Теплогазоснабжение и вентиляция

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В течение установленного времени предстоит ознакомиться со следующими разделами дисциплины "Теплогазоснабжение и вентиляция" (ТГВ): теплотехника (приводится только определение), строительная теплофизика, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, теплоснабжение, тепловые сети и источники тепловой энергии.

Известно, что здания и сооружения строятся для обеспечения в них условий, необходимых для творческой и производственной деятельности и отдыха людей, выполнения технологических процессов, размещения и хранения оборудования, материалов, сырья, готовой продукции.

Поддержание заданных параметров воздуха в помещении в любое время года является сложной задачей, при решении которой необходимо учитывать климатические данные района строительства, назначение и режим работы, объемно-планировочные и конструктивные особенности здания. Эта задача решается в основном с помощью систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Следует отметить следующие особенности в РФ.

Во-первых, большая часть территории России в современных границах относится к Северной строительно-климатической зоне, охватывающей первый климатический район, который характеризуется суровой и длительной зимой, обуславливающей максимальную теплозащиту зданий и сооружений от продувания сильными ветрами и повышенной относительной влажности наружного воздуха особенно в приморских районах, большой продолжительностью отопительного периода, низкими значениями средней температуры воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 и 0,98 и за отопительный период при средней суточной температуре наружного воздуха ? 8°С.

Во-вторых, в стране произошли крупные изменения в размещении производства топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и их теплопотребителей. Большая часть районов добычи ТЭР расположена в азиатской части, тогда как большая часть населения проживает в европейской части территории РФ.

Кстати, в дореволюционной России 87% угля добывалось в Донецком бассейне.

К концу ХХ в. в современной России добывалось около 18% топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), население составляло не более 3 %, а удельный расход ТЭР составлял больше почти в 3 раза, чем в развитых странах. Значительный удельный расход ТЭР можно объяснить суровостью климата.

В-третьих, плотность населения в России почти в 20 раз меньше, чем в европейских странах.

1. Основные определения, термины

Теплотехника изучает методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепло- и парогенераторов, машин, аппаратов и устройств. Теплотехника включает три основные части: техническую термодинамику, теплопередачу и тепловые двигатели (машины, аппараты и устройства).

Фундаментом теплотехники является техническая термодинамика, которая изучает закономерности взаимного превращения тепловой и механической энергии, процессы, происходящие в газах и парах, а также свойства этих тел при различных физических условиях. Основные законы термодинамики - первый и второй.

Первый закон (частный случай всеобщего закона сохранения и превращения энергии (Гельмгольц,1847г.), утверждающий, что энергия не возникает из ничего и не исчезает, а переходит из одного вида в другой, гласит: теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и производимую ей работу.

Второй закон утверждает, что не вся подведенная теплота используется полезно. Степень использования подведенной теплоты определяет термический коэффициент полезного действия.

Строительная теплофизика рассматривает вопросы теплопередачи, воздухопроницания и влажностного режима (паропроницаемости) ограждающих конструкций здания в связи с процессами тепло - и массообмена, обусловленными действием внешних климатических факторов, внутренних источников и работой систем отопления, вентиляции или кондиционирования воздуха.

Отопление - искусственный обогрев помещений с целью возмещения в них тепловых потерь и поддержания на заданном уровне температуры, определяемой условиями теплового комфорта для находящихся в помещении людей или требованиями происходящего в нем технологического процесса.

Вентиляция - слово латинского происхождения означает проветривание, по строительной терминологии - естественный или искусственный регулируемый воздухообмен в помещениях, обеспечивающий создание воздушной среды в соответствии с санитарно-гигиеническими и технологическими требованиями.

Кондиционирование воздуха - придание воздуху определенных заданных параметров или создание и автоматическое поддерживание в закрытых помещениях температуры, относительной влажности, чистоты, состава и скорости движения, подвижности воздуха, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологических процессов, работы оборудования и приборов, хранения материалов, сырья, готовой продукции.

Теплоснабжение - обеспечение теплотой с помощью горячей воды или пара тепловых потребителей различного назначения.

Тепловая сеть - совокупность устройств, включаюшая трубы, теплоизоляцию, строительные конструкции, арматуру, для передачи теплоносителя (в виде горячей воды или пара) от источника тепловой энергии к теплопотребителям.

Источники тепловой энергии (теплоснабжения) - комплекс устройств для выработки только тепловой (котельные) или электрической и тепловой (теплоэлектроцентрали) энергии. Совокупность источников тепловой энергии, тепловых сетей и теплопотребителей представляет систему теплоснабжения.

В СССР и РФ основным видом теплоснабжения является централизованная система теплоснабжения, включающая три основных элемента: источник тепловой энергии, тепловые сети и местные системы теплопотребления. Высшей формой централизованной системы теплоснабжения является теплофикация, т.е. центральное теплоснабжение на базе комбинированной выработки электрической и тепловой энергии. В децентрализованных системах теплоснабжения производится меньше половины общего объема тепловой энергии. К ним относятся и системы поквартирного и печного отопления

Развитие энергетики, как известно, во времени имеет пять периодов.

Первый период - период мускульной силы, теплоты Солнца и костра, начало которого теряется в глубине тысячелетий, а конец - V11 в.н.э.

Второй - период использования энергии воды и ветра - с V111 до Х V111 в. (к 1917 г. в России, например, работало около 46000 водяных колес, что составляло около 40% установленной мощности).

Третий период - с Х V111 в. до 1943 г., когда главной силой была "движущаяся сила огня", а главным источником энергии невозобновляемая химическая энергия минерального органического топлива. Так в 1883 г. в Баку были открыты огромные нефтяные залежи. И уже в 1901 г. Россия обогнала США по добыче нефти (12 млн. 200 тыс. т.).

