Што се тиче грејања, потребе дате особе ће зависити од многих фактора. Могу се сврстати у две главне групе, оне које се односе на окружење и оне које се односе на људске факторе. Међу онима који се односе на околину могу се убројати географска ширина (географска ширина и надморска висина), клима, врста изложености простора у коме се особа налази, или баријере које штите простор од спољашње средине, итд. Међу људским факторима су потрошња енергије радника, темпо рада или количина напора потребног за посао, одећа или одећа која се користи против хладноће и личних преференција или укуса.

Потреба за грејањем је сезонска у многим регионима, али то не значи да је грејање неопходно током хладне сезоне. Хладни услови животне средине утичу на здравље, менталну и физичку ефикасност, прецизност и повремено могу повећати ризик од несрећа. Циљ система грејања је одржавање пријатних топлотних услова који ће спречити или минимизирати штетне последице по здравље.

Физиолошке карактеристике људског тела омогућавају му да издржи велике варијације у термичким условима. Људска бића одржавају своју топлотну равнотежу кроз хипоталамус, помоћу термалних рецептора у кожи; телесна температура се одржава између 36 и 38°Ц као што је приказано на слици 1.

Слика 1. Терморегулациони механизми код људи

Системи грејања морају да имају веома прецизне механизме управљања, посебно у случајевима када радници обављају своје задатке у седећем или фиксном положају који не стимулише циркулацију крви у екстремитетима. Тамо где обављени рад дозвољава одређену мобилност, контрола система може бити нешто мање прецизна. Коначно, када се рад одвија у ненормално неповољним условима, као у расхладним коморама или у веома хладним климатским условима, могу се предузети мере подршке за заштиту посебних ткива, за регулисање времена проведеног у тим условима или за снабдевање топлотом преко електричних система који су уграђени. у одећу радника.

Дефиниција и опис термичког окружења

Захтев који се може захтевати од било ког правилно функционисања система грејања или климатизације је да он треба да омогући контролу варијабли које дефинишу топлотну средину, у одређеним границама, за свако годишње доба. Ове варијабле су

1. температура ваздуха
2. просечна температура унутрашњих површина које дефинишу простор
3. влажност ваздуха
4. брзине и уједначеност брзина струјања ваздуха унутар простора

Показало се да постоји веома једноставан однос између температуре ваздуха и зидних површина датог простора и температура које пружају исти перципирани топлотни осећај у другој просторији. Овај однос се може изразити као

где

T_јести = еквивалентна температура ваздуха за дати топлотни осећај

T_ДБТ = температура ваздуха мерена сувим термометром

T_аст = измерена средња температура површине зидова.

На пример, ако су у датом простору ваздух и зидови на 20°Ц, еквивалентна температура ће бити 20°Ц, а уочени осећај топлоте ће бити исти као у просторији у којој је просечна температура зидова 15°Ц, а температура ваздуха 25°Ц, јер би та просторија имала исту еквивалентну температуру. Са становишта температуре, перципирани осећај топлотне удобности би био исти.

Особине влажног ваздуха

Приликом реализације плана климатизације, три ствари које се морају узети у обзир су термодинамичко стање ваздуха у датом простору, спољашњег ваздуха и ваздуха који ће бити доведен у просторију. Избор система способног да трансформише термодинамичка својства ваздуха који се доводи у просторију ће се тада заснивати на постојећим топлотним оптерећењима сваке компоненте. Стога морамо знати термодинамичка својства влажног ваздуха. Они су следећи:

T_ДБТ = очитавање температуре сувог термометра, мерено термометром изолованим од зрачене топлоте

T_дпт = очитавање температуре тачке росе. Ово је температура на којој незасићени суви ваздух достиже тачку засићења

W = однос влажности који се креће од нуле за сув ваздух до В_s за засићени ваздух. Изражава се као кг водене паре у кг сувог ваздуха

RH = релативна влажност

t* = термодинамичка температура са влажном сијалицом

v = специфична запремина ваздуха и водене паре (изражена у јединицама м³/кг). То је инверзно од густине

H = енталпија, кцал/кг сувог ваздуха и припадајуће водене паре.

Од наведених варијабли, само три су директно мерљиве. То су очитавање температуре сувог термометра, очитавање температуре тачке росе и релативне влажности. Постоји четврта варијабла која је експериментално мерљива, дефинисана као температура влажног термометра. Температура влажног термометра се мери термометром чија је сијалица навлажена и који се помера, обично уз помоћ ремена, кроз незасићени влажни ваздух умереном брзином. Ова варијабла се незнатно разликује од термодинамичке температуре са сувом сијалицом (3 процента), тако да се обе могу користити за прорачуне без превелике грешке.

