Бутова А. П., Кощавка И. В.

Донецкий национальный университет экономики и торговли

имени Михаила Туган-Барановского, г. Донецк

Разработка иерархической структуры показателей комфортности внутренней среды гражданских зданий с учетом тепловой составляющей

Для оптимизации жизнедеятельности людей в жилых зданиях необходимым условием является поддержание определенного микроклимата.

Для создания оптимальных условий в помещениях мало защищать ограждения от влияния наружных климатических воздействий, требуется также искусственное создание условий. Микроклимат должен поддерживать благоприятные условия для находящихся в помещении людей.

Комфортность тепловой обстановки представляет собой тепловые условия в помещении, при которых человек не испытывает чувства перегрева или переохлаждения.

Факторы локального теплового комфорта:

1) Температура воздуха. Одним из самых важнейших факторов микроклимата жилых помещений в гражданских зданиях является температура воздуха. Оптимальная температура варьируется от 20 до 22°С в условиях холодного климата, от 18 до 20°С в умеренном и 17-19°С в жарком климате. Дискомфорт возникает при пересечении предела 24°С и выше. В спальных помещениях требуемая температура воздуха 16-18°С. Согласно нормативной документации, отопительная система должна обеспечить такие показатели температуры воздуха внутри помещений в жилых зданиях: коридоры – 18°С, кухни – 15°С, душевые, ванные – 25°С, лестницы, туалеты – 16°С.

2) Влажность воздуха. Оптимальным уровнем относительной влажности является 40-60%, допустимы отклонения до 30% и 70%. При сдвиге параметров к низким значениям у человека возникают проблемы связанные с пересыханием кожи и слизистых дыхательных путей, кроме того, возрастает опасность возникновения статического заряда электричества на поверхности ковровых покрытий. Уровень влажность воздуха зависит от количества водяных паров, обладающих к тому же большой теплоемкостью и теплопроводностью.

3) Подвижность воздуха. Нисходящий поток воздуха от холодных поверхностей является фактором, вызывающим дискомфорт и требующим размещения отопительных панелей под холодным окном (стеной). Оптимальная скорость движения воздуха не более 0,15 м\с, допустимая – не более 0,2 м\с.

4) Результирующая температура. Это комплексный показатель радиационной температуры помещения и температуры воздуха помещения, определяемый по приложению А [1].

Радиационная температура характеризует тепловое воздействие солнечной радиации. Для ее измерения используется шаровой термометр. Средняя радиационная температура может использоваться как самостоятельный показатель, характеризующий тепловое излучение, а может использоваться для определения результирующей температуры.

5) Разность температуры воздуха по высоте зоны обслуживания. При напольном охлаждения и отоплении равномерно распределяется температура воздуха по высоте помещения. Большие напольные излучающие панели, расположенные под окнами, формируют практически равномерное распределение температуры по высоте. Для систем с большей долей конвективной составляющей теплоотдачи (плинтусные панели под окнами, системы воздушного отопления, панели обогрева в торцевой стене) или системы водяного отопления с местными отопительными приборами разность температуры воздуха по высоте будет существенной.

В помещениях с высокими потолками возможная температурная стратификация воздуха по высоте существенно увеличивает потери тепла зданием.

6) Асимметрия эквивалентной температуры излучения. Люди очень чувствительны к асимметрии эквивалентной температуры излучения, вызванной теплыми потолками или холодными стенами, окнами. Дискомфорт возникает, когда асимметрия достигает 5°С для теплых потолков и 10°С для холодных стен.

Для предотвращения этой проблемы обычно отопительные приборы размещаются под окнами. Однако с повышением качества теплоизоляции окон такая проблема не возникает. Максимальную асимметрию эквивалентной температуры излучения можно рассчитать на стадии проектирования.

Критерии асимметрии эквивалентной температуры излучения от теплого потолка накладывают ограничения на температуру поверхности потолка и, следовательно, на его теплоотдачу.

7) Температура поверхности пола. Температура поверхности пола напрямую влияет на комфорт ног. Международные стандарты рекомендуют температуру поверхности пола в диапазоне 19–29°С для помещений, где люди проводят время стоя или сидя и носят обычную обувь. Это является ограничивающим фактором для производительности напольных систем. Максимальная температура поверхности пола для отопления составляет 29°С. Стандарт EN15377-1 допускает расчетную температуру пола в 35°С за пределами зоны, занятой людьми, то есть на расстоянии не более 1 м от периметра помещения.

В помещениях, где люди могут ходить босиком (ванные комнаты, бассейны, раздевалки), оптимальная комфортная температура зависит от типа покрытия.

8) Температура поверхности стен. Для отопительных панелей, вмонтированных в стены, максимум температуры находится в диапазоне 35–50°С. Максимум температуры может зависеть от того, где используются такие системы, например, если они используются в местах, где люди могут легко дотронуться до стены, или если в помещении присутствуют дети или пожилые люди. Возможность получения ожогов и болевых ощущений возникает при температуре в 42–45°С и зависит от покрытия стены и его теплопроводности. Температура поверхности радиаторов в нескольких странах ограничивается 55°С.

9) Температура поверхности потолка. Температурные показатели поверхности потолка не должны приводить к слишком большой асимметрии эквивалентной температуры излучения. Асимметрия зависит от коэффициента облученности.

Максимальная средняя температура поверхности потолка ограничена 32°С.

10) Качество воздуха. Качество воздуха определяется содержанием кислорода или углекислого газа, наличием химических загрязнений, механических примесей и вредоносных микроорганизмов, а также на качество воздуха влияют уровень влажности, подвижность и температура воздуха в помещении и результирующая температура.

Человек может только незначительно влиять на газовый состав воздуха, путем смешивания наружного воздуха с внутренним.

Все параметры комфортности внутренней среды гражданских зданий взаимосвязаны, и чтобы сохранить комфорт, изменение одного из них можно компенсировать изменением других.

В рамках научной школы д.т.н., профессора кафедры гостиничного и ресторанного дела ГО ВПО «ДонНУЭТ имени Михаила Туган-Барановского» Топольник В. Г. «Практическая квалиметрия», факторы теплового комфорта были систематизированы, и была разработана иерархическая структура показателей комфортности внутренней среды гражданских зданий с учетом тепловой составляющей (схема 1).

Для определения значений показателей качества следует принять инструментальный метод оценки, поскольку данные показатели можно определить именно при помощи тех или иных инструментов [2] и для нашего случая этот метод более приемлем.

Схема № 1. Иерархическая структура показателей комфортности внутренней среды гражданских зданий.

Следующим этапом является определение показателей качества Pi в баллах, (табл.1) и определение коэффициентов весомости для показателей каждого уровня mi и (табл.2).

Показатели комфортности в баллах.

Таблица 1.

Показатель	Значение показателя	Характеристика значения показателя
1	2	3
Температура воздуха	«5»	20-22°С в холодном климате; 18-20°С в умеренном климате; 17-19°С в жарком климате
	«4»	22-24°С в холодном климате; 20-22°С в умеренном климате; 15-17°С в жарком климате
	«3»	18-20°С в холодном климате; 16-18°С в умеренном климате; 20-22°С в жарком климате
	«2»	15-17°С в холодном климате; 15-23°С в умеренном климате; 22-24°С в жарком климате
	«1»	Менее 15°С, более 24°С
1	2	3
Влажность воздуха	«5»	40-60%
	«4»	35-45%
	«3»	55-65%
	«2»	30-35%, 65-70%
	«1»	Менее 30, более 70%
Подвижность воздуха	«5»	Не более 0,15 м\с
	«4»	0,16 м\с
	«3»	0,17-0,18 м\с
	«2»	0, 19 м\с
	«1»	Более 0,2 м\с
Результирующая температура	«5»	19-21°С в холодный период года, 22-24°С в теплый период года
	«4»	18-22°С в холодный период года, 20-25°С в теплый период года
	«3»	17-22°С в холодный период года, 19-27°С в теплый период года
	«2»	16-22°С в холодный период года, 17-27°С в теплый период года
	«1»	15-20°С в холодный период года, 15-30°С в теплый период года
Температура поверхности пола	«5»	19-25°С
	«4»	25-29°С
	«3»	29-35°С
	«2»	15-19°С
	«1»	Более 35°С
Температура поверхности стен (для отопительных панелей, встроенных в стены)	«5»	35-38°С
	«4»	38-42°С
	«3»	42-45°С
	«2»	45-50°С
	«1»	50-55°С
Температура поверхности потолка	«5»	20-22°С
	«4»	22-25°С
	«3»	25-30°С
	«2»	30-32°С
	«1»	Более 32°С
Разность температуры воздуха по высоте зоны обслуживания.	«5»	Менее 2°С
	«4»	2-2,5°С
	«3»	2,5-3°С
	«2»	3-3,5°С
	«1»	3,5-5°С

Коэффициенты весомости.

Таблица 2.

	Комплексный показатель I-го уровня	Коэффициент весомости	Комплексный показатель II-го уровня	Коэффициент весомости
Комплексный показатель качества	Качество воздуха	0,5	Температура воздуха в помещении	0,25
			Влажность воздуха	0,25
			Подвижность воздуха	0,25
			Результирующая температура	0,25
	Асимметрия эквивалентной температуры излучения	0,5	Температура поверхности потолка	0,25
			Температура поверхности пола	0,25
			Температура поверхности стен	0,25
			Разность температуры воздуха по высоте помещения	0,25

Определение единичных оценок показателей качества проводили по формуле:

, (1)

где Р_і - значения показателей, измеряемых в баллах;

Р_і^баз = В – балльная шкала (базовое значение - 5 баллов).

Комплексная оценка качества внутренней отделки помещения в целом с учетом выше изложенного определялась по формуле.

, (2 )

где z - количество групп показателей качества;

M_j – коэффициент весомости j-й группы показателей качества отделки помещения (конструкции);

m_ij – коэффициент весомости і-го единичного показателя j-ї группы;

K_ij – оценка единичного показателя качества отделки помещения.

По такой схеме определим комплексную оценку качества каждой группы показателей и комплексную оценку качества комфортности гражданских зданий.

Литература:

1. ГОСТ 30494-96 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. МНТКС, 1998. – 15 с.

2. Топольник В.Г. Технический уровень и сертификация оборудования пищевых производств: Учебное пособие / ДонГУЭТ им. М.Туган-Барановского. – Донецк: ДонГУЭТ, 2003. – 208 с.