Четвертый современный период - с 1943 г., характеризующийся овладением и все более широким использованием ядерной энергии, истощением химических энергоресурсов и загрязнением окружающей среды.

Пятый перспективный - период использования непрерывно возобновляющихся ресурсов.

2. Общие положения

2.1 Общие требования к системам обеспечения микроклимата в помещениях

Здоровье, самочувствие и работоспособность человека, находящегося в помещении большую часть своей жизни, зависит в большей мере от теплового, воздушного и влажностного режима в помещении. Режимы имеют суточные, недельные и годовые циклы изменения в зависимости от характера использования помещений, деятельности людей в них и времени в году.

Общее состояние человека зависит от характера работы, интенсивности теплообмена между человеком и поверхностями относительно нагретых и охлажденных ограждений, материалов, оборудования, а также от температуры, подвижности и качества воздуха в рабочей, обслуживаемой зоне.

Совокупность или сочетание параметров воздуха в помещении, а также температуры окружающих поверхностей называют микроклиматом помещения. Основным фактором микроклимата является температура воздуха и поверхностей ограждений помещений.

Организм человека имеет систему терморегуляции, которая позволяет человеку приспосабливаться к изменениям тепловых условий в определенных пределах. Условия пребывания в помещении, в зависимости от требований к ним, разделяют на оптимальные и допустимые. При поддержании оптимальных условий создаются предпосылки для высокого уровня работоспособности, при допустимых - могут наблюдаться дискомфортные тепловые ощущения, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности.

1. В зданиях и сооружениях следует предусматривать технические решения, обеспечивающие:

а) нормируемые метеорологические условия и чистоту воздуха в обслуживаемой зоне помещений жилых, общественных, а также административно-бытовых зданий предприятий (далее - административно-бытовых зданий) согласно ГОСТ 30494, СанПиН 2.1.2.1002 и требованиям СНиП 41-01;

б) нормируемые метеорологические условия и чистоту воздуха в рабочей зоне производственных, лабораторных и складских (далее - производственных) помещений в зданиях любого назначения согласно ГОСТ 12.1.005-88 (СанПиН 2.2.4.548) и требованиям СНиП 41-01;

в) нормируемые уровни шума и вибраций от работы оборудования и систем теплоснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования (далее - отопительно-вентиляционного оборудования), а также от внешних источников шума согласно СНиП 23-03. Для систем аварийной вентиляции и систем противодымной защиты при работе или опробовании согласно ГОСТ 12.1.003 в помещениях, где установлено это оборудование, допустим шум не более 110 дБА, а при импульсном шуме - не более 125 дБА;

г) охрану атмосферного воздуха от вентиляционных выбросов вредных веществ;

д) ремонтопригодность систем отопления, вентиляции и кондиционирования;

е) взрывопожаробезопасность систем отопления, вентиляции и кондиционирования.

2. Отопительно-вентиляционное оборудование, воздуховоды, трубопроводы и теплоизоляционные конструкции следует предусматривать из материалов, разрешенных к применению в строительстве.

Используемые в системах отопления, вентиляции и кондиционирования материалы и изделия, подлежащие обязательной сертификации, в том числе гигиенической или пожарной оценке, должны иметь подтверждение на их применение в строительстве.

3. При реконструкции и техническом перевооружении действующих предприятий, жилых, общественных и административно-бытовых зданий допускается использовать при технико-экономическом обосновании существующие системы отопления, вентиляции и кондиционирования, если они отвечают требованиям СНиП 41-01.

4. Безопасность при пользовании.

4.1. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования следует проектировать с учетом требований безопасности нормативных документов органов государственного надзора, а также инструкций заводов-изготовителей оборудования, арматуры и материалов, если они не противоречат требованиям СНиП 41-01.

4.2. Температуру теплоносителя, ^оС, для систем отопления и теплоснабжения воздухонагревателей приточных установок, кондиционеров, воздушно-тепловых завес и др. (далее - систем внутреннего теплоснабжения) в здании следует принимать не менее чем на 20 °С ниже температуры самовоспламенения веществ, находящихся в помещении, и не более максимально допустимой по приложению Б СНиП 41-01 или указанной в технической документации на оборудование, арматуру и трубопроводы.

Для систем отопления с температурой воды 105 °С и выше следует предусматривать меры, предотвращающие вскипание воды.

4.3. Температура поверхности доступных частей отопительных приборов и трубопроводов систем отопления не должна превышать максимально допустимую по приложению 3 СНиП 41-01. Для отопительных приборов и трубопроводов с температурой поверхности доступных частей выше 75°С в детских дошкольных помещениях, лестничных клетках и вестибюлях детских дошкольных учреждений следует предусматривать защитные ограждения или тепловую изоляцию трубопроводов.

4.4. Тепловую изоляцию отопительно-вентиляционного оборудования, трубопроводов, систем внутреннего теплоснабжения, воздуховодов, дымоотводов и дымоходов следует предусматривать:

- для предупреждения ожогов;

- для обеспечения потерь теплоты менее допустимых;

- для исключения конденсации влаги;

- для исключения замерзания теплоносителя в трубопроводах, прокладываемых в неотапливаемых помещениях или в искусственно охлаждаемых помещениях.

Температура поверхности тепловой изоляции не должна превышать 40°С.

Горячие поверхности отопительно-вентиляционного оборудования, трубопроводов, воздуховодов, дымоотводов и дымоходов, размещаемых в помещениях, в которых они создают опасность воспламенения газов, паров, аэрозолей или пыли, следует изолировать, предусматривая температуру на поверхности теплоизолированной конструкции не менее чем на 20°С ниже температуры их воспламенения. Отопительно-вентиляционное оборудование, трубопроводы и воздуховоды не следует размещать в указанных помещениях, если отсутствует техническая возможность снижения температуры поверхности теплоизоляции до указанного уровня.

Теплоизолированные конструкции следует предусматривать согласно СНиП 41-03.

4.5. Прокладка или пересечение в одном канале трубопроводов внутреннего теплоснабжения с трубопроводами горючих жидкостей, паров и газов с температурой вспышки паров 170°С и менее или коррозионно - активных паров и газов не допускается.

Воздуховоды, по которым перемещаются взрывоопасные смеси, допускается пересекать трубопроводами с теплоносителем, имеющим температуру ниже (более чем на 20°С) температуры самовоспламенения перемещаемых газов, паров, пыли и аэрозолей.

4.6. В системах воздушного отопления температуру воздуха при выходе из воздухораспределителей следует рассчитывать с учетом требований 4.6, но принимать не выше 70°С и не менее чем на 20°С ниже температуры самовоспламенения газов, паров, аэрозолей и пыли, выделяющихся в помещение. Температуру воздуха, подаваемого воздушно-тепловыми завесами, следует принимать не выше 50°С у наружных дверей и не выше 70°С у наружных ворот и проемов.

4.7. Отопительно-вентиляционное оборудование, трубопроводы и воздуховоды в помещениях с коррозионно-активной средой, а также предназначенные для удаления воздуха с коррозионно-активной средой, следует предусматривать из коррозионных материалов или с защитными покрытиями от коррозии. Для антикоррозийной защиты воздуховодов допускается применять окраску из горючих материалов толщиной не более 0,2 мм.

4.8. Гидравлические испытания водяных систем отопления должны производиться при положительной температуре в помещениях здания.

Системы отопления должны выдерживать без разрушения и потери герметичности пробное давление воды, превышающее рабочее давление в системе в 1,5 раза, но не менее 0,6 МПа. Величина пробного давления при гидравлическом испытании систем отопления не должна превышать предельного пробного давления для установленных в системе отопительных приборов, оборудования, арматуры и трубопроводов.

2.2 Параметры микроклимата в помещениях

1. Параметры микроклимата при отоплении и вентиляции помещений (кроме помещений, для которых метеорологические условия установлены другими нормативными документами) следует принимать по ГОСТ 30494, ГОСТ 12.1.005, СанПиН 2.1.2.1002 и СанПиН 2.2.4.548 для обеспечения метеорологических условий и поддержания чистоты воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне помещений (на постоянных и непостоянных рабочих местах):

а) в холодный период года в обслуживаемой зоне жилых помещений температуру воздуха - минимальную из оптимальных температур; при согласовании с органами Госсанэпиднадзора России и по заданию заказчика допускается принимать температуру воздуха в пределах допустимых норм (табл. 2.1);

б) в холодный период года в обслуживаемой или рабочей зоне жилых помещений, общественных, административно-бытовых и производственных помещений температуру воздуха - минимальную из допустимых температур при отсутствии избытков явной теплоты (далее - теплоты) в помещениях; экономически целесообразную температуру воздуха в пределах допустимых норм в помещениях с избытками теплоты. В производственных помещениях площадью более 50 мІ на одного работающего следует обеспечивать расчетную температуру воздуха на постоянных рабочих местах и более низкую (но не ниже 10°С) температуру воздуха на непостоянных рабочих местах. В холодный период года в жилых, общественных, административно-бытовых и производственных помещениях отапливаемых зданий, когда они не используются и в нерабочее время, можно принимать температуру воздуха ниже нормируемой, но не ниже:

15 °С - в жилых помещениях;

12 °С - в общественных и административно-бытовых помещениях;

5 °С - в производственных помещениях.

При периодическом снижении температуры воздуха помещений следует обеспечивать восстановление нормируемой температуры к началу использования помещения или к началу работы;

в) для теплого периода года в помещениях с избытками теплоты - температуру воздуха в пределах допустимых температур воздуха, но не более чем на 3 °С для общественных и административно-бытовых помещений и не более 4 °С для производственных помещений выше расчетной температуры наружного воздуха (по параметрам А) и не более максимально допустимых температур по табл. 4.4, а при отсутствии избытков теплоты - температуру воздуха в пределах допустимых температур, равную температуре наружного воздуха (по параметрам А), но не менее минимально допустимых температур по табл. 2.4;

г) скорость движения воздуха - в пределах допустимых норм;

д) относительная влажность воздуха при отсутствии специальных норм не нормируется.

Параметры микроклимата или один из параметров допускается принимать в пределах оптимальных норм вместо допустимых, если это экономически обосновано или по заданию на проектирование. Если допустимые нормы микроклимата невозможно обеспечить в рабочей или обслуживаемой зоне по производственным или экономическим условиям, то на постоянных рабочих местах следует предусматривать душирование наружным воздухом или местными кондиционерами. В теплый период года метеорологические условия не нормируются в помещениях:

а) жилых зданий;

б) общественных, административно-бытовых и производственных в периоды, когда они не используются и в нерабочее время;

в) производственных в периоды, когда они не используются и в нерабочее время при отсутствии технологических требований к температурному режиму помещений.

Таблица 2.1. Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне помещений жилых зданий и общежитий (ГОСТ 30494-96).

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 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
Холодный	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 2.2. Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в обслуживаемой зоне общественных зданий (ГОСТ 30494-96).

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 "	19-21	18-23	18-20	17-22	45-30	60	0,2	0,3
	За "	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
	Зв "	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
Холодный	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 асимметрия результирующей температуры должна быть не более 2,5 °С для оптимальных и не более 3,5 °С для допустимых показателей.

Таблица 2.3. Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений (ГОСТ 12.1.005-88).

