 кДж/кг (для воды).

Количество теплоты, передаваемое человеком окружающей среде при испарении влаги, выводимой на поверхность потовыми железами, Вт

Q_ИС= G_Пr,

где G_П - масса выделяемой и испаряющейся влаги, 1 кг/с; r - скрытая теплота испарения выделяющейся влаги, Дж/кг.

На величину потовыделения, кроме температурных факторов влияет и категория работ, выполняемых человеком. В зависимости от степени тяжести работ увеличивается и количество влаги, выделяемой человеком.

G_П = 21г/мин = 0,00035кг/с

Q_ИС = 0,00035*2260= 0,791кДж/с= 791Вт

Q_ИС = 791 Вт

5. Рассчитать потерю теплоты человеком за счет нагрева вдыхаемого воздуха

Объем воздуха, вдыхаемого человеком в единицу времени, принять равным V_лв = 0,004 м³/с (как для тяжелой работы). Плотность вдыхаемого воздуха принять равной с_вд = 1,2 кг/м³; удельную теплоемкость выдыхаемого воздуха принять С_р = 1,2 Дж/(кг ? °С); температуру выдыхаемого воздуха и температуру вдыхаемого воздуха принять равными соответственно t_выд = 37 °С, t_вд = - 35 °С.

Q_В =V_лвс_вдC_р(t_выд ? t_вд)

QВ =0,004*1,2*1,2*(37-(-35))= 0,006*72= 0,432Вт

QВ =0,432Вт

Количество теплоты, выделяемой человеком с выдыхаемым воздухом, зависит от его физической нагрузки, влажности и температуры окружающего (вдыхаемого) воздуха. Чем больше физическая нагрузка и ниже температура окружающей среды, тем больше отдается теплоты с выдыхаемым воздухом. С увеличением температуры и влажности окружающего воздуха количество теплоты, отводимой через дыхание, уменьшается.

Тепловое самочувствие человека, или тепловой баланс, в системе «человек - среда обитания» зависит от температуры среды, подвижности и относительной влажности воздуха, температуры окружающих предметов и интенсивности физической нагрузки организма Q_тп = f(t_oc; v; ш; T_оп; J).

6. Рассчитать суммарные тепловые потери человеком по результатам полученных данных решений задач 1 - 5

Q_ТП =Q_К +Q_Т +Q_ИЗ +Q_{ТМ ,} Q_ТМ = Q_ИС + Q_В

Q_ТП = 458,21+1354,32+28,6+(791+0,432)= 2632,56Вт.

7. Расчет мощности систем кондиционирования общественных зданий

Кондиционированием воздуха называется его автоматическая обработка с целью поддержания в производственных помещениях заранее заданных метеорологических условий независимо от изменения наружных условий и режимов внутри помещения.

Кондиционеры бывают местными - для обслуживания отдельных помещений, комнат, и центральными - для обслуживания групп помещений, цехов и производств в целом.

Сплит-система - это кондиционер, состоящий из внешнего (компрессорно-конденсаторного) и внутреннего (испарительного) блоков.

Внешний блок сплит-системы обычно монтируется на фасаде зданий, внутренний - внутри помещения. Внутренний блок сплит-системы можно установить где угодно, причем не только на стене: внутренние блоки, помимо настенных, могут быть напольными, потолочными, колонными и встраиваемыми в подвесной потолок, - канальными или кассетными.

Рассчитать, пользуясь формулами требуемую мощность охлаждения для кондиционера типа сплит-система, устанавливаемого в общественном здании.

Дано

S= 16м²S- площадь помещения

h = 2,8м h - высота помещения

q = 30Вт/м³ q - удельные тепловыделения

кол-во чел-4

число орг.техники-4

Рассчитаем теплопоступления, возникающие из-за действия системы отопления, а также наружных климатических условий.

Q₁ = S*h*q= 16*2,8*30= 1344Вт

Определяем требуемую мощность охлаждения кондиционера типа сплит-система,

Q = 1,2(Q₁+Q₂+Q₃),

Где Q₁ - теплопоступления, возникающие из-за действия системы отопления, а также наружных климатических условий солнечной радиации, Q₂ - теплопритоки от бытовой техники ( Q₂ ? 300Вт) от одного компьютера или телевизора, Q₃ - теплопритоки от людей ( Q₃ ? 100-300Вт) от одного человека

Q = 1,2 ( 1344+(300*4)+(100*4))= 3532,8 Вт

По результатам проведенных расчетов установлено, что требуемая мощность охлаждения кондиционера составит Q = 3532,8Вт= 3,5кВт.

Таким образом можем выбрать для данной мощности охлаждения кондиционер марки Tosot T12H-SС у которого мощность охлаждения равняется нашим расчетам 3,5 кВт, тип сплит-система, работа на площади до 21м² . А это значит, что данная модель кондиционера соответствует всем заявленным требованиям.

8. Обеспечение параметров микроклимата в зданиях за счет естественной вентиляции

Вентиляцией называется организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязненного воздуха и подачу на его место свежего, чистого воздуха.

По способу перемещения воздуха различают системы естественной и механической (искусственной) вентиляции.

Аэрацией называется организованная естественная общеобменная вентиляция помещения в результате поступления и удаления воздуха через открывающиеся фрамуги окон и фонарей.

Общеобменная вентиляция предназначена для ассимиляции избыточной теплоты, влаги и углекислого газа (СО₂) во всем объеме рабочей зоны помещения.

Рассчитать геометрические размеры и площадь сечения каналов естественной вентиляции в стене жилого здания.

Категория помещения: совмещенный санузел

Н- 18м ( высота канала)

Расчетная t_в в холодный период года 25⁰С

L ( воздухообмен, вытяжка) - 50 м³/ч

Расчетная температура наружного воздуха t_н принимается равной +5 °С.

g- 9,8 м/с² ( ускорение свободного падения)

Т_в - температура воздуха в К. 25⁰С=298,15К

5⁰С= 278,15К

1) Рассчитать тепловой напор

ДРт= gН(_н - _в),

где g -- ускорение свободного падения, м/с²; Н -- вертикальное расстояние между центрами приточного и вытяжного отверстий, м; и _н, _в -- плотность наружного и внутреннего воздуха, кг/м ³.

Плотность воздуха с удовлетворительной точностью, можно определить по следующей зависимости:

с = 353/Т_В

ДРт= 9,8*18(1,27-1,18)= 15,9Па

Р_н = 353/Т_в = 353/278,15= 1,27

Р_в = 353/Т_в = 353/298,15= 1,18

2) Зная площадь поперечного сечения канала (воздуховода), м²,и расход воздуха на участке, м³/ч, можно определить скорости движения воздуха в канале (воздуховоде), м/с:

,

где L - расход воздуха, м³/ч (принимается по соответствующим СНиП, пример табл.1, прил.); F - площадь сечения, м².

= 50 / 0,025*3600=0,55м/с

3) Рассчитаем потери давления в канале на трение

где l - длина участка воздуховода, м ;d - диаметр воздуховода на участке, м; v - скорость воздуха на участке, м/с, ;- плотность воздуха в помещении (1,2 кг/м³); - коэффициент трения, зависящий от диаметра воздуховода, скорости и шероховатости воздуховода.

d = 2аb/(а+b) = 2

где а и b - геометрические размеры канала (воздуховода), м.

= 2,02Па

4) Рассчитать потери давления на местные сопротивления

о^,

где v - скорость воздуха на участке, м/с, о- сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке

=0,59Па

5) Рассчитаем суммарные потери давления в канале

Р=Р_тр+Р_м.с=2,02+0,59= 2,61

6) Проверяем выполнение обязательных условий корректной работы естественной вентиляции

2,6115,9

Выполнение условий подтверждает корректность выбора геометрических размеров канала естественной вентиляции.

Размещено на Allbest.ru