Независимая Экспертиза Волгоград

Движение воздуха и комфорт

Рис.1 Предпочтения, касающиеся движения воздуха (все скорости)

Перемещение воздуха может стать энергоэффективной альтернативой его охлаждению. Однако из-за риска возникновения сквозняков, его принято избегать. Стандарты комфорта устанавливают очень низкие значения максимально допустимой скорости воздуха — даже при сравнительно высокой температуре. Исключением являются случаи, когда движением воздуха можно управлять индивидуально (например, открывая окно в кабинете или включая настольный вентилятор).

Недавние исследования показали, что большинство находящихся в помещении людей хотело бы, чтобы скорость движения воздуха в нем была выше, чем в данный момент. Это справедливо и тогда, когда температура их устраивает, и когда им жарко, и даже когда прохладно. При температуре выше 22,5 °C риск возникновения сквозняка невелик, так что нормы, ограничивающие скорость движения воздуха (ANSI/ASHRAE 55–2004 «Температурные нормы для пребывания человека»), могут быть изменены в сторону ее увеличения.

Предпочтения относительно скорости воздуха

Рис. 2 Предпочтения, касающиеся движения воздуха (при скорости больше или равной 0,2 м/с)

В рамках исследований ASHRAE, проводившихся по всему миру, людям задавались прямые вопросы об их предпочтениях, касающихся скорости воздуха. Все здания, в которых проводились исследования, за исключением двух школ с естественной вентиляцией и одного офиса в Сиднее, были полностью кондиционированы.

Таблица 1 содержит данные о предпочтениях относительно скорости воздуха и температурных ощущениях. Данные собирались для двух диапазонов скорости воздуха: менее 0,2 м/c, что соответствует стандарту 55–2004, и более 0,2 м/c (конкретнее — 0,32 м/c). Очевидно, что, если температура в помещении казалась испытуемым нормальной или выше нормы, лишь малая часть (меньше 7 %) хотела бы уменьшить скорость перемещения воздуха. Это справедливо даже для скорости выше 0,2 м/c.

Только если людям в помещении становится очень холодно, желающих, чтобы скорость воздуха была поменьше, становится больше.

Также в таблице приведены значения «действующей температуры». Эта величина учитывает температуру воздуха, воздействующую на тело путем конвекции, и поверхностную температуру окружающих предметов, воздействующую путем излучения. Для одного и того же субъективного ощущения действующая температура при более высокой скорости воздуха на 1,5–2 °C выше, чем при меньшей. То есть, если увеличить скорость воздушного потока, человек будет продолжать чувствовать себя комфортно при более высокой температуре.

Таблица 1. Предпочтения, касающиеся движения воздуха
Температурное ощущение	Диапазон, скоростей воздуха, м/с	Процент опрошенных, которым хотелось бы:			№	Действующая температура (стандартное отклонение), С°
		уменьшить воздушный поток	оставить все изменений	увеличить воздушный поток
Холодно (<2,5)	0 до 0,2	33,33	46,85	19,82	111	22,66 (0,91)
	>=0,2	50,00	42,3	7,69	26	23,50(1,45)
Прохладно (-2,5 до 1,5)	0 до 0,2	13,07	60,47	26,47	597	22,92 (1,08)
	>=0,2	11,55	72,51	15,94	251	24,28 (2,0)
Немного прохладно	0 до 0,2	10,75	53,08	36,17	1153	23,05 (1,23)
	>=0,2	11,35	62,23	26,42	458	24,59 (2,16)
Нормально (±0,5)	0 до 0,2	2,62	51,46	45,92	1407	23,30 (1,23)
	>=0,2	4,62	57,26	38,12	585	24,86 (2,03)
Тепло (0,5 до 1,5)	0 до 0,2	2,31	27,73	69,95	822	23,65 (1,41)
	>=0,2	3,36	30,87	65,77	298	25,46 (1,85)
Очень тепло (1,5 до 2,5)	0 до 0,2	4,24	18,37	77,39	283	23,75 (1,58)
	>=0,2	4,96	28,93	66,12	121	25,79 (2,08)
Жарко >2,5	0 до 0,2	4,55	0	95,45	22	24,96 (1,28)
	>=0,2	7,14	14,29	78,57	14	26,23 (2,04)

Перемещение воздуха в диапазоне ощущений от «нормально» до «тепло»

Рис. 3 Предпочтения людей, для которых текущая скорость воздуха (любая) кажется неприемлемой

Рис. 4 Предпочтения людей, для которых текущая скорость воздуха (выше или равна 0,2 м/с) кажется неприемлемой

На следующих графиках представлены предпочтения относительно скорости воздуха для диапазона ощущений температуры от «нормально» до «тепло».

Рисунок 1 показывает, что в данном диапазоне ощущений большинство людей хотят более высокой скорости движения воздуха. Их значительно больше, чем тех, кто хочет ее снижения (52 % против 3 %). Их также больше, чем тех, кого устраивает текущая скорость.

На рисунке 2 видно, что при более высокой скорости воздуха, тех, кто хочет, чтобы она была еще выше, все еще много — около 47 %.