Период года	Категория работ	Температура, С	Относительная влажность	Скорость движения, м/с
		оптимальная	допустимая	оптимальная	Допустимая на рабочих местах	оптимальная, не более	допустимая на рабочих местах постоянных и непостоянных*
			верхняя граница	нижняя граница
			на рабочих местах
			постоянных	непостоянных	постоянных	непостоянных
Холодный	Легкая - I а	22-24	25	26	21	18	40-60	75	0,1	Не более 0,1
	Легкая - I б	21-23	24	25	20	17	40-60	75	0,1	Не более 0,2
	Средней тяжести - IIа	18-20	23	24	17	15	40-60	75	0,2	Не более 0,3
	Средней тяжести - IIб	17-19	21	23	15	13	40-60	75	0,2	Не более 0,4
	Тяжелая - III	16-18	19	20	13	12	40-60	75	0,3	Не более 0,5
Теплый	Легкая - I а	23-25	28	30	22	20	40-60	55 (при 28 С)	0,1	0,1-0,2
	Легкая - I б	22-24	28	30	21	19	40-60	60 (при 27 С)	0,2	0,1-0,3
	Средней тяжести - IIа	21-23	27	29	18	17	40-60	65 (при 26 С)	0,3	0,2-0,4
	Средней тяжести - 1Iб	20-22	27	29	16	15	40-60	70 (при 25 С)	0,3	0,2-0,5
	Тяжелая - III	18-20	26	28	15	13	40-60	75 (при 24 С и ниже)	0,4	0,2-0,6
* Большая скорость движения воздуха в теплый период года соответствует максимальной температуре воздуха, меньшая - минимальной температуре воздуха. Для промежуточных величин температуры воздуха скорость его движения допускается определять интерполяцией; при минимальной температуре воздуха скорость его движения может приниматься также ниже 0,1 м/с - при легкой работе и ниже 0,2 м/с - при работе средней тяжести и тяжелой.

Таблица 2.4. Допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне жилых, общественных, административно - бытовых и производственных помещений в теплый период года (СНиП 41-01).

Назначение помещения	Категория работ	Температура, °С	Скорость движения воздуха, м/с, не более	Относи- тельная влажность воздуха, %, не более
		в обслуживаемой или рабочей зоне	на постоянных рабочих местах	на непостоянных рабочих местах	на постоянных и непостоянных рабочих местах
Жилое, общественное, административно- бытовое		Не более чем на 3 °С выше расчетной температуры наружного воздуха (параметры А)*			65**	0,5
Производственное	Легкая:	На 4 °С выше расчетной температуры наружного воздуха (параметры А) и не более указанных в гр.4 и 5
	la		28/31	30/32	0,2
	Iб		28/31	30/32	0,3
	Средней тяжести					75
	IIа		27/30	29/31	0,4
	IIб		27/30	29/31	0,5
	Тяжелая
	III		26/29	28/30	0,6
* Но не более 28 °С для общественных и административно-бытовых помещений с постоянным пребыванием людей и не более 33 °С для указанных зданий, расположенных в районах с расчетной температурой наружного воздуха (параметры А) 25 °С и выше. ** Допускается принимать до 75% в районах с расчетной относительной влажностью воздуха более 75% (параметры А). Примечания 1 Нормы установлены для людей, находящихся в помещении более 2 ч непрерывно. 2 В таблице в графах 4 и 5 допустимые нормы внутреннего воздуха приведены в виде дроби: в числителе - для районов с расчетной температурой наружного воздуха (параметры А) ниже 25 °С, в знаменателе - 25 °С и выше. 3 Для помещений, расположенных в районах с расчетной температурой наружного воздуха (параметры А) ниже 25 °С, - не более указанной в числителе граф 4 и 5, 25 °С и выше - не более указанной в знаменателе граф 4 и 5. 4 Для районов с расчетной температурой наружного воздуха (параметры А) 18 °С и ниже вместо 4 °С, указанных в графе 3, допускается принимать 6 °С. 5 Нормативная разность температур между температурой на рабочих местах и температурой наружного воздуха (параметры А) 4 или 6 °С может быть увеличена при обосновании расчетом в соответствии с 4.6. 6 В районах с расчетной температурой наружного воздуха (параметры А) t, °С, на постоянных и непостоянных рабочих местах, превышающей: а) 28 °С - на каждый градус разности температур t - 28 °С следует увеличивать скорость движения воздуха на 0,1 м/с, но не более чем на 0,3 м/с выше скорости, указанной в графе 6; б) 24 °С - на каждый градус разности температур t - 24 °С допускается принимать относительную влажность воздуха на 5% ниже относительной влажности, указанной в графе 7. 7 В климатических зонах с высокой относительной влажностью воздуха (вблизи морей, озер и др.), а также при применении адиабатной обработки приточного воздуха водой для обеспечения на рабочих местах температур, указанных в графах 4 и 5, допускается принимать относительную влажность воздуха на 10% выше относительной влажности, определенной в соответствии с примечанием 5. 8 Если допустимые нормы невозможно обеспечить по производственным или экономическим условиям, то на постоянных рабочих местах следует предусмотреть воздушное душирование или кондиционирование.

2. Параметры микроклимата при кондиционировании помещений, кроме помещений, для которых метеорологические условия установлены другими нормативными документами или заданием на проектирование, следует предусматривать для обеспечения нормируемой чистоты и метеорологических условий воздуха в пределах оптимальных норм по ГОСТ 30494 в обслуживаемой зоне жилых, общественных, административно-бытовых помещений и по ГОСТ 12.1.005 в рабочей зоне (для постоянных и непостоянных рабочих мест) производственных помещений или отдельных их участков.

