Ефективна температура  

Ефективна температура

Відмінності між згаданими вище механізмами теплообміну значною мірою пов'язані із станом повітря, при якому людина відчуває комфорт. У холодних умовах кровоносні судини звужуються, що призводить до пониження температури шкіри. Така реакція компенсує низьку температуру повітря, підтримуючи інтенсивність перенесення тепла близької до інтенсивності обміну речовин. Одяг зменшує площу шкіри, відкритої для теплообміну.

Якщо в приміщення підводиться тепло для підтримки заданої температури, то збільшення швидкості повітря поліпшить тепловіддачу як від нагрівальних приладів до повітря, так і від тіла людини до повітря. Рух повітря створює у людини відчуття прохолоди, оскільки, збільшує тепловіддачу з поверхні шкіри. Таким чином, для створення комфортних умов при великій швидкості повітря потрібні вищі температури. Крім того, рух повітря сприяє підвищенню теплових втрат через зовнішні перепони і вікна. Для економії енергії протягом опалювального сезону рух повітря в приміщеннях повинен бути зведений до мінімуму.

Термін "ефективна температура" був запропонований американською спілкою інженерів з опалювання, охолоджування і кондиціонування повітря для опису певного ступеня комфорту, пов'язаного з температурами сухого і змоченого термометрів і швидкістю повітря. У практично нерухомому повітрі (7 — 10 см/с) при температурі точки роси ефективна температура дорівнює температурі сухого термометра. При нижчій вологості і вищій швидкості повітря ефективна температура буде нижчою. Для визначення умов, за яких досягається конкретне значення ефективної температури, були запрошені люди для порівняння умов комфорту в експериментальному приміщенні і кімнаті, де вологість підтримувалася рівною 100%, а рух повітря практично був відсутній. Коли люди, що брали участь в дослідах, відчували себе однаково комфортно в усіх приміщеннях, вважалося, що умови в експериментальному приміщенні забезпечують таку ж ефективну температуру, що і в контрольному приміщенні.

Значення ефективної температури3, рекомендовані в 1959 р американською спілкою інженерів з опалювання, охолоджування і кондиціонування повітря, складають 18,9°С - для зими і 22,8°С - для літа. На теперішній час значення ефективної температури для зимового періоду вважається завищеним. Сучасним вимогам більш відповідає температура 16,7°С, а в майбутньому значення зимової ефективної температури, можливо, буде ще нижчим. У країнах, де енергетичні ресурси завжди були дефіцитні і дорогі, прийняті нижчі значення температури.



Ефективна температура в житлових будинках, школах і виробничих приміщеннях наближатиметься до температури зовнішнього повітря, зміна зовнішніх умов при переміщенні людини з одного місця в інше буде менш різко позначатися на системі обміну речовин. Крім того, одяг буде однаково зручним удома, на вулиці і на роботі. Крім економії палива, такі умови, на думку автора, корисніші для здоров'я.

У період, коли потрібне охолоджування, ефективна температура 22,8°С, мабуть, найбільш сприяє високій продуктивності в робочих приміщеннях. Тоді як при зниженні ефективної температури люди можуть одягнутися тепліше, їх реакція на підвищення температури більш обмежена, і температура, при якій продуктивність починає зменшуватись, навряд чи повинна змінитися. Проте ефективна темпе­ратура 22,8°С на теперішній час набагато перевищує температуру, підтримувану в багатьох сучасних будівлях з кондиціонуванням повітря. Наприклад, регульована температура сухого термометра 25,5°С еквівалентна ефективній температурі всього 20,3°С для типового приміщення з кондиціонуванням повітря, де відносна вологість підтримується на рівні 50%, а швидкість складає 1,5 м/с.

Важливим заходом з економії енергії є підтримка ефективної температури 16,7°С в режиміопалювання і 22,8°С при охолоджуванні повітря в приміщенні. Коли не потрібні ні опалювання, ні охолоджування, ефективна температура може змінюватися у вказаних межах. Наступним завданням є

Ефективна температура - еталон сприятливої температури повітря в різні періоди року, необхідної для нормального розвитку та проживання людини.


вибір умов, що дозволяють одержати задані ефективні температури з мінімальними витратами енергії.

8.1.3. Опалювальний сезон

У табл. 8.1 наведені значення ентальпії і температури сухого термометра залежно від ефективної температури для практично нерухомого повітря (7-10 см/с) при відносній вологості 30%. Значення ентальпії повітря показують, скільки треба підвести тепла, щоб параметри зовнішнього повітря відповідали заданому стану. У зимовий час для зовнішнього повітря з температурою по сухому термометру - 1,1 °С і відносною вологістюентальпія складає 21 кДж/кг. Для нагріву

цього повітря до ефективної температури 18,9°С потрібно на 21% більше енергії, ніж при нагріві до ефективної температури 16,7°С. Крім того, втрати тепла конвекцією і теплопровідністю від будівлі, у якій підтримується температура 22,2°С, до зовнішнього повітря з температурою - 1,1 °С на 15% вище, ніж від тієї ж будівлі з температурою 19,2°С.

Отже, за ефективної температури 16,7°С замість 18,9°С можна заощадити від 15 до 21% палива залежно від відносної величини втрат конвекцією і теплопровідністю в порівнянні з втратами на витік повітря.

У табл. 8.2 показано вплив швидкості повітря на підтримку ефективної температури 16,7°С. Щоб нагрівати зовнішнє повітря з температурою -1,1 °С і відносною вологістю 50% до ефективної тем­ператури 16,7°С при швидкості 2,54 м/с, потрібно на 32% більше енергії, ніж для нерухомого повітря.

Таблиця 8.1 Залежність ентальпії й температури сухого термометра від ефективної температури.

Таблиця 8.2 Залежність ентальпії та температури сухого термометра від швидкості повітря.

Крім того, втрати тепла шляхом конвекції і теплопровідності при швидкості повітря 2,54 м/с на 22% більші внаслідок вищої температури сухого термометра, якщо не враховувати вплив швидкості повітря на теплообмін. Враховуючи усі фактори, можна стверджувати, що на підтримку ефективної температури 1б,7°С при швидкості повітря 2,54 м/с буде потрібно на 30 - 35% більше енергії, ніж у випадку нерухомого повітря.

Тоді як зниження до мінімуму ефективної температури і швидкості повітря дозволяє економити енергію роль вологості повітря не така проста. Під час опалювального сезону повітря в приміщенні стає дуже сухим через низьку абсолютну вологість зовнішнього повітря. При нагріванні зовнішнього повітря з температурою -1,1° С і відносною вологістю 50% до температури 19,7°С, яка відповідає ефективній температурі 16,7°С в нерухомому повітрі, його відносна вологість зменшиться до 15%. Це значення вологості є типовим для опалювальних будівель в північних районах взимку.

Як показано в табл.8.3, нижчі значення температури стають комфортнішими у міру підвищення вологості. Хоча зниження температури, мабуть, приведе до зменшення втрат тепла шляхом конвекції і теплопровідності, підвищення ентальпії повітря збільшить втрати на його витік. Порівняємо втрати, зумовлені теплообміном, з втратами на витік при значеннях відносної вологості повітря в приміщенні 50 і 10%, якщо температура і відносна вологість зовнішнього повітря складають - 1,1° С і


50%. При відносній вологості повітря в приміщенні 50% втрати на витік зростають на 58%, а втрати тепла шляхом конвекції і теплопровідності зменшуються лише на 8,6%.

Якщо втрати, пов'язані з витоком повітря з будівлі, вдається звести до мінімуму, то можна підтримувати високий рівень вологості при помірних витратах енергії, Це може мати особливо велике значення для будівель з великими поверхнями зі скла або металу, теплові втрати яких великі. Проте в приміщеннях, де необхідна швидка зміна повітря, як, наприклад, в хімічних лабораторіях або спортивних залах, підтримка високої вологості не економічно вигідна.

Надзвичайно низька вологість створює проблеми, пов'язані з утворенням статичної електрики, деформацією дерев'яних виробів, подразненням шкіри і дихальних шляхів. Певною мірою ці явища усуваються зниженням температури сухого термометра протягом ночі. Проте під час опалювального сезону, мабуть, бажано підтримувати деякий мінімум відносної вологості, що дорівнюєОптимальне значення вологості змінюватиметься залежно від співвідношення теплових втрат шляхом конвекції і теплопровідності та втрат за рахунок витоку повітря.

Таблиця 8.3

Залежність ентальпії та температури термометра при певній відносній вологості повітря.

Інтенсивність вентиляції будівлі істотно впливає на вимоги до системи опалювання і безпосередньо позначається на оптимальній вологості. Згідно з рекомендаціями американської спілки інженерів з опалювання, охолоджування і кондиціонування, мінімальні значення вентиляційного навантаження складають 8,5мЗ/г, на людину для приміщень, де куріння заборонене, і 42,5мЗ/г, де воно дозволене. За відомостями управління громадських служб, потреби в кисні задовольняються при подачі в приміщення всього 1,7-3,4 мЗ/г повітря на людину. Вентиляційне навантаження можна знизити до цього мінімуму, якщо забезпечене і адсорбційне очищення, фільтрація повітря від диму і запахів.

8.1.4.Сезон холодопостачання

Багато будівель з системами кондиціонування повітря охолоджуються сильніше, ніж це не обхід­но як з погляду економії енергії, так і здоров'я їх мешканців. Можна забезпечити істотну економію енергії шляхом установки терморегуляторів для досягнення ефективної температури 22,8°С (табл. 8.4). Для охолодження зовнішнього повітря з температурою 32,2°С і відносною вологістю 60% до ефективної температури 19,5°С потрібно відвести удвічі більше тепла, ніж при охолодженні до ефективної температури 22,8°С. Крім того, тепловий потік шляхом конвекції і теплопровідності за нижчої температури на 80% вищий. Велика частина витрати холоду зв'язана з виділеннями тепла унаслідок обміну речовин, від устаткування, а також сонячної радіації, яка безпосередньо не зв'язана з ефективною температурою. Економія енергії, зумовлена підвищенням ефективної температури від 19.5 до 22.98°С буде нижчою на 100% залежно від числа людей в приміщенні та інших факторів.

Вплив швидкості повітря на комфортність умов у приміщенні показано в табл. 8.5. Для отримання ефективної температури 22,8°С в нерухомому повітрі від зовнішнього повітря з температурою 2,2°С і відносною вологістю 50% потрібно відвести втричі більше енергії, ніж для отримання тієї ж ефективної температури при швидкості повітря 2,54 м/с. Хоча різниця температур в приміщенні і зовні подвоюється, теплопередача через стіни і вікна при нерухомому повітрі може практично зменшитись.

У табл. 8.6 наведені різні умови, необхідні для досягнення ефективної температури 22,8°С, з вказівкою точки роси повітря. В цьому випадку температура сухого термометра знову робить протилежний вплив на витрати енергії. При високих рівнях вологості від зовнішнього повітря потрібно відводити мало тепла, але при цьому потрібне відносно сильніше зниження температури сухого термометра. Ці два фактори можуть фактично компенсувати один одного.


Таблиця 8.4

Залежність ентальпії та температури сухого термометра від ефективної температури за швидкості

повітря 1,53 м/с і відносної вологості 60%.

Таблиця 8.5 Залежність ентальпії від температури сухого термометра при даній швидкості.

Таблиця S.6 Залежність ентальпії від температури сухого термометра при даній відносній вологості.

Точка роси повітря визначається температурою охолоджуючої поверхні, з якою контактує по­вітря. Коли в кондиціонер подається охолоджена вода з температурою 4,5°С, можна очікувати, що точка роси наблизиться до 12,8° С. У цих умовах температура сухого термометра, вища за 28,9°С, буде цілком нормальною. Проте такий режим роботи для холодильної установки не є ефективним. Робота, що витрачається, буде меншою при подачі охолодженої води з температурою 12,8°С, при якій температура точки роси складе, ймовірно, 21,1° С. Якщо при цьому ентальпія наближається до ентальпії зовнішнього повітря, невелике зниження температури сухого термометра буде компенсовано.


1532829369012670.html
1532894319043289.html
    PR.RU™