Понятие о микроклимате помещения и условия его формирования

     Введение 

     В России ежегодно отмечается рост количества новых гостиничных комплексов и  новых гостиничных объектов, что  ведет к усилению конкуренции  на рынке.

     В связи с постоянно обостряющейся  борьбой за клиентов независимые  гостиницы, российские и международные гостиничные сети, должны больше внимания уделять постоянному повышению качества сервиса и обслуживания клиентов: все больше и больше внедрять инновационные методы и технологии развития гостиничных комплексов.

     В гостиничном хозяйстве слово  «сервис» означает систему мер, обеспечивающих высокий уровень комфорта, удовлетворяя самые разнообразные запросы гостей. С каждым годом требования к услугам повышаются. Чем выше культура и качество услуг и обслуживания гостей, — тем выше имидж гостиницы, тем привлекательнее она для клиента.

     Специфика гостиниц заключается в многообразии функций этих объектов, которые одновременно являются и жилыми и общественными  помещениями. Эти факторы предопределяют организацию пространства, для обеспечения  благоприятных условий жизнедеятельности человека.

     Их  обеспечение - это комфорт в самом  здании гостиницы. Общий комфорт  внутреннего пространства гостиниц является интегрированным понятием, включающим экологический, функциональный и эстетический показатели комфорта любого помещения гостиницы.

     Комфорт создается оптимальным для организма  человека сочетанием температуры, влажности  и скорости движения воздуха -   это и называется микроклимат  окружающей среды.  
 
 

     1.1. Понятие о микроклимате помещения   и условия его формирования.

     Здание - это совокупность помещений, представляющих собой ограниченный объем, в пределах которого протекает жизнедеятельность человека. Процесс жизнедеятельности сопровождается взаимодействием человека с окружающей его средой помещения.

     Правильная  организация помещений и здания в целом открывает возможность обеспечения в них безопасных и эффективных условий пребывания человека. Внутренняя среда помещения, проявляющаяся в большом числе факторов воздействия на человека, называется микроклиматом помещения. Среди факторов внутренней среды выделим комплекс микроклиматических условий, оказывающих наиболее ощутимое физиологическое воздействие на человека. К ним относят тепловые условия в помещении и состав внутреннего воздуха. Человек познает мир частично через ощущения, частично сознанием. При этом непосредственно поступающая информация об окружающей среде соотносится в мозгу с информацией, накопленной в памяти на базе предыдущего опыта. Это обстоятельство свидетельствует об индивидуальности восприятия человеком внутреннего микроклимата помещения. Окружающая среда, которая не содержит раздражающих и возбуждающих факторов, препятствующих физической и умственной работе, а также отдыху, называется комфортной.  
Приведенное определение распространяется также на тепловые условия и состав воздуха помещения. Тепловые условия в настоящее время принято оценивать температурой воздуха, радиационной температурой помещения, относительной влажностью и подвижностью воздуха.  
Состав воздуха характеризуется концентрацией углекислоты, концентрацией вредных газов, паров, пыли. Восприятие воздуха характеризуется также озоно-ионным составом и запахами.

     Перечисленные параметры являются исходными при  проектировании зданий и систем обеспечения  микроклимата и нормируются. При  этом определение нормативных параметров исходит из стремления к достижению оптимальных значений, т; е. таких, при которых как можно меньшее число людей (обычно 15-30%) было бы ими недовольно. Использование оптимальных параметров микроклимата не во всех зданиях бывает целесообразным и экономически оправданным. Поэтому в отечественных нормах широко используется понятие допустимых параметров, представляющих собой разумные граничные значения, при которых не наблюдается отрицательного воздействия на организм человека. Параметры микроклимата формируются (рис. 1) в результате воздействия на помещение наружной среды, технологического процесса в помещении и систем отопления-охлаждения (СО) и вентиляции (СВ) или кондиционирования воздуха (СКВ). Наружная среда оказывает влияние на тепловые параметры микроклимата опосредованно через ограждающие конструкции (тепловлагопередача и воздухопроницаемость) и внутренние связи между помещениями (перемещение потоков воздуха, теплообмен). Поэтому теплозащита здания и планировочная композиция здания являются пассивными факторами формирования теплового микроклимата. Технологический процесс играет особенно активную роль в формировании микроклимата. Сопровождающее этот процесс выделение потоков тепла, влаги, газов, пыли осуществляется непосредственно в помещение и прямо воздействует на тепловые параметры и состав воздуха.

     Рис. 1. Структурная схема формирования микроклимата

     В свою очередь, эффективное протекание технологического процесса в ряде современных  производств невозможно без поддержания  параметров внутренней среды в определенных границах. В этом случае говорят о технологических параметрах внутренней среды.

