Основы проектирования и функционирования систем обеспечения микроклимата зданий

 
 
С. А. Яременко, М. Н. Жерлыкина 
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ  
И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ 
СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА ЗДАНИЙ 
Монография 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2020 
3 
 

УДК 628.8 
ББК 38.762 
 
Я72 
72 
 
 
 
 
 
 
 
Рецензент:  
заведующая кафедрой теплогазоводоснабжения  
Юго-Западного государственного университета канд. техн. наук, доцент Н. Е. Семичева  
 
 
 
 
Яременко, С. А. 
Я72  
Основы проектирования и функционирования систем обеспечения 
микроклимата зданий : монография / С. А. Яременко, М. Н. Жерлыкина. - 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. - 172 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0426-6 
 
Предложены подробные сведения о микроклимате помещений, факторах воздействия наружной среды на здания, шуме систем обеспечения микроклимата зданий  
и способах его устранения, о струйных течениях в помещении. Даны методики расчетов характеристик инженерных систем. Приведены наиболее рациональные направления осуществления энергосбережения при обеспечении микроклимата в помещениях зданий, представлены показатели экономической эффективности энергосберегающих мероприятий. 
Для студентов, специалистов и инженерно-технических работников, научных 
сотрудников и ученых, занимающихся вопросами проектирования и эффективной 
эксплуатации систем обеспечения микроклимата зданий. 
 
УДК 628.8 
ББК 38.762 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-0426-6 
” Яременко С. А., Жерлыкина М. Н., 2020 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 
2 
 

 
 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................ 5 
ТЕРМИНЫ И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ........................................................................ 6 
Глава 1. МИКРОКЛИМАТ ПОМЕЩЕНИЯ 
................................................. 11 
1.1. Условия формирования микроклимата помещения ......................... 11 
1.2. Теплообмен человека с окружающей средой .................................... 13 
1.3. Метаболические процессы в организме человека 
............................. 14 
1.4. Комфортные условия микроклимата и качество воздуха  
в помещении ................................................................................................. 17 
1.5. Аэроионный состав воздуха 
................................................................ 21 
1.6. Технологические требования к микроклимату ................................. 23 
1.7. Динамический микроклимат помещений 
........................................... 24 
1.8. Методы контроля параметров микроклимата ............................... 26 
Глава 2. ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ  
НАРУЖНОЙ СРЕДЫ ..................................................................................... 29 
2.1. Факторы воздействия наружной среды 
........................................... 29 
2.2. Расчетные параметры наружного воздуха ..................................... 37 
2.3. Шум систем обеспечения микроклимата зданий ............................ 39 
Глава 3. РАСЧЕТ ПОТОКОВ ВРЕДНЫХ ВЫДЕЛЕНИЙ  
В ПОМЕЩЕНИЯХ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ ........................................ 57 
3.1. Теплопоступление от людей ............................................................... 57 
3.2. Теплопоступления от источников искусственного освещения ...... 59 
3.3. Теплопоступления от солнечной радиации 
....................................... 60 
3.4. Теплопоступления от нагревательных приборов 
............................. 74 
3.5. Теплопоступления от электрического оборудования 
...................... 74 
3.6. Теплопоступления от остывающей пищи и теплового  
оборудования предприятий общественного питания ............................ 74 
3.7. Влаговыделения в помещении ............................................................. 76 
3.8. Газовые выделения в помещении ........................................................ 77 
Глава 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДОВ ПРИТОЧНОГО И ВЫТЯЖНОГО 
ВОЗДУХА НА ОСНОВЕ ВОЗДУШНОГО БАЛАНСА И БАЛАНСА  
ВРЕДНОСТЕЙ 
................................................................................................. 78 
4.1. Оценка эффективности воздухообмена в помещении..................... 81 
4.2. Общие рекомендации по выбору и обоснованию способа  
организации воздухообмена в помещении ................................................ 85 
Глава 5. РАСЧЕТ ВОЗДУХООБМЕНА В ВЕНТИЛИРУЕМЫХ  
И КОНДИЦИОНИРУЕМЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ ОБЩЕСТВЕННОГО  
ЗДАНИЯ С ПОМОЩЬЮ J–D-ДИАГРАММЫ 
............................................ 90 
3 
 

 
 
5.1. J–d-диаграмма влажного воздуха ...................................................... 90 
5.2. Расчет и построение процессов изменения состояния воздуха  
в помещении при его обработке в приточной установке ...................... 93 
5.3. Расчет и построение процессов изменения состояния воздуха  
в помещении при его обработке в кондиционере с изоэнтальпийным  
охлаждением с использованием J–d-диаграммы ..................................... 95 
5.4. Расчет и построение процессов изменения состояния воздуха  
при его обработке в кондиционере с применением внешних 
источников холода с использованием J–d-диаграммы 
............................ 98 
5.5 Сравнительная оценка энергетических затрат на системы 
кондиционирования воздуха ..................................................................... 106 
5.6. Регулирование и автоматизация в системах обеспечения 
микроклимата ........................................................................................... 113 
Глава 6. СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ В ПОМЕЩЕНИЯХ .............................. 121 
6.1. Приточные струи .............................................................................. 121 
6.2. Воздушные фонтаны ......................................................................... 126 
6.3. Конвективные струи ......................................................................... 128 
6.4. Движение воздуха у всасывающего отверстия ............................. 131 
6.5. Расчет концентраций вредных веществ в нижних слоях  
атмосферы с использованием теории вентиляционных струй 
........... 132 
Глава 7. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ  
ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИЯХ  
ЗДАНИЙ 
......................................................................................................... 142 
7.1 Системы персональной вентиляции ................................................. 143 
7.2. Определение потребления тепловой энергии системами 
обеспечения микроклимата ..................................................................... 155 
7.3 Определение величины экономии энергии за счет снижения  
температуры воздуха в помещениях в нерабочие дни 
.......................... 158 
7.4 Определение показателей экономической эффективности 
энергосберегающих мероприятий ........................................................... 159 
7.4.1 Натуральные технико-экономические показатели 
(годовая экономия энергоресурсов) 
................................................... 161 
7.4.2 Исходные стоимостные показатели ...................................... 162 
7.5 Требования к расходу тепловой энергии на отопление  
и вентиляцию зданий ................................................................................ 163 
 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ......................................................... 168 
 
 
 
 
4 
 

 
 
ВВЕДЕНИЕ 
Научное издание содержит подробные сведения о микроклимате помещений, в том числе требования и условия его формирования, методы контроля 
параметров, а также особенности динамического микроклимат помещений.  
Подробно изложены сведения о факторах воздействия наружной среды на здания, шуме систем обеспечения микроклимата зданий и способах его устранения.  
Материалы книги помогут рассчитать потоки вредных выделений в помещениях гражданских зданий, а также проводить исследования и определять 
наиболее эффективный способ автоматизации систем обеспечения микроклимата в зависимости от теплового режима здания.  
Научный труд включает методику определения расходов приточного  
и вытяжного воздуха на основе воздушного баланса и баланса вредностей, отличающуюся возможностью оценить эффективность воздухообмена в помещении и обоснованно сделать выбор способа. Также представлен алгоритм расчета воздухообмена в вентилируемых и кондиционируемых помещениях общественного здания с помощью J–d-диаграммы, позволяющий выполнить сравнительную оценку энергетических затрат на системы кондиционирования воздуха 
и предложить способы регулирования и автоматизации систем обеспечения 
микроклимата.  
Научный труд содержит сведения о струйных течениях в помещениях  
и позволяет выполнить расчет концентраций вредных веществ в нижних слоях 
атмосферы с использованием теории вентиляционных струй. Приведены 
наиболее рациональные направления осуществления энергосбережения при 
обеспечении микроклимата в помещениях зданий, в том числе с помощью применения системы персональной вентиляции, методика технико-экономической 
оценки потребления тепловой энергии, величины ее экономии за счет снижения 
температуры воздуха в помещениях в нерабочие дни. Представлены показатели 
экономической эффективности энергосберегающих мероприятий, определенные в результате натурных исследований. 
Научное издание предназначено для студентов, специалистов и инженерно-технических работников, научных сотрудников и ученых, занимающихся 
вопросами проектирования и эффективного функционирования систем обеспечения микроклимата зданий. 
5 
 

 
 
ТЕРМИНЫ И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ 
 
Приведены некоторые термины и определения, которые употребляются 
при изучении теории, методов проектирования и эффективного функционирования технических систем. 
Аэроионы - легкие ионы, носителями заряда которых являются атомы, 
молекулы или комплексы молекул газов воздуха. 
Аэроионизирующее оборудование - аэроионизаторы, гидроаэроионизаторы, галогенераторы, галокамеры, спелеоклиматические камеры, карстовые 
пещеры, электростатические фильтры и деионизаторы всех видов. 
Аэроионизатор направленного действия - аэроионизатор, способный к 
созданию ориентированного в определенном направлении потока аэроионов 
(без использования вентилятора), распространяющегося на расстояние не менее 
2 м. 
Вентиляция - организованный обмен воздуха в помещениях зданий для 
обеспечения  параметров микроклимата и чистоты воздуха в обслуживаемой 
или рабочей зоне помещений в пределах допустимых норм и обеспечение гигиенических нормативов качества атмосферного воздуха населенных мест от вентиляционных выбросов. 
Верхняя зона помещения - зона помещения, расположенная выше обслуживаемой или рабочей. 
Вредные вещества, загрязