Тепловой комфорт жилых помещений в условиях Крайнего Cевера

Для мониторинга воздушной среды внутри помещений и наружного воздуха использовался метод инструментальных исследований с последующим составлением и анализом диаграмм. Выбранный метод, помимо простоты его применения, обеспечивает достаточный уровень достоверности результатов. А работе определены закономерности и взаимосвязи между исследуемыми параметрами микроклимата жилых помещений и предложены некоторые рекомендации по его улучшению в холодный период.

Значение погоды и климата для жизни человека, экстремальность Крайнего Севера

Погода - это совокупность метеорологических величин и явлений, характеризующих состояние атмосферы в какой-то физический момент или отрезок времени. Можно говорить о погоде, наблюдаемой в данную минуту или наблюдавшуюся в какой-то момент в прошлом, о погоде одного дня, месяца или сезона года. Характеризуют погоду с помощью обобщающих терминов (дождливая, теплая, сухая, жаркая, холодная и т. д. ), или всей совокупностью значений метеорологических величин (ветер северный, температура воздуха 10 °С и т. д. ).

Источник тепла, поступающего на Землю, всегда один и тот же, количество солнечной энергии, достигающей Земли, практически неизменно, как поверхность и газовый состав воздушной оболочки Земли. А погода бывает разная не только в разных местах планеты, но и в каждой отдельной точке ее, и не только в разные сезоны года, но даже на протяжении одного дня, а то и часа.

Причин чрезвычайного разнообразия и непостоянства погоды много. Основные причины:

• во-первых, чрезмерная подвижность атмосферы;

• во-вторых, слишком большое количество величин (температура, влажность, ветер, давление и прочее) и явлений (грозы, метели и прочее), определяющих состояние погоды в какой-то любой момент или за какой-то любой промежуток времени.

Все указанные величины и явления взаимосвязаны между собой - изменение одного из них влечет за собой изменение нескольких других (изменение облачности может повлечь за собой изменение температуры, влажности, осадков, ветра, метель и т. д. ).

Воздух может быть сухим или влажным. При одной и той же температуре воздуха содержание водяного пара в нем может колебаться в широких пределах. Относительная влажность и характеризует собой степень насыщения воздуха водяным паром, она представляет отношение фактически имеющегося в воздухе количества водяного пара к максимально возможному его количеству при данной температуре. Выражается относительная влажность в процентах.

Относительная влажность не характеризует абсолютное содержание в воздухе водяного пара, которое в зависимости от температуры воздуха может быть значительным и при небольшой относительной влажности (в жару) и очень малым - при высокой относительной влажности (в сильные морозы). От влажности зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека. А испарение влаги имеет большое значение для поддержания температуры тела постоянной. Температура тела человека существенно зависит от температуры окружающей среды.

Известно, что температура поверхности тела человека в зависимости от внешних условий и его состояния может меняться в значительных пределах превышающих 20°С, соответственно меняется теплоощущение.

Экспериментальным путем установлено, что при температуре поверхности тела ниже 29 °С подавляющее большинство людей начинает ощущать холод, а при температуре выше 34,5 °С - чрезмерное тепло. Наиболее комфортная температура поверхности тела - 33 °С.

Повышение температуры наружного воздуха вызывает такие процессы как учащение пульса, усиление поступления крови к кожному покрову, возрастание теплоотдача. Если этого недостаточно, начинается потовыделение, и избыток накопившегося в организме тепла удаляется с потом.

При снижении температуры наружного воздуха рост с поверхности тела увеличивается. Поступившая в организм пища начинает интенсивно сгорать, что компенсирует теплопотери. Одновременно для уменьшения теплоотдачи сокращаются сосуды в кожном покрове, уменьшается частота дыхания и число ударов сердца в минуту, организм начинает экономнее расходовать энергию.

Итак, влажность и температура окружающего воздуха имеют очень важное значение для комфортного состояния человека. Температура и влажность воздуха определяют условия теплообмена человеческого организма, затрагивающего органы дыхания, работу сердца, процесс кровообращения и состояние кожного покрова. Теплообмен органически связан с процессом обмена веществ, который автоматически регулируется через нервную систему. Существует неразрывная связь между изменениями атмосферного давления, температуры и влажности воздуха и климатом.

Взаимосвязь понятий «погода» и «климат» очевидна. Если погода – это конкретные существующие в определенный момент или период времени атмосферные условия, то многолетнюю совокупность этих условий, характерную для данной местности, рассматривают как климат. Климат – статистический многолетний режим погоды, одна из географических характеристик той или иной местности.

Особенности климата и погодных условий в районах Крайнего Севера. Половина территории нашей страны – это Крайний Север и районы, приравненные к нему по суровости климата. Крайний Север - это большей частью субарктическая зона. Зима здесь длится до 300 дней в году, почти отсутствует безморозный период, высокая амплитуда температуры воздуха, вечная мерзлота грунтов, пониженное атмосферное давление низкая относительная влажность воздуха или повышенная сухость воздуха за счет вымораживания влаги - именно это и есть «исключительность» климата и условий биологического проживания. В городе Новый Уренгой холодный период года (т. е. когда среднесуточная температура наружного воздуха ниже 8°С) длится в течение 9 мясяцев.

В СНиП 2. 01. 01-82 «Строительная климатология и геофизика» для отдельных населенных пунктов абсолютная максимальная температура воздуха выбрана по наблюдениям за более чем столетний период.

Населённый пункт Надым Салехард Уренгой Тарко-Сале

Температура воздуха наиболее холодных суток,°С -53 -43 -52 -53

Абсолютная минимальная температура воздуха,°С -60 -54 -63 -61

Средняя суточная амплитуда температуры воздуха наиболее холодного месяца, °С 9,7 12,8

Продолжительность периода в сутках со средней суточной температурой воздуха, °С 229 229 136 232

-31 -29 -32 -32

Средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее холодного 78 84 78 79

месяца/наиболее жаркого месяца, %

55 62 56 56

Пути достижения теплового комфорта в условиях Крайнего Севера

Для планомерного освоения и заселения Крайнего Севера, создания мощнейшего долговременного производственного потенциала, необходимой задачей компенсации экстремальности климата Крайнего Севера является создание теплового комфорта жилья. Поэтому обеспеченность им, степень его комфортабельности в решающей мере определяют образ жизни северян, комфорт выступает самым весомым фактором закрепления населения в городах Севера.

Чтобы разобраться в механизме теплоснабжения нам потребовалось изучить некоторые вопросы из теплотехники. Теплотехника - научная дисциплина и отрасль техники, охватывающая методы получения теплоты, преобразования ее в другие виды энергии, а также распределения, транспортирования и использования.

Достижение теплового комфорта возможно строительством в районах Крайнего Севера жилых зданий улучшенной планировки. Для обеспечения тепловых и экологических требований в жилище следует применять современные строительные и отделочные материалы с высокой теплоизоляцией, разрешенные к применению государственной санитарно-эпидемиологической службой. Возведение в городе отопительных и автономных (крышных) котельных с эффективными источниками тепла, индивидуальных теплоисточников, использование альтернативных источников тепла (солнечная энергия, энергия ветра, расщепление воды, атомная энергетика), сохраняя потомкам невозобляемые запасы недр. Применение нового эффективного теплообменного оборудования «будущего».

Для ощущения гражданами состояния защищенности в экстремальных условиях Крайнего Севера, в жилых зданиях, кроме предусмотренных хозяйственно-бытовых условий следует предусматривать автоматическое регулирование теплового потока отопительных приборов, автоматизированную систему учёта контроля энергопотребления, кондиционирование воздуха помещений, противопожарную защиту жилых зданий и т. д.

Тепловая защита (тепловая изоляция) – защита зданий от нежелательного теплового обмена с окружающей средой. Теплоизоляция обеспечивается специальными ограждениями из теплоизоляционных материалов, которые так и называются теплоизоляцией.

Основная задача теплоизоляции - обеспечение тепловой защиты зданий при заданном расходе тепловой энергии на поддержание установленных параметров микроклимата их помещений. При этом в здании также должны обеспечиваться санитарно-гигиенические условия.

Выбор теплозащитных свойств ограждающих конструкций выбирают из:

1. наружных климатических параметров:

• влажности наружного воздуха согласно СНиП 23-02-2003 - Карта зон влажности;

• температуры наружного воздуха согласно СНиП 23-01-99 - Карта климатического районирования;

2. минимальных значений оптимальных параметров внутреннего воздуха помещений зданий согласно ГОСТ 30494-96 для соответствующих районов.

Нормы устанавливают обязательные минимальные требования по теплозащите зданий, исходя из требований по снижению их энергопотребления, санитарно-гигиенических требований и требуемых комфортных условий путем выбора нужного уровня теплозащиты здания с учетом эффективности систем теплоснабжения и обеспечения микроклимата, снижения уровня энергопотребления на отопление зданий не менее чем на 20 %.

Здание и системы его теплоэнергообеспечения рассматриваются как единое целое с учетом средней температуры наружного воздуха за отопительный период, средней температуры наиболее холодного периода и климатических условий.

Для наружных ограждений используются многослойные конструкции с применением эффективных теплоизоляционных материалов.