Психрометријски дијаграм

Својства дефинисана у претходном одељку су функционално повезана и могу се приказати у графичком облику. Овај графички приказ назива се психрометријски дијаграм. То је поједностављени графикон изведен из табела Америчког друштва инжењера за грејање, хлађење и климатизацију (АСХРАЕ). Енталпија и степен влажности приказани су на координатама дијаграма; повучене линије показују суву и влажну температуру, релативну влажност и специфичну запремину. Са психрометријским дијаграмом, познавање било које две од горе поменутих променљивих омогућава вам да изведете сва својства влажног ваздуха.

Услови за топлотни комфор

Топлотни комфор се дефинише као стање духа које изражава задовољство термалним окружењем. На то утичу физички и физиолошки фактори.

Тешко је прописати опште услове који треба да буду испуњени за топлотни комфор јер се услови разликују у различитим радним ситуацијама; чак би се за исто радно место могли захтевати различити услови када га заузимају различити људи. Техничка норма за термичке услове потребне за удобност не може се применити на све земље због различитих климатских услова и њихових различитих обичаја одевања.

Истраживања су спроведена са радницима који раде лакши ручни рад, успостављајући низ критеријума за температуру, брзину и влажност који су приказани у табели 1 (Бедфорд и Цхренко 1974).

Табела 1. Предложене норме за факторе животне средине

Наведени фактори су међусобно повезани, захтевају нижу температуру ваздуха у случајевима када постоји велико топлотно зрачење и захтевају вишу температуру ваздуха када је и брзина струјања ваздуха већа.

Генерално, исправке које треба извршити су следеће:

Температуру ваздуха треба повећати:

• ако је брзина струјања ваздуха велика

• за ситуације седентарног рада

• ако је одећа која се користи лагана

• када се људи морају аклиматизовати на високе унутрашње температуре.

Температуру ваздуха треба смањити:

• ако рад подразумева тежак физички рад

• када се користи топла одећа.

За добар осећај топлотног комфора најпожељнија је ситуација у којој је температура околине нешто виша од температуре ваздуха и где је ток топлотне енергије зрачењем исти у свим правцима и није претерано изнад главе. Повећање температуре по висини треба свести на минимум, одржавајући стопала топлим без стварања превеликог топлотног оптерећења изнад главе. Важан фактор који утиче на осећај топлотне удобности је брзина струјања ваздуха. Постоје дијаграми који дају препоручене брзине ваздуха у зависности од активности која се обавља и врсте одеће која се користи (слика 2).

Слика 2. Комфорне зоне на основу очитавања укупних температура и брзина ваздушних струја

У неким земљама постоје норме за минималне температуре животне средине, али оптималне вредности још нису утврђене. Типично, максимална вредност температуре ваздуха је 20°Ц. Са недавним техничким побољшањима, сложеност мерења топлотног комфора је повећана. Појавили су се многи индекси, укључујући индекс ефективне температуре (ЕТ) и индекс ефективне температуре, исправљене (ЦЕТ); индекс калоријског преоптерећења; индекс топлотног стреса (ХСИ); температура кугле по влажном термометру (ВБГТ); и Фангеров индекс средњих вредности (ИМВ), између осталих. Индекс ВБГТ нам омогућава да одредимо интервале одмора који су потребни у зависности од интензитета обављеног посла како бисмо спречили топлотни стрес у радним условима. О томе се детаљније говори у поглављу Топлота и хладноћа.

Зона топлотне удобности у психрометријском дијаграму

Опсег на психрометријском дијаграму који одговара условима под којима одрасла особа доживљава топлотну удобност пажљиво је проучаван и дефинисан у АСХРАЕ норми на основу ефективне температуре, дефинисане као температура мерена термометром са сувим термометром у униформној просторији са 50 проценат релативне влажности, где би људи имали исту размену топлоте енергијом зрачења, конвекцијом и испаравањем као што би имали са нивоом влажности у датој локалној средини. Скала ефективне температуре је дефинисана од стране АСХРАЕ за ниво одеће од 0.6 цло—цло је јединица изолације; 1 цло одговара изолацији коју обезбеђује нормалан сет одеће—који претпоставља ниво топлотне изолације од 0.155 К м²W^{-КСНУМКС}, где је К размена топлоте проводношћу мерена у ватима по квадратном метру (В м^{-КСНУМКС}) за кретање ваздуха од 0.2 мс^{-КСНУМКС} (у мировању), за излагање од једног сата при одабраној седентарној активности од 1 мет (јединица метаболичке брзине=50 Кцал/м²х). Ова зона комфора је приказана на слици 2 и може се користити за термичка окружења у којима је измерена температура од зрачеће топлоте приближно иста као температура мерена термометром са сувим термометром и где је брзина струјања ваздуха испод 0.2 мс^{-КСНУМКС} за људе обучене у лагану одећу и који обављају седеће активности.

