3655

поверхность отражателя F2 участвует в лучистом теплообмене с поверхностью излучателя F1 и лучевоспринимающей поверхностью помещения. Кроме того, поскольку поверхность F2 вогнутая, она излучает "сама на себя".

Рис. Система поверхностей, участвующих в лучистом теплообмене при нагреве прямоточным трубным излучателем с отражателем

Для анализа лучистого теплообмена между поверхностями F1, F2 и реальной поверхностью отапливаемого помещения введем условную (расчётную) замыкающую плоскую поверхность F3, ширина которой равна а. Это возможно, т.к. весь лучистый поток от поверхностей F1 и F2 на реальную поверхность помещения "проходит" через эту условную замыкающую поверхность F3.

Обозначим температуры поверхностей соответственно: излучателя Т1, отражателя Т2, условной замыкающей поверхности Т3, равной температуре реальной лучевоспринимающей поверхности помещения. В рассматриваемой системе поверхностей (рисунок) Т1>Т2>Т3.

Для вывода формулы по расчёту Т2 - температуры поверхности отражателя при известных значениях температур Т1 и Т3 примем следующие допущения:

•поверхности F1, F2, F3 изотермические и неограниченно протяженные в направлении, перпендикулярном плоскости рисунка. Это позволяет не учитывать перенос лучистой энергии в указанном направлении;

•поверхности F1, F2, F3 серые; излучение их диффузное и подчиняется закону Ламберта;

•поверхности F1, F2, F3 разделены лучепрозрачной средой.

Сучётом принятых допущений мощность результирующего потока излучения Q, Вт, для любых двух поверхностей, участвующих в лучистом теплообмене, определяется по известной зависимости [3]:

43

где ϕi, j , ϕ j,i - угловые коэффициенты собственного излучения соответствующих

поверхностей; Fi, Fj, Тi, Тj, Аi, Аj - площади (м2), температуры (К) и коэффициенты поглощения поверхностей тел, участвующих в лучистом теплообмене; С0 = 5,67 Вт/(м2К4) - коэффициент излучения абсолютно чёрного тела.

Для дальнейшего анализа формулу (1) представим в виде:

где Cijприв - приведенный коэффициент излучения системы двух поверхностей Fi, Fj. Из формулы (1) следует:

Численные значения ϕi, j , ϕj,i определяются на основании известных формул для

расчёта угловых коэффициентов системы двух поверхностей, участвующих в лучистом теплообмене и свойств лучистых потоков.

Используя (2), (3) можно записать следующие формулы для определения мощности потоков результирующего излучения в системе поверхностей F1, F2, F3:

Для дальнейшего анализа принимаем, что известны температуры излучателя Т1 и лучевоспринимающей поверхности Т3 (необходимо заметить, что определение численного значения Т1 является предметом специальных исследований и здесь не рассматривается). Температуру отражателя Т2 определяем для двух вариантов.

1.Для определения температуры отражателя Т2 принимаем, что теплота, передаваемая излучением на внутреннюю поверхность отражателя, полностью излучается им на

поверхность F3, т.е. Q12=Q23. Такое допущение возможно, если отражатель выполнен из листового алюминия или другого материала с малой степенью черноты (порядка 0,1).

2.При определении температуры Т2 учитываем тепловые потери Q2 через стенки отражателя, имеющие место в реальных условиях:

Из уравнения (7) следует Q23 = Q12(1 - К), (8) где К=Q2/Q12 - коэффициент, учитывающий потери теплоты через стенки отражателя. Предельные значения К равны 0-1. Значение К=0 соответствует случаю, когда Q12=Q23.

Приравнивая (5) и (6) с учётом (8) и решая относительно Т2 получаем расчётную температуру поверхности отражателя при отоплении помещений прямоточными трубными излучателями

Проведена расчётная оценка численных значений Т2 в системе поверхностей F1, F2, F3

(рис. 1) при исходных данных Т1=700 К, Т3=290 К, А1=0,8, А2=0,1, А3=0,9, d=0,1 м, Н=0,18 м.

Численные значения К, а, h, варьируются (см. табл.). Результаты расчётов Т2, К, для обоих вариантов (К=0, 0<К<1) приведены в таблице.

44

Таблица

Расчётные значения температур поверхности отражателя Т2

Примечание: в варианте 7 принято А2=0,8; в варианте 5 - Н=0,1 м.

Выводы

•при увеличении высоты h установки трубного излучателя в отражателе от 0,05 до 0,13 м при любой ширине отражателя а в нижней плоскости незначительно уменьшается расчётное значение температуры Т2;

•увеличение а от 0,1 до 0,5 м приводит к уменьшению температуры Т2;

•уменьшение угла наклона боковых стенок отражателя от =90° до =42° и =27° вызывает незначительное увеличение температуры Т2;

•при К=0 (отсутствие тепловых потерь через стенки отражателя) температура внутренней поверхности отражателя меньше температуры поверхности трубного излучателя приблизительно на 80-160°С, (в вариантах 1 и 7), а по своему

абсолютному значению Т2 ближе к температуре трубного излучателя Т1, чем к температуре лучевоспринимающей поверхности Т3;

•изменение температуры Т2 зависит от величины К - доли тепловых потерь через стенки отражателя. При малых значениях К наблюдается незначительное изменение

Т2 по сравнению со значением Т2 при К=0, при больших К - более существенное. Так, при изменении К от 0 до 0,4 Т2 уменьшается приблизительно на 5,5-9% (меньшее значение в варианте 1, большее - в варианте 7); при увеличении К до 0,8 Т2 уменьшается соответственно на 20-24%;

•при К=1 температура внутренней поверхности отражателя во всех вариантах принимает значение Т3.

Таким образом, на основании проведенного анализа и с учётом перспектив развития численных моделей можно констатировать:

•в том случае, если не известны тепловые потери через стенку отражателя, значение

температуры Т2 на его внутренней поверхности целесообразнее оценивать в первом приближении по формуле (9), принимая К=0;

•значение Т2 позволяет производить расчёт соответствующих мощностей теплового потока по формулам (4-6).

Библиографический список

1.Идрисов А.З., Наумов А.Л., Шилькрот Е.О. VI съезда АВОК. - Ч.1. - СПб, 1998.

2.Тютюнников А.И., Мосягин В.Ю. АВОК - 2001. - №3. - С. 29-32.

45

основу большого числа национальных и международных стандартов на тепловой микроклимат и параметры воздушной среды [1,2]. В последние годы в России применяют несколько стандартов о нормировании внутренних параметров микроклимата в зданиях различного назначения.

Для жилых и общественных зданий имеется ГОСТ 30494-96, где расчётные 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, продолжительностью пребывания в них людей.

Для промышленных зданий параметры внутреннего воздуха нормируются ГОСТ 12.1.005-88. Значения параметров воздуха в нём заданы в зависимости от энергозатрат человека (для различных категорий работ) для тёплого и холодного периода года на оптимально и допустимом уровнях. Эти же значения приведены и в СНиП 41-01-2003, а

также в СанПин 2.2.4.548-96.

Согласно нормативным документам, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (СОВК) предназначены для создания и поддержания теплового комфорта и приемлемого качества воздуха в обслуживаемой зоне помещений. Проектирование, монтаж и эксплуатация этих систем должны исключить любое негативное воздействие на здоровье людей и состояние окружающей среды. Однако многочисленные исследования работы систем кондиционирования в реальных условиях в Европе, Азии и Америке показали, что имеется значительное количество людей, неудовлетворённых микроклиматом в помещении, несмотря на то, что в них соблюдаются требования существующих стандартов и норм [3,4].

Всоответствии с ГОСТ 12.1.005-88, допустимые величины параметров микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оптимальные параметры.

Что касается офисных помещений (доклад П. Оле Фангера на 5-й международной конференции Cold Climate HVAC), то, как показывает практика, улучшение качества воздуха

вних резко снижает издержки, связанные с невыходом на работу по болезни и лечением. Еще более важным следствием повышения качества воздуха является прямое влияние на производительность труда [4,5].

Действительные потери, связанные с понижением производительности труда из-за посредственного качества воздуха, часто превышают энергетические затраты, капитальные затраты и затраты на обслуживание здания. При расчёте экономической эффективности работы систем кондиционирования микроклимата (СКМ) необходимо учитывать производительность труда в течение всего жизненного цикла здания. Часто этот фактор является доминирующим по сравнению со всеми другими затратами, связанными со строительством и обслуживанием здания.

При учете интенсивности труда, исходя из общих энергозатрат организма, все виды работ делятся на три категории: легкие, средней тяжести и тяжелые (согласно ГОСТ

12.1.005-88, СанПин 2.2.4.548-96).

Впроизводственных помещениях, в которых работа с использованием ПЭВМ является основной (диспетчерские, операторские, расчетные, кабины и посты управления, залы вычислительной техники и др.) и связана с нервно-эмоциональным напряжением, согласно ГОСТ 12.1.005-88, СанПин 2.2.4.548-96, СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03, необходимо обеспечивать оптимальные параметры микроклимата для категории работ 1а и 1б в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормативами микроклимата производственных помещений.

Сравним нормируемые показатели микроклимата для работников умственного труда, приведенные в различных нормативных документах.

47

Параметры микроклимата, рекомендуемые ГОСТ 12.1.005-88, СанПин 2.2.4.548-96 для категорий работ 1а и 1б одинаковые.

ГОСТ 30494-96 устанавливает параметры микроклимата обслуживаемой зоны помещений жилых, общественных, административных и бытовых зданий и не распространяется на показатели микроклимата рабочей зоны производственных помещений. В то же время из него следует, что помещения, в которых люди заняты умственным трудом, учебой относятся ко 2-й категории. Нормируемые параметры микроклимата приводятся без учета категории выполняемой работы.

Рассмотрим области рекомендуемых нормируемых показателей микроклимата на рабочих местах в холодный и теплый периоды года с помощью I-d диаграммы (рис.1, рис.2)

Рис.1. Рекомендуемые нормируемые показатели микроклимата на рабочих местах в холодный период года

Рис.2 Рекомендуемые нормируемые показатели микроклимата на рабочих местах в теплый период года

Условные обозначения:

-область оптимальных параметров микроклимата для помещений 2-ой категории (по ГОСТ 30494-96).

-область оптимальных параметров микроклимата для категории работ Iа (ГОСТ 12.1.005-88, СанПин 2.2.4.548-96).

- область оптимальных параметров микроклимата для категории работ Iб (ГОСТ 12.1.005-88, СанПин 2.2.4.548-96 ).

48

Из рис.1 видно, что области параметров микроклимата, рекомендуемые ГОСТ 30494-96 и ГОСТ 12.1.005-88, СанПин 2.2.4.548-96 в холодный период года, не пересекаются.

Из рис.2 видно, что области параметров микроклимата, рекомендуемые ГОСТ 30494-96 и ГОСТ 12.1.005-88, СанПин 2.2.4.548-96 в теплый период года, пересекаются частично.

СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 "Гигиенические требования к персональным электронновычислительным машинам и организации работы" приводит следующие нормируемые показатели микроклимата (таблица).

Таблица

Оптимальные параметры микроклимата во всех типах учебных и дошкольных помещений с использованием ПЭВМ

Итак, очевидна несогласованность норм.

Необходимо отметить следующее: во всех стандартах умственный (интеллектуальный) труд относят к категории работ 1а и 1б. На самом деле умственный труд нельзя сравнивать с физическим. Различия связаны с количественным соотношением участия в каждом из них информационного и двигательного компонентов.

Рассмотрим основные положения физиологии труда. Различают нервно-психическую и физическую нагрузки. В зависимости от характера нагрузки выполняемая работа может быть физической или умственной. В свою очередь физическая работа может быть динамической или статической. Динамическая работа выполняется тогда, когда в физическом смысле происходит преодоление сопротивления на определенном расстоянии. В этом случае (например, при езде на велосипеде, подъеме в гору или на лестницу) работа может быть выражена в физических единицах (Вт=Дж/с=Нм/с). Статическая работа производится при изометрическом мышечном сокращении. Так как при этом не преодолевается никакое расстояние, в физическом смысле это не работа; тем не менее организм реагирует на нагрузку физиологическим напряжением. Проделанная работа в этом случае измеряется как произведение силы и времени.

Умственная работа включает мыслительный и эмоциональный компоненты. Мыслительный компонент преобладает, когда работа требует в первую очередь использования интеллектуальных способностей: примерами могут служить задачи, требующие обдумывания и концентрации внимания либо обнаружения и обработки сигналов. Умственная работа, в которой преобладают эмоциональные компоненты, связана с конкретными реакциями вегетативной нервной системы и выражается в настроении человека (ощущениях радости, гнева, печали).

Интеллектуальная деятельность с позиций физиологии отличается большим мозговым напряжением, обусловленным концентрацией внимания на ограниченном круге явлений или объектов. В силу этого возбудительный процесс в центральной нервной системе (ЦНС) сосредоточен в сравнительно небольшой области нервных центров, что обуславливает их быстрое утомление. Поэтому отличительными чертами умственного труда принято считать высокое напряжение ЦНС и органов чувств при ограниченной двигательной активности.

Каковы же энерготраты при умственном труде? По различным данным они составляют от 1 до 1,4 met (1 met=58,2 Вт/м2). На наш взгляд требуется уточнение данных, т. к. появилась возможность оценить энерготраты головного мозга с использованием современного оборудования и технологий [6].

49

Согласно СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03, виды трудовой деятельности на ПЭВМ разделяются на 3 группы: группа А - работа по считыванию информации с экрана видеодисплейного терминала с предварительным запросом; группа Б - работа по вводу информации; группа В - творческая работа в режиме диалога с ПЭВМ. Для видов трудовой деятельности устанавливается 3 категории тяжести и напряженности работы с ПЭВМ, которые определяются: для группы А - по суммарному числу считываемых знаков за рабочую смену, но не более 60 000 знаков за смену; для группы Б - по суммарному числу считываемых или вводимых знаков за рабочую смену, но не более 40 000 знаков за смену; для группы В - по суммарному времени непосредственной работы с ПЭВМ за рабочую смену, но не более 6 ч за смену.

Существует методика определения оценки напряженности интеллектуального труда [7].

Выводы

На наш взгляд, требуется более глубокое исследование характера умственных видов работ, создание соответствующих категорий тяжести и напряженности трудового процесса и, самое главное, корректировка норм оптимальных параметров микроклимата в помещениях интеллектуального труда.

Напряженная работа, в принципе, всегда содержит элементы дискомфорта, связанные с комплексным воздействием на человека целого ряда факторов: климатических, социальных, общественных и т.д. Речь может идти только о том, чтобы для повышения высокой работоспособности людей максимально скомпенсировать факторы, вызывающие дискомфорт в процессе труда путем внедрения ряда нормативно узаконенных мероприятий,

втом числе:

-технических – применение локальных (индивидуальных) систем кондиционирования микроклимата с применением эффективных поглотителей вредных выделений, местных систем нагрева и охлаждения, динамического воздухораспределения и т.д.;

-организационных – применение моральных и материальных символов высокопроизводительного труда;

-социальных – мероприятия по социальной защите работающих

Таким образом, задача наших дальнейших исследований – обосновать необходимость и эффективность этих мероприятий, разработать рекомендации по дополнительному нормированию параметров микроклимата в помещениях умственного труда и исследовать высокоэффективные средства их обеспечения.

Библиографический список

1.Международный стандарт. Умеренные климатические условия. Определение индексов ПМВ и ППД и специфика условий теплового комфорта. Второе издание.

2.Справочник основных правил, 1993;

3.Фангер О.П. Качество внутреннего воздуха в XXI веке: в поисках совершенства /

Фангер О.П. // AВОК. - 2000. - №2. – С. 14-21

4.Фангер О.П. Качество внутреннего воздуха в XXI веке: влияние на комфорт, производительность и здоровье людей / Фангер О.П. // AВОК. - 2003. - №4. – С. 12-21

5.Бернер А. Качество воздуха повышает производительность / Бернер А. // AВОК. – 2000 - №5. – С. 12-19

6.Фокин В.Ф. Энергетическая физиология мозга / Пономарева Н.В. - М.: Изд-во Антидор, 2003. - 288 с.

50