Способ определения параметров теплового комфорта в помещениях

Авторы патента:

Сулин Александр Борисович (RU)

Рябова Татьяна Владимировна (RU)

G01K17/00 - Измерение количества тепла (измерение температуры с помощью калориметров G01K 3/00-G01K 11/00; устройства для определения термических свойств материалов, например удельной теплоемкости, теплоты сгорания G01N)

F24D10/00 - Системы отопления для жилых и других зданий

Владельцы патента RU 2682872:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) (RU)

Изобретение относится к области промышленной экологии и может быть использовано для расчета параметров теплового комфорта помещений различного назначения. Способ оценки теплового комфорта в помещениях заключается в определении параметров теплового комфорта, которые учитывают комфортные микроклиматические параметры и личностные параметры, включающие метаболизм и характеристику одежды, для этого предварительно для каждого класса помещений определяют изокомфортные микроклиматические параметры, соответствующие заданному уровню теплового комфорта, после чего рассчитывают эквивалентную комфортную температуру, затем полученные значения эквивалентной комфортной температуры аппроксимируют в виде расчетных выражений для каждого класса помещений по следующей шкале:

Технический результат – повышение информативности получаемых данных за счет получения обобщающего параметра для оценки теплового комфорта в помещениях различного назначения. 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области промышленной экологии и может быть использовано для расчета уровня теплового комфорта помещений различного назначения.

Известен способ оценки комфортности рабочей зоны по параметрам микроклимата (патент РФ №2509322, МПК G01W 1/02, дата приоритета 16.08.2012, опубликовано 10.03.2014), в котором на основании полученных параметров - температуры воздуха в рабочей зоне, его влажности и скорости движения, а также температуры окружающих поверхностей в рабочей зоне - рассчитывают степень комфортности по определенной формуле.

Известен способ оценки комфортности микроклимата в помещениях жилых, общественных и административных зданий микроклимата (патент РФ №2636807, МПК G05D 23/19, дата приоритета 29.06.2016, опубликовано 28.11.2016), в котором по данным предварительных измерений определяют коэффициент комфортности теплового состояния человека, коэффициент радиационного охлаждения, коэффициент асимметрии радиационных потоков, коэффициент качества воздушной среды и вычисляют уровень комфортности микроклимата по определенной формуле.

Известен способ определения уровня теплового комфорта по ГОСТ Р ИСО 7730, в соответствии с которым уровень теплового комфорта задается для помещений разных классов комфортности согласно показателю PMV (Predicted Mean Vote - прогнозируемая средняя оценка качества воздушной среды) и соответствующим ему показателем PPD (Predicted Percentage Dissatisfied - прогнозируемый процент недовольных параметрами среды).

Помещения класса комфортности А:	-0,2<PMV<+0,2 (PPD<6%)
Помещения класса комфортности В:	-0,5<PMV<+0,5 (PPD<10%)
Помещения класса комфортности С:	-0,7<PMV<+0,7 (PPD<15%).

Показатели PMV и PPD рассчитывают в соответствии с известной методикой О. Фангера, реализованной в международном стандарте (см. ГОСТ Р ИСО 7730-2009 «Аналитическое определение и интерпретация комфортности теплового режима с использованием расчета показателей PMV и PPD и критериев локального теплового комфорта») как функция от четырех параметров микроклимата (температуры, влажности и подвижности воздуха, а также средней радиационной температуры) и двух личностных параметров (скорости метаболизма и теплоизоляционных характеристик одежды). Недостатком данных известных способов является то, что в них предусмотрена только оценка уровня теплового комфорта по известным микроклиматическим и личностным параметрам. Однако в практике проектирования систем жизнеобеспечения часто возникает обратная задача определения требуемых параметров, обеспечивающих заданный уровень теплового комфорта, что не обеспечивается известными способами.

Известен также способ построения таблиц изокомфортных параметров (Сулин А.Б., Рябова Т.В., Иванов С.В., Поддубный Р.А. Расчетное обоснование параметров микроклимата с заданным уровнем теплового комфорта // Холодильная техника - 2017. - №4. - С. 37-41). Известный способ базируется на решении обратной задачи, а именно на расчете совокупности параметров микроклимата при заданных личностных параметрах и заданном уровне теплового комфорта помещения. Вычисленные значения параметров микроклимата, обеспечивающих заданный уровень теплового комфорта, сведены в таблицы, названные таблицами изокомфортных параметров. Недостаток этого известного способа заключается в том, что он предполагает применение большого количества таблиц изокомфортных параметров, рассчитанных для различных уровней метаболизма, характеристик одежды и классов помещений, что затрудняет практическое применение, так как отсутствует единый обобщающий критерий.

Наиболее близким по технической сущности решением и принятый за прототип является способ определения эквивалентных температур по определенному уравнению, изложенный в работе (Madsen Т, Olesen В & Kristensen N (1984) Comparison between operative and equivalent temperature under typical indoor conditions. ASHRAE Transactions, ashrae.org, vol 90, part 1, pp 1077-1090), который включает использование уравнения для расчета эквивалентной температуры:

где t_eq - эквивалентная температура, °С; t_a - температура воздуха, °С; - средняя радиационная температура, °С, ν_a - скорость воздуха, м/с; I_cl - термическое сопротивление одежды, clo. Этот способ базируется на эмпирически полученном уравнении для эквивалентной температуры (параметра, соответствующего одинаковым теплоощущениям), которое представляет собой функцию температуры воздуха, средней радиационной температуры, подвижности, и характеристик одежды. Недостаток этого известного способа заключается в том, что получаемый параметр эквивалентной температуры характеризует только эквивалентные теплоощущения при заданном наборе микроклиматических и личностных параметров и не учитывает требуемый уровень теплового комфорта.

Решается задача получения обобщающего параметра для эквивалентной комфортной температуры, соответствующей требуемому уровню теплового комфорта в помещении.

Способ оценки теплового комфорта в помещениях заключается в определении параметров теплового комфорта, которые учитывают комфортные микроклиматические параметры и личностные параметры, включающие метаболизм и характеристику одежды, для этого предварительно для каждого класса помещений определяют изокомфортные микроклиматические параметры, соответствующие заданному уровню теплового комфорта, после чего рассчитывают эквивалентную комфортную температуру по формуле:

где: t_eqc - эквивалентная комфортная температура, °С; t_ac - температура воздуха комфортная, °С; - средняя радиационная температура комфортная, °С, - скорость воздуха комфортная, м/с; I_cl - термическое сопротивление одежды, clo, затем полученные значения эквивалентной комфортной температуры аппроксимируют в виде расчетных выражений для каждого класса помещений по следующей шкале:

В заявляемом способе оценки теплового комфорта, рассчитывают эквивалентную комфортную температуру по формуле:

Для каждого класса помещений предварительно строят таблицы изокомфортных микроклиматических параметров, которые рассчитывают для различных уровней метаболизма и характеристик одежды.

Таблицы изокомфортных параметров для помещений класса В представлены на чертеже. Затем полученные значения из таблиц изокомфортных микроклиматических параметров подставляют в уравнение для расчета эквивалентной температуры и получают результаты в виде эквивалентной комфортной температуры.

Например, для помещений класса В:

Затем полученные значения эквивалентной комфортной температуры аппроксимируют в функции от личностных параметров (уровня метаболизма и характеристик одежды), в результате получают обобщающие расчетные выражения параметра эквивалентной комфортной температуры, соответствующей требуемому уровню теплового комфорта в помещении каждого класса.

Например, для помещений класса В:

для PMV=+0,49 t_eqc=40,23*0,77^met*0,82^clo,

для PMV=-0,49 t_eqc=53,60*0,58^met*0,70^clo.

Таким образом, шесть массивов данных с параметрами теплового комфорта для помещений классов А, В и С обобщают шестью расчетными алгебраическими выражениями.

Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявляемому изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Для данного класса помещений по уровню комфортности, например, для помещений класса В, в соответствии с ГОСТ Р ИСО 7730 должно быть обеспечено значение показателя PMV в пределах -0,5<PMV<+0,5. Задаваясь значением метаболизма и термическим сопротивлением одежды, например, 1,1 met и 1 clo, строят таблицу изокомфортных микроклиматических параметров в виде зависимостей температуры воздуха от подвижности воздуха и средней радиационной разности температур, соответствующих заданному уровню теплового комфорта PMV=+0,49 и PMV=-0,49.

Полученные значения изокомфортных параметров (температура воздуха, подвижность воздуха, средняя радиационная температура) для заданного уровня метаболизма и термического сопротивления одежды подставляют в формулу эквивалентной температуры:

и рассчитывают эквивалентную комфортную температуру:

В результате получают таблицу с примерно одинаковыми значениями эквивалентной комфортной температуры (таблица 2).

Таким образом, полученная эквивалентная комфортная температура для условий термического сопротивления одежды 1,0 clo и уровня метаболизма 1,1 met равна 24,2°С при PMV=+0,49 и 20,3°С при PMV=-0,49.

Вычисления эквивалентной комфортной температуры повторяют для других величин уровней метаболизма и термического сопротивления одежды. Результаты вычислений сведены в таблицу 3

Обобщают рассчитанные значения эквивалентной комфортной температуры для помещений класса комфортности В в виде аппроксимирующих выражений:

Данные обобщающие расчетные выражения параметра эквивалентной комфортной температуры соответствуют требуемому уровню теплового комфорта в помещениях класса комфортности В. Таким образом, получают единый обобщающий критерий для определения параметров теплового комфорта.

Примеры реализации способа

Пример 1

Требуется определить необходимую подвижность воздуха в помещении класса комфортности В, если известно, что системой жизнеобеспечения поддерживается температура воздуха 23°С, средняя радиационная температура составляет 25°С, одежда персонала имеет характеристику 0,9 clo, уровень метаболизма при выполнении работ составляет 1,3 met.

Из выражений (2) и (3) эквивалентной комфортной температуры для помещений класса комфортности В рассчитаны эквивалентные комфортные температуры:

для PMV=+0,49 t_eqc=40,23*0,77^met*0,82^clo=23,86°С;

для PMV=-0,49 t_eqc=53,60*0.58^met*0.70^clo=19,20°С.

Преобразуя формулу для эквивалентной комфортной температуры (1) получаем выражение для скорости воздуха:

В результате расчета по формуле (4) получены значения для искомой скорости воздуха

для PMV=+0,49 ν_ac=0,11 м/с;

для PMV=-0,49 ν_ac=1,44 м/с.

Таким образом, для обеспечения состояния комфорта соответствующего помещениям класса В при заданных исходных данных скорость воздуха не должна быть ниже 0,11 м/с.

Пример 2

Требуется определить необходимую среднюю радиационную температуру в помещении класса комфортности В, если известно, что системой жизнеобеспечения поддерживается температура воздуха 25°С, подвижность воздуха 0,3 м/с, одежда персонала имеет характеристику 1,1 clo, уровень метаболизма при выполнении работ составляет 1,15 met.

для PMV=+0,49 t_eqc=40,23*0,77^met*0,82^clo=23,83°С;

для PMV=-0,49 t_eqc=53,60*0.58^met*0.70^clo=19,39°C.

Преобразуя формулу для эквивалентной комфортной температуры (1) получаем выражение для средней радиационной температуры:

В результате расчета по формуле (5) получены значения для искомой средней радиационной температуры:

для PMV=+0,49

для PMV=-0,49

Таким образом, для обеспечения состояния комфорта соответствующего помещениям класса В при заданных исходных данных средняя радиационная температура должна находиться в пределах от 14,6 до 24,5°С.

Результаты апробации продемонстрировали эффективность применения заявляемого способа, подтвердили возможность достижения цели его создания и назначения, а именно, получения обобщающего параметра для определения уровня теплового комфорта в помещениях различного назначения.

Распространенность промышленных и бытовых объектов, для которых требуется оценить тепловой комфорт, обеспечивает заявляемому изобретению соответствие условию патентоспособности «промышленная применимость».

Способ оценки теплового комфорта в помещениях, заключающийся в определении параметров теплового комфорта, учитывающих комфортные микроклиматические параметры и личностные параметры, включающие метаболизм и характеристику одежды, отличающийся тем, что предварительно для каждого класса помещений определяют изокомфортные микроклиматические параметры, соответствующие заданному уровню теплового комфорта, после чего рассчитывают эквивалентную комфортную температуру по формуле:

где: t_eqc - эквивалентная комфортная температура, °C; t_ac - температура воздуха комфортная, °C; - средняя радиационная температура комфортная, °C, ν_ac - скорость воздуха комфортная, м/с; - термическое сопротивление одежды, clo, затем полученные значения эквивалентной комфортной температуры аппроксимируют в виде расчетных выражений и применяют для определения параметров теплового комфорта по следующей шкале:

Изобретение относится к ракетной технике и предназначено для исследования процессов тепломассопереноса в конструкциях ракетных двигателей твердого топлива (РДТТ).

Способ выравнивания температурного поля объекта, нагреваемого внешним источником энергии // 2653095

Изобретение относится к области высоких технологий, осуществляемых на основе управляемых термодинамических процессов, и может быть использовано для получения высокоизотермичных температурных полей объектов, нагреваемых внешним источником энергии.

Способ определения тепловыделений от химических источников тока // 2650436

Изобретение относится к области тепловых измерений и может использоваться при экспериментальных исследованиях температурных и энергетических режимов химических источников тока (ХИТ).

Держатель нанокалориметрического сенсора для измерения теплофизических параметров образца и/или структуры и свойств его поверхности // 2646953

Держатель нанокалориметрического сенсора для измерения теплофизических параметров образца, а также структуры и свойств его поверхности дает возможность проведения экспериментов с одновременным использованием данных методов, что позволяет проводить in-situ исследования структуры и свойств поверхности, а также теплофизических свойств материалов различного типа с возможностью одновременного снятия базовой линии.

Способ определения удельной объемной теплоты сгорания природного горючего газа в бомбовом калориметре и устройство для заполнения калориметрической бомбы горючим газом // 2646445

Изобретение относится к области исследования свойств материалов с помощью калориметрических измерений и может быть использовано в бомбовых калориметрах для определения теплоты сгорания горючих газов.

Способ оценки комфортности микроклимата в помещениях жилых, общественных и административных зданий // 2636807

Изобретение относится к системам контроля эффективности работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования жилых, общественных и административных зданий и может быть использовано при проектировании, реконструкции и оптимизации режимов работы указанных систем, а также при разработке и внедрении энергосберегающих мероприятий.

Устройство для измерения температуры // 2622486

Изобретение относится к области измерения температуры. Предложено устройство для измерения температуры, содержащее датчик теплового потока, который состоит из чувствительного элемента, в качестве которого, например, используются термоэлектрические преобразователи, контактирующие через образцовую теплопроводную пластину с нагревателем, которые размещены в теплоизоляционном корпусе.

Устройство для измерения теплового потока теплообменников // 2621569

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для измерения теплового потока. Устройство для измерения теплового потока теплообменников, включающее теплоизолированный корпус парогенератора с крышкой, изоляторы, электроды, теплообменник, соединенный трубопроводом с крышкой и нижней частью корпуса парогенератора, расширительную емкость, измерительно-вычислительный блок, соединенный с электродами, содержит, по крайней мере, два теплообменника, входы которых установлены на одном уровне и соединены напорными трубопроводами с крышкой через коллектор, установленный вертикально выше уровня крышки, причем напорные трубопроводы снабжены запорными вентилями, а трубопроводы, соединяющие выходы теплообменников и нижнюю часть корпуса парогенератора, являются обратными.

Прибор для определения параметров газовыделения // 2620328

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам определения термической стабильности жидких однофазных и двухфазных, а также гетерогенных систем.

Блок держателей нанокалориметрических сенсоров для измерения теплофизических и структурных параметров образца // 2620029

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при проведении измерений теплофизических и/или структурных параметров образца. Предложен блок держателей нанокалориметрических сенсоров, предназначенный для размещения в дифрактометре на X-Y-Z движителе (столике).

Термоэлектрический циркуляционный насос // 2677598

Изобретение относится к системам отопления, в частности к средствам, обеспечивающим циркуляцию теплоносителя в домах, находящихся в условиях частых отключений электроэнергии или при полном ее отсутствии.

Устройство для подачи отопительной теплой воды для центрального отопления и централизованного теплоснабжения и способ управления // 2677108

Настоящее изобретение относится к устройству для подачи отопительной теплой воды для центрального отопления и централизованного теплоснабжения и способу управления.

Отопительная система // 2676579

Описана отопительная система (1) для жилых помещений, содержащая теплообменник (2), имеющий первичный контур (3) и вторичный контур (4), причем первичный контур (3) соединен с тепловым источником, а вторичный контур (4) соединен с отопительной установкой, содержащей множество ветвей (6, 7), причем каждая ветвь (6, 7) имеет теплообменное устройство (8, 9).

Система подачи текучей среды // 2675331

Изобретение относится к системе подачи текучей среды. Система содержит трубопровод централизованной подачи горячей текучей среды, трубопровод централизованного возврата текучей среды, трубопровод централизованной подачи холодной текучей среды, по меньшей мере один локальный трубопровод горячей текучей среды, два или более теплообменника и насос горячей текучей среды, причем по меньшей мере один теплообменник содержит первичную сторону, соединенную через первичное впускное отверстие с централизованным трубопроводом подачи горячей текучей среды и через первичное выпускное отверстие с трубопроводом централизованного возврата текучей среды, при этом по меньшей мере один теплообменник содержит вторичную сторону, соединенную через вторичное впускное отверстие с трубопроводом централизованной подачи холодной текучей среды и через вторичное выпускное отверстие с локальным трубопроводом горячей текучей среды, при этом по меньшей мере один локальный трубопровод горячей текучей среды соединен с по меньшей мере одним локальным узлом отвода текучей среды для подачи нагретой текучей среды из вторичного выпускного отверстия присоединенного теплообменника, причем насос горячей текучей среды выполнен с возможностью активации при обнаружении потребности в горячей текучей среде.

Система регулирования параметров теплоносителя на источнике теплоснабжения в зависимости от внутренней температуры воздуха у потребителей // 2674713

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для теплоснабжения жилых и производственных зданий. Система регулирования параметров теплоносителя на источнике теплоснабжения характеризуется тем, что включает в себя потребителя тепловой энергии, источник тепловой энергии и тепловую сеть трубопроводов, сообщенных по теплоносителю с потребителем тепловой энергии и источником тепловой энергии, при этом тепловая сеть трубопроводов включает в себя котловой контур и контур тепловой сети, содержащий прямой и обратный трубопроводы, потребитель тепловой энергии содержит шкаф управления тепловым пунктом, датчики температуры, насос, трехходовой смесительный клапан с электроприводом и по меньшей мере один теплоприемник, а источник тепловой энергии содержит шкаф управления котельной, датчики давления, насосы контура тепловой сети с частотно-регулируемыми приводами, трехходовые смесительные клапаны с электроприводами, гидравлический разделитель, насос котлового контура, горелку и водогрейный котел.

Способ и устройство определения коэффициента тепловых потерь помещения // 2655640

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для определения коэффициента K тепловых потерь помещения. Заявленный способ определения коэффициента K тепловых потерь помещения, содержит этапы, на которых в помещении за два последовательных периода времени (Dk)k=1 или 2 применяют мощность обогрева Рk помещения и осуществляют работы по измерению по меньшей мере температуры Tik внутри помещения через короткие промежутки времени, а также определяют температуру Tek наружного воздуха через короткие промежутки времени.

Способ работы отопительного котла в системе горячего водоснабжения // 2652974

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах индивидуального отопления жилых зданий. Задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик системы горячего водоснабжения.

Способ разнесения топливных затрат на тэц // 2647241

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для разнесения топливных затрат между видами производимой энергии на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) и в энергообъединениях для оптимизации режимов их работы в целях экономии топлива и улучшения экологической обстановки в стране в целом.

Способ регулирования отпуска тепла для отопления зданий и системы регулирования на его основе (варианты) // 2642038

Изобретение относится к теплоснабжению, а именно к регулированию процесса отопления здания и к схемам узлов отопления тепловых пунктов, обеспечивающих данное регулирование.

Вентиляционный модуль банной печи // 2641361

Изобретение относится к системам вентиляции воздуха в помещении парной русской бани и/или помещениях дома, где источником тепла является теплонакопительная кирпичная печь периодического действия.