Системы кондиционирования и жизнеобеспечения значение систем кондиционирования и жизнеобеспечения

Здоровье, работоспособность человека в значительной степени определяются условиями микроклимата и воздушной среды в жилых и общественных помещениях, где он проводит значительную часть своего времени.

Если говорить о физиологическом воздействии на человека окружающего воздуха, то следует напомнить, что человек в сутки потребляет около З кг пищи и 15 кг воздуха. Что это за воздух, какова его свежесть и чистота, душно, жарко или холодно человеку в помещении, во многом зависит от инженерных систем, специально предназначенных для обеспечения воздушного комфорта.

Среди таких систем можно выделить: систему вентиляции, систему отопления (либо комбинированную отопительно - вентиляционую систему) и систему кондиционирования воздуха (СКВ). Воздушное отопление, совмещенное с вентиляцией, создает в помещении вполне удовлетворительный микроклимат и обеспечивает приемлемые условия воздушной среды. СКВ представляет собой систему более высокого порядка (с большими возможностями). Принципиальное преимущество состоит в том, что, помимо выполнения задач вентиляции и отопления, СКВ позволяет создать благоприятный микроклимат (комфортный уровень температур) в летний, жаркий период года, благодаря использованию в своем составе фреоновых и других типов холодильных машин.

Системы кондиционирования по своему назначению подразделяются на комфортные и технологические.

Комфортные СКВ предназначены для создания и автоматического поддержания температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, отвечающих оптимальным санитарно-гигиеническим требованиям.

Технологические СКВ предназначены для обеспечения параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих требованиям определенного производственного или технологического процесса.Для того чтобы понять, насколько все таки жизненно необходимо поддержание в помещении определенных метеорологических параметров, рассмотрим более подробно основные понятия, связанные с комфортным кондиционированием.

Физиологические основы использования и назначения систем. Газовый состав воздуха

Присутствием воздуха в приземном пространстве Земли обусловлена животная и растительная жизнь планеты. Воздух представляет собой сложную смесь газов, изменяющуюся в зависимости от природных условий или условий жизнедеятельности людей, как по составу, так и по объему содержащихся в воздухе газов.

Газовый состав воздуха в значительной степени влияет на основной процесс жизнедеятельности живых организмов и растений — газообмен. Газообмен между живым организмом и окружающим этот организм воздухом называют дыханием.

Дыхание обеспечивается работой всего организма и, прежде всего, его кровеносной системой, доставляющей кислород к клеткам организма и освобождающий клетки от _.

Обмен газами между кровью, протекает через малый круг кровообращения (клетка→легкие→клетка), и внешней средой называют внешним дыханием. Газообмен через кожу и желудочно-кишечный тракт у человека очень мал и составляет всего лишь 1-2 % от общего объема газообмена.

Поступление и удаление воздуха из легких обеспечиваются действием дыхательной мускулатуры, прежде всего межреберных мышц, диафрагмой и мышцами плечевого пояса. У человека отношение времени вдоха к времени выдоха при различных режимах дыхания колеблется от 1:1 до 1:2. При выполнении легкой работы и в состоянии покоя частота дыхания человека со­ставляет 12-18 вдохов и выдохов в минуту. У физически трени­рованных людей частота дыхания в покое может составлять 6-8 вдохом и выдохов в минуту.

Внешнее дыхание человеческого организма осуществляется в альвеолах легких, диаметр которых равен 0,2 мм, а толщина стенок 0,001-0,004 мм. Суммарная площадь поверхности легких человека составляет от 90 до 100 м². В процессе дыхания кислород связывается с гемоглобином крови и разносится кровью к клеткам всего организма, где гемоглобин освобождается от кислорода и насыщается диоксидом углерода. Далее гемоглобин с СО₂ доставляется к альвеолам легких, где замыкается процесс газооб­мена. В процессе дыхания организм поглощает только до 20 % кислорода вдыхаемого воздуха; если вдыхаемый воздух содержит 20,95 % кислорода и 0,03 % диоксида углерода, то выдыхаемый воздух содержит 15,5-18 % кислорода и 2,5-5 % диоксида углерода. Обмен газов в легких обусловлен различием их парци­альных давлений в альвеолярном воздухе и венозной крови легочных капилляров.

Внешнее дыхание представляет собой саморегулирующую си­стему, зависящую от процессов жизнедеятельности организма и других факторов, обуславливающих газообмен и потребление энергии организмом.

Повышение содержания СО₂ и снижение содержания О₂ в воздухе приводят к увеличению внешнего дыхания. Повышение интенсивности внешнего дыхания происходит из-за увеличения количества потребляемого кислорода, связанного с характером деятельности человеческого организма.

