水曜日、2月16 2011 01:06

暖房および空調システム

このアイテムを評価
(2票)

暖房に関しては、特定の人のニーズは多くの要因によって異なります。 それらは、周囲に関連するものと人的要因に関連するもののXNUMXつの主要なグループに分類できます。 周囲に関連するものの中には、地理(緯度と高度)、気候、人がいる空間の暴露の種類、または外部環境から空間を保護する障壁などを数えることができます.人的要因の中には、労働者のエネルギー消費量、仕事のペースまたは仕事に必要な労力、寒さおよび個人的な好みや好みに反して使用される衣類または衣類。

多くの地域では季節によって暖房が必要になりますが、これは寒い季節に暖房が必要ないという意味ではありません。 寒い環境条件は、健康、精神的および身体的効率、精度に影響を与え、時には事故のリスクを高める可能性があります。 暖房システムの目標は、健康への悪影響を防止または最小限に抑える快適な温度条件を維持することです。

人体の生理学的特性により、人体は熱条件の大きな変化に耐えることができます。 人間は、皮膚の熱受容体によって視床下部を通じて熱バランスを維持します。 図36に示すように、体温は38~1℃に保たれています。

図 1. 人間の体温調節機構

IEN050F1

暖房システムには、非常に正確な制御メカニズムが必要です。特に、作業者が四肢への血液循環を刺激しない座った状態または固定された姿勢で作業を行う場合はなおさらです。 実行される作業がある程度の可動性を許す場合、システムの制御は多少正確でなくなる可能性があります。 最後に、実行される作業が冷蔵室や非常に寒い気候条件など、異常に不利な条件で行われる場合、特別な組織を保護するため、それらの条件下で費やされる時間を調整するため、または組み込まれた電気システムによって熱を供給するために、支援措置が講じられる場合があります。作業着に。

熱環境の定義と説明

適切に機能する暖房または空調システムに求められる要件は、XNUMX 年の各季節について、指定された制限内で熱環境を定義する変数を制御できるようにすることです。 これらの変数は

    1. 大気温
    2. 空間を定義する内面の平均温度
    3. 空気湿度
    4. 空間内の気流の速度と速度の均一性

           

          ある空間の空気と壁面の温度と、別の部屋で同じように知覚される温度との間には、非常に単純な関係があることが示されています。 この関係は次のように表すことができます。

          コラボレー

          T食べる = 与えられた温度感覚に相当する気温

          TDBT = 乾球温度計で測定した気温

          Tブランチ = 測定された壁の平均表面温度。

          たとえば、特定の空間で空気と壁が 20°C の場合、同等の温度は 20°C になり、知覚される熱の感覚は、壁の平均温度が 15°C である部屋と同じになります。 25°C で気温は XNUMX°C です。これは、その部屋の温度が同じであるためです。 温度の観点からは、温度の快適さの知覚感覚は同じです。

          湿った空気の性質

          空調計画を立てる際に考慮しなければならないのは、与えられた空間の空気、外の空気、部屋に供給される空気の熱力学的状態の XNUMX つです。 部屋に供給される空気の熱力学的特性を変換できるシステムの選択は、各コンポーネントの既存の熱負荷に基づいて行われます。 したがって、湿った空気の熱力学的特性を知る必要があります。 それらは次のとおりです。

          TDBT = 放射熱から絶縁された温度計で測定された乾球温度の読み

          TSPO = 露点温度の読み。 これは、不飽和乾燥空気が飽和点に達する温度です。

          W = 乾燥空気のゼロから W までの範囲の湿度関係s 飽和空気用。 乾燥空気のkgによる水蒸気のkgとして表されます

          RH = 相対湿度

          t* = 湿球のある熱力学的温度

          v = 空気と水蒸気の比容積 (m 単位で表される)3/kg)。 密度の逆数です

          H = エンタルピー、kcal/kg の乾燥空気および関連する水蒸気。

          上記の変数のうち、直接測定できるのは 3 つだけです。 それらは、乾球温度の読み取り値、露点温度の読み取り値、および相対湿度です。 湿球温度として定義される、実験的に測定可能な XNUMX 番目の変数があります。 湿球温度は、湿球を湿らせた温度計を使用して測定します。温度計は通常、スリングを使用して、飽和していない湿った空気の中を適度な速度で移動させます。 この変数は、乾球を使用した熱力学的温度とわずかに異なる (XNUMX%) ため、どちらもあまり誤差を生じることなく計算に使用できます。

          湿度図

          前のセクションで定義されたプロパティは機能的に関連しており、グラフィック形式で表すことができます。 このグラフィック表現は、乾湿図と呼ばれます。 これは、American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE) の表から派生した簡略化されたグラフです。 エンタルピーと湿度は図の座標に表示されます。 描かれた線は、乾燥した温度と湿った温度、相対湿度、および比容積を示しています。 乾湿図を使用すると、前述の変数のいずれか XNUMX つを知ることで、湿った空気のすべての特性を導き出すことができます。

          温熱快適条件

          温熱快適性は、温熱環境に対する満足を表す心の状態として定義されます。 それは、物理的および生理学的要因の影響を受けます。

          さまざまな作業状況で条件が異なるため、温熱快適性のために満たすべき一般的な条件を規定することは困難です。 同じ職場でも、別の人が占有している場合は、別の条件が必要になることさえあります。 快適性に必要な温度条件の技術基準は、気候条件が異なり、服装を支配する習慣が異なるため、すべての国に適用できるわけではありません。

          軽い肉体労働を行う労働者を対象に研究が実施され、表 1 に示す温度、速度、湿度に関する一連の基準が確立されました (Bedford と Chrenko 1974)。

          表 1. 環境要因の規範案

          環境要因

          提案された規範

          大気温

          21°C

          平均放射温度

          ≧21℃

          相対湿度

          30〜70%

          気流の速度

          0.05 ~ 0.1 メートル/秒

          温度勾配(頭から足まで)

          ≤2.5°C

           

          上記の要因は相互に関連しており、熱放射が大きい場合は空気温度を低くする必要があり、気流の速度も速い場合は空気温度を高くする必要があります。

          一般的に、実行する必要がある修正は次のとおりです。

          気温を上げる必要があります。

          • 気流の速度が速い場合
          • 座りがちな仕事の状況に
          • 使用する衣類が薄い場合
          • 人々が高い室内温度に順応しなければならないとき。

           

          気温を下げる必要があります。

          • 重労働を伴う場合
          • 防寒着を着用したとき。

           

          熱的快適さを十分に感じるために最も望ましい状況は、環境の温度が空気の温度よりもわずかに高く、放射熱エネルギーの流れがすべての方向で同じであり、オーバーヘッドが過度でない場合です。 高さによる温度上昇を最小限に抑え、頭上に過度の熱負荷を発生させずに足を暖かく保つ必要があります。 熱的快適感に関係する重要な要素は、気流の速度です。 実行中の活動と使用する衣類の種類に応じて、推奨される対気速度を示した図があります (図 2)。

          図 2. 全体の温度と気流の速度の測定値に基づく快適ゾーン

          IEN050F3

          一部の国では最低環境温度の基準がありますが、最適値はまだ確立されていません。 通常、気温の最大値は 20°C です。 最近の技術的進歩により、熱的快適性を測定する複雑さが増しています。 有効温度指数 (ET) や有効温度補正指数 (CET) など、多くの指数が登場しています。 カロリー過負荷の指標; 熱ストレス指数(HSI); 湿球地球温度 (WBGT); 中央値のファンガー指数 (IMV) などがあります。 WBGT 指数を使用すると、作業条件下での熱ストレスを排除するために、実行される作業の強度の関数として必要な休憩の間隔を決定できます。 これについては、章で詳しく説明します。 暑さと寒さ.

          乾湿計図における熱的快適ゾーン

          大人が温熱快適性を知覚する条件に対応する乾湿図上の範囲は、慎重に研究され、50℃の均一な部屋で乾球温度計で測定された温度として定義される実効温度に基づいてASHRAE基準で定義されていますパーセント相対湿度、ここで人々は、与えられた局所環境の湿度レベルと同じように、放射エネルギー、対流、蒸発によって熱交換を行います。 有効温度のスケールは、0.6 clo の衣類のレベルに対して ASHRAE によって定義されています。clo は断熱の単位です。 1 clo は、通常の衣服一式による断熱に相当します。これは、0.155 K m の断熱レベルを想定しています。2W-1ここで、K は伝導による熱交換で、ワット/平方メートル (W m-2) 0.2 ms の空気の動きに対して-1 (安静時)、1 met (代謝率の単位 = 50 Kcal/m2h)。 この快適ゾーンは図 2 に示されており、放射熱から測定された温度が乾球温度計で測定された温度とほぼ同じであり、気流の速度が 0.2 ミリ秒未満である熱環境に使用できます。-1 薄着で座りがちな活動を行う人向け。

          コンフォートフォーミュラ:ファンガーメソッド

          PO ファンガーによって開発された方法は、周囲温度、平均放射温度、気流の相対速度、周囲空気中の水蒸気の圧力、活動レベル、および着用した衣服の熱抵抗の変数を関連付ける式に基づいています。 快適性公式から導き出された例を表 2 に示します。これは、着用した衣服、実行された活動の代謝率、および気流の速度の関数として快適な温度を取得するための実際のアプリケーションで使用できます。

          表 2. 快適温度 (°C)、相対湿度 50% で (PO ファンガーの式に基づく)

          代謝(ワット)

          105

          放射温度

          CLO

          20°C

          25°C

          30°C

          服(クロ)
          0.5 Va /(メッセージ-1)


          0.2


          30.7


          27.5


          24.3

           

          0.5

          30.5

          29.0

          27.0

           

          1.5

          30.6

          29.5

          28.3

          服(クロ)
          0.5 Va /(メッセージ-1)


          0.2


          26.0


          23.0


          20.0

           

          0.5

          26.7

          24.3

          22.7

           

          1.5

          27.0

          25.7

          24.5

          代謝(ワット)

          157

          放射温度

          CLO

          20°C

          25°C

          30°C

          服(クロ)
          0.5 Va /(メッセージ-1)


          0.2


          21.0


          17.1


          14.0

           

          0.5

          23.0

          20.7

          18.3

           

          1.5

          23.5

          23.3

          22.0

          服(クロ)
          0.5 Va /(メッセージ-1)


          0.2


          13.3


          10.0


          6.5

           

          0.5

          16.0

          14.0

          11.5

           

          1.5

          18.3

          17.0

          15.7

          代謝(ワット)

          210

          放射温度

          CLO

          20°C

          25°C

          30°C

          服(クロ)
          0.5 Va /(メッセージ-1)


          0.2


          11.0


          8.0


          4.0

           

          0.5

          15.0

          13.0

          7.4

           

          1.5

          18.3

          17.0

          16.0

          服(クロ)
          0.5 Va /(メッセージ-1)


          0.2


          -7.0


          /


          /

           

          0.5

          -1.5

          -3.0

          /

           

          1.5

          -5.0

          2.0

          1.0

           

          暖房システム

          暖房システムの設計は、実行する作業とそれが設置される建物の特性に直接関係する必要があります。 産業用建物の場合、プロセスとワークステーションがまだ定義されていないことが多いため、労働者の暖房の必要性が考慮されているプロジェクトを見つけるのは困難です。 通常、システムは非常に自由な範囲で設計されており、建物内に存在する熱負荷と、建物内の特定の温度を維持するために必要な熱量のみを考慮し、熱分布、ワークステーションの状況は考慮しません。およびその他の同様に一般的でない要因。 これは、特定の建物の設計の欠陥につながり、コールド スポット、隙間風、不十分な数の加熱要素、およびその他の問題などの欠点につながります。

          建物を計画する際に優れた暖房システムを実現するには、次の点に注意する必要があります。

          • エネルギーを節約し、建物内の温度勾配を最小限に抑えるために、適切な断熱材の配置を検討してください。
          • 建物内への冷気の侵入を可能な限り減らして、作業エリアの温度変化を最小限に抑えます。
          • 排気または拡散による局所的な空気の抽出と換気により、大気汚染を制御します。
          • 建物で使用されるプロセスによる熱の放出と、建物の占有領域への熱の分布を制御します。

           

          排気煙突のないバーナーで加熱する場合は、燃焼生成物の吸入に特に注意する必要があります。 通常、可燃性物質が石油、ガス、またはコークスを加熱している場合、二酸化硫黄、窒素酸化物、一酸化炭素、およびその他の燃焼生成物が生成されます。 これらの化合物には人への暴露限界があり、特にこれらのガスの濃度が急速に上昇し、燃焼反応の効率が低下する可能性がある閉鎖空間では、それらを制御する必要があります。

          暖房システムの計画には、初期費用の安さ、サービスの柔軟性、エネルギー効率、適用性など、さまざまな考慮事項のバランスが常に必要です。 したがって、オフピーク時に電気を使用する方が安い場合など、電気ヒーターの費用対効果が高くなる可能性があります。 ピーク需要時に使用できる蓄熱用の化学システムの使用 (例えば、硫化ナトリウムを使用) は、別のオプションです。 また、複数の異なるシステムの配置を一緒に検討して、コストを最適化できるようにシステムを機能させることもできます。

          ガスや灯油を使えるヒーターの設置は特に興味深い。 電気を直接使用するということは、多くの場合、コストがかかることが判明する一流のエネルギーを消費することを意味しますが、特定の状況下では必要な柔軟性を提供する可能性があります。 余熱を利用するヒートポンプやその他のコージェネレーションシステムは、経済的な観点から非常に有利なソリューションを提供できます。 これらのシステムの問題点は、初期費用が高いことです。

          今日の暖房および空調システムは、最適な機能と省エネを実現することを目指す傾向にあります。 したがって、新しいシステムには、加熱するスペース全体に分散されたセンサーとコントロールが含まれており、熱の快適さを得るために必要な時間だけ熱が供給されます。 これらのシステムは、暖房のエネルギー コストを最大 30% 節約できます。 図 3 は、利用可能な加熱システムの一部を示しており、それらの利点と欠点を示しています。

          図 3. 作業現場で使用される最も一般的な暖房システムの特徴

          IEN050F7

          空調システム

          経験によると、夏季のコンフォート ゾーンに近い産業環境は、生産性を高め、事故が少なく、欠勤率が低く、一般的に人間関係の改善に貢献します。 小売店、病院、および大きな表面を持つ建物の場合、通常、空調は、外の条件で必要な場合に快適な温度を提供できるように制御する必要があります。

          外部条件が非常に厳しい特定の産業環境では、暖房システムの目標は、快適な熱環境に十分な熱を提供することよりも、健康への悪影響を防ぐために十分な熱を提供することです。 特に加湿器を備えた空調機器のメンテナンスと適切な使用は、微生物汚染の原因となり、これらの汚染物質が人間の健康に及ぼす危険性があるため、慎重に監視する必要があります。

          今日、換気および気候制御システムは、建物の空気の暖房、冷蔵、調整の必要性をカバーする傾向があり、しばしば同じ設備を共同で使用しています。 冷凍システムには複数の分類が使用される場合があります。

          システムの構成に応じて、次のように分類できます。

          • 工場で冷却液が取り付けられた密封されたユニットで、修理工場で開封して再充電することができます。 オフィスや住宅などで通常使用される空調ユニットです。
          • 家庭用ユニットよりもサイズが大きく、その目的のために設計された開口部から修理できる、工場で製造された中型サイズの半密閉型ユニット。
          • 明確に区別され、物理的に分離された部品およびコンポーネントで構成される、倉庫および広い表面用のセグメント化されたシステム (圧縮機および凝縮器は、蒸発器および膨張弁から物理的に分離されています)。 それらは、大規模なオフィスビル、ホテル、病院、大規模な工場、および工業用建物に使用されています。

           

          それらが提供するカバレッジに応じて、次のように分類できます。

          • 単一ゾーンのシステム: XNUMX つの空気処理ユニットが、同じ建物内のさまざまな部屋に同時に対応します。 サービスを提供する部屋には、同様の暖房、冷蔵、および換気のニーズがあり、共通の制御装置 (サーモスタットまたは類似の装置) によって調整されます。 このタイプのシステムは、設計計画が同じゾーン内の部屋間の異なる熱負荷を考慮していない場合、各部屋に十分なレベルの快適さを提供できなくなる可能性があります。 これは、部屋の占有率が増加した場合や、システムの当初の設計時には予期していなかった照明やコンピューターやコピー機などの他の熱源が追加された場合に発生する可能性があります。 部屋が受ける日射量の季節的な変化や、日中の部屋間の変化によっても不快感が生じることがあります。
          • 複数ゾーン用システム: このタイプのシステムは、各ゾーン内の空気を加熱、冷却、加湿または除湿し、空気の流れを変えることによって、異なる温度と湿度の空気を異なるゾーンに提供できます。 これらのシステムは、一般的に共通の集中型空冷ユニット(コンプレッサー、エバポレーターなど)を備えていますが、空気の流れを制御するデバイス、加熱コイル、加湿器など、さまざまな要素が装備されています。 これらのシステムは、特定の熱負荷に基づいて部屋の状態を調整することができます。これは、サービスを提供するエリア全体の部屋に分散されたセンサーによって検出されます。
          • これらのシステムが建物に送り込む空気の流れに応じて、次のように分類されます。
          • 一定量 (CV): これらのシステムは、各部屋に一定の空気の流れを送り込みます。 温度変化は、空気を加熱または冷却することによって行われます。 これらのシステムでは、一定割合の外気とリサイクルされた室内空気が頻繁に混合されます。
          • 可変ボリューム (VAV): これらのシステムは、各スペースに供給される加熱または冷却された空気の量を変化させることにより、熱的快適性を維持します。 主にこの混合原理に基づいて機能しますが、部屋に導入する空気の温度を変更するシステムと組み合わせることもできます。

           

          これらのタイプのシステムを最も頻繁に悩ませる問題は、システムが熱負荷の変動に対応するように調整されていない場合の過度の加熱または冷却、または循環を更新するためにシステムが最小限の外気を導入しない場合の換気の不足です。室内空気。 これにより、空気の質が低下する古い室内環境が作られます。

          すべての空調システムの基本要素は次のとおりです (図 4 も参照)。

          • 固形物を保持するためのユニットで、通常はバグ フィルターまたは電気集塵機です。
          • 空気加熱または冷却ユニット: これらのユニットでは、冷水または冷却液との熱交換、夏季の強制換気、および電気コイルによる加熱または冬季の燃焼によって熱が交換されます。
          • 湿度を制御するユニット: 冬には、水蒸気を直接注入するか、直接水を蒸発させることによって湿度を加えることができます。 夏には、空気中の余分な湿気を凝縮する冷蔵コイル、または湿った空気の露点よりも冷たい水滴のカーテンを通って湿った空気が流れる冷蔵水システムによって除去できます。

           

          図 4. 空調システムの簡略図

          IEN050F8

           

          戻る

          読む 16499 <font style="vertical-align: inherit;">回数</font> 26:先週の火曜日、7月2022 21 28に行わ

          免責事項: ILO は、この Web ポータルに掲載されているコンテンツが英語以外の言語で提示されていることについて責任を負いません。英語は、オリジナル コンテンツの最初の制作およびピア レビューに使用される言語です。その後、特定の統計が更新されていません。百科事典の第 4 版 (1998 年) の作成。

          内容

          室内環境管理の参考資料

          米国政府産業衛生士会議 (ACGIH)。 1992 年。産業換気 — 推奨される実践のマニュアル。 第21版。 オハイオ州シンシナティ: ACGIH.

          米国暖房冷凍空調技術者協会 (ASHRAE)。 1992. 粒子状物質を除去するための一般的な換気に使用されるエア クリーナー デバイスのテスト方法。 アトランタ: ASHRAE.

          バトゥリン、VV. 1972. 工業用換気の基礎。 ニューヨーク:ペルガモン。

          ベッドフォード、T、FA Chrenko。 1974. 換気と暖房の基本原則。 ロンドン:HKルイス。

          ヨーロッパ正規化センター (CEN)。 1979. 一般換気に使用されるエアフィルターの試験方法。 ユーロベント 4/5。 アントワープ: 欧州規格委員会。

          建築サービスの公認機関。 1978. 設計のための環境基準。 : 建築サービスの公認機関。

          欧州共同体評議会 (CEC)。 1992. 建物の換気要件に関するガイドライン。 ルクセンブルグ: EC.

          コンスタンス、JD. 1983. 工場内の空中浮遊汚染物質の管理。 システムの設計と計算。 ニューヨーク:マルセル・デッカー。

          ファンガー、PO. 1988. 屋内外で人間が知覚する大気汚染を定量化するためのオルフ単位とデシポール単位の導入。 エネルギービルド 12:7-19。

          —。 1989. 室内空気質の新しい快適性方程式。 ASHRAE ジャーナル 10:33-38。

          国際労働機関 (ILO)。 1983. L Parmeggiani 編集の労働安全衛生百科事典。 第3版。 ジュネーブ: ILO.

          国立労働安全衛生研究所 (NIOSH)。 1991. 建物の空気の質: 建物の所有者および施設管理者のためのガイド。 オハイオ州シンシナティ: NIOSH.

          Sandberg, M. 1981. 換気効率とは? ビルド環境 16:123-135。

          世界保健機関 (WHO)。 1987年。ヨーロッパの大気質ガイドライン。 ヨーロピアン シリーズ、No. 23。コペンハーゲン: WHO 地域刊行物。