Формула удобности: метода Фангер

Метода коју је развио ПО Фангер заснива се на формули која повезује варијабле температуре околине, просечне температуре зрачења, релативне брзине струјања ваздуха, притиска водене паре у амбијенталном ваздуху, нивоа активности и топлотне отпорности одеће која се носи. Пример изведен из формуле удобности приказан је у табели 2, која се може користити у практичним применама за постизање угодне температуре у зависности од одеће која се носи, брзине метаболизма извршене активности и брзине протока ваздуха.

Табела 2. Температуре топлотног комфора (°Ц), при 50% релативне влажности (на основу формуле ПО Фангера)

Системи грејања

Дизајн било ког система грејања треба да буде директно повезан са послом који се изводи и карактеристикама зграде у којој ће бити уграђен. У случају индустријских зграда, тешко је пронаћи пројекте у којима се разматрају потребе радника за грејањем, често зато што процеси и радне станице тек треба да буду дефинисани. Обично се системи пројектују са веома слободним дометом, узимајући у обзир само топлотна оптерећења која ће постојати у згради и количину топлоте која треба да се испоручи да би се одржала дата температура унутар зграде, без обзира на дистрибуцију топлоте, ситуацију радних станица и други слично мање општи фактори. То доводи до недостатака у пројектовању појединих објеката који се претварају у недостатке као што су хладне тачке, промаја, недовољан број грејних елемената и други проблеми.

Да бисте добили добар систем грејања у планирању зграде, треба обратити пажњу на следеће:

• Размислите о правилном постављању изолације како бисте уштедели енергију и минимизирали температурне градијенте унутар зграде.

• Смањите што је више могуће инфилтрацију хладног ваздуха у зграду како бисте минимизирали температурне варијације у радним подручјима.

• Контролишите загађење ваздуха кроз локализовану екстракцију ваздуха и вентилацију померањем или дифузијом.

• Контролисати емисије топлоте услед процеса који се користе у згради и њихову дистрибуцију у настањеним деловима зграде.

Када се грејање обезбеђује горионицима без издувних димњака, посебну пажњу треба обратити на удисање продуката сагоревања. Обично, када су запаљиви материјали лож уље, гас или кокс, они производе сумпор-диоксид, азотне оксиде, угљен-моноксид и друге производе сагоревања. Постоје границе излагања људи овим једињењима и треба их контролисати, посебно у затвореним просторима где концентрација ових гасова може брзо да порасте, а ефикасност реакције сагоревања може да се смањи.

Планирање система грејања увек подразумева балансирање различитих разматрања, као што су ниска почетна цена, флексибилност услуге, енергетска ефикасност и применљивост. Због тога би коришћење електричне енергије у време ван вршних сати када би могла бити јефтинија, на пример, могло да учини електричне грејаче исплативим. Употреба хемијских система за складиштење топлоте који се затим могу ставити у употребу током вршне потражње (користећи натријум сулфид, на пример) је друга опција. Такође је могуће проучити постављање неколико различитих система заједно, чинећи да раде на такав начин да се трошкови могу оптимизовати.

Посебно је интересантна уградња грејача који могу да користе гас или лож уље. Директна употреба електричне енергије значи потрошњу првокласне енергије која се у многим случајевима може показати скупом, али може омогућити потребну флексибилност под одређеним околностима. Топлотне пумпе и други системи когенерације који користе преосталу топлоту могу приуштити решења која могу бити веома повољна са финансијске тачке гледишта. Проблем са овим системима је њихова висока почетна цена.

Данас је тенденција система грејања и климатизације да имају за циљ оптимално функционисање и уштеду енергије. Нови системи стога укључују сензоре и контроле распоређене по просторима који се загревају, обезбеђујући снабдевање топлотом само у временима неопходним за постизање топлотног комфора. Ови системи могу уштедети до 30% трошкова енергије за грејање. Слика 3 приказује неке од доступних система грејања, указујући на њихове позитивне карактеристике и њихове недостатке.

Слика 3. Карактеристике најчешћих система грејања који се користе на градилиштима

Системи климатизације

Искуство показује да индустријска окружења која су близу зоне комфора током летњих месеци повећавају продуктивност, имају тенденцију да региструју мање незгода, имају мањи број изостанака и, уопште, доприносе побољшању међуљудских односа. У случају малопродајних објеката, болница и зграда са великим површинама, климатизација обично треба да буде усмерена како би била у стању да обезбеди топлотни комфор када то спољни услови захтевају.

У одређеним индустријским срединама где су спољни услови веома тешки, циљ система грејања је више усмерен на обезбеђивање довољно топлоте да спречи могуће штетне последице по здравље него на обезбеђивање довољно топлоте за удобно термално окружење. Фактори које треба пажљиво пратити су одржавање и правилна употреба опреме за климатизацију, посебно када је опремљена овлаживачима, јер они могу постати извор микробне контаминације са ризицима које ови загађивачи могу представљати по здравље људи.

Данас системи за вентилацију и контролу климе имају тенденцију да покрију, заједнички и често користећи исту инсталацију, потребе за грејањем, хлађењем и климатизацијом ваздуха у згради. За расхладне системе се може користити више класификација.

У зависности од конфигурације система, могу се класификовати на следећи начин:

• Херметички затворене јединице, са расхладним флуидом инсталираним у фабрици, које се могу отварати и пунити у радионици. То су клима уређаји који се иначе користе у канцеларијама, становима и слично.

• Полухерметичке јединице средње величине, фабрички направљене, веће су од кућних јединица и које се могу поправити кроз отворе предвиђене за ту намену.

• Сегментирани системи за складишта и велике површине, који се састоје од делова и компоненти који су јасно диференцирани и физички одвојени (компресор и кондензатор су физички одвојени од испаривача и експанзионог вентила). Користе се за велике пословне зграде, хотеле, болнице, велике фабрике и индустријске зграде.

У зависности од покривености коју пружају, могу се класификовати на следећи начин:

• Системи за једну зону: једна јединица за третман ваздуха опслужује различите просторије у истој згради иу исто време. Просторије које се опслужују имају сличне потребе за грејањем, хлађењем и вентилацијом и регулишу се заједничком контролом (термостат или сличан уређај). Системи овог типа могу на крају бити неспособни да обезбеде одговарајући ниво удобности свакој просторији ако план дизајна није узео у обзир различита топлотна оптерећења између просторија у истој зони. Ово се може десити када дође до повећања попуњености просторије или када се додају осветљење или други извори топлоте, попут рачунара или машина за копирање, који су били непредвиђени током првобитног дизајна система. Нелагодност се може јавити и због сезонских промена у количини сунчевог зрачења које соба прима, или чак због промена из једне просторије у другу током дана.

• Системи за више зона: системи овог типа могу да обезбеде различите зоне са ваздухом на различитим температурама и влажности грејањем, хлађењем, влажењем или одвлаживањем ваздуха у свакој зони и варирањем протока ваздуха. Ови системи, чак и ако углавном имају заједничку и централизовану јединицу за хлађење ваздуха (компресор, испаривач, итд.), опремљени су разним елементима, као што су уређаји који контролишу проток ваздуха, грејни калемови и овлаживачи. Ови системи су у стању да прилагођавају услове у просторији на основу специфичних топлотних оптерећења, које детектују помоћу сензора распоређених у просторијама широм области коју опслужују.

• У зависности од протока ваздуха који ови системи упумпавају у зграду, класификују се на следећи начин:

• Константна запремина (ЦВ): ови системи пумпају константан проток ваздуха у сваку просторију. Промене температуре се врше загревањем или хлађењем ваздуха. Ови системи често мешају проценат спољашњег ваздуха са рециклираним унутрашњим ваздухом.

• Променљива запремина (ВАВ): ови системи одржавају топлотну удобност варирањем количине загрејаног или охлађеног ваздуха који се доводи у сваки простор. Иако функционишу првенствено на овом принципу мешања, могу се комбиновати и са системима који мењају температуру ваздуха који уносе у просторију.

Проблеми који најчешће муче ове типове система су прекомерно грејање или хлађење ако систем није прилагођен да реагује на варијације у топлотном оптерећењу или недостатак вентилације ако систем не уводи минималну количину спољашњег ваздуха да би обновио циркулисање. унутрашњи ваздух. Ово ствара устајале унутрашње средине у којима се погоршава квалитет ваздуха.

Основни елементи свих система климатизације су (погледајте и слику 4):

• Јединице за задржавање чврстих материја, обично врећасти филтери или електростатички филтери.

• Јединице за грејање или хлађење ваздуха: топлота се у овим јединицама размењује топлотном разменом са хладном водом или расхладним течностима, принудном вентилацијом лети и грејањем помоћу електричних калемова или сагоревањем зими.

• Јединице за контролу влажности: зими се влажност може додати директним убризгавањем водене паре или директним испаравањем воде; лети се може уклонити помоћу расхладних калемова који кондензују вишак влаге у ваздуху, или помоћу система за хлађење воде у коме влажан ваздух струји кроз завесу од капи воде која је хладнија од тачке росе влажног ваздуха.

Слика 4. Поједностављена шема система климатизације

Назад