Системы кондиционирования, вентиляции и отопления
Покупка
Основная коллекция
ПООП
Тематика:
Вентиляция. Кондиционирование воздуха
Издательство:
Инфра-Инженерия
Год издания: 2019
Кол-во страниц: 528
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-0345-0
Артикул: 721933.01.99
Рассмотрены системы создания технологического и комфортной микроклимата (системы кондиционирования, вентиляции и отопления) с учетом принципов энергосбережения. Большое внимание обращается на обоснованное принятие параметров воздуха в помещениях различного назначения и на теплозащитные свойства ограждающих конструкций этих помещений. Даны рекомендации и примеры выбора оборудования для поддержания необходимого микроклимата с учетом дей ствующих нормативных документов и разработок авторов. Рекомендуется для студентов энергетических, технологических и строительных специальностей, а также для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, эксплуатацией, реконструкцией и наладкой систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 08.03.01: Строительство
- 13.03.01: Теплоэнергетика и теплотехника
- ВО - Специалитет
- 08.05.01: Строительство уникальных зданий и сооружений
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВО «ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В. И. ЛЕНИНА» В. К. ПЫЖОВ, Н. Н. СМИРНОВ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ, ВЕНТИЛЯЦИИ И ОТОПЛЕНИЯ УЧЕБНИК Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2019
УДК 697 ББК 38.762 П94 Научный редактор: д-р техн. наук, проф. А. К. Соколов Рецензент: канд. техн. наук, доцент А. В. Коновалов Пыжов, В. К., Смирнов, Н. Н. П94 Системы кондиционирования, вентиляции и отопления : учебник / В. К. Пыжов, Н. Н. Смирнов ; ИГЭУ. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2019. – 528 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-0345-0 Рассмотрены системы создания технологического и комфортного микроклимата (системы кондиционирования, вентиляции и отопления) с учетом принципов энергосбережения. Большое внимание обращается на обоснованное принятие параметров воздуха в помещениях различного назначения и на теплозащитные свойства ограждающих конструкций этих помещений. Даны рекомендации и примеры выбора оборудования для поддержания необходимого микроклимата с учетом действующих нормативных документов и разработок авторов. Рекомендуется для студентов энергетических, технологических и строительных специальностей, а также для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, эксплуатацией, реконструкцией и наладкой систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. УДК 697 ББК 38.762 ISBN 978-5-9729-0345-0 © В. К. Пыжов, Н. Н. Смирнов, 2019 © ФГБОУ ВО «Ивановский государственный энергетический университет имени В. И. Ленина», 2019 © Издательство «Инфра-Инженерия», 2019 © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2019
СОДЕРЖАНИЕ ____________________________________________________________________ 3 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………… 9 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИЗНИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА……………………………………………………. 12 1.1 САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ В ПОМЕЩЕНИЯХ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ……………………………………………………………………….. 12 1.2 КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ……………… 15 1.3 ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИИ……………................... 16 1.4 ВЛИЯНИЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА НА ТЕПЛООБМЕН ЧЕЛОВЕКА С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ……………….. 18 1.5 ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА, БИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЗДУХА................... 20 1.6 СВОЙСТВА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА …………………………………………. 28 1.6.1 Физические параметры влажного воздуха…....................................... 28 1.6.2 h-d диаграмма влажного воздуха………………………………………….. 36 1.7 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА……………………. 42 1.7.1 Измерение температуры………………………………………................ 42 1.7.2 Определение относительной влажности……………………………… 42 1.7.3 Измерение скорости воздуха……………………………………………… 46 1.7.4 Определение содержания паров, газов и пыли…………………………. 49 1.8 ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ………… 50 2 НОРМИРОВАНИЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВНУТРЕННЕГО И НАРУЖНОГО ВОЗДУХА……………………………………. 51 2.1 НОРМИРОВАНИЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВНУТРЕННЕГО ВОЗДУХА…………………………………………………………. 51 2.1.1 Общие положения…………………………………………………………….. 51 2.1.2 Расчетные метеорологические параметры внутреннего воздуха.. 65 2.2 ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ ЗАДАННОГО КЛИМАТА……………………………... 66 2.3 НОРМИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА…………….. 69 2.4 ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ………… 71 3 БАЛАНС ПОМЕЩЕНИЙ ПО ВРЕДНОСТЯМ………………………………… 73 3.1 КЛАССИФИКАЦИЯ ВРЕДНОСТЕЙ ПОМЕЩЕНИЙ………………………... 73
СОДЕРЖАНИЕ 4 3.2 БАЛАНС ПОМЕЩЕНИЙ ПО ТЕПЛОТЕ……………………………………… 73 3.2.1 Общие положения…………………………………………………………….. 73 3.2.2 Потери теплоты через наружные ограждающие конструкции (основные и добавочные)…….................................................. 74 3.2.3 Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций………………………………………………………………………….. 77 3.2.4 Расчет ограждающих конструкций «теплых» чердаков……………. 89 3.2.5 Расчет ограждающих конструкций «теплых» подвалов……………. 92 3.2.6 Требования к светопрозрачным ограждающим конструкциям…….. 94 3.2.7 Потери теплоты через ограждающие конструкции остекленных лоджий и балконов…………………………………………………………............. 95 3.2.8 Потери теплоты на нагревание наружного воздуха при инфильтрации его через наружные ограждения………………………... 95 3.2.9 Расход теплоты на нагревание воздуха механической приточной вентиляции и кондиционирования………………………………………………. 104 3.2.10 Поступление теплоты в помещения здания…………………………. 105 3.2.11 Тепловыделения от электродвигателей…………………….. ……… 106 3.2.12 Тепловыделения от установленных в помещении электродвигателей и приводимого ими в действие оборудования……… 107 3.2.13 Тепловыделения от нагретого оборудования и материалов…….. 3.2.14 Тепловыделения от искусственного освещения…………………….. 108 108 3.2.15 Тепловыделения от бытовых электрических приборов…………… 110 3.2.16 Поступление теплоты от людей……………………………………… 110 3.2.17 Поступление теплоты с инфильтрирующимся воздухом в теплый период года……………………………………………………………. 3.2.18 Поступление теплоты через внутренние ограждающие конструкции смежных помещений……………………………………………… 111 112 3.2.19 Поступление теплоты от солнечной радиации в теплый и холодный периоды года………………………………………………………….. 112 3.2.20 Расчетный показатель компактности………………………………... 122 3.2.21 Расход тепловой энергии на поддержание микроклимата за холодный (отопительный) период…………………………………………... 123 3.2.22 Удельные расходы теплоты на обеспечение заданной комфортности……………………………………………………………………… 124 3.2.23 Класс энергетической эффективности………………………………. 128 3.3 БАЛАНС ПОМЕЩЕНИЙ ПО ВЛАГЕ………………………………………………. 3.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЗО- И ПАРОВЫДЕЛЕНИЙ……………………………. 129 132 3.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫДЕЛЕНИЙ ПЫЛИ...................................................... 143 3.6 ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ………… 144 4 ТРЕБОВАНИЯ К ОГРАЖДАЮЩИМ КОНСТРУКЦИЯМ ПОМЕЩЕНИЙ ЗДАНИЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ………………………………………... 145 4.1 СОСТАВ И ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ.. 145 4.2 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГЕНЕРАЛЬНЫХ ПЛАНОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ……………………………………………….. 146
СОДЕРЖАНИЕ 5 4.3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ………………………………………………………………………………….. 146 4.4 ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЗДАНИЯМ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ, РЕКОНСТРУКЦИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ………... 151 4.5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ…………………………………………………………... 152 4.5.1 Стены и перегородки……………………………………………………... 152 4.5.2 Светопрозрачные ограждения (окна и фонари)……………………….... 157 4.5.3 Двери. Ворота. Проезды……………………………………………………. 159 4.5.4 Покрытие зданий…………………………………………………………….. 4.5.5 Междуэтажные перекрытия зданий……………………………………... 161 165 4.5.6 Полы………………………………………………………............................ 166 4.6 ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ………… 168 5 ОРГАНИЗАЦИЯ ВОЗДУХООБМЕНА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА И ПАРАМЕТРОВ ПРИТОЧНОГО ВОЗДУХА…………………………………… 169 5.1 ВЫБОР СХЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВОЗДУХООБМЕНА…………………… 169 5.1.1 Общие положения…………………………………………………………….. 169 5.1.2 Классификация струй………………………………………...................................... 169 5.1.3 Выбор схемы вентиляций………………………………………………….. 174 5.2 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ И ИНТЕГРАЛЬНОЕ УРАВНЕНИЯ ВОЗДУХООБМЕНА………………………………………………………………….. 177 5.2.1 Дифференциальное уравнение воздухообмена………………………… 177 5.2.2 Интегральное уравнение воздухообмена………….............................. 177 5.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБУЕМОГО ВОЗДУХООБМЕНА ПРИ ПОГЛОЩЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ ВРЕДНОСТЕЙ……………………………. 179 5.3.1 Определение воздухообмена при поглощении паров, газов и пыли. 179 5.3.2 Определение расчетного воздухообмена при поглощении вредностей одно- и разнонаправленного действия………………………… 179 5.3.3 Определение расхода приточного воздуха при избытках и недостатках явной теплоты………………………………………………… 180 5.3.4 Определение расхода приточного воздуха при избытках или недостатках явной и скрытой теплоты. Определение параметров приточного воздуха с использованием понятия «угловой коэффициент процесса »……………………………………………………... 182 5.3.5 Кратность воздухообмена……………………………............................. 193 5.3.6 Применение искусственного увлажнения в рабочей зоне («доувлажнение»)…………………………………………………………………… 194 5.3.7 Определение требуемого расхода приточного воздуха и его параметров в холодный период года……………………………………. 196 5.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО ВОЗДУХООБМЕНА. УТОЧНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРИТОЧНОГО ВОЗДУХА……………………………………….. 199 5.5 ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ………… 200
СОДЕРЖАНИЕ 6 6 КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА…………………………………………. 201 6.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………. 201 6.2 КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА…… 201 6.3 ТЕПЛОВАЯ СХЕМА КОНДИЦИОНЕРА……………………………………… 203 6.4 ПРОЦЕССЫ В ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ КОНДИЦИОНЕРА………….. 204 6.4.1 Процессы в поверхностных воздухонагревателях…………………… 204 6.4.2 Процессы в поверхностном воздухоохладителе…………………….. 206 6.4.3 Процессы в утилизаторах теплоты……………………………………. 207 6.4.4 Процесс смешения воздуха двух состояний в приемной секции…… 210 6.4.5 Обработка воздуха водой в секциях орошения…............................... 213 6.5 ПОСТРОЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА В КОНДИЦИОНЕРАХ……………………………………………………………….. 222 6.5.1 Общие положения……………………………………………………………. 222 6.5.2 Построение процессов в теплый период года………………………... 222 6.5.3 Построение процессов обработки воздуха в кондиционерах в холодный период года…………………………………………………………… 228 6.6 ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ………… 233 7.СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ……………………………………………………… 7.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ……………………………………............................. 234 234 7.2 КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ………………………………. 239 7.3 ОБЩЕОБМЕННАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ…………………………………………… 241 7.3.1 Механическая общеобменная вентиляция……………………………… 241 7.3.2 Аэрация промышленных зданий………………………………………….... 241 7.4 СИСТЕМЫ МЕСТНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ………………………………………. 252 7.4.1 Местная вытяжная вентиляция………………………………………….. 252 7.4.2 Воздушные души……………………………………………………………… 257 7.4.3 Воздушные завесы…………………………………………………………… 7.5 КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ……………. 262 271 7.5.1 Элементы систем воздухораспределения и воздухоудаления…….. 271 7.5.2 Устройства для забора и удаления воздуха……................................ 271 7.5.3 Воздуховоды приточных и вытяжных систем………………………… 272 7.5.4 Воздухораспределители……………………………………………………. 280 7.5.5 Приточные камеры………………………………………………………….. 281 7.6 АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОЗДУХОВОДОВ…………………….. 283 7.7 ОЧИСТКА ВОЗДУХА ОТ ПЫЛИ……………………………………………… 290 7.7.1 Очистка наружного и рециркуляционного воздуха…………………… 290 7.7.2 Очистка вентиляционных выбросов…………………………………….. 295 7.7.3 Очистка воздуха от вредных паров и газов……………………………. 299
СОДЕРЖАНИЕ 7 7.8 ИСТОЧНИКИ ШУМА В СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ, ВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ. МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ УРОВНЯ ШУМА…………………………………………………………………………………. 299 7.8.1 Общие сведения о шуме……………………………………………………. 299 7.8.2 Измерение параметров шума…………………………………………….. 300 7.8.3 Нормируемые параметры шума………………………………………….. 302 7.8.4 Требуемое снижение уровней шума………………………………………. 309 7.8.5 Звукоизоляция ограждающих конструкций зданий……………………. 311 7.8.6 Рекомендации по обеспечению нормативной звукоизоляции ограждающих конструкций……………………………………………………….. 314 7.8.7 Элементы ограждающих конструкций, связанные инженерным оборудованием………………………………………………………………………. 317 7.8.8 Рекомендации по звукоизоляции ограждающих конструкций кабин дистанционного управления, укрытий и кожухов…………………………… 318 7.8.9 Звукопоглощающие конструкции………………………………………… 320 7.8.10 Инженерное оборудование зданий……………………………………… 322 7.8.11 Мероприятия по снижению шума в системах вентиляции и кондиционирования……………………………………………………………… 327 7.9 ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ………… 332 8 СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ………………………………………………………. 333 8.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОТОПЛЕНИИ……………………………………... 333 8.1.1 Тепловая нагрузка систем отопления…………….............................. 333 8.1.2 Требования к системам отопления……………………………………… 334 8.1.3 Классификация систем отопления………………………………………. 335 8.1.4 Основные характеристики теплоносителей…………………………. 336 8.2 ВОДЯНОЕ ОТОПЛЕНИЕ………………………………………………………. 337 8.2.1 Классификация систем водяного отопления………………………….. 337 8.2.2 Системы водяного отопления с искусственной циркуляцией……… 341 8.2.3 Двухтрубные системы водяного отопления…………………………... 344 8.2.4 Однотрубные системы водяного отопления………………………….. 345 8.2.5 Горизонтальные системы водяного отопления…............................. 346 8.2.6 Гидравлический расчет систем водяного отопления……………….. 347 8.3 ПАРОВОЕ ОТОПЛЕНИЕ………………………………………………………. 354 8.3.1 Системы парового отопления …………………………………………… 354 8.3.2 Гидравлический расчет систем парового отопления ……………… 358 8.4 ВОЗДУШНОЕ ОТОПЛЕНИЕ………………………………………………….. 359 8.4.1 Системы воздушного отопления………………………………………… 359 8.5 ПАНЕЛЬНО-ЛУЧИСТОЕ ОТОПЛЕНИЕ……………………………………... 363 8.6 ОТОПИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ…… 366 8.6.1 Виды отопительных приборов……………………………………………. 366 8.6.2 Выбор и размещение отопительных приборов……………………….. 366 8.6.3 Теплопередача отопительных приборов………………………………. 369 8.6.4 Расчетная температура теплоносителя воды в отопительных приборах……………………………………………………………………………… 372
СОДЕРЖАНИЕ 8 8.6.5 Тепловой расчет отопительных приборов……………………………. 8.7 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОТОПЛЕНИЕ. ИНФРАКРАСНЫЙ ОБОГРЕВ……… 375 377 8.7.1 Классификация и область применения систем электрического отопления………………………………………………………. 377 8.8 ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ С ПОМОЩЬЮ ГАЗОВЫХ ИНФРАКРАСНЫХ И ВОЗДУШНЫХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ………………………… 383 8.1 Общие положения………………………………………………………………. 383 8.8.2 Основные понятия и определения………………………………………... 384 8.8.3 Конструктивные особенности газовых инфракрасных и воздушных нагревателей………………………………………….................... 385 8.8.4 Помещения, в которых допускается применение газовых инфракрасных излучателей и нагревателей воздуха………………………. 390 8.8.5 Общие требования к системам газового отопления и вентиляции……………………………………………………………………….. 390 8.8.6 Санитарно-гигиенические и экологические требования………………. 393 8.8.7 Удаление продуктов сгорания…………………………………………….. 397 8.8.8 Требования к отоплению и вентиляции…………………………………. 400 8.8.9 Средства автоматического регулирования, защиты, контроля и сигнализации...................................................................................................... 402 8.9 ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ………… ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………. 403 404 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………… 406 ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………………………. 411
ВВЕДЕНИЕ 9 ВВЕДЕНИЕ Большая часть вырабатываемой тепловой и электрической энергии расходуется системами обеспечения жизни и деятельности человека (отопление, вентиляция, кондиционирование, освещение и водоснабжение). Многие из этих систем в России проектировались десятки лет назад и часто подвергались необоснованной переделке. В настоящее время большинство из них функционируют далеко не в оптимальном режиме. Мало чем отличаются и вводимые по старым технологиям системы обеспечения жизни и деятельности человека. Ненормальное положение сложилось и с установлением требуемой энергетической нагрузки у потребителей и на источнике теплоснабжения. После принятия еще в 1995 г. Закона «Об энергосбережении» вышли нормативные документы, предписывающие разработку энергосберегающих мероприятий, предоставляющие возможность создания территориальных нормативов и стандартов организаций. Предусматривалось установление класса энергетической эффективности и составление энергетических паспортов каждого здания (или потребителя) с включением мероприятий по приведению потребленной энергии в соответствие с федеральными и территориальными нормативными документами. Однако установление тепловой нагрузки и ее регулирование осуществлялось по-прежнему по укрупненным показателям, предложенным более полувека назад профессором Е. Я. Соколовым для ориентировочного определения нагрузки потребителями. Положение не улучшилось и после принятия в 2003, 2009 и 2010 г.г. Федеральных Законов (ФЗ) № 184 « О техническом регулировании», № 261 «Об энергосбережении» и № 190 «О теплоснабжении». Не были выпущены вместо СНиП и ГОСТ требующиеся технические регламенты и своды правил. Только после принятия ФЗ № 394 «Технический регла- мент «О безопасности зданий и сооружений» предписывалось с 1 июля 2012 г. все СНиП «актуализировать» и перевести в ранг «Своды правил». В настоящее время это требование частично выполнено в строительной и энергетической отрасли. Однако многие «Своды правил» оформлены формально и практически содержат материал десятки лет назад выпущенных СНиП (например, «Котельные установки» и «Тепловые станции»),
ВВЕДЕНИЕ 10 а например, очень важный для решения задач энергосбережения при создании заданного микроклимата Свод правил (СП) «Тепловая защита зданий» выпущен с большим количеством отклонений от СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». В нем исключено нормирование потребление энергии за хо- лодный (отопительный) период и установление класса энергетической эффективности по этому важному показателю. Попрежнему «по укрупненным показателям» устанавливается тепловая нагрузка потребителей на отопление, вентиляцию, кондиционирование и горячее водоснабжение в СП 124.13330.2011 «Тепловые сети». Однако только после правильного и обоснованного принятия требуемых параметров воздуха в каждом из помещений здания, аргументированного выбора систем обеспечения микроклимата и режимов их работы (с учетом особенностей эксплуатации помещений и их архитектурно-строительных характеристик), после составления балансов по теплоте и другим вредностям можно обоснованно установить потребность в энергии (теплоте, холоде, электричестве) и иметь основания для разработки мероприятий по повышению эффективности использования этой энергии. Получению знаний и умений для решения подобных задач и призван предлагаемый учебник. Материал учебника также очень актуален и в связи с бурным поступлением на отечественный рынок огромного количества широко рекламируемого оборудования для создания микроклимата. Без глубоких и современных знаний невозможно сделать правильный выбор действительно необходимого и высокоэффективного оборудования. Учебник изложен с учетом последних достижений в области создания микроклимата и включает анализ применяемых за последние сорок лет и действующих нормативных документов. Содержащийся в учебнике материал поможет изучающим его принять аргументированное решение в сложившейся в настоящее время непростой ситуации с применением нормативных и справочных изданий. Учебник позволит самостоятельно изучить основные разделы одноименной дисциплины, а приведенный в приложении пример выполнения курсовой работы «Кондиционирование воздуха в прядильном цехе» дает возможность закрепить получаемые студентом знания по всем основным разделам дисцип- лины.
ВВЕДЕНИЕ 11 При изложении материала учтен многолетний опыт работы авторов в рассматриваемой предметной области и преподавания подобной и смежных дисциплин для студентов и слушателей курсов повышения квалификации по энергетическим, технологическим и строительным специальностям. Этот учебник авторы посвящают памяти своих учителей и наставников. Авторы с благодарностью примут все замечания и предложения по содержанию и методическому представлению материала по адресу e-mail pvk.pte.ispu.ru.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИЗНИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА 12 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИЗНИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА 1.1 САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ В ПОМЕЩЕНИЯХ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Самочувствие человека в помещении определяется условиями тепло- и влагообмена, которые зависят: – от конституции организма; – состояния здоровья; – нервного напряжения; – категории выполняемой работы; – типа и материала одежды; – температуры, влажности и скорости движения окружающего воздуха; – расстояния от тела человека до поверхностей, излучающих или поглощающих теплоту, их размеров и температуры. Имеют значение также: – психика человека, его привычки, пол и возраст, продолжительность периода акклиматизации после входа в помещение; – перепад температур между наружным и внутренним воздухом; – наличие запахов приятных и неприятных; – уровень шума и интенсивность искусственного и естественного освещения; – цвет ограждений и окружающих предметов (технологического оборудования, мебели, ковров, штор, занавесей и т. п.). Существует мнение о влиянии на самочувствие человека ионов различной полярности, содержащихся в воздухе помещения, и о неблагоприятном воздействии на работоспособность человека стабильных параметров воздуха. Не всеми из перечисленных факторов можно управлять, однако все они могут отражаться на эффективности работы систем обеспечения комфортности в помещении. Согласно нормативным документам, системы обеспечения комфортности подразделяются на системы отопления, вентиляции и кондиционирования. Отопление – это подержание в закрытых помещениях нормируемой температуры воздуха.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИЗНИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА 13 Вентиляция – обмен воздуха в помещении для удаления избытков теплоты, влаги, вредных и других веществ в целях обеспечения допустимых метеорологических условий и чистоты воздуха. Кондиционирование воздуха предусматривает автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, относительной влажности, скорости движения, чистоты) для обеспечения оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия человека, ведения технологических процессов и обеспечения сохранности материальных ценностей. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха используются для выполнения двух задач: – санитарно-гигиенической, обеспечивающей нормальное самочувствие человека; – технологической, создающей условия для ведения технологических процессов, сохранности оборудования, материалов, художественных и музейных ценностей. Считается, что рождению кондиционирования воздуха соответствует начало ХХ в., и мало кому известно, что сам термин «кондиционирование воздуха» впервые был использован еще в 1815 г. французом Жаном Фридериком де Чабонесом, получившим в том же году британский патент на методы регулирования температуры и поддержания условий воздушной среды в помещениях различного назначения. Вплоть до последнего времени этот термин содержал в себе представление только о тех процессах, которые осуществляются при непосредственной обработке воздуха, и параметрах воздушной среды в помещении (температура, влажность, подвижность). Среди отечественных специалистов (даже в нормативносправочной литературе) нет единого мнения относительно области применения кондиционирования воздуха: одни считают кондиционирование вентиляционной техникой, другие, наоборот, рассматривают кондиционирование воздуха как самостоятельную систему со своей собственной технической базой и специфическими способами поддержания нормируемых параметров воздушной среды. На наш взгляд, второй подход более целесообразен и логичен. В Западной Европе, особенно в США, кондиционирование воздуха начинало свое развитие с технологических систем.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИЗНИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА 14 Первые такие системы появились на текстильных и бумагоделательных фабриках в начале ХХ в. В те же годы была предложена оросительная камера для обработки воздуха, получившая впоследствии широкое распространение. В 20-х гг. ХХ столетия стали применяться комфортные системы в общественных зданиях. Системы кондиционирования, подобные современным, разрабатываются в промышленно развитых странах начиная с 30-х гг. На сегодняшний день на Западе и в Японии кондиционирование воздуха представляет собой весьма престижную, оснащенную самой передовой техникой и технологией отрасль промышленности. Безусловным лидером в технике кондиционирования являются США. В России первые примитивные установки регулирования