В местностях с расчетной температурой наружного воздуха в теплый период года по параметрам Б 30 °С и более температуру воздуха в помещениях следует принимать на 0,4 °С выше указанной в ГОСТ 30494 и ГОСТ 12.1.005 на каждый градус превышения температуры наружного воздуха сверх температуры 30 °С, увеличивая также соответственно скорость движения воздуха на 0,1 м/с на каждый градус превышения температуры наружного воздуха. При этом скорость движения воздуха в помещениях в указанных условиях должна быть не более 0,5 м/с.

Параметры микроклимата или один из параметров допускается принимать в пределах допустимых норм вместо оптимальных при согласовании с органами Госсанэпиднадзора России и по заданию заказчика.

3. Для производственных помещений с полностью автоматизированным технологическим оборудованием, функционирующим без присутствия людей (кроме дежурного персонала, находящегося в специальном помещении и выходящего в производственное помещение периодически для осмотра и наладки оборудования не более двух часов непрерывно), при отсутствии технологических требований к температурному режиму помещений температуру воздуха в рабочей зоне следует принимать:

а) для теплого периода года при отсутствии избытков теплоты - равную температуре наружного воздуха (параметры А), а при наличии избытков теплоты - на 4 °С выше температуры наружного воздуха (параметры А), но не ниже 29 °С, если при этом не требуется подогрева воздуха;

б) для холодного периода года и переходных условий при отсутствии избытков теплоты - 10 °C, а при наличии избытков теплоты - экономически целесообразную температуру.

В местах производства ремонтных работ (продолжительностью два часа и более непрерывно) следует предусматривать снижение температуры воздуха до 25 °С в I-III и до 28 °С- в IV строительно-климатических районах в теплый период года (параметры А) и повышение температуры воздуха до 16 °С в холодный период года (параметры Б) передвижными воздухонагревателями.

Относительная влажность и скорость движения воздуха в производственных помещениях с полностью автоматизированным технологическим оборудованием при отсутствии специальных требований не нормируются.

4. В животноводческих, звероводческих и птицеводческих зданиях, сооружениях для выращивания растений, зданиях для хранения сельскохозяйственной продукции параметры микроклимата следует принимать в соответствии с нормами технологического и строительного проектирования этих зданий.

5. В струе приточного воздуха при входе ее в обслуживаемую или рабочую зону помещения следует принимать:

а) максимальную скорость движения воздуха v_х, м/с, по формуле

v_х = К Vn; (2.1)

б) максимальную температуру t_х, ^оС, при восполнении недостатков теплоты в помещении по формуле

t_х = t_n + Д t₁; (2.2)

в) минимальную температуру t'_х, ^оС, при ассимиляции избытков в помещении по формуле

t'_х = t_n - Д t₂; (2.3)

В формулах (4.1) - (4.3):

v_n, t_n - соответственно нормируемая скорость движения воздуха, м/с, и нормируемая температура воздуха, ^оС, в обслуживаемой зоне или на рабочих местах в рабочей зоне помещения;

К - коэффициент перехода от нормируемой скорости движения воздуха в помещение к максимальной скорости в струе, определяемый по табл. 2.5;

Дt₁, Дt₂ - соответственно допустимое отклонение температуры воздуха, ^оС, в струе от нормируемой, определяемое по табл. 2.6.

При размещении воздухораспределителей в пределах обслуживаемой или рабочей зоны помещения скорость движения и температура воздуха не нормируются на расстоянии 1 м от воздухораспределителя.

Таблица 2.5. Коэффициенты K перехода от нормируемой скорости движения воздуха к максимальной скорости воздуха в струе (СНиП 41-01).

Метеорологические условия	Размещение людей	Коэффициенты К для категорий работ
		легкой - I	средней тяжести - II, тяжелой -III
Допустимые	В зоне прямого воздействия приточной струи воздуха в пределах участка:
	начального и при воздушном душировании	1	1
	основного	1,4	1,8
	Вне зоны прямого воздействия приточной струи воздуха	1,6	2
	В зоне обратного потока воздуха	1,4	1,8
Оптимальные	В зоне прямого воздействия приточной струи воздуха в пределах участка:
	начального	1	1
	основного	1,2	1,2
	Вне зоны прямого воздействия приточной струи или в зоне обратного потока воздуха	1,2	1,2
Примечание. Зона прямого воздействия струи определяется площадью поперечного сечения струи, в пределах которой скорость движения воздуха изменяется от vz до 0,5 vz.

Таблица 2.6. Допустимое отклонение температуры в приточной струе от нормируемой температуры воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне (СНиП 41-01).

Метеорологические условия	Помещения	Допустимые отклонения температуры, С
		при восполнении недостатков теплоты в помещении	при ассимиляции избытков теплоты в помещении
		Размещение людей
		в зоне прямого воздействия приточной струи	вне зоны прямого воздействия приточной струи	в зоне прямого воздействия приточной струи	вне зоны прямого воздействия приточной струи
Допустимые	Жилые, общественные и административно-бытовые:
	t1	3	3,5	-	-
	t2	-	-	1,5	2
	Производственные:
	t1	5	6	-	-
	t2	-	-	2	2,5
Оптимальные	Любые, за исключением помещений, к которым предъявляются специальные технологические требования:
	t1	1	1,5	-	-
	t2	-	-	1	1,5

Таблица 2.7. Расчетные нормы температур и скорости движения воздуха при воздушном душировании (СНиП 41-01).

Категория работ	Температура воздуха в не струи, С	Средняя на 1мІ скорость воздуха в душирующей струе на рабочем месте, м/с	Температура смеси воздуха в душирующей струе, С, на рабочем месте при поверхностной плотности лучистого теплового потока, Вт/мІ
			140-350	700	1400	2100	2800
Легкая - Iа, 1б	Принимать по графам 3-5 табл.4.4	1	28	24	21	16	-
		2	-	28	26	24	20
		3	-	-	28	26	24
		3,5	-	-	-	27	25
Средней тяжести-1а, 11б		1	27	22	-	-	-
		2	28	24	21	16	-
		3	-	27	24	21	18
		3,5	-	28	25	22	19
Тяжелая - III		2	25	19	16	-	-
		3	26	22	20	18	17
		3,5	-	23	22	20	19
Примечания. 1. При температуре воздуха вне струи, отличающейся от указанной в таблице, температуру смеси воздуха в душирующей струе на рабочем месте следует повышать или понижать на 0,4 С на каждый градус разности от значения, приведенного в таблице, но принимать не ниже 16 C. 2. Поверхностную плотность лучистого теплового потока следует принимать равной средней за время облучения. 3. При длительности воздействия лучистого теплового потока менее 15 или более 30 мин непрерывной работы температуру смеси воздуха в душирующей струе допускается принимать соответственно на 2 С выше или ниже значений, приведенных в таблице. 4. Для промежуточных значений поверхностной плотности лучистого теплового потока температуру смеси воздуха в душирующей струе следует определять интерполяцией.

6. В производственных помещениях горячих цехов при облучении с поверхностной плотностью лучистого теплового потока (далее - интенсивность теплового потока) 140 Вт/мІ и более следует предусматривать душирование рабочих мест наружным воздухом; температуру и скорость движения воздуха на рабочем месте следует принимать по табл. 2.7. В помещениях для отдыха рабочих горячих цехов следует принимать температуру воздуха 20 °С в холодный период года и 23 °С - в теплый.

7. В помещениях при лучистом отоплении и нагревании (в том числе с газовыми и электрическими инфракрасными излучателями) или охлаждении постоянных рабочих мест температуру воздуха следует принимать по расчету, обеспечивая температурные условия (результирующую температуру помещения), эквивалентные нормируемой температуре воздуха в обслуживаемой (рабочей) зоне помещения.

При этом при лучистом отоплении интенсивность теплового облучения на рабочем месте в обслуживаемой (рабочей) зоне помещения не должна превышать 35 Вт/мІ при 50% и более обслуживаемой поверхности тела, а температура воздуха в обслуживаемой (рабочей) зоне должна быть не менее чем на 1°С ниже максимально допустимой температуры в холодный период года и не должна быть ниже минимально допустимой температуры в холодны период года более чем на 3 ^оС для общественных и на 4°С для производственных помещений.

8. Концентрацию вредных веществ в воздухе рабочей зоны и на рабочих местах в производственных помещениях при расчете систем вентиляции и кондиционирования следует принимать равной предельно допустимой концентрации (ПДК) в воздухе рабочей зоны, установленной ГОСТ 12.1.005, а также нормативными документами Госкомсанэпиднадзора России.

9. Концентрацию вредных веществ в приточном воздухе при выходе из воздухо-распределителей и других приточных отверстий следует принимать по расчету с учетом фоновых концентраций этих веществ в местах размещения воздухоприемных устройств, но не более:

а) 30 % ПДК в воздухе рабочей зоны - для производственных и административно-бытовых помещений;

б) ПДК в воздухе населенных мест - для жилых и общественных помещений.

2.3 Выбор параметров наружного воздух

1. Заданные параметры микроклимата и чистоту воздуха в помещениях жилых, общественных, административно-бытовых и производственных помещений следует обеспечивать в пределах расчетных параметров наружного воздуха для соответствующих районов строительства по СНиП 23-01:

параметров А - для систем вентиляции, воздушного душирования для теплого периода года;

параметров Б - для систем отопления, вентиляции и воздушного душирования для холодного периода года, а также для систем кондиционирования для теплого и холодного периодов года.

Параметры наружного воздуха для переходных условий года следует принимать 10 °С и удельную энтальпию 26,5 кДж/кг.

2. Параметры наружного воздуха для зданий сельскохозяйственного назначения, если они не установлены специальными строительными или технологическими нормами, следует принимать:

параметры А - для систем вентиляции и кондиционирования для теплого и холодного периодов года;

параметры Б - для систем отопления для холодного периода года.

3. По заданию на проектирование допускается принимать более низкие параметры наружного воздуха в холодный период года и более высокие параметры наружного воздуха в теплый период года.

4. Взрывопожаробезопасные концентрации веществ в воздухе помещений следует принимать при параметрах наружного воздуха, установленных для расчета систем вентиляции и кондиционирования.

5. При выполнении теплотехнического расчета, расчета сопротивления воздухопроницанию и расчета влажностного режима наружных ограждающих конструкций здания принимаются следующие параметры:

- средняя температура, °С, наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 (для объектов массового строительства) [СНиП 23-01];

- средняя температура и продолжительность отопительного периода, сут, с устойчивой средней суточной температурой наружного воздуха ? 8 или 10°С [СНиП 23-01], необходимые для определения числа градусо-суток;

- средняя температура, °С, наиболее холодного месяца [СНиП 23-01];

- расчетная скорость ветра, м/с, равная максимальной из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16% и более, на высоте 10 м над поверхностью земли в открытой местности [СНиП 23-01];

- зона влажности района проектируемого объекта [СНиП 11-3-79*, СНиП 23-02], необходимая для определения условий эксплуатации наружных ограждающих конструкций здания.

Параметры А и Б наружного воздуха по табл. 1, 2 СНиП 23-01 можно определить, пользуясь табл.2.8.

Таблица 2.8. Климатические параметры для проектирования отопления, вентиляции и кондиционирования (СНиП 23-01).

Литература к 1-2 главе

1. К.В. Тихомиров, Э.С. Сергеенко. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция: Учебник для студ. факультетов ПГС. М.: Стройиздат, 1991.

2. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны (Переиздание. 07.1998г.).

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

4. СанПиН 2.1.2.1002-00. Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям.

5. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. Санитарные правила и нормы.

6. СанПиН 2.1.3.1375-03. Гигиенические требования к размещению, устройству, оборудованию и эксплуатации больниц, родильных домов и других лечебных стационаров.

7. СанПиН 2.3.6.1079-01. Санитарно-эпидемиологические требования к организациям общественного питания, изготовлению и оборотоспособности в них пищевых продуктов и продовольственного сырья.

8. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.

9. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология.

10. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

11. СНиП 11-3-79* Строительная теплотехника.

12. Б.А. Крупнов. Строительная терминология. Перечень рекомендуемой литературы / МГСУ, 2007.

3. Строительная теплотехника

Строительная теплотехника (теплофизика) рассматривает вопросы теплопередачи, воздухопроницания и влажностного режима (паропроницаемости) ограждающих конструкций здания в связи с процессами тепло - и массообмена, обусловленными действием внешних климатических факторов, внутренних источников и работой систем отопления, вентиляции или кондиционирования воздуха.

3.1 Теплопередача. Основные понятия

Основу строительной теплофизики, как и многих явлений, наблюдаемых в природе и технике, составляет теплопередача. Она изучает процессы распределения теплоты в пространстве с неоднородным полем температуры из области повышенных температур в область пониженных.

Применительно к нашей дисциплине теплота передается через ограждающие конструкции отапливаемых помещений, стенки теплообменных аппаратов. Расчет теплопередачи заключается в определении теплотехнических показателей ограждающих конструкции, количества теплоты, проходящей через разделяющую поверхность, параметров теплоносителя и т.д.

Сложный процесс теплопередачи условно разбивается на три более простых процесса, каждый из которых подчиняется своим законам: теплопроводность, конвекция (конвективный теплообмен) и теплообмен излучением (лучистый теплообмен).

При этом различают молекулярный и конвективный механизм переноса теплоты.

Молекулярный перенос теплоты осуществляется посредством теплового движения микрочастиц в среде с неоднородным распределением температуры.

Конвективный перенос теплоты осуществляется макроскопическими элементами при их перемещении в среде с неоднородным распределением скорости и температуры.

Теплопроводность - молекулярный перенос теплоты в сплошной среде или процесс распространения теплоты внутри тела путем непосредственного соприкосновения его микрочастиц (молекул, атомов).

Теплопроводность наблюдается во всех трех агрегатных состояниях тел, но наиболее четко она проявляется в твердых телах, т. к. в них не происходит перемещения микрочастиц.

Установлено, что тепловой поток или количество теплоты, Вт, передаваемое через какую-нибудь плоскую стенку за единицу времени, прямо пропорционально разности температур горячей ф₁ и холодной ф₂ сторон стенки, площади стенки, коэффициенту пропорциональности л и обратно пропорционально толщине этой стенки.

где л-коэффициент пропорциональности, характеризующий способность тела проводить теплоту и называемый коэффициентом теплопроводности материала, Вт/м °С; - удельный тепловой поток, Вт/м²; л/д - тепловая проводимость, Вт/м².°С, а величина обратная - тепловое или термическое сопротивление теплопередаче R_T.

Распространение теплоты выражается в дифференциальной форме уравнением Фурье (1822), имеюшим вид



Для однослойной стенки

(3.2)

(3.3)

Для многослойной стенки (3.4)

Коэффициент л зависит от химического состава, объемного веса, структуры материала, его влажности и температуры. Для строительных материалов аморфной структуры л = 2,5 - 12,5; кристаллической = 16,8 - 50,5 и органического происхождения = 1,05 - 1,50 Вт/м°С. Для чистого серебра и меди л = 400, для пористых материалов (пробка, минвата) л = 0,035 - 0,05 Вт/м°С.

Конвективный теплообмен - процесс, обусловленный совместным действием конвективного и молекулярного переносов теплоты или перемешиванием в объеме неравномерно нагретой массы жидкости или газа. При этом перенос теплоты непрерывно связан с переносом самой среды, т.е. массообменном.

Совместное протекание процессов теплообмена и массообмена называется тепломассообменом.

Тепловой поток при конвективном теплообмене определяется по формуле Ньютона - Рихмана

где б_к - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом конвективного теплообмена Вт/м²°С;

Т_ж- температура (жидкости или газа); Т- температура поверхности стенки.

Коэффициент б_к зависит от свойств жидкости, омывающей поверхность (плотность, вязкость, теплоемкость), расположения, формы и размеров поверхности, природы возникновения и скорости движения среды. Коэффициент б_к при конвекции принимается на основе экспериментальных данных и определятся по эмпирическим формулам.

Благодаря конвекции происходит теплообмен между поверхностью твердого тела и омывающим эту поверхность воздухом.

Теплообмен излучением - процесс передачи внутренней энергии излучения (энергии фотонов или электромагнитных волн), которая поглощается другим веществом, стоящим на пути фотонов или электромагнитных волн. Тепловое или инфракрасное излучение характеризуется длинами волн в пределах от 0,8 мк до 0,8 мм.

Количество теплоты, Вт, излучаемой поверхностью F₁, имеющей абсолютную температуру T₁, на поверхность F₂ с температурой T₂ определяется по формуле (закону) Стефана-Больцмана (I879-I88I).

; (3.6)

где C_пр- приведенный коэффициент излучения системы тел, между которыми происходит лучистый теплообмен, Вт/м² °С;

ц_1-2 - коэффициент облученности, зависящий от взаимного положения и размеров поверхностей и показывающий долю лучистого потока, приходящуюся на поверхность F₂ от всего потока, излучаемого поверхностью F₁.