На рисунках 3 и 4 показано соотношение людей, для которых скорость воздуха кажется приемлемой, и тех, кто считает иначе, при соблюдении стандарта 55–2004 и при превышении его ограничений.

Методика ASHRAE позволяет рассчитать риск возникновения сквозняка для каждого случая из данного исследования. Судя по полученным данным, в случае, когда риск превышает 20 %, доля тех, кто хотел бы уменьшить скорость воздушного потока, составляет 8 %; 59 % испытуемых при этом скорость воздуха устраивает, треть опрошенных считает ее недостаточной. То есть, даже когда риск возникновения сквозняка недопустимо высок, 92 % не хотят уменьшения скорости воздуха.

Предпосылки изменения стандарта 55

Доработка стандарта 55–2004 предусматривает введение двухступенчатой процедуры вычисления комфортных значений температуры, излучения, влажности и скорости перемещения воздуха. Оба этапа процедуры могут проводиться с использованием инструмента «ASHRAE Thermal Control».

Первый шаг останется тем же, что и в прежнем стандарте, — вычисляется значение действующей температуры, которое при данной влажности соответствует стандарту комфорта для неподвижного воздуха.

Второй шаг устанавливает скорость воздуха. При этом принимается во внимание индекс комфортности по Фангеру (PMV) — модель теплового баланса человека, учитывающая параметры окружающей среды, степень одетости человека (параметр измеряется в единицах под названием clo) и насколько активным физическим трудом он занят (измеряется в единицах met). Процедуры, используемые на этом этапе, позволяют более точно оценивать охлаждение тела за счет конвекции.

Одинаковые тепловой баланс и влажность кожи соответствуют одному и тому же значению стандартной эффективной температуры (СЭТ) . Точки с равной СЭТ при разной скорости воздуха можно отобразить в виде соответствующей кривой.

Этот шаг иллюстрирует график на рис. 5. На нем изображены комфортные зоны для разной степени одетости — 0,5 clo (летний костюм — рубашка с коротким рукавом и легкие брюки) и 1,0 clo (плотный деловой костюм) при физической активности, соответствующей 1,1 met.

График, полученный на первом этапе процедуры, расположен вдоль оси абсцисс — в зоне, соответствующей неподвижному воздуху.

Комфортные условия соответствуют диапазону от –0,5 PMV (между «легкой прохладой» и «нормально») до +0,5 PMV (между «нормально» и «тепло»).

Ограничение скорости воздуха

Рис. 5 Увеличение скорости воздуха при повышении температуры

Рис. 6 План здания муниципалитета г. Оринда. Оранжевыми кругами обозначены потолочные вентиляторы, светло-оранжевые круги показывают зоны, в которых создается воздушный поток со скоростью 0,75 м/с

На рис. 5 изображены дополнительные границы, не основанные на значении СЭТ. Они делятся на две категории: для помещений с местным управлением скоростью воздуха и без него.

Местное управление подразумевает, что каждые шесть человек (или меньше) могут выбирать для себя подходящую скорость воздуха или индивидуальный режим вентиляции может обеспечиваться для каждых 84 м² (и менее) здания.

Зона комфорта без такого управления обозначена на рис. 5 светло-серым цветом. Она соответствует обычной офисной работе; для других типов активности пока собрано мало данных.

Для действующей температуры выше 25,5 °C верхний предел скорости воздуха — 0,8 м/c.

При температуре меньше 22,5 °C эта граница — 0,15 м/c. Она соответствует воздушному потоку, создаваемому самим работником при активности 1,2 met.

Между 22,5 °C и 25,5 °C предельное значение определяется по кривой, разделяющей темно- и светло-серые области на рис. 5. Ограничение скорости движения воздуха в этом диапазоне температур вызвано предупреждением возникновения сквозняка, а не условиями комфорта.

Управление местной вентиляцией в зависимости от температуры может существенно улучшить микроклимат в помещении. Автономные устройства, — например потолочные вентиляторы — могут быть оснащены контроллерами, меняющими скорость вращения в зависимости от температуры.

Измерения скорости движения воздуха

Стандарт предусматривает определение средней скорости воздуха по результатам измерений на высоте 0,1, 0,6 и 1,1 метра. Измерения должны проводиться в зоне предполагаемого пребывания людей. Чтобы предотвратить использование стандарта для оправдания недостатков конструкции кондиционеров, сбрасывающих холодный воздух вниз (а не распределяющих по всему объему помещения), берется наименьшее значение температуры.

При температуре ниже 22,5 °C проблемой становится чувство дискомфорта, проще говоря, начинают мерзнуть открытые части тела. Поскольку их наличие не учитывается методами, основанными на СЭТ и PMV, принят следующий подход: для вычисления СЭТ используют максимальное значение скорости воздуха и наименьшую температуру. Учитывать интенсивность турбулентности для определения риска сквозняка при этом не нужно.