     Следует иметь в виду, что в большинстве  производств технологический процесс  осуществляется людьми. Поэтому более  правильно говорить о необходимости обеспечения комфортно-технологических условий в производственных помещениях (за исключением закрытых технологических линий, в которых не требуется участие человека).  
Системы отопления-охлаждения и вентиляции активно формируют внутренний микроклимат, нейтрализуя отрицательное воздействие наружной среды и технологического процесса. Издревле человек стремился удовлетворить потребность в комфортных условиях среды своего обитания. В значительной мере достижимая степень комфортности обеспечивалась за счет конструкции и теплозащиты здания в сочетании с относительно простыми отопительно-вентиляционными устройствами. В современных зданиях обеспечение внутренних комфортных условий представляет сложную техническую задачу. Увеличение этажности здания приводит к существенному изменению перепада давления воздуха снаружи и внутри здания по его высоте. В результате возникает вертикальное перетекание воздуха и интенсивное газовое и бактериологическое загрязнение верхних этажей, переохлаждение нижних этажей и повышение опасности их радонового загрязнения. Повышенная этажность здания из конструктивных соображений сопряжена с облегчением ограждений и увеличением площади окон. Это, в свою очередь, способствует радиационному дискомфорту в холодное время года и избыточной инсоляции в теплый период. Современные отделочные материалы вызывают дополнительное загрязнение воздуха летучими органическими соединениями, формальдегидом и другими токсичными веществами. Усиление герметичности заполнений световых проемов, желательное из условия энергосбережения, в то же время актуализирует проблему вентиляции помещений, особенно в жилых зданиях массовой застройки, в которых проветривание ведется естественным путем. Вместе с тем требование интенсивного вентилирования современных помещений связано с применением, как новых отделочных материалов ограждений, так и синтетических материалов мебели, оборудования, оргтехники, акустических и видеосистем.  
Вентиляция помещения способствует нормализации влажностного режима помещения, а, следовательно, увеличению долговечности ограждений. Одно из актуальных требований современности - повышение энергетической эффективности зданий реализуется, прежде всего, за счет усиления их теплозащиты. Усиление теплозащиты прямо сказывается на улучшении теплового комфорта помещений в холодное время года. Кроме того, уменьшение тепловой нагрузки на отопление при усилении теплозащиты позволяет понизить температуру теплоносителя. Это приводит к улучшению теплового комфорта и качества воздуха в помещении.  
Приведенные выше соображения свидетельствуют о многообразии прямых и косвенных связей параметров здания и условий формирования микроклимата в нем.

     1.2. Процессы формирования микроклимата

     Как упоминалось выше, микроклимат помещения  характеризуется комплексом параметров, определяющих тепловое состояние помещения и газовый состав воздуха в нем. Параметры микроклимата формируются под воздействием на помещение потоков теплоты, влаги, газовых примесей.  
Перечисленные потоки поступают в помещение через наружные ограждения из наружной среды, через внутренние ограждения из соседних помещений здания и от внутренних источников, действующих в технологическом процессе. При взаимодействии с объемом помещения потоки трансформируются и преобразуются, вызывая изменение соответствующих параметров микроклимата. Отклонение параметров от заданных значений компенсируется системами отопления-охлаждения и вентиляции, которые, в свою очередь, также подают в помещение потоки тепла, влаги и свежий воздух, нейтрализующие вредные воздействия на микроклимат.

      
При этом потоки, вызывающие отклонение параметров от заданных величин, называются возмущающими воздействиями, а потоки, приводящие параметры к норме, - регулирующими воздействиями.

     Процессы трансформации потоков тепла, влаги и воздуха, в результате которых происходит изменение параметров микроклимата, и есть процессы формирования микроклимата. Можно выделить три группы физических процессов формирования микроклимата, протекающих в помещении - это процессы теплообмена, процессы перемещения потоков воздуха и процессы молекулярной диффузии газовых примесей в воздухе помещения.

     Совокупность  процессов формирования отдельных  параметров или групп параметров называют режимом. При рассмотрении задач обеспечения микроклимата обычно имеют дело с тепловым, влажностным, воздушным и газовым режимом помещения или здания.

     Рис. 2. Схема вертикального перемещения  потоков воздуха в здании  

     Рис. 3. Перемещение потоков в помещении

     Теплообмен  в помещении обусловлен поступлением в него тепловых потоков, которые принято условно разделять по их природе на лучистые и конвективные. Конвективный теплообмен протекает (рис. 5.4) между поверхностями ограждений и оборудования и воздухом помещения. Помимо этого, в помещение поступают конвективные тепловые потоки с нагретым (охлажденным) воздухом в основном от систем вентиляции и кондиционирования воздуха. В лучистом теплообмене участвуют поверхности, обращенные в помещение (рис. 5.3).

     Источниками тепла в помещении, как правило, являются тепловыделения от технологического оборудования, людей, искусственного освещения, отопительных приборов и теплопоступления от солнечной радиации через окна. Реже тепловые потоки, направленные внутрь помещения, проходят через непрозрачные наружные ограждения - в основном через бесчердачные покрытия, нагреваемые солнечной радиацией.  
 
Стоки тепла (тепловые потоки, направленные из помещения), как правило - теплопотери через наружные ограждения и тепловые потоки с охлажденным воздухом. Источники и стоки могут быть чисто конвективными и смешанными - лучисто-конвективными. Следует иметь в виду, что потоки разной природы по-разному формируют температурные условия в помещении. Так, лучистые потоки поглощаются поверхностями ограждений и мебели и приводят к их нагреву. Распределение лучистых потоков в помещении носит, как правило, неравномерный или асимметричный характер, что приводит к неравномерному нагреву отдельных поверхностей. Нагретые поверхности передают за счет естественного конвективного теплообмена тепло воздуху помещения. Если температура воздуха выше температуры поверхности, конвективный теплообмен имеет другое направление.  
Так как поверхности ограждений обладают тепловой инерцией, теплообмен протекает в нестационарном режиме. Подвижность воздуха несколько интенсифицирует естественный теплообмен на поверхностях.  
Конвективное тепло поступает непосредственно в воздух, который не обладает тепловой инерцией, что приводит к быстрому изменению температуры воздуха.  
В помещениях большого объема происходит медленное перемешивание воздуха, что приводит к неравномерному распределению температуры воздуха.  
Перемещение потоков воздуха имеет место как между помещениями в пределах здания, так и в пределах одного помещения. Помимо этого, в помещение через наружные ограждения поступает наружный или удаляется внутренний воздух. Потоки воздуха, попадающие в помещение из других помещений, несут с собой газовые примеси, загрязняющие воздух помещения. Наружный воздух, как правило, охлаждает помещение.

     Перемещение воздуха между помещениями (рис. 2) по вертикали здания обусловлено вертикальным распределением разности давления снаружи и внутри здания при разности объемного веса наружного и внутреннего воздуха. В большинстве случаев объемный вес наружного воздуха больше, поэтому потоки воздуха имеют направление снизу вверх.

     Горизонтальное  перемещение воздуха связано  с действием ветра на здание. При этом воздух инфильтруется в помещение через неплотности наружных ограждений с наветренной стороны здания, а эксфильтруется наружу - в помещении на заветренной стороне здания.

      
 
Движение потоков воздуха внутри помещения (рис. 3) возникает около нагретых поверхностей отопительных приборов и технологического оборудования и охлажденных поверхностей наружных ограждений (так называемые конвективные источники, формирующие конвективные струи). Наиболее интенсивное движение воздуха в помещении связано с действием вентиляционных струй. В результате перемещения потоков воздуха в объеме помещения имеет место неравномерное распределение газовых примесей, температуры, влажности и подвижности воздуха. В пределах рабочей зоны помещения возникают застойные зоны с вихреобразным движением воздуха, в которых могут накапливаться вредные примеси, что недопустимо. Молекулярная диффузия паров и газов в воздухе имеет место за счет разности парциального давления в непосредственной близости от источника примесей и в удалении от него. Вследствие подвижности воздуха скорость распространения вредных примесей в объеме помещения во много раз превышает скорость диффузии. Поэтому этот процесс не оказывает существенного влияния на формирование параметра микроклимата - концентрации газовой вредности в той мере, как например перемещение потоков воздуха в помещении.

     1.3. Физиологическое воздействие   теплового комфорта  на организм  человека

     Протекающие в организме человека процессы поглощения, превращения, хранения и выделения продуктов жизнедеятельности принято называть метаболическими процессами. Сопутствующий круговорот энергии состоит в окислении питательных веществ, обмене веществ теплопродукции и механической работе мышц, причем энергетический баланс поддерживается, если количество вырабатываемой организмом энергии, которую физически устанавливают по объему потребляемого кислорода, равно количеству выделяемой энергии.  
В состоянии покоя взрослый человек потребляет 15 л/ч кислорода, при выполнении физической работы эта цифра возрастает почти до 180 л/ч. Выделяющееся при сгорании 15 л/ч кислорода (в состоянии покоя) количество теплоты составляет 88 Вт и может достигать 1060 Вт.

      
 
Рассчитанная по количеству потребляемого  кислорода метаболическая тепловая энергия М, Вт/м² выражается формулой

                       (1)

     где 5,8 - энергетический эквивалент 1 л кислорода при нулевой температуре, нормальном барометрическом давлении и - 1 Вт ч/л; - соотношение количества выдыхаемого углекислого газа и вдыхаемого кислорода; V_O2 - потребление кислорода в нормальных физических условиях, л/ч; - площадь поверхности организма человека, м²: