Анализ состояния микроклимата в учебных аудиториях БГТУ им. В. Г. Шухова

Минко Всеволод Афанасьевич; Ильина Татьяна Николаевна; Дивиченко Ирина Владимировна

Минко В.А., д-р техн. наук, проф. Ильина Т.Н., канд. техн. наук, доц.

Дивиченко И.В.

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ МИКРОКЛИМАТА В УЧЕБНЫХ АУДИТОРИЯХ БГТУ ИМ. В.Г. ШУХОВА

Проведен анализ состояния параметров микроклимата в лекционных аудиториях университета в холодный период 2008-2009 учебного года. Показано, что значения параметров зависят от загруженности аудитории, ее вида и размера и не соответствуют нормативным требованиям. Отмечен перетоп в системе отопления, который приводит к перерасходу тепловой энергии и затрат на отопление.

Ключевые слова: микроклимат, вентиляция, нормативное значение, воздухообмен, перетоп, радиационная температура, кондиционирование.

Теплоощущения и самочувствие человека в помещении, где он проводит значительную часть своего времени, во многом зависит от работы инженерных систем, предназначенных для обеспечения воздушного комфорта. К таким системам относятся системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Отопительные установки обуславливают лишь тепловой режим помещения. Системы вентиляции регулируют воздухообмен в помещении. Системы кондиционирования позволяют поддерживать параметры воздуха на более высоком уровне и имеют наибольшие возможности по формированию микроклимата помещения.

Выбор инженерных систем для создания и поддержания микроклимата осуществляется в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями, предъявляемыми к этому помещению и зависит от его назначения.

Роль вентиляции в поддержании нормативных параметров микроклимата часто занижена. Вентиляционный воздух удаляет находящиеся внутри здания вредные вещества или «разбавляет» внутренний воздух свежим воздухом и снижает тем самым концентрацию вредностей до допустимого уровня. Исследования показали, что величина воздухообмена в помещении влияет на распространение респираторных заболеваний, передающихся воздушно-капельным путем, а также на уровень восприятия качества воздуха находящимися в здании людьми [1].

Минимальный расход вентиляционного воздуха задается во многих национальных строительных нормах и стандартах. На практике выбор расхода вентиляционного воздуха определяется в основном от общей площади помещения или от количества людей,

находящихся в нем. Кроме того на эффективность вентиляции влияет

распределение потоков воздуха.

Нерациональное воздухораспределение может существенно снизить качество воздуха. Оценка равномерности распределения воздушных потоков производится по степени перемешивания воздуха. По мнению авторов [1] полное перемешивание воздуха позволяет обеспечить требуемые параметры воздуха при меньшем расходе, что ведет к снижению энергопотребления.

Проектирование систем вентиляции и кондиционирования общественных зданий, в том числе и высших учебных заведений, осуществляется в соответствии со СНиП 41-012003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». В данном СНиПе установлены следующие требования к инженерным системам, формирующим микроклимат в помещениях учебных заведений:

1. В учебных помещениях проектируется приточно-вытяжная вентиляция из расчета не менее 16 м3/ч воздуха на одного человека.

2. При проектировании приточной вентиляции с механическим побуждением должна предусматриваться естественная вытяжная вентиляция в размере однократного обмена непосредственно из учебных помещений. Удалять воздух следует из рекреационных помещений и за счет эксфильтрации через оконные неплотности.

3. При применении систем воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией, необходимо предусматривать автоматическое управление этими системами. Температура воздуха, подаваемого системами воздушного отопления в рабочее время, не должна превышать 40°С. В нерабочее время

температура воздуха в помещении должна быть не ниже 15°С.

Следует отметить, что рассмотренные требования к системам вентиляции, кондиционирования и отопления разработаны для общеобразовательных школ, школ-интернатов и профессионально-технических училищ, в то время как для ВУЗов данные требования не уточнены.

В то же время здания ВУЗов представляют собой комплекс помещений различного назначения:

• лаборатории с системами локальной вытяжной вентиляции и без них;

• аудитории и лекционные залы различной вместимости;

• компьютерные классы и залы;

• административные помещения;

• вспомогательные помещения технологического и бытового назначения.

В крупных ВУЗах, кроме выше перечисленных помещений, также имеются химические и другие специализированные лаборатории (например, радиационного контроля), рекриации, спортивные залы и большое количество коридоров.

Одной из особенностей функционирования крупных ВУЗов является проведение массовых мероприятий, таких как научные, научно -практические конференции, олимпиады, спортивные соревнования различного уровня. Это вызывает необходимость уделять особое внимание к устройству и работе систем создания и поддержания микроклимата помещений большой вместимости,

используемых в массовых мероприятиях.

Наличие помещений с различными технологическими процессами, требованиями к параметрам микроклимата, режимами работы в различное время суток, сезона и года в целом требует глубокого анализа динамических процессов формирования воздушного и теплового режима при проектировании и обслуживании систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Объективно оценить состояние

микроклимата в учебных помещениях можно лишь путем измерения его параметров. Известно, что значения параметров микроклимата в учебных заведениях

Средние значения параметров микроклимата

значительно изменяются с течением времени, поэтому полную картину о состоянии микроклимата помещения может дать лишь непрерывный мониторинг. Его сущность заключается в том, что с установленных в помещениях небольших мониторов с датчиками с периодичностью в 20 секунд передаются данные о параметрах микроклимата в центральный сервер, который строит по ним графики и диаграммы. Непрерывный мониторинг в некоторых случаях может помочь выяснить причины отклонения фактических параметров микроклимата от нормативных [2]. В виду ограничения финансовых возможностей, точечные измерения все еще имеют свое значение и часто являются единственно возможными.

В БГТУ им. В.Г. Шухова проводились измерения параметров микроклимата в лекционных аудиториях. Для упрощения исследования все лекционные аудитории разделили на три группы, которые отличаются по вместимости, размерам и виду:

1. Аудитории амфитиаторного типа с количеством посадочных мест 150 и наличием большого количества оконных проемов и радиаторов : А6, А7 учебного корпуса (УК).

2. Аудитории амфитиаторного типа с количеством посадочных мест 230, небольшим количеством оконных проемов и радиаторов : А1-А5 аудиторного корпуса (АК).

3. Аудитории с количеством посадочных мест 90, большим количеством радиаторов и оконных проемов : А713, А524 главного корпуса (ГК).

Измерения проводились в холодный период года (декабрь - январь 2008 и 2009 г.) при средней температуре наружного воздуха -6°С. Измеряли температуру, относительную влажность, подвижность воздуха, содержание углекислого газа, температуру окружающих конструкций (пол, потолок, стены, радиаторы) 1-2 раза в неделю в разное время (до занятий, во время и после занятий) при различной заполнености аудиторий, при отключенной системе вентиляции и кондиционирования воздуха.

Средние значения измеряемых параметров для пустых аудиторий представлены в таблице 1.

Таблица 1

№ п/п Параметр микроклимата Ед. измерения Средние значения параметров в аудиториях корпусов

А6 УК А3 АК А713 ГК

1 Температура радиаторов 0С 45±2 50±2 50±1

2 Температура окон 0С 19±2 17±2 14±1

3 Температура пола 0С 27±2 20±2 16±2

4 Температура потолка 0С 27±2 22±2 15±1,5

5 Температура стены №1 0С 26±2 17±2 17±1,5

6 Температура стены №2 0С 24±2 20±2 17±1,5

7 Температура стены №3 0С 22±2 19±2 12±2

8 Температура стены №4 0С 23±2 20±2 14±2,5

9 Относительная влажность воздуха % 21±2 40±2 40±2

10 Температура воздуха 0С 27±1 20±1 16±3

11 Подвижность воздуха м/с 0 - 0,02 0 - 0,02 0 - 0,02

12 Концентрация углекислого газа (СО2) в воздухе аудитории % 0,2±0,025 0,2±0,025 0,2±0,025

В соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 «ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» нормативные значения микроклимата составляют в холодный период года (среднесуточная температура наружного воздуха ниже +10°С):

- температура воздуха — 18...20°С;

- относительная влажность воздуха — 40.60%;

- скорость движения воздуха — 0,1.0,2 м/сек.

Допустимое значение концентрации углекислого газа (СО2) в воздухе помещения для продолжительного пребывания людей составляет 0,1% к объему.

Сравнение нормативных значений с измеренными показало, что наибольшие отклонения наблюдаются в аудитории А6 УК, особенно значительные отклонения

наблюдаются по температуре (1;в) и относительной влажности (ф) воздуха. Во всех аудиториях установлено превышение содержания углекислого газа почти в два раза.

Известно, что средние значения температуры воздуха не дают полной картины о тепловой обстановки помещения. Благоприятная тепловая обстановка в помещении в целом определяется первым условием комфортности: комфортной будет такая общая температурная

обстановка в помещении (Ть), при которой человек, находясь в середине помещения, будет отдавать все явное тепло, не испытывая перегрева или переохлаждения:

Тк = а!п - Ь ^ ± 1,5

где: Тк - радиационная температура

помещения;

а, Ь - коэффициенты, зависящие от периода года;

^ - комфортная температура помещения;

% - допустимая температура воздуха в помещении.

Значения коэффициентов а, Ь и значения 1;п и 1В принимаются в зависимости от периода года и тяжести выполняемой работы [3].

Расчеты показали, что для учебных аудиторий в холодное время года в соответствии с первым условием комфортности радиационная температура должна лежать в пределах от 18,9 до 21,9°С.

Фактическая радиационная температура помещения приближенно может быть оценена как осредненная температура всех излучающих поверхностей в помещении:

ТЯфакт = ^дов! р

где ^ош - температура ¡-той поверхности,

р! - площадь внутренней ¡-той

ограждающей поверхности.

Значения фактической радиационной температуры (°С) в помещениях

Таблица 2

Аудитория А6 УК А3 АК А713 ГК

Фактическая радиационная температура (Тьфакт) 25,3 21,5 19

Рекомендованная радиационная температура (Ть) от 18,9 до 21,9

Как видно из табл. 2, фактическая радиационная температура в аудитории А6 УК значительно выше рекомендованной, что не соответствует первому условию комфортности. Соответственно представляет интерес изучение динамики изменения параметров микроклимата в данной аудитории. Значения параметров

воздуха измеряли в перерывах между занятиями в течение рабочего дня.

Для получения объективной картины состояния микроклимата аудитории в объеме и площади выбрали точки в зависимости от изменения высоты расположения рядов и их ширины

План аудитории А6 УК с расположением контрольных точек, в которых производились замеры, представлен на рис. 1.

стена 3 15 м

Рисунок 1 - План поточной аудитории А6 УК с расположением точек замеров.

Таблица 3

Значения параметров микроклимата в точках замеров А6 УК в разное время

И _ _ . „ т ч. ~ _ . оп. Г _

№ точки Параметр Утро (815) День (1420) Вечер (1740)

1 Температура воздуха, Т (°С) 22,8 26,8 26,8