Так, СНиПом 23-02-2003 установлены три обязательных нормируемых показателя по тепловой защите здания:

1) сопротивление теплопередаче для отдельных ограждающих конструкций тепловой защиты здания;

2) нормируемые величины температурного перепада между температурами внутреннего воздуха и температурой на внутренней поверхности ограждающей конструкции выше температуры точки росы;

3) нормируемые показатели расхода тепловой энергии на отопление, с учетом свойств ограждающих конструкций и учетом выбора системы отопления.

Самый распространенный источник теплоснабжения - центральные отопительные котельные.

Теплоснабжение в городе Новый Уренгой централизованное - снабжение горячей водой систем отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий и технологических потребителей. Отопительный сезон в г. Новый Уренгой начинается обычно в конце августа (25 – 28 числа) и заканчивается в первых числах июня следующего года. Самый распространенный источник теплоснабжения – центральные отопительные котельные.

В отопительно-котельной технике рабочим телом являются горячая вода и водяной пар - способные передавать теплоту и совершать работу, то есть, передача тепловой энергии осуществляется рабочим телом, которое принято называть теплоносителем.

Отопительный котел - устройство, имеющее топку, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное для нагревания воды и получения пара, находящейся под давлением выше атмосферного, используемых в качестве теплоносителя вне самого устройства.

В водогрейных или паровых котлах теплота, образующаяся при сжигании топлива, передается через стенки котла (поверхность нагрева) воде, которая нагревается до определенной температуры или преобразуется в пар.

В результате сообщения рабочему телу (вода) теплоты, оно изменяет свое состояние, которое характеризуется параметрами состояния: температурой, удельным объемом, давлением, их называют основными параметрами.

Температура теплоносителя, уходящего из котельной на отопление зданий зависит от температуры наружного воздуха и должна быть не ниже минимальных значений температур, установленных СНиП 41-02-2003 «Тепловые сети», СНиП 3. 05. 03-85 «Тепловые сети» и температурных графиков работы котельной.

В теплообеспечении применяются следующие системы отопления:

Помещения Система отопления

Жилые, общественные, бытовые Водяное с радиаторами, воздушное

Параметры микроклимата помещений

Потребность в тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода определяют с учетом: этажности здания, количество квартир и места строительства, характеристики и конструкции стен, окон, чердака, подвала, источников теплоснабжения (отопления и горячего водоснабжения) здания, общих теплопотерь здания через наружные ограждающие конструкции, температуры наружного воздуха.

Параметры воздуха внутри жилых и общественных зданий следует определять из условий комфортности для холодного периода года.

Оптимальные параметры микроклимата – это сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом 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.

Допустимые параметры микроклимата - сочетания значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать общее и локальное ощущение дискомфорта, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности при усиленном напряжении механизмов терморегуляции и не вызывают повреждений или ухудшения состояния здоровья.

Расчетная температура воздуха внутри жилых и общественных зданий для холодного периода года должна быть не ниже минимальных значений оптимальных температур, установленных СанПиН 2. 1. 2. 1002-00 «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям» и ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях»

Температура Относительная

Наименование воздуха, (С влажность, %

помещений

Оптимальная Допустимая Оптимальная Допустимая

Холодный период года

Жилая комната 20 - 22 18 - 24 45 - 30 60

Теплый период года

Жилая комната 22 - 25 20 - 28 60 - 30 65

Для населенных пунктов Ямало-Ненецкого автономного округа, согласно ТСН 23-334-2002 Ямало-Ненецкого АО «Нормативы по энергосберегающей теплозащите. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий», оптимальные параметры внутреннего воздуха помещений принимаются по таблице:

Здания Относительная влажность внутри Температура воздуха внутри здания, % здания, °С

Жилые, общеобразовательные и другие общественные 55 21

Мониторинг теплового комфорта в жилых помещениях г. Новый Уренгой в холодное время года. Инструментальные исследования

Для проведения исследований разработаем методику. Исследования связано с проблемой соответствия климата помещений жилых зданий комфортному состоянию человека. Исследования должны включать следующие элементы: изучить состояние наружного воздуха (температура, влажность, скорость и направление ветра, атмосферного давление) по данным городской метеослужбы; исследовать воздушную среду внутри помещений (микроклимат) с ежедневной регистрацией температуры и относительной влажности с точки зрения ее соответствия санитарно-гигиеническим требованиям; оформление результатов; анализ полученных результатов исследований.

Для исследований были выбраны здания разных конструкций:

№ п/п Адрес зданий Наименование помещений Конструкции зданий ул. Губкина, д. 4а кв. 32 Жилая комната Здание - каркас из металла, стены из шлакоблоков ул. Губкина, д. 4а кв. 36 Жилая комната ул. Юбилейная, д. 8 кв. 64 Жилая комната Здание из железобетонных блоков пр. Ленинградский, д. 8 кв. 58 Жилая комната ул. Молодёжная, д. 7 кв. 36 Жилая комната ул. Сибирская, д. 6 кв. 9 Жилая комната Здание деревянное

Измерение температуры воздуха следует проводить на высоте от 0,6 м и 1,6 м от поверхности пола в помещениях, в центре помещений и на расстоянии не ближе 0,5 м от внутренней поверхности наружных стен и отопительных приборов. Фиксируются средние арифметические показания.

Измерение относительной влажности воздуха следует проводить в центре помещения на высоте 1,1 м от поверхности пола.

Результаты измерений температур и относительной влажности заносятся, по данным которой подсчитываются все показатели, получаемые при обработке данных измерений.

Результаты измерений параметров микроклимата сопоставляются с нормативными требованиями, на этой основе дается оценка параметров микроклимата.

Для измерения относительной влажности и температуры воздуха используем психрометр «WET AND DRY BULB PSYCHROMETER J224» с диапазоном измерения относительной влажности 10 - 100 %.

Замеры проводились ежедневно с 22 октября по 12 ноября 2006 года.

В период исследования:

- температура наружного воздуха колеблется от плюс 1°С до минус 30°С, средняя температура – минус 4,8 °С;

- давление атмосферы колеблется от 740 мм рт. ст. до 760 мм рт. ст;

- ветер разных направлений с преобладанием северо-западного направления, максимальная скорость за период наблюдений не превышала 10 м/с;

- средняя температура воздуха в жилых помещениях – плюс 24,4 °С при норме плюс 21,0°С;

- средняя относительной влажность воздуха в жилых помещениях – 54,5 % при норме 55%.

При анализе полученных результатов, приведенных просматривается закономерность и взаимосвязь:

• между атмосферным давлением и максимальной скоростью ветра – при изменении давления в нижних слоях атмосферы скорость ветра всегда изменяется (зависит от циклона - области пониженного давления в атмосфере с минимумом в центре, а в поперечнике циклон имеет несколько тыс. км. ): чем ниже давление, тем выше скорость, а значит сильнее ветер;
• между атмосферным давлением и температурой наружного воздуха – при понижении атмосферного давления заметно изменяется (чаще - повышается) температура наружного воздуха, растет влажность (выпадают осадки, при большой амплитуде - возникают сильные ветры), а при повышении атмосферного давления - температура воздуха устойчивая;
• между температурой наружного воздуха и температурой воздуха обогреваемых помещений:
  • при понижении температуры наружного воздуха температура внутреннего воздуха помещений изменяется незначительно, это связано с инерционностью всей системы: котельная – тепловые сети – потребитель, необходимо время, что бы котельные очень плавно, согласно температурным графикам работы набрали температуру теплоносителя;
  • при повышении наружного воздуха температура внутреннего воздуха помещений сначала растет, а затем – переходит в устойчивое положение;
• между относительной влажностью и температурой воздуха помещений жилых зданий – при повышении влажности повышается температура воздуха и наоборот.

В работе выполнена проверка уровня теплового комфорта в жилых помещениях в холодное время года в условиях Крайнего Севера. Для исследования были выбраны здания различных конструкций: деревянное, из железобетонных блоков, из шлакоблоков с металлическим каркасом. Во время мониторинга погодных условий в период исследований зафиксированы колебания температуры воздуха от +1 0С до –30 0С, атмосферного давления от 740 мм рт. ст. до 760 мм рт. ст. , ветер разных направлений с преобладанием северо – западного, его максимальная скорость не превышала 10 м/с. Полученные результаты оформлены в виде диаграмм, при анализе которых вскрыты закономерности и взаимосвязи между исследуемыми параметрами и сделан вывод:

• фактическая температура воздуха жилых помещений не ниже минимальных значений температуры для холодного периода, а даже превышает норму на 16 % , что допустимо согласно п. 5. 34. МГСН 3. 01-01 «Жилые здания»;
• фактическая относительная влажность воздуха жилых помещений для холодного периода ниже минимальных значений оптимальной влажности, установленных санитарно - гигиеническими требованиями на 1 %. Незначительное понижение влажности можно компенсировать размещением в помещениях аквариумов, декоративных растений, комнатных цветов или установкой увлажнителей воздуха;
• параметры микроклимата помещений находятся в пределах установленных санитарно-эпидемиологических требований и санитарно - гигиенических норм микроклимата к жилым зданиям и помещениям, а значит, обеспечивают тепловой комфорт проживания граждан в холодный период для г. Новый Уренгой Ямало-Ненецкого автономного округа.