 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Способы переноса теплоты в пространстве и теплообмена между телами
Перенос теплоты может передаваться тремя механизмами передачи тепла: теплопроводностью; конвекцией; излучением (радиацией).
Процесс передачи теплоты теплопроводностью происходит при непосредственном контакте тел или частицами тел с различными температурами и представляет собой молекулярный процесс передачи теплоты. При нагревании тела, кинетическая энергия его молекул возрастает и частицы более нагретой части тела, сталкиваясь с соседними молекулами, сообщают им часть своей кинетической энергии. Конвекция – это перенос теплоты при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно нагретых жидкости или газа. При этом, перенос теплоты зависит от скорости движения жидкости или газа прямо пропорционально. Этот вид передачи теплоты сопровождается всегда теплопроводностью. Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом. В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Этот процесс конвективного теплообмена называют конвективной теплоотдачей или просто теплоотдачей. Если процесс теплообмена происходит между средами через разделяющую их поверхность то он носит название теплопередача. Процесс передачи теплоты внутренней энергии тела в виде электромагнитных волн называется излучением (радиацией). Этот процесс происходит в три стадии: превращение части внутренней энергии одного из тел в энергию электромагнитных волн, распространение э/м волн в пространстве, поглощение энергии излучения другим телом. Совместный теплообмен излучением и теплопроводностью называют радиационно - кондуктивным теплообменом. Совокупность всех трех видов теплообмена называется радиационно-конвективным или сложным теплообменом. Процессы теплообмена могут происходить в различных средах: чистых веществах и разных смесях, при изменении и без изменения агрегатного состояния рабочих сред и т.д. Процесс переноса теплоты может сопровождаться переносом вещества (массообмен), фазовыми переходами, химическими реакциями на поверхности тела и в самом теплоносителе. Например, испарение воды в воздух, движение жидкостей или газов в трубопроводах и.т.п. Тогда процесс теплообмена усложняется, так как теплота дополнительно переносится с массой движущегося вещества. Будем рассматривать только однородные и изотропные тела, т.е. такие тела, которые обладают одинаковыми физическими свойствами по всем направлениям. При передаче теплоты в твердом теле, температура тела будет изменяться по всему объему тела и во времени. Совокупность значений температуры в данный момент времени для всех точек изучаемого пространства называется температурным полем. В общем случае реальный процесс по своей природе трехмерный и нестационарный. 
. В зависимости от условия задачи различают одномерные и двухмерные температурные поля (изменяющиеся по одной или двух координатам). Наиболее простотой является одномерное стационарное температурное поле, которое состоит из серии изотермических поверхностей. Изотермическая поверхность – геометрическое место точек в температурном поле, имеющих одинаковую температуру. Одна и та же точка не может иметь разную температуру, поэтому изотермические поверхности не пересекаются, они либо оканчиваются на поверхности, либо целиком располагаются в нутрии тела. Рис. 9.1. Чем чаще расположены изотермы, тем интенсивнее изменяется температура.
Рис. 9.1 Температурное поле тела и его характеристики
Отношение 
характеризует среднюю интенсивность изменения температуры между изотермами в направлении нормали и является средним температурным градиентом. Его локальное значение: 
. Таким образом, температурный градиент характеризует изменение температуры на единицу длины. Температурный градиент – это вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры и численно равный производной от температуры по длине этого направления: 
, где 
- единичный вектор, нормальный к изотермической поверхности и направленный в сторону возрастания температуры. Скалярная величина температурного градиента 
различна для точек изотермической поверхности. Она тем больше, чем меньше 
.Количество теплоты (Вт = Дж/с), переданное в единицу времени через изотермическую поверхность называется тепловым потоком 
. Плотность теплового потока – количество теплоты, передаваемое через единицу площади изотермической поверхности в единицу времени: 
[Вт/м2])
11.Теплопередача. Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к более холодному, что является следствием второго закона термодинамики.Виды теплообмена.Всего существует три простых (элементарных) механизма передачи тепла:Теплопроводность.Конвекция.Тепловое излучение.Существуют также различные виды сложного переноса тепла, которые являются сочетанием элементарных видов. Основные из них:теплоотдача (конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела); теплопередача (теплообмен от горячей среды (жидкость, газ или твердое тело) к холодной через разделяющую их стенку);конвективно-лучистый перенос тепла (совместный перенос тепла излучением и конвекцией);термомагнитная конвекция.Внутренние источники теплоты - понятие теории теплопередачи, которое описывает процесс производства (реже поглощения) тепловой энергии внутри материальных тел без какого-либо подвода или переноса тепловой энергии извне. К внутренним источникам теплоты относятся:тепловыделение при работе электрического тока тепловыделение при ядерных реакциях тепловыделение при химических реакциях.Коэффициент теплопередачи.Коэффициент теплопередачи показывает, какое количество теплоты переходит в единицу времени от более нагретого к менее нагретому теплоносителю через 1 м2 теплообменной поверхности при разности температур между теплоносителями 1К.Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции.Величина, выражающая удельный тепловой поток, ВТ/м2 •°С, проходящий за 1ч через 1 м2 поверхности ограждения при разности температур на ее поверхности, равной 1 °С:трансмиссионный – величина, равная поверхностной плотности теплового потока, проходящего через конструкцию при разности внутренней и наружной температу-ры в один градус Цельсия;приведенный – средне взвешанный коэффициент теплопередачи теплотехнически неоднородной ограждающей конструкции.
12.Сложный теплообмен В действительных условиях работы различных теплообменных устройств теплота передается одновременно теплопроводностью, конвекцией и излучением. Такое явление называется сложным теплообменом.Например, в газоходах паровых котлов теплота передается не только излучением, но и конвекцией. В этом случае суммарный тепловой поток 
.Если в качестве основного процесса теплообмена принято тепловое излучение, то
.Перенос теплоты конвекцией здесь учитывается увеличением приведенной степени черноты системы за счет
. В тех случаях, когда конвективная составляющая теплового потока значительно превышает лучистую составляющую, в качестве основного процесса принимается конвекция, и тепловой поток определяется уравнением: 
,где 
. (12.5)
13.Теплообменные аппараты. Аппараты, предназначенные для проведения тепловых процессов, называют теплообменными. Эти аппараты имеют разнообразное конструктивное оформление, которое зависит от характера протекающих в них процессов и условий проведения этих процессов.Теплообменник - одно из немногих технических устройств, хорошо известных даже весьма далеким от техники людям. В самом деле, в каждой квартире под подоконником установлены радиаторы отопления - массивные, ощетинившиеся ребрами чугунные трубы или более современные, более изящные их аналоги. Это теплообменные аппараты, в которых теплоноситель - горячая вода - отдает через металлическую стенку теплоту воздуху наших квартир.Радиаторы отопления - самые распространенные и самые известные, но, пожалуй, не самые ответственные теплообменники. В конце концов, если они по какой-то причине и откажут, день-другой вполне можно перебиться: включить электрические обогреватели или, в крайнем случае, потеплее одеться. А в промышленности редкое производство может обойтись без надежно работающих теплообменников.Теплообменники относятся к энергопотребляющему оборудованию и могут использоваться как отдельно, так и в технологическом процессе. По конструкции теплообменники очень разнообразны в зависимости от условий производства и технико-экономических требований.Только в химической индустрии теплообменные устройства составляют свыше трети массы и стоимости всего оборудования. Химические реакции идут при определенной температуре; от температуры зависит скорость процессов, активность катализаторов, полнота превращений, чистота продуктов. В одном случае потоки необходимо нагревать, в другом - охлаждать, в третьем - утилизировать неиспользованное тепло. И везде требуются теплообменники - разных размеров, разных конструкций. Они требуются не только в нефтехимии и нефтепереработке, но и в тепловой и атомной энергетике, в металлургии, пищевой промышленности. И хотя в теплообменниках не происходят превращения веществ, эти аппараты на каждом производстве относят к основным - к тем, что составляют фундамент технологии.В химической технологии теплообменники используются в процессах нагревания и охлаждения, при конденсации паров и кипении жидкостей, в процессах ректификации, абсорбции, кристаллизации, в экзо- и эндотермических реакциях, при выпаривании и др.Есть ещё одна область техники, где теплообмен имеет решающее значение. Это транспорт. Любое транспортное средство - автомобиль, трактор, морское судно, самолёт, космический корабль - немыслимо без радиаторов и другой теплообменной аппаратуры.2. Классификация теплообменных аппаратов. В связи с разнообразием теплообменных аппаратов строгая их классификация отсутствует. Теплообменники можно классифицировать по следующим признакам.По назначению теплообменники подразделятся на нагреватели, холодильники, конденсаторы, испарители, деаэраторы, пароперегреватели, дистилляторы и т.п.По схеме движения теплоносителей различают аппараты прямоточные, противоточные, с перекрестным током теплоносителей, с комбинированным током, с многократно перекрестным током.В прямоточных аппаратах оба теплоносителя движутся параллельно в одном направлении; в противоточных -- параллельно в противоположных направлениях; в аппаратах с перекрестным током -перпендикулярно; в аппаратах с комбинированным током - прямоточно и противоточно; в аппаратах с многократным перекрестным током -комбинированное движение сочетается с перекрестным.По числу ходов теплоносителя теплообменники могут быть одноходовыми и многоходовыми.По периодичности действия теплообменники бывают непрерывного и периодического действия.Теплообменники непрерывного действия более предпочтительны, так как лучше обеспечивают технологические процессы.По роду теплообменных поверхностей теплообменники могут быть трубчатыми или пластинчатыми, т. е. поверхность нагрева в теплообменниках может быть в виде труб или пластин разной формы. Наибольшее распространение получили трубчатые теплообменники, причем трубы могут быть прямыми, U-образными, в виде спирали, змеевика и пр.Оребренные трубы применяются, когда коэффициент теплоотдачи одного из теплоносителей, например газа, во много раз меньше коэффициента теплоотдачи другого теплоносителя.По принципу действия и способу передачи теплоты теплообменники можно подразделить на рекуперативные, регенеративные, смесительные.Смесительные теплообменники - смесители - являются наиболее простыми компактными аппаратами, в которых теплота передается от горячего теплоносителя к холодному при их непосредственном соприкосновении и смешивании, например при нагреве холодной воды горячей водой или водяным паром или при нагреве легко разделяющихся веществ (газ-жидкость, вода-масло и т.п.). Для увеличения поверхности контакта теплоносителей используется их разбрызгивание, перемешивание и т. п.В рекуперативных аппаратах - рекуператорах - теплоносители разделены стенкой и тепло передается от одного теплоносителя к другому через эту разделяющую их стенку, т. е. в этих аппаратах осуществляется теплопередача.В регенеративных аппаратах - регенераторах - одна и та же поверхность твердого тела омывается попеременно различными теплоносителями. При омывании твердого тела одним из теплоносителей оно нагревается за счет его тепла. При омывании твердого тела другим теплоносителем оно охлаждается, передавая тепло последнему. Таким образом, в регенераторах, кроме теплоносителей, обменивающихся теплом, необходимо наличие твердых тел, которые воспринимают тепло от одного теплоносителя и аккумулируют его, а затем отдают другому теплоносителю.Далее теплообменные аппараты подробно будут рассмотрены по принципу действия и способу передачи теплоты.3. Конструкции основных поверхностных теплообменников
Существенным отличием рекуперативных теплообменных аппаратов от других является наличие стенки из теплопроводного материала, которая разделяет потоки теплоносителей. Именно эта стенка служит в них поверхностью теплообмена, через которую теплоносители обмениваются теплом.В зависимости от конструктивного выполнения поверхности теплообмена рекуператоры разделяют на рекуператоры "труба в трубе", кожухотрубчатые, двухтрубчатые, змеевиковые, спиральные, оросительные, специальные.Остановимся на рассмотрении некоторых из перечисленных рекуперативных теплообменных аппаратов.Наиболее эффективные условия теплообмена обеспечиваются в аппаратах типа "труба в трубе" (рис. 1). В них одна жидкость движется по внутренней трубе, а вторая - в противоположном направлении в кольцевом пространстве между внутренней и наружной трубой (рубашкой). В таких теплообменных аппаратах обеспечиваются высокая скорость теплоносителей и, следовательно, высокая интенсивность теплообмена.Такого типа элементы могут соединяться в секции, а аппарат может состоять из нескольких секций. Основной недостаток таких аппаратов - большая металлоемкость и большие габаритные размеры. Поэтому аппараты данного типа применяются в тех случаях, когда требуется относительно небольшая поверхность теплообмена.Теплообменники типа "труба в трубе" используются в установках с малой теплопроизводительностью для теплообмена между двумя жидкостями, между жидкостью и конденсирующимся паром, в качестве холодильников для газов при высоких давлениях.Наибольшее распространение в технологии получили кожухотрубчатые теплообменники (рис. 2), представляющие собой пучок параллельных труб, помещенных в общий кожух с герметично присоединенными к нему по концам трубными досками (трубными решетками). Пучок труб крепится в трубной решетке различными способами. Самым распространенным способом крепления является развальцовка. Если допускается жесткое соединение труб с решеткой, то трубы закрепляются сваркой. Медные и латунные трубы присоединяются к трубной решетке с помощью пайки. Соединение труб и решетки посредством сальников позволяет трубам свободно перемещаться в продольном направлении и облегчает быструю замену труб, но является сложным и недостаточно надежным способом крепления.К трубным доскам крепятся крышки. Крышка и днище должны иметь толщину не меньше толщины кожуха и могут быть эллиптической, полушаровой, сферической, конической или плоской формы. Крышки и днища крепятся к кожуху, как правило, с помощью фланцевых соединений, иногда применяется сварка. Для ввода и вывода теплоносителей из аппарата используются штуцера -- трубки длиной не менее 150 мм, приваренные к отверстиям в кожухе и крышках. На штуцер приваривается фланец для соединения аппарата с трубопроводами. Крышки и трубы образуют трубное пространство. В пространство между кожухом и наружной поверхностью труб (межтрубное пространство) подаётся другая жидкость. При значительной длине труб и относительно небольшом диаметре кожуха может быть обеспечена структура потоков, близкая к противотоку. Однако вследствие турбулизирующего действия труб в межтрубном пространстве некоторое перемешивание жидкости в нем.Роль этого неблагоприятного фактора тем значительнее, чем короче трубы. Однако в коротких трубах больше относительный вклад концевых эффектов и выше коэффициенты теплоотдачи. Применение теплообменников с длинными трубами приводит к значительным термическим напряжениям вследствие неравномерного расширения кожуха и труб. При чередовании нагрузок, связанном с пуском и остановками оборудования, нарушается герметичность развальцовки. Поэтому в длинных теплообменниках развальцовке предпочитают крепление труб с помощью сварки.Для повышения коэффициента теплоотдачи со стороны жидкости, движущейся в трубном пространстве, применяются многоходовые трубчатые теплообменники. В этих аппаратах с помощью перегородок в крышках, уплотняемых с помощью прокладок по трубной доске, трубы делятся на секции, которые последовательно проходит жидкость. Число труб в секциях обычно одинаково. Необходимость увеличения ходов теплоносителя диктуется следующим. Интенсивность теплоотдачи б зависит от скорости v движения теплоносителя (при турбулентном режиме б ~ v°'s). Одним из способов увеличения б, а следовательно, коэффициента теплопередачи является повышение скорости движения теплоносителя.В теплообменнике один теплоноситель подается в трубы, а другой -- в межтрубное пространство.Расход G (м3/с) теплоносителя в трубахG = Scnv = 0,785dBnv,где Sc -- площадь поперечного сечения одной трубы, м2; п -- число труб; v -- скорость теплоносителя в трубе, м/с.Если расход теплоносителя постоянен (G=const), то увеличение скорости v приводит к уменьшению числа труб п в аппарате. Площадь поверхности (м2) нагрева труб Sn = ndln.Из этого выражения следует, что уменьшение количества труб п требует для сохранения той же поверхности нагрева увеличения длины труб l.При малом количестве труб в аппарате необходимую длину l целесообразнее создать в самом аппарате, заставляя теплоноситель проходить за один проход через половину или меньшее число труб пучка.Необходимая длина труб равна сумме последовательных ходов теплоносителя. Аппараты, в которых теплоноситель делает несколько ходов в трубах, называются многоходовыми.В межтрубном пространстве теплоноситель делает, как правило, один ход, увеличение скорости движения здесь достигается за счет перегородок. Для повышения коэффициента теплоотдачи со стороны жидкости, движущейся в межтрубном пространстве, в нем устанавливаются сегментные перегородки.Многоходовые теплообменники работают по схемам (числу ходов в межтрубном и трубном пространствах): 1 - 2, 1-4, реже 1-3, 1-6, 1-8, 2-2, 2-4 и т.д.Основным недостатком кожухотрубчатых теплообменников является то, что из-за разности температур между кожухом и трубами в них возникают зачастую температурные напряжения, которые могут привести к разрушению аппарата.При большой разности температур труб и кожуха могут возникнуть термические напряжения из-за различия их температурных интервалов, что приводит к деформации труб и нарушению плотности закрепления труб в трубных решетках. Для уменьшения термических напряжений используются различные компенсирующие устройства: линзы (работают как гармошка), плавающая головка, U-образные трубы (рис. 3). Все эти устройства позволяют трубам свободно перемещаться в кожухе без деформаций.Применение линзовых компенсирующих устройств ограничено давлением в кожухе, равным 1,6 МПа. При давлениях 1,6...8 МПа используются U-образные трубы или плавающая головка. Плавающую головку образует не закрепленная на кожухе трубная решетка вместе с внутренней крышкой.Наиболее простыми в конструктивном плане являются змеевиковые теплообменники. В них теплообменный элемент - змеевик - представляет собой трубу, согнутую каким-либо образом. Например, змеевик может быть сделан в виде спирали или в виде винтовой линии. Змеевик в таких теплообменных аппаратах погружен в жидкость-теплоноситель, которая нагревается или охлаждается теплоносителем, движущимся по змеевику.Недостатком змеевиковых теплообменников является то, что теплоноситель, в который помещен змеевик движется с малыми скоростями, поэтому теплоотдача от змеевика к этому теплоносителю осуществляется при малых значениях коэффициента теплоотдачи. Змеевики в таких рекуператорах имеют большое гидравлическое сопротивление, поэтому скорости теплоносителей в змеевиках выбирают меньшими, чем в теплообменниках с прямыми трубами.Спиральные теплообменники. Поверхность теплообмена в спиральных теплообменниках обычно образуется двумя согнутыми в виде спиралей металлическими листами. Внутренние концы обеих спиралей присоединены к перегородке. Эти рекуператоры достаточно компактны и отличаются высокими скоростями движения теплоносителей.Благодаря отсутствию резких изменений скоростей теплоносителей гидравлическое сопротивление спиральных теплообменников меньше, чем кожухотрубчатых. Из недостатков спиральных теплообменников необходимо отметить сложность их изготовления и практическую невозможность работы при давлениях выше 10 ат.Оросительные теплообменники применяют главным образом при охлаждении жидкостей и газов или для конденсации паров. Этот теплообменник состоит из ряда расположенных одна над другой труб, соединенных коленами. Снаружи трубы орошаются водой. ПО трубам протекает охлаждаемый теплоноситель. Орошаемая вода подается на верхнюю трубу, с которой стекает на расположенные ниже трубы. В нижней части аппарата имеется корыто для сбора воды. Эти теплообменники просты по устройству, но довольно громоздки. Недостатком также является то, что теплообмен от труб к орошаемой воде характеризуется невысокими значениями коэффициентов теплоотдачи.К специальным теплообменникам относятся теплообменные аппараты, в которых нагревание или охлаждение теплоносителей происходит в каких-либо специфических условиях. Конструкции таких аппаратов многочисленны, и на них мы останавливаться не будем.4. Расчет теплообменных аппаратов (проектный и поверочный).Различают проектный и поверочный расчеты теплообменников.Целью проектного расчета является определение необходимой поверхности теплообмена и режима работы теплообменника для обеспечения заданного переноса теплоты от одного теплоносителя к другому. Задачей поверочного расчета является определение количества передаваемой теплоты и конечных температур теплоносителей в данном теплообменнике с известной поверхностью теплообмена при заданных условиях его работы. Эти расчеты основываются на использовании уравнений теплопередачи и тепловых балансов.При проектном расчете теплообменного аппарата обычно заданы расход одного из теплоносителей, его начальная и конечная температуры, а также начальная температура другого теплоносителя.1. Тепловая нагрузка аппарата:Q=G1(It1-It2) ·з=G2(It3-It4)где Q-тепловая нагрузка аппарата, ккал/ч
G1,G2- количества горячего и холодного теплоносителя, кг/ч It1,It2- энтальпия горячего теплоносителя при температурах входа и выхода из аппарата, ккал/кг з -КПД теплообменника, практически равен 0,95- 0,97 It3,It4- энтальпия холодного теплоносителя при температурах входа и выхода из аппарата, ккал/кг.2. Поверхность теплообменника определяется из основного уравнения теплопередачи:Q=KFtср F=Q/Ktср где F- поверхность теплообменника, м2 К-коэффициент теплопередачи, ккал/м2·ч ·град tср- средняя логарифмическая разность температур
3. Коэффициент теплопередачи определяется расчетным путем или принимается на основание практических данных в зависимости от температурного режима работы аппарата и потоков продуктов поступающих в аппарат.4. Необходимое число типовых теплообменников вычисляется по формуле:n=F/F1.,где F - расчетная поверхность теплообменника, м2.F1 - поверхность теплообмена одного стандартного теплообменника, м2.5. Средняя разность температур в случае противотока и прямотока выражается:tср=(Дtв- Дtн)/(2,3lg Дtв/Дtн) где Дtв- высшая разность температур между потоками у концов теплообменного аппаратаДtн- низшая разность температур между потоками у концов теплообменного аппарата Также, если отношение наибольшей разности температур к наименьшей меньше или равно двум, то среднюю разность температур определяют:
tср= (Дtв+Дtн)/2.6. При перекрестном и смешенном токе tср равно:tср=е tср.прот.где е - поправочный коэффициент, учитывающий отличие перекрестного и смешенного тока от противотока; tср. прот. - разность температур противотока.Поверочный расчет теплообменника с известной поверхностью теплопередачи заключается, как правило, в определении количества передаваемой теплоты и конечных температур теплоносителей при их заданных начальных значениях и заданных расходах. Необходимость в таком расчете может возникнуть, например, если в результате проектного расчета был выбран нормализованный аппарат со значительным запасом поверхности, а также при проектировании сложных последовательно-параллельных схем соединения стандартных теплообменников. Поверочные расчеты могут понадобиться также для выявления возможностей имеющегося аппарата при переходе к проектным режимам работы.
14.Условия комфортности. Комфортные и допустимые тепловые условия в помещениях определяются категориями физической работы: легкой (категории Iа и Iб), тепловыделения до 170 Вт; средней тяжести (категории IIа и IIб), тепловыделения до 290 Вт; тяжелой (категория III), тепловыделения более 290 Вт.В каждом помещении необходимо создавать и поддерживать тепловой режим в зависимости от его назначения и предъявляемых санитарно-гигиенических требований, установленных нормативными документами: СНиПами «Строительная теплотехника», «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха»; ГОСТом 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»; Санитарными нормами микроклимата производственных помещений (№4088-86).Комфортные и допустимые условия для производственных помещений должны быть обеспечены в рабочей зоне, т. е. в пространстве высотой до 2 м (до 1,5 м для сидящих людей) над уровнем пола.Расчетными внутренними характеристиками отапливаемых помещений являются:– температура воздуха в середине рабочей зоны или помещения (tв), влияющая на теплоотдачу конвекцией;– радиационная температура[1]помещения (tR), влияющая на теплоотдачу излучением;– температура помещения (tп).Радиационную (среднюю лучистую) температуру обычно определяют по упрощенной формуле, не учитывающей степень черноты ограждений:tR= å (Fв tв)/ åFв, (4.2)где tв – средняя температура поверхностей, обращенных в помещение, включая и греющие панели;Fв – соответствующие площади поверхностей.Так как деятельность человека связана с частью объема помещения, то ощущение температурного комфорта зависит как от температуры окружающего воздуха, так и от радиационной температуры. Учитывая это, удобно характеризовать условия в помещении температурой помещения. Для наиболее распространенных помещений:tп@(tв+tR)/2. (4.3)Температурная обстановка в помещении определяется сочетанием температур tв и tR и характеризуется двумя условиями комфортности.Первое условие комфортности температурной обстановки устанавливает зону сочетаний tв и tR, при которых человек, находясь в середине помещения (обслуживаемой зоны), не испытывает чувства перегрева или переохлаждения. Для отопительного периода это условие имеет вид:tR=1,57 tп(И) - 0,57 tв ± 1,5, (4.4)где tп(И) – нормируемое значение tп, соответствующее комфортным условиям при разной интенсивности (И) выполняемой физической работы.Проверку tR обычно производят для помещений, имеющих панельное или воздушное отопление; или имеющих сильно развитые холодные поверхности наружных ограждений (ленточное остекление, две и более наружных поверхности), т. е. где есть заметная разница между tв и tR.В остальных случаях (при tв» tR), согласно СНиП, обеспечивают расчетную температуру воздуха. (Для жилых, общественных и административно-бытовых помещений – 18 – 22 оС).Кроме общего теплового баланса на тепловое самочувствие человека влияют условия, в которых находятся отдельные части тела (ноги, голова).Второе условие комфортности температурной обстановки определяет допустимые температуры нагретых и охлажденных поверхностей при нахождении человека на границах обслуживаемой зоны помещения.Для предупреждения радиационного перегревания или переохлаждения человека, поверхности ограждений потолка и стен (в зоне свыше 1м) могут быть нагреты до допустимой температуры (при минимально необходимой теплоотдаче человеком излучением 11,6 Вт/ м2):
[tнаг] £ 19,2 + 8,7 / j, (4.5)или охлаждены до допустимой температуры (при максимальной теплоотдаче человеком излучением 70 Вт/ м2):[tохл] ³ 23 - 5 / j, (4.6)где j – коэффициент облученности с поверхности наиболее невыгодно расположенной элементарной площадки на голове в сторону нагретой или охлажденной поверхности (расчетное расстояние до стен 1 м). При j > 0,2:j = 1 - 0,8 y / l, (4.7)где у – расстояние от головы человека до потолочной отопительной панели;l – осредненный размер панели, l = Ап0,5;Ап – площадь панели.Минимально допустимая температура охлажденной поверхности окон определяется по предельно допустимой теплоотдаче излучением человека равной 93 Вт / м2:[tохл. ок] ³ 14 - 4,4 / jок. (4.8)Температура поверхности холодного пола может быть ниже tв на 2 – 2,5 оС (в производственных помещениях это требование относится к участникам с постоянными рабочими местами).Температура поверхности нагретого пола в помещениях для постоянного пребывания людей не должна быть выше 26 0С. Расчетными внутренними характеристиками вентилируемых и кондиционируемых помещений являются:– температура воздуха в середине рабочей зоны или помещения (tв);– относительная влажность воздуха в помещении (j), влияющая на теплоотдачу испарением;– скорость движения воздуха в рабочей зоне, влияющая на теплоотдачу конвекцией;– чистота воздуха;– газовый состав воздуха в помещении.Эти характеристики определяются средними значениями диапазона, определяемого предельно допустимыми или оптимальными значениями (в зависимости от класса СКВ[2]) параметров, устанавливаемых нормативно-технической документацией.Оптимальные (рекомендуемые) параметры воздуха представляют собой совокупность наиболее благоприятных условий для наилучшего самочувствия человека, условия для правильного протекания технологического процесса, сохранности ценностей культуры.Допустимые (обязательные) величины параметров микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим или техническим требованиям и экономическим причинам не обеспечиваются оптимальные нормы.
Допустимыми считаются такие сочетания параметров воздуха, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать кратковременные и быстро нормализующиеся изменения функционального и теплового состояния организма, не выходящие за пределы физиологических возможностей человека. При этом могут возникать дискомфортные ощущения, ухудшаться самочувствие и снижаться работоспособность.В целях энергосбережения, допускается понижение температуры ниже допустимой для помещений с кратковременным пребыванием людей или людей в верхней одежде, и повышение относительной влажности выше допустимой для районов строительства с относительной влажностью выше 75 %.Для систем вентиляции в теплый период года температура внутреннего воздуха принимается не более чем на 3 0С выше расчетного значения температуры наружного воздуха по параметрам «А».В холодный и переходный периоды года температура внутреннего воздуха принимается на 2...4 0С выше расчетной для отопления, приведенной в соответствующих главах СНиПа.В практике зарубежного проектирования систем кондиционирования для определения количества тепла, выделяемого организмом, вводится показатель «Met» (метаболизм – выделение тепла внутри организма в зависимости от интенсивности выполняемой работы, Вт/м2), в баллах. Для оценки теплоизоляционного эффекта одежды вводится показатель «Clo» (Clothig – одежда). 1 Clo равен 0,155 м2 К/Вт. По специальным таблицам определяется оптимальная температура с допустимыми колебаниями ± 2 оС. При этом повышение теплоизоляционных свойств одежды на 0,1 Clo компенсируется понижением температуры на 0,6 оС. Также может изменяться и скорость движения воздуха в пределах 0,2 – 0,8 м/с.
15.Микроклимат помещения. Среда, в которой человек существует в собственной квартире, носит название микроклимат. С научной точки зрения микроклимат - это комплекс физических факторов внутренней среды помещений, оказывающий влияние на тепловой обмен организма и здоровье человека. К микроклиматическим показателям относятся температура, влажность и скорость движения воздуха, температура поверхностей ограждающих конструкций, предметов, оборудования, а также некоторые их производные: градиент температуры воздуха по вертикали и горизонтали помещения, интенсивность теплового излучения от внутренних поверхностей.
Если все эти параметры находятся в норме, то у человека не возникнет никаких ощущений дискомфорта, не чувствуется ни жары, ни холода, ни духоты. Комфортные микроклиматические условия - это сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чем у 80 % людей, находящихся в помещении. Однако, при кажущейся простоте и понятности, именно нарушения микроклимата являются самыми частыми среди всех нарушений санитарно-гигиенических норм.Микроклимат квартиры формируется в результате воздействия внешней среды, особенностей постройки здания и систем отопления, вентиляции и кондиционирования. Особенно сильно воздействуют на человека тепловые условия и состав воздуха в помещении. В воздухе, вдыхаемом человеком, может быть превышена концентрация пыли, паров, вредных газов, углекислоты.В многоэтажных домах наблюдается сильный перепад давления воздуха снаружи здания и внутри. В итоге возникает сильное бактериологическое и газовое загрязнение на верхних этажах и опасность переохлаждения на нижних этажах, сопряженное с повышением опасности радонового загрязнения. Большие площади окон многоэтажных домов вызывают радиационный дискомфорт зимой и чрезмерную освещенность летом.Особенности микроклимата каждой конкретной квартиры формируются под влиянием потоков воздуха, влаги и тепла. Воздух в помещении постоянно находится в движении. С улицы в помещение попадает, как правило, охлаждающий воздух, а из соседних квартир и лестничной клетки - загрязненный газовыми примесями. Таким образом, в воздухе квартиры могут постоянно курсировать любые химические соединения, отравляя здоровье человека.Внутри комнат воздух распределяется неравномерно, и могут образоваться зоны с повышенным содержанием вредных примесей.