Состав сухой части атмосферного воздуха

ЛЕКЦИЯ 1

Общие представления о микроклимате. Параметры характеризующие микроклимат

Микроклимат помещения – это состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на самочувствие человека.

Одной из важнейших составляющих внутренней среды является воздух.

Атмосферный воздух представляет собой смесь не взаимодействующих между собой газов, водяного пара и различных загрязнителей (дым, пыль, промышленные, транспортные и другие газовые выбросы).

Смесь газов, содержащихся в атмосферном воздухе, без водяного пара и загрязнителей называется сухим воздухом.

Состав сухой части атмосферного воздуха

В термодинамике атмосферный воздух рассматривают как смесь, состоящую из сухого воздуха и водяного пара, который может быть в перегретом, насыщенном или в сконденсированном взвешенном состоянии в виде капельного или ледяного (при отрицательной температуре) тумана.

Последнее состояние является неустойчивым и изучается обычно при решении некоторых специальных задач, например, в холодильной технике.

Смесь сухого воздуха с перегретым водяным паром называется ненасыщенным влажным воздухом, а смесь сухого воздуха с насыщенным водяным паром - насыщенным влажным воздухом.

Плотность влажного воздуха r_в в кг/м³ представляет собой отношение массы влажного воздуха к объему:

.

Значения r_в вычисляют по формулам:

;

где Р _б - барометрическое давление воздуха, кПа;

Р _п - парциальное давление водяного пара, кПа;

Т = t + 273, 15 - абсолютная температура воздуха, К.

Плотность влажного воздуха всегда меньше плотности сухого.

Масса водяного пара во влажном воздухе, приходящаяся на 1 кг массы сухой его части, называется влагосодержанием влажного воздуха

Относительной влажностью воздуха называется отношение парциального давления водяного пара, содержащегося во влажном воздухе заданного состояния, к парциальному давлению насыщенного водяного пара при той же температуре:

.

Каждый газ характеризуется также удельной теплоемкостью. Теплоемкостью называется количество теплоты, которое нужно подвести к газу или отнять от него для изменения температуры газа на 1 °С. Под удельной теплоемкостью газа понимают отношение теплоты, полученной единицей количества вещества при бесконечно малом изменении его состояния, к изменению температуры.

В интервале температур от -40 до +60 °С удельную теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении можно считать постоянной:

с _р.с = 1, 006 кДж/(кг× К).

Средние значения удельной массовой теплоемкости воды в интервале температур от 0 до 100 °С изменяются в пределах сотых, поэтому в расчетах систем принимают

с _ср.в = 4, 186 кДж/(кг× К).

Значения удельных теплоемкостей газовых смесей определяются по следующим формулам:

- смесь газов задана массовыми долями

;

;

Удельная энтальпия влажного воздуха J - это количество теплоты, содержащееся во влажном воздухе при заданных температуре и давлении, отнесенное к 1 кг сухого воздуха.

Энтальпия смеси газов равна сумме энтальпий компонентов, входящих в смесь. Следовательно, удельная энтальпия влажного воздуха представляет сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара.

J = J _c + J _п - r·d,

где J _c - удельная энтальпия сухого воздуха, кДж/кг с.в.;

J _п - удельная энтальпия водяного пара, кДж/кг п.

r- теплота парообразования кДж/кг

Удельной теплотой парообразования называется количество теплоты, затрачиваемое на превращение в пар 1 кг воды, нагретой до температуры кипения.

r = 2500 кДж/кг

формулы для расчета энтальпии влажного воздуха имеют вид:

- для ненасыщенного воздуха

;

- для насыщенного воздуха

.

Для диапазона температур от -50 до +50 °С можно использовать зависимость:

, кДж/кг с.в.

Температура (Т, К) - величина, характеризующая степень нагретости тела. Она представляет собой меру средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

В настоящее время используются температурная шкала Цельсия. Между температурами, выраженными в Кельвинах и градусах Цельсия, имеется следующее соотношение

Т, К = 273, 15 + t °C.

Тепловой комфорт – это метеорологические условия, обеспечивающие оптимальный уровень физиологических функций, в том числе и терморегуляторных, при субъективном ощущении комфорта.

Согласно первому условию комфортности – комфортной будет такая общая температурная обстановка в помещении, при которой человек, находясь в середине помещения, будет отдавать все явное тепло, не испытывая перегрева или переохлаждения. (радиационная температура)

Второе условие комфортности ограничивает интенсивность теплообмена при положении человека около нагретых или охлажденных поверхностей. Определяющей величиной в этом случае является интенсивность лучистого теплообмена. (температура поверхности)

В 1884 году инженер Флавицкий И.И. пришел к выводу о необходимости учета комплексного влияния температуры воздуха и относительной влажности на самочувствие человека. Им введено понятие эффективной температуры и температуры насыщенного неподвижного воздуха, вызывающего такое тепловое ощущение, как ненасыщенный воздух при рассматриваемой температуре. Продолжение работ в этом направлении вылилось в введение понятия «эквивалентно-эффективная температура». Это такая температура, которая эквивалентна тепловому воздействию температуры воздуха, его относительной влажности и подвижности.

Скорость(подвижность) движения воздуха — осредненная по объему обслуживаемой зоны скорость движения воздуха.

В неподвижном, застойном воздухе развивается инертность реакции человека на термические раздражители. Увеличение скорости движения воздуха повышает конвективную теплоотдачу, а скорость, превышающая 0, 2 м/с, воспринимается как дискомфортная, при которой человек испытывает ощущение сквозняка.

Известная степень подвижности воздуха и надлежащий воздухообмен в помещении необходимы как для теплового комфорта, так и для устранения в нем микрофлоры, пыли и токсичных выделений. В 1м³ внутреннего воздуха помещений летом содержится вдвое, а зимой в 30 раз больше микроорганизмов, чем в наружном воздухе. Пылинок во внутреннем воздухе вдвое больше, чем в наружном. Чем лучше жилые помещения снабжаются чистым воздухом, тем ниже в них концентрация микробов и вирусов.

Самочувствие и работоспособность человека зависит от работы физиологической системы терморегуляции организма, которая нормально функционирует при температуре около 36, 6 º С. Для поддержания постоянной температуры организм человека непрерывно вырабатывает тепло, которое отдается окружающей среде.

Общий тепловой (энергетический) баланс человека характеризуется следующим уравнением:

,
где	- общее количество энергии, вырабатываемой человеком, Вт,
	- составляющие теплообмена человека конвекцией, излучением и за счет затрат тепла на испарение влаги, Вт,
	- расход тепла (энергии) на механическую работу, Вт,
	- тепло, затрачиваемое на физиологические процессы, Вт,
	- избыток или недостаток тепла в организме, Вт,

Если теплопродукция организма и потери тепла не сбалансированы, то в организме может наблюдаться накопление тепла или его дефицит. Интенсивность отдачи тепла человека зависит от тепловой обстановки в помещении, которая определяется температурой, подвижностью, относительной влажностью воздуха в помещении, температурами поверхностей, обращенных в помещении, расположение (относительно человека) и размеры которых определяют радиационную температуру помещения t_R.

Радиационная температура помещения, относительно первой поверхности определяется как осредненная (по признаку эквивалентности лучистому теплообмену с данной поверхностью) температура всех окружающих эту поверхность поверхностей в помещении. При этом используется понятие коэффициента облученности φ. Это коэффициент являющийся геометрической характеристикой и определяемый как отношение лучистого потока падающего с первой поверхности на другую поверхность, ко всему потоку, излучаемому первой поверхностью. Поэтому t_R определяется как осредненная температура поверхностей по коэффициентам облученности:

.

Радиационную температуру так же можно определить как средневзвешенную температуру по площадям окружающих поверхностей:

.

Расчет по площадям проще, чем с использованием коэффициента облученности, но менее точен.

Одним из показателей санитарного состояния воздушной среды в зданиях также является концентрация СО₂, которая не должна превышать 0, 1%. Для поддержания такого уровня концентрации углекислого газа рекомендуется удельный воздухообмен l_уд=30 м³/(ч·чел). При этих показателях воздушной среды и протекание физиологических процессов у человека не имеется значительного отклонения от гигиенических нормативов.

Итак, параметры микроклимата помещений зданий включают следующие основные показатели:

- температура воздуха t_в, °С;

- температура внутренних поверхностей наружных ограждений, τ _в, °С;

- радиационная температура помещения, t_R, °С;

- относительная влажность воздуха φ _в, %;

- подвижность воздуха υ _в, м/с;

- газовый состав и запыленность.