Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

МОДЕЛЬ ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

Осмонов Ы.Д. 1 Абдимуратов Ж.С. 1 Шабикова Г.А. 1
1 Кыргызско Российский Славянский Университет им. Б. Ельцина
Разработана система балансовых уравнений по каждому параметру микроклимата, которые описывают текущие значения энергетических и массовых потоков, а также их расходы за определенный отрезок времени. Система балансовых уравнений в виде модели для обоснования и формирования параметров микроклимата включает основные группы элементов: сам объект, инфильтрация воздуха, технические средства и системы автоматического регулирования отдельных параметров микроклимата.
микроклимат
производственные помещения
математическое моделирование
балансовое уравнение
функция
1. Рымкевич А.А. Системный анализ оптимизации общеобменной вентиляции и кондиционирования воздуха [Текст] / А.А. Рымкевич. – М.: Стройиздат, 1990. – 300 с.
2. Хомутецкий Ю.Н. Комфортный динамический микроклимат в помещениях [Текст] / Ю.Н. Хомутецкий, Т.Я. Куксинская // Водоснабжения и санитарная техника. – 1979. – № 5. – С. 23–24.
3. Здания, климат и энергия / [Т.А. Маркус, Э.Н. Моррис]. – пер. с англ.-л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 544 с.

В понятие микроклимат помещений входят все параметры воздуха(начиная от барометрического давления и кончая количеством аэровитов), температура поверхностей, свето-цветовой и акустический режим, а также социальные факторы. Поэтому математически описать термин «микроклимат помещений» затруднено. Оценка микроклимата помещения должна производиться с учетом всех параметров микроклимата с учетом времени года, данных о наружном климате, степени тяжести работы, вида одежды работающих и данных о помещении. Кроме того необходимо определять сочетание параметров представленных средними значениями и величинами отклонений за определенный отрезок времени, причем время отклонения является нормируемым условием, требуемым технологическим процессом, гигиеническими нормами и эксплуатационными особенностями работы самих систем.

Аналитический обзор исследований [1–3] показывает, что общую модель обоснования и формирования параметров микроклимата в производственных помещениях можно составить в виде четырех основных групп элементов: сам объект, который зависит от параметров окружающего воздуха; средства пассивного влияния на формирование микроклимата (инфильтрация воздуха); система активного влияния на формирование микроклимата (технические средства); системы автоматического регулирования отдельных параметров микроклимата.

Для первой группы элементов математическую модель можно представить в следующем виде:

osm01a.wmf

osm01b.wmf, (1)

где osm02.wmf – описывает требуемые средние значения osm03.wmf и возможные отклонения свойства объекта osm04.wmf с заданной вероятностью Р (в данном случае в качестве объекта можно выбрать самочувствие работника);

osm05.wmf – описывает связь свойств объекта (человека) с параметрами, сформатировавшимися на его поверхности кожи;

osm06.wmf – исследуемый параметр воздуха, представленный в виде среднего osm07.wmf (или начального osm08.wmf) значения и определенного его отклонения ?Пв во времени τ;

osm09.wmf – исследуемый параметр объекта, представленный в виде osm10.wmf среднего значения и определенного его отклонения ?Пп во времени τ.

Функция osm11.wmf описывает закономерность формирования исследуемого параметра на поверхности объекта в соответствии с изменением параметров окружающего воздуха.

Математическое описание функции f2 и характер определения параметров воздуха подходящего для объекта можно осуществить для стационарных (объект без внутренних тепловыделений: osm12.wmf и osm13.wmf) и нестационарных (объект с постоянными внутренними тепловыделениями: osm14.wmf и osm15.wmfпроцессов:

стационарный процесс

(osm16.wmf = const osm17.wmf)

osm18.wmf, (2)

нестационарный процесс (dПвτ / dτ ≠ 0)

osm19a.wmf

osm19b.wmf. (3)

Зависимость (3) показывает, что возможные отклонение параметра воздуха ?Пвτ при допустимом отклонении параметра на поверхности объекта ?Ппτ будет описываться обобщенной функцией следующего вида:

osm20.wmf, (4)

где h – коэффициент, определяющий интенсивность процессов тепломассообмена между единицей поверхности ? окружающим воздухом на единицу разности потенциалов (для теплообмена данный коэффициент эквивалентен к коэффициенту теплообмена на поверхности α, Вт/(м2· °С);

С2 – постоянная, определяемая из условий стационарного тепломассообмена или начальных условий ( при τ = 0);

С0 – характеризует удельную объемную емкость объекта по данному параметру (для теплообмена это удельная объемная теплоемкость (Сv, Дж / (м2· °С);

?Пvτ – определяет закономерность распределения параметра по объему объекта во времени.

Уравнения (2), (3) и (4) могут быть решены численными методами, путем составления системы уравнений с определенными условиями.

Для второй группы элементов, случайные изменения наружного климата, включая воздействие солнечной радиации, можно представить в виде среднего значения потоков теплоты и величины периодического отклонения по определенному закону по времени

osm21.wmf, (5)

где Пнτ – исследуемый наружный параметр, прошедший через ограждения неплотности дверей, окон и т.д. представленный в виде среднего osm22.wmf значения с определенным отклонением на величину ?Пнτ во времени τ.

К наружным возмущениям относятся потоки теплоты и массы передаваемые для работников и технологических целей, потоки наружного воздуха – osm23.wmf. Для стационарных условий эти возмущение описываются выражением:

osm24.wmf, (6)

для нестационарных условий:

osm25.wmf. (7)

Изменения ?Пвτ и ?Пнτ во времени имеют периодический характер представляют собой сложные гармонические функции в виде тригонометрического ряда и анализируется с помощью рядов Фурье. Поэтому из данных изменений osm26.wmf можно выделить средние естественно-фактические значения параметра и в соответствии с уравнением баланса количеств теплоты (или массы) имеем:

для стационарных условий:

osm27a.wmf

osm27b.wmf; (8)

для нестационарных условий:

osm28a.wmf

osm28b.wmf

osm28c.wmf (9)

где kj – коэффициент тепла или масса передачи ?-го ограждения площадью ?? для стационарных потоков;

С3 – постоянная, определяемая из условий стационарного тепломассообмена или начальных условий при τ = 0;

Кτ? – коэффициент, характеризующей тепло- или масса передачу для нестационарных условий;

М – характеризует аккумулирующие свойства пассивных элементов на единицу изменения параметра osm29.wmf;

Δτ – предел интегрирования во времени.

Величина Σ θiв учитывает внутренние возмущения, влияющие на параметры воздуха в помещении (от обслуживающего персонала и от технологического оборудования, животных и т.д.).

Однако, чтобы балансовые уравнения (8) и (9) выполнялись при условии osm30.wmf и osm31.wmf, необходимо в систему вести третью группу элементов – технические средства.

Средняя величина потоков osm32.wmf создаваемая техническими средствами компенсирует десбаланс в уравнении (8) и обеспечивает условия osm33.wmf и osm34.wmf.

Формирование требуемых параметров микроклимата с помощью пассивных и активных элементов (вторая и третья группы), зависит от трех переменных:

osm35.wmf. (10)

Функцию (10), используя уравнения (8) и (9) можно записать в следующем виде:

для стационарных условий (dПвτ /dτ = 0)

osm36.wmf, (11)

для нестационарных условий (dПвτ /dτ ≠ 0)

osm38a.wmf

osm38b.wmf. (12)

Уравнение (11) и (12) являются балансовыми уравнениями обеспечения микроклимата в помещении, с помощью третей группы элементов.

Таким образом, в обобщенном виде, для обеспечения микроклимата в производственных помещениях, с помощью третьей группы элементов (технических средств), имеем следующую функциональную зависимость:

osm39.wmf=osm40.wmf. (13)

Четвертая группа элементов предназначены обеспечить выполнение уравнений (11) и (12) в зависимости от изменений наружных параметров и внутренних возмущений, путем воздействия на величину потоков энергии третьей активной группы osm41.wmf. Основная задача данной группы элементов, формировать микроклимат в помещении соответствующий заданным значениям osm42.wmf и поддержать в течении определенного периода.

С учетом третьей и четвертой группы элементов, общую энергетическую модель обеспечения параметров микроклимата в производственных помещениях можно представить в следующем виде:

osm43a.wmf

osm43b.wmf (14)

где osm44.wmf – возмущения наружного климата, кроме osm45.wmf;

ηск и ηнот – увеличение балансовых потоков энергии влияющих на формирование микроклимата в помещении, соответственно из-за технического несовершенства и внешних потоков.

Таким образом, представленная уравнениями (1) – (14) математическая модель обоснования параметров микроклимата в помещениях позволяет разрабатывать соответствующие технические средства и установить взаимосвязь данных средств в виде логической системы.

Каждое уравнение (1) – (14) является как система балансовых уравнений по каждому параметру микроклимата. В дифференциальном виде эти уравнения будут описывать текущие значения энергетических и массовых потоков, а в интегральном виде, их расходы за выбранный отрезок времени. При этом нестационарный режим предусматривает , когда рабочие находятся в помещении, выполняют свои функциональные обязанности и технологическое оборудование работают, а стационарный режим предусматривает, когда производственное помещение не работает (ночное время, выходные, праздничные дни и т.п.).


Библиографическая ссылка

Осмонов Ы.Д., Абдимуратов Ж.С., Шабикова Г.А. МОДЕЛЬ ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 12-10. – С. 1767-1769;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=8376 (дата обращения: 02.03.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074