параметров воздуха в помещениях стали использоваться с конца ХIХ – начала ХХ в. Одним из первых системами регулирования влажности было оснащено здание архива государственного Совета. В 1912 г. в здании Нового Эрмитажа была смонтирована установка увлажнения воздуха с использованием секции орошения. Однако комфортные системы кондиционирования воздуха в условиях климата Центральной России не были в то время актуальными. Недостаточно развитыми в России были также техника и технологии холодильной промышленности, в которых с момента возникновения и до начала 50-х гг. ХХ в. практически не рассматривались вопросы кондиционирования. Началом современного этапа развития кондиционирования в России считается середина 1950-х гг., когда в стране начался серийный выпуск центральных кондиционеров на Харьковском заводе кондиционеров. Конструкции этих кондиционеров разработаны в Ленинградском институте охраны труда (ЛИОТ) и НИИсантехпроект (г. Москва). Следует отметить, что основным потребителем оборудования для кондиционирования воздуха в те годы было Министерство обороны. Оно же стало одним из инициаторов производства систем кондиционирования. Однако потребность в оборудовании для кондиционеров до начала восьмидесятых годов удовлетворялась не более чем на 30 %.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИЗНИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА 15 В настоящее время трудно качественно оценить соотношение потребности и степени ее удовлетворения, так как это связано с развалом многих отраслей промышленности. На российский рынок поступает большое количество кондиционеров различной эффективности иностранных и отечественных производителей. Обоснованный выбор набора элементов и режимов работы систем кондиционирования требует от специалистов проектных и монтажных организаций и эксплуатационного персонала глубоких знаний. 1.2 КЛАССИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ Воздух, находящийся в помещении, следует рассматривать с двух позиций: – среда, вдыхаемая человеком; – среда, с которой человек, оборудование, материалы, художественные и музейные ценности находятся в постоянном или кратковременном контакте. Для человека роль воздуха заключается в снабжении его кислородом, удалении из организма влаги при дыхании и в обеспечении процессов тепло- и влагообмена человеческого организма с окружающей средой. Параметры воздуха, влияющие на жизнедеятельность человека, на его самочувствие и работоспособность, целесообразно классифицировать следующим образом: – метеорологические параметры: температура; относительная влажность; скорость воздуха; – химический состав воздуха (содержание кислорода, углекислого газа, вредных паров и газов); – биологические показатели (микроорганизмы и пыль); – физические характеристики: наличие запахов; электрические заряды; шум; вибрация и др. Кроме этого, воздух в установках кондиционирования является средой, которая должна удалять из помещения пыль, вредные пары, газы и вносить или уносить требуемое количество теплоты и влаги.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИЗНИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА 16 1.3 ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИИ «Под микроклиматом производственных помещений понимаются такие метеорологические условия воздушной среды этих помещений, которые определяются действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности, скорости движения воздуха и теплового излучения» [1]. Следует отметить, что эта группа параметров очень важна для создания комфортного состояния, но, как уже было и будет показано, далеко не в полной мере характеризует состояние воздушной среды, необходимой человеку и материальным ценностям. Примечание. В соответствии с [65, 66] с января 2014 г. введен классификатор вредных и опасных производственных факторов: физические (микроклимат, аэрозоли, виброакустические факторы, световая среда, неионизирующие излучения, ионизирующие излучения); химические (химические вещества и смеси); биологические факторы (микроорганизмы патогенные – возбудители инфекционных заболеваний, живые клетки и споры); тяжесть трудового процесса (физическая нагрузка, масса поднимаемого и перемещаемого груза вручную, стереотипные движения, статическая нагрузка, рабочая поза, наклоны корпуса тела работника, перемещение в пространстве); напряженность трудового процесса (длительность сосредоточенного наблюдения, плотность сигналов и сообщений в единицу времени, число объектов одновременного наблюдения, нагрузка на слуховой анализатор, активное наблюдение за ходом технологического процесса, работа с оптическими приборами, нагрузка на голосовой аппарат). Человеческий организм представляет собой систему, в которой происходит трансформация различных видов энергии. В результате потребления пищи и разнообразной физической нагрузки в организме человека появляется теплота, которая затрачивается на поддержание температуры внутренних органов («ядра» тела) tч, равной в среднем 36,5 °С, и на теплообмен с окружающей средой. Поскольку сохранение постоянства температуры «ядра» тела – необходимое условие жизнедеятельности человека, его тепловой баланс должен обеспечивать равенство прихода и расхода теплоты.