Например, до нашей планеты доходит только 2,2 млрд. части лучистой энергии Солнца, испускаемой им в мировое пространство.

Приведенный коэффициент C_пр равен

; (3.7)

где Е_пр1-2-приведенный коэффициент теплового излучения при теплообмене между двумя серыми поверхностями (приведенная степень черноты системы тел);

C_о - коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,77 Вт/ м^{2 °}С.

Для расчета лучистого теплообмена пользуются более простой формулой

; (3.8)

где б_л - коэффициент лучистого теплообмена на поверхности, Вт/м²°С. В инженерных расчетах лучистого теплообмена в помещении б_л принимается равным 4,9 Вт/м²°С.

Для двух параллельных поверхностей, например, расположенных на сравнительно близком расстоянии



Для малых поверхностей или удаленных друг от друга

Для поверхностей, расположенных по схеме цилиндр в цилиндре

- относительные коэффициенты излучения поверхностей, зависящие не только от вида материала, состояния его поверхности, но и от угла направления излучения к поверхности, или степени черноты.

3.2 Теплопередача через ограждение при стационарном тепловом режиме

Температура наружного воздуха, внутренние теплопоступления в помещении изменяются в течение года. Для теплого периода характерны суточные колебания температуры наружного воздуха и солнечной радиации и, следовательно, нестационарный режим теплопередачи через ограждение. Для зимы характерно устойчивое стояние низкой температуры наружного воздуха и, следовательно, стационарный тепловой режим. В теплотехническом отношении наружные ограждения должны отвечать определенным требованиям в холодный период года на большей территории РФ. В холодный период года, когда температура внутренней поверхности ф_в наружных ограждений ниже температуры воздуха t_в в помещении и температуры поверхности t_R внутренних ограждений, внутренняя поверхность наружного ограждениявоспринимает теплоту, обусловленную конвекцией от воздуха помещения и излучением от поверхностей внутренних ограждений. Тогда тепловой поток, воспринимаемый внутренней поверхностью наружного ограждения, составит:

; (3.11)

Приняв t_в= t_R , получим

; (3.12)

; (3.13)

; (3.14)

где б_в - коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения, Вт/м²°С;

R_в - сопротивление теплообмену на внутренней поверхности, м²°С/Вт.

Характер передачи теплоты наружной поверхностью аналогичен. Конвекцией передается теплота наружному воздуху, излучением - окружающим более холодным поверхностям.

Тепловой поток можно представить в виде

, (3.15)

б_{н =1/} R_н

где б_н - коэффициент теплообмена на наружной поверхности, Вт/м²°С;

R_н - сопротивление теплообмену на наружной поверхности м²°С/Вт.

Тепловой поток Q_T, проходящий через толщу однородного ограждения д, находим по формуле:

где R_Т - термическое сопротивление теплопередаче ограждения , м² °С/Вт.

В условиях установившегося теплового режима, когда известные параметры процесса неизменны во времени

(3.17)

тогда тепловой поток Q_o, проходящий из помещения через ограждение, можно выразить в виде

где - общее расчетное сопротивление теплопередаче однородного ограждения, равное сумме последовательно преодолеваемых потоком теплоты сопротивлений ;;, м²°С.

При наличии воздушной замкнутой прослойки, расположенной в ограждении перпендикулярно направлению теплового потока, учитывается дополнительно ее сопротивление теплопередаче .

Тогда

(3.20)

Термическое сопротивление теплопередаче многослойного ограждения равно сумме термических сопротивлений теплопередаче отдельных последовательно расположенных слое в ограждении (по направлению теплового потока).

Величина, обратная, называется коэффициентом теплопередачи ограждения Ко, выражающим величину теплового потока в Вт, проходящего в стационарных условиях через 1 м2 площади ограждения при разности температур в 1°С.



Возможно применение ограждения с неоднородной конструкцией в направлении, перпендикулярном направлению теплового потока. В этом случае среднее значение коэффициента теплопередачи ограждения следует находить по формуле

, а (3.22)

Кроме того, возможна неоднородность конструкции ограждения в направлении, перпендикулярном и параллельном тепловому потоку. В этом случае термическое сопротивление теплопередаче можно определить по формуле



Значение температуры ф_в и в любом сечении ф_в-х ограждения определяется по формулам

; (3.23)

где - сопротивление теплопередаче от внутренней среды помещения до сечения в толще ограждения.

Расчетные величины ; приведены в главе СНиП П-3-79*.

3.3 Теплопередача при нестационарном тепловом режиме

В действительности температуры t_н и t_в колеблются в течение суток, недели и т. д. За определенный период (например, сутки) температура t_в может достигать максимальное и минимальное значения, что и вызывает изменение теплового поток (рис.5).

Изменения температур могут возникнуть в результате смены холодных и теплых масс наружного воздуха, при периодическом отоплении здания (печное отопление или временное отключение центральной системы отопления), под воздействием солнечной радиации.

Указанные воздействия могут привести к значительному снижению ф_в и созданию условий, при которых возможна конденсация водяных паров воздуха на внутренней поверхности наружных ограждений, или повышение ф_в в теплый период (рис.5).

Эти обстоятельства должны быть учтете при выборе материалов и конструкций наружного ограждения в теплотехнических расчетах.

3.3.1 Теплоустойчивость наружного ограждения

Ограждающие конструкции по разному реагируют на колебания температуры воздуха и теплового потока. В толще одних конструкций быстро изменяется температура при колебаниях температуры наружного воздуха, в других - медленно. Эти отличительные особенности связаны с теплоустойчивостью.