Лабораторная проверка

Рис.7 Применение потолочных вентиляторов в здании муниципалитета г. Оринда

В лабораторных исследованиях условия, соответствующие «холодной» стороне светло-серой области рис. 5, были признаны вполне приемлемыми и даже оптимальными. При скорости воздуха выше 0,4 м/с и температуре между 22,5 °C и 25,5 °C 32 % испытуемых хотели бы большей скорости движения воздуха; 59 % — ничего менять бы не стали и только 9 % хотели бы уменьшить скорость движения воздуха.

При 25,5 °C поток воздуха со скоростью 1 м/c, созданный потолочными вентиляторами, сочли приемлемым от 77 % до 100 % опрошенных. Фронтальный обдув рабочего места со скоростью 0,8 м/c посчитали допустимым 80 % испытуемых. В исследованиях, где людям предлагалось самим установить предпочтительную скорость воздуха, ее значение часто превышало 1 м/c.

Требования к скорости воздуха в производственных помещениях

Стандарт 55 содержит дополнения (Приложение f), касающиеся более интенсивных физических нагрузок, чем работа в офисе, например промышленного производства. Такая работа сопровождается интенсивным выделением пота. За счет его испарения увеличение скорости воздуха приводит к более интенсивному охлаждению. При использовании СЭТ как описано выше, более «жаркие» условия при высокой скорости воздуха приравниваются к более низким температурам при меньшей скорости. Никаких особых ограничений для скорости воздуха здесь нет.

Практическое воздействие

Новые нормы позволяют проектировщикам использовать вентиляторы, естественную тягу и окна как альтернативу механическому охлаждению воздуха. Ниже приведены примеры реализации подобных проектов.

Рис. 8 Потолочные вентиляторы в конструкторском бюро в г. Аламеда

Здание муниципалитета города Оринда, Калифорния, США (рис. 6). Потолочные вентиляторы используются в комбинации с пассивным охлаждением через окна и тяговой вентиляции с охлаждением за счет испарения вместо компрессорного охлаждения. Здание имеет площадь 1300 м², в нем полный рабочий день трудятся 40 человек, проводятся встречи и конференции.

Система управления зданием, основываясь на разнице температур на улице и в помещении, открывает или закрывает вентиляционные окна и сигнализирует обитателям здания о том, что им нужно открыть или закрыть окно в своем офисе. В офисах, конференц-зале и местах общего пользования размещены 36 вентиляторов с размахом лопастей 1321 мм. Рис. 7 показывает два помещения, в одном из которых (слева) четыре потолочных вентилятора размещены на площади 100 м². Справа изображены коридор и индивидуальные кабинки общей площадью 273 м², обслуживаемые 10 вентиляторами. Вентиляторы включаются по одному или группами по два-три при помощи настенных выключателей, позволяющих выставить одно из трех значений скорости. Каждый вентилятор потребляет от 30 до 70 Вт. По проекту создание воздушного потока со скоростью 0,75 м/с позволяет компенсировать повышение температуры на 2,6 °C. Моделирование показывает, что от 100 до 200 часов в году, когда испарители не справляются с охлаждением, только применение вентиляторов позволяет поддерживать необходимый уровень комфорта.

Здание муниципалитета используется уже полтора года, нареканий к системе вентиляции не возникало.

Конструкторское бюро, г. Аламеда, Калифорния, США (рис. 8). Этот офис площадью 223 м² охлаждается только за счет оконной вентиляции, автоматических штор, потолочных и настольных вентиляторов. Потолочные вентиляторы управляются индивидуально или группами по два при помощи блока управления при входе. Их лопасти, разработанные компанией Florida Solar Energy Center/AeroVironment, обеспечивают более высокую по сравнению с обычными вентиляторами эффективность. Потребляя от 9 до 50 Вт, вентиляторы позволяют создавать поток воздуха со скоростью от 0,4 до 1,6 м/c.

Заключение

Грядущее изменение стандарта 55–2004 будет включать в себя новые правила использования движения воздуха. Использование модели СЭТ показывает, что повышение скорости воздуха делает приемлемой более высокую температуру в помещении. Новые положения стандарта должны способствовать разработке и более широкому использованию систем пассивного охлаждения; механического охлаждения, использующего естественный воздухообмен; систем охлаждения испарением, а также систем кондиционирования смешанного типа.

Приведенные выше примеры иллюстрируют возможности использования движения воздуха вместо традиционного кондиционирования.

Вернуться: измерения параметров микроклимата

Специалисты нашей Независимой Экспертизы готовы помочь как физическим, так и юридическим лицам в определении различных видов экспертизы.

Если же после изучения данного  раздела у Вас останутся нерешенные вопросы или же Вы захотите лично пообщаться с нашими специалистами или заказать измерения параметров микроклимата , всю необходимую для этого информацию можно получить в разделе "Контакты".

Веруться: экспертиза

С нетерпением ждем Вашего звонка и заранее благодарим за оказанное доверие

Экспертиза измерения параметров микроклимата проводится в г. Волгоград по адресу:

г. Волгоград ул. Порт-Саида, 8а

Заключение независимой экспертной организации имеет статус официального документа доказательного значения и может быть использовано в суде.