Зависимость энергозатрат и потребления кислорода от характера деятельности представлена в табл.1.

Таблица 1

Энергозатраты и потребление кислорода человеком в зависимости от характера деятельности

Характер деятельности	Энергозатраты, Вт	Потребление кислорода,
Относительный покой	85-100	15-18
Очень легкая работа	100-175	18-30
Легкая работа	175-350	30-60
Средняя работа	350-520	60-90
Тяжелая работа	530-700	90-100

Важной характеристикой, отражающей дыхание организма, яв­ляется коэффициент дыхания.

Коэффициент дыхания (отношение объема диоксида углерода, выделяемого в процессе дыхания, к объему кислорода, расходуемого на дыхание) для организма человека составляет .

В организме существуют регулирующие биологические механизмы, которые поддерживают внутренние физиологические параметры организма постоянными. Всякое отклонение от номинальных значений содержания СО₂ и О₂ во вдыхаемом воздухе, прежде всего СО₂, вызывает адекватную реакцию организма.

Повышенное содержание диоксида углерода приводит к раздражению кожи, а также слизистой оболочки, негативно влияет на кровообращение и нервную систему. Даже при кратковременном увеличении СО₂ в воздухе до 2 % ( Па) отмечаются одышка, головная боль и значительная частота дыхания, при концентрациях 5-6 %( - Па) отмечаются форсированное дыхание, чувство жары, тошнота, головная боль и пониженная температура тела, а при концентрациях 8-10 % ( кПа) СО₂ в воздухе помещения возможно наступление смерти от остановки дыхания.

Институтом биофизики были проведены исследования по определению влияния на организм человека различных концентраций диоксида углерода и кислорода в зависимости от продолжительности воздействия на человека (табл. 2). Данные результаты, а также многолетние наблюдения за физиологической адаптацией организма человека к различным концентрациям СО₂ в воздухе помещений, позволили в качестве нормативов принимать следующие значения предельно-допустимой концентрации СО₂ в воздухе помещений:

Таблица 2

Соотношения (в процентах объема) в воздухе помещения, определяющие степень влияния их на организм человека

Условия	Продолжительность воздействия
	5 мин	15 мин	1 ч	4 ч	8 ч	200 ч	2000 ч
Оптимальные	0,03 21-23
Предельно-допустимые	0,3-2 18,5-20
Максимально-переносимые
Угрожающие здоровью							-
Угрожающие жизни							-

в жилых помещениях с постоянным пребыванием людей ( Па или 1 )

в общественных помещениях с периодическим пребыванием людей ( Па или 1,25 );

в общественных помещениях с кратковременным пребыванием людей ( Па или 2 );

в помещениях для детей и больных (70 Па или 0,7 );

в производственных помещениях, где диоксид углерода выделяется в результате каких-либо технологических процессов, предельно-допустимая концентрация ( Па или 5 );

На газовый состав воздуха помещений, где находятся люди, влияют газовые выделения жизнедеятельности организмов и продуктов работы технологического оборудования.

Все вредности по степени воздействия на организм человека подразделяют на четыре класса:

1-й класс — чрезвычайно опасные;

2-й класс — высоко опасные;

3-й класс — умеренно опасные;

4-й класс — малоопасные,

В большинстве случаев в воздухе помещений или ограничен­ного пространства сооружений вредные вещества выделяются не отдельно друг от друга, а одновременно. Если эти вредные вещества имеют однонаправленное действие, то следует учитывать эффект их суммарного воздействия на организм человека. Данный эффект рассчитывают по сумме относительных концентра­ций (отношений фактической концентрации к предельно допустимой), которая не должна превышать единицу:

Санитарными нормами установлены группы веществ, обладающие эффектом суммации. Например, по отношению к выхлоп­ным газам, выделяющийся при работе двигателей внутреннего сгорания, можно суммировать воздействие газов в следующих группах:

а) оксид углерода, диоксид азота, формальдегид, гексан;

б) озон,диоксид азота, формальдегид; в) сернистый ангидрид, диоксид азота; г) этилен, пропилен, бутилен, амилен.

Через легкие человек выделяет главным образом водяные пары, и СО, а также микропримеси аммиака, ацетона, метана, этана, бутана и высших углеводородов. Количе­ство выделяемого оксида углерода при нормальном распаде гемоглобина у человека составляет приблизительно 0,4 . Через желудочно-кишечный тракт и кожный покров человеческий организм выделяет водород, сероводород, аммиак, фенолы с целым рядом других микропримесей.

Оксид углерода (угарный газ) является, как правило, продук­том неполного сгорания углерода в двигателях внутреннего сгорания и теплофикационных установках систем теплоснабжения и местного отопления. Оксид углерода в смеси с воздухом может образовывать взрывоопасные смеси при концентрациях = 13-75 % (0,125-0,938 г/м³). Оксид углерода, вдыхаемый с воздухом, усваивается гемоглобином крови в 250-300 раз интенсивнее, чем кислород, что приводит при значительных концентрациях СО₂ к кислородному голоданию организма и даже к смерти. Предельно-допустимая концентрация оксида углерода в воздухе производственных помещений составляет 20 мг/м³ , а в жилых помещениях — 2 мг/м³. Оксид углерода даже в довольно низких концентрациях вредно действует на организм человека.

Тяжесть отравления организма оксидом углерода зависит не только от его концентрации, но и от продолжительности вдыха­ния СО .

Неблагоприятное воздействие на организм человека оказывают газы, образующиеся в результате испарения смазочных масел, топлив, охлаждающих жидкостей, лаков, красок с поверхностей полимерных и других материалов. Строительные нормы проектирования промышленных предприятий СН 245-71 и ГОСТ 12,1.005-88 дают перечень более 750 вредных веществ и их предельно допустимые концентрации.

Оксиды азота (N0, N0₂), акролеин ( ), сернистый ангидрид (SO₂), озон (О₃) являются в основном продуктами сгорания топлива в двигателях.

Оксиды азота отличаются бурым цветом и характерным запахом, порог обонятельного ощущения N0₂ составляет 0,2 мг/м³; N0 и NO₂ ядовиты, вызывают раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, а в тяжелых случаях — отеки легких. ПДК NO₂ в воздухе помещений составляет 5 мг/м³.

Акролеин — бесцветный газ с резким запахом, ощутимым при концентрации 0,07 мг/м⁸, ПДК акролеина в помещениях 0,7 мг/м³.

Сернистый ангидрид — это бесцветный газ с резким неприятным запахом, который ощущается органами обоняния при концентрации мг/м³, Весьма токсичен, разъедает кожу и легочные ткани, при концентрациях 40-60 мг/м³ SO₂ в течение нескольких минут может привести к отравлению, а при концентрации 120 мг/м³ — к смертельному исходу через 5 мин, ПДК SO₂ в воздухе помещений 10 мг/м³.

Озон в приземном сдое атмосферы содержится в концентрациях 0,01-0,04 мг/м³. Повышенное содержание его в воздухе снижает сопротивляемость организма. При концентрациях 0,2-10 мг/м³ озон раздражающе действует на слизистые оболочки глаз и органов дыхания. По своей токсичности отнесен к первому классу, ПДК озона в помещениях составляет 0,1 мг/м³.

Необходимо отметить, что в большинстве случаев, оценивая токсичность газовых вредностей в помещениях, прежде всего выхлопных газов, надо принимать во внимание их совместное воздействие на организм человека. При расчетах режимов работы систем вентиляции, принимая в качестве основного компонента газ СО, целесообразно использовать понятие условного оксида углерода (СО_усл). При такой оценке токсичности компонента производят перерасчет другой газовой вредности, используя переводной коэффициент по отношению к основному компоненту. Так, 1 л NO₂ принимают эквивалентным 6,5 л СО, 1л SO₂ — 2,5 л СО.

Воздушный комфорт человека в закрытом помещении определяется качественной характеристикой воздуха, которая во многом зависит от количества поступающего свежего атмосферного воздуха.

Жалобы на духоту и “нехватку кислорода” отмечаются нередко как в помещениях с недостаточным естественным воздухообменом, так и в помещениях, уже оснащенных различными системами вентиляции и кондиционирования воздуха. При анализе причин ощущения несвежести воздуха в закрытых помещениях, как правило, решается вопрос: каким должен быть воздухообмен, чтобы был обеспечен оптимальный газовый состав воздуха в помещениях?

Рекомендуемый в работах большинства исследователей объем свежего воздуха, который необходимо подавать в помещения, установлен на основании количества углекислоты, выделяемой человеком при дыхании в единицу времени. Эта величина зависит от нескольких переменных: температуры воздуха в помещении, возраста человека, его деятельности.

В условиях комфортного кондиционирования, критерием санитарного состояния воздуха служит содержание в нем углекислого газа.

Избыток и недостаток СО₂ во вдыхаемом воздухе одинаково вредно отражаются на состоянии организма. При недостатке СО₂ когда его допустимая концентрация К_СО2 < 0,03%, расстраивается работа указанных выше органов. Установлено, что работоспособность и основные физиологические функции организма значительно не изменяются, если во вдыхаемом воздухе К_СО2 = 0,5-1,5%. Комфортной же зоне соответствуют: К_СО2 = 0,04-0,5%.

Действующими санитарными нормами регламентируется подача в помещение на одного человека 20-60 м³/ч свежего (приточного) воздуха.