Воздействие комплекса микроклиматических факторов отражается на теплоощущении человека и обусловливает особенности физиологических реакций организма. Жизнедеятельность каждого индивидуума сопровождается непрерывным выделением теплоты в окружающую среду. Ее количество зависит от степени физического напряжения, то есть энергозатрат в определенных климатических условиях и составляет от 50 Вт в состоянии покоя до 500 Вт при физических нагрузках. Для того чтобы физиологические процессы в организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду. Нарушение теплового баланса может привести к перегреву либо к переохлаждению организма и, как следствие, к потере трудоспособности, быстрой утомляемости, потере сознания и тепловой смерти. Температурные воздействия, выходящие за пределы нейтральных колебаний, вызывают изменения тонуса мышц, периферических сосудов, деятельности потовых желез, теплопродукции. В плохом микроклимате часто возникают аллергические заболевания и расстройства центральной нервной системы.Переносимость человеком температуры и его тепловые ощущения в значительной мере зависят от влажности и скорости окружающего воздуха. Чем больше относительная влажность, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев организма.Особенно неблагоприятное воздействие на тепловое состояние человека оказывает высокая влажность в сочетании с высокой температурой - более 30 градусов по Цельсию, т.к. при этом почти вся выделяемая теплота отдается в окружающую среду при испарении пота. При повышении влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова. Возникает проливное течение пота, изнуряющее организм и не обеспечивающее необходимую теплоотдачу.Недостаточная влажность воздуха неблагоприятна для человека из-за интенсивного испарения влаги со слизистых оболочек, их пересыхания и растрескивания, а затем загрязнения болезнетворными микробами. Для человека является допустимым для снижение его массы на 2 - 3 % путем испарения влаги – обезвоживание организма. Обезвоживание на 6 % влечет за собой нарушение умственной деятельности, снижение остроты зрения. Испарение влаги на 15 - 20 % приводит к летальному исходу.Высокая интенсивность теплового облучения - инфракрасное излучение и высокая температура воздуха могут оказать крайне неблагоприятное воздействие на организм человека. Тепловое облучение интенсивностью до 350 Вт/м2 не вызывает неприятного ощущения, при 1050 Вт/м2 уже через 3 - 5 мин на поверхности кожи появляется неприятное жжение, температура кожи повышается на 8 -10 градусов по Цельсию, а при 3500 Вт/м2 через несколько секунд возможны ожоги. При облучении интенсивностью 700 - 1400 Вт/м2 частота пульса увеличивается на 5 - 7 ударов в минуту. Время пребывания в зоне теплового облучения лимитируется в первую очередь температурой кожи, болевое ощущение появляется при температуре кожи 40 – 45 градусов по Цельсию, в зависимости от участка тела.Помимо непосредственного воздействия на человека лучистая теплота нагревает окружающие конструкции. Эти вторичные источники отдают теплоту окружающей среде излучением и конвекцией, в результате чего температура воздуха внутрипомещения повышается.Санитарные нормы оптимального микроклимата в жилых помещенияхдифференцируют для теплого и холодного периодов года и составляют: температура втеплыйпериод – 23 - 25 градусов по Цельсию, в холодный – 20 - 22 градуса по Цельсию; относительнаявлажность воздуха – 60 - 30% в теплый период, 45 - 30% в холодный период; скорость движениявоздуха в теплый период – не более 0,25 м/с, в холодный период – не более 0,1 – 0,15 м/с.Допустимые санитарные нормы микроклимата в жилых помещениях: в теплый период года не более 28 градусов по Цельсию, в холодный период – 18 – 22 градуса по Цельсию; относительная влажность воздуха 65% (в районах с относительной расчетной влажностью воздуха более 75% эта цифра составляет, соответственно – до 75%), скорость движения воздуха в теплый период – не более 0,5 м/с, в холодный период – не более 0,2 м/с.Градиент температур воздуха по высоте помещения и по горизонтали не должен превышать 2-х градусов по Цельсию. Температура на поверхности стен может быть ниже температуры воздуха в помещении не более чем на 6 градусовпо Цельсию, пола — на 2 градуса по Цельсию, разница между температурой воздуха и температурой оконного стекла в холодный период года не должна превышать в среднем 10 — 12 градусов по Цельсию, а тепловое воздействие на поверхность тела человека потока инфракрасного излучения от нагретых отопительных конструкций — 0,1 кал/см2мин.
16.Оптимальные и допустимые метеорологические условия. Метеорологические условия, или микроклимат характеризуются физическими параметрами воздуха в рабочей зоне – его температурой, относительной влажностью, скоростью движения, а также интенсивностью теплового облучения работающих от нагретых поверхностей оборудования, изделий и открытых источников.Указанные параметры как отдельно, так и в комплексе оказывают значительное влияние на протекание жизненных процессов в организме человека, во многом определяют его самочувствие и поэтому являются важной характеристикой комфортности условий труда.Первостепенное значение в терморегуляции организма, т.е. поддержании температуры тела в пределах 36–37 °С, имеют температура воздуха, его относительная влажность и скорость движения. Температурная чувствительность свойственна организмам, обладающим постоянной температурой тела, обеспечиваемой терморегуляцией. Терморегуляция организма как физиологический процесс обеспечивается физической и химической терморегуляцией. Физическая терморегуляция осуществляется посредством отдачи тепла организмом в окружающую среду путем его излучения в направлении окружающих предметов с более низкой температурой (при этом теряется до 45% всей тепловой энергии); путем конвекции, т.е. нагревом воздуха вокруг поверхности тела (до 30%), а также в результате испарения пота. При этом теряется примерно 13% тепла через органы дыхания и около 5% – на нагревание принимаемой пищи, воды и вдыхаемого воздуха. При физической терморегуляции изменяются деятельность сердечно-сосудистой системы (расширение кровеносных сосудов и увеличение кровопритока к коже) и работа мышечных тканей.Химическая терморегуляция осуществляется за счет изменения интенсивности процессов обмена веществ и окислительных процессов.В состоянии покоя человек отдает в сутки в среднем 2400–2700 ккал тепла. При выполнении работы обмен веществ в организме усиливается, увеличивается и его теплопродукция, следовательно, требуется более интенсивная отдача тепла в окружающую среду, в противном случае возможно нарушение теплового баланса, что ведет к гипертермии. Перегрев организма возможен при затруднении теплоотдачи испарением пота в результате повышенной температуры и относительной влажности воздуха (более 75–80%), что может в дальнейшем привести к судорожной болезни и тепловому удару, протекающему с потерей сознания, повышенной температурой тела (40–41 °С), нарушением белкового и витаминного баланса, а также к выделению и накоплению в крови азота. Интенсивное потоотделение чревато угрозой обезвоживания организма и нарушением водно-солевого баланса. Неблагоприятное воздействие на организм человека оказывает также пониженная температура воздуха. Систематическое переохлаждение организма может явиться причиной заболевания периферической нервной системы. Сочетание низкой температуры, высокой влажности и большой подвижности воздуха приводит к переохлаждению организма с возможностью смертельного исхода.Микроклимат в производственных помещениях формируется под влиянием следующих факторов: наличия источников теплообразования (в том числе работающего персонала); теплопоступления от солнечной радиации; теплообразования при работе электрического оборудования; кратность воздухообмена в помещении; теплопередачи через ограждающие конструкции; температуры поверхностей оборудования и ограждающих конструкций.Метеорологические условия – оптимальные и допустимые – регламентируются в зависимости от периода года, категории работ по энергозатратам, избыткам явного тепла.Допустимые (обязательные) параметры – это сочетание показаний микроклимата, которые, оказывая на человека длительное и систематическое воздействие, способны вызывать преходящие и быстро нормализующиеся изменения теплового состояния организма, которые могут сопровождаться напряжением механизмов терморегуляции, не выходящим за пределы физиологических приспособительных возможностей. В этом случае повреждений или нарушений состояния здоровья не возникает, но при этом возможны дискомфортные теплоощущения, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности.Оптимальные (рекомендуемые) параметры – это комбинация показателей микроклимата, которые, воздействуя на человека, способны поддерживать нормальное тепловое состояние организма без напряжения механизмов терморегуляции, а также обеспечивают ощущение теплового комфорта и создают предпосылки для высокого уровня работоспособности. Для обеспечения нормального технологического процесса, непосредственно влияющего на качество изготавливаемой продукции, необходимо устанавливать микроклимат в пределах оптимальных норм.Оптимальные показатели распределяются на всю рабочую зону, а допустимые – дифференцированно для пространств и непостоянных рабочих мест. Допустимые показатели устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономическим причинам не обеспечиваются оптимальные нормы.Нормами устанавливаются теплый, холодный и переходный периоды года. Теплый период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха +10 °С и выше, холодный и переходный периоды – ниже +10°С.В зависимости от общих энергозатрат работы подразделяются на легкие (категория I), средней тяжести (категория II) и тяжелые (категория III).Важнейшими способами нормализации микроклимата в производственных помещениях и в зонах рабочих мест являются отопление, кондиционирование воздуха и вентиляция помещений.Отопление помещений может быть местным и центральным. В качестве теплоносителей используются вода, пар или воздух. Теплый воздух, подаваемый в помещение, обычно нагревается в калориферах с помощью горячей воды, пара или электрической энергии. Соответственно отопление может быть водяным, паровым, воздушным или комбинированным. Центральные системы воздушного отопления обычно совмещаются с приточными вентиляционными системами. Калориферы таких систем устанавливаются вне отапливаемых помещений.Отоплению подлежат здания, сооружения и помещения любого назначения с постоянным или длительным (более двух часов) пребыванием людей в них во время проведения основных и ремонтно-восстановительных работ.В качестве местного иногда используется печное отопление. При этом одной печью допускается отапливать не более трех помещений. Кондиционирование воздуха предназначено для автоматического регулирования всех или части физических параметров воздуха в пределах, обеспечивающих комфортные условия труда в зонах пребывания людей или необходимые для оптимизации техпроцессов. При полном кондиционировании воздуха контролируются такие его параметры, как температура, относительная влажность, подвижность, газовый состав, степень озонирования и ионизированности.Системы кондиционирования бывают центральные, обслуживающие несколько помещений, и местные, обеспечивающие необходимый микроклимат в одном помещении.
Наиболее эффективным и широко используемым на практике методом оздоровления воздушной среды в помещениях различного назначения является вентиляция.Вентиляция представляет собой систему технических средств, обеспечивающую регулярный воздухообмен в помещении. Она предназначена для удаления из помещения избыточного тепла, влаги, вредных газов и паров и создания наиболее благоприятного (отвечающего санитарно-гигиеническим требованиям) микроклимата и ионного состава.Воздухообмен в помещении можно осуществлять естественным путем через форточку или вентиляционные каналы за счет разности температур и давлений воздуха внутри помещения и вне его. Такая вентиляция называется естественной, или аэрацией. Более эффективна искусственная механическая вентиляция, осуществляемая с помощью вентиляторов и эжекторов. Вентиляция может быть приточной, вытяжной и приточно-вытяжной.По месту действия вентиляция бывает общеобменной и местной.
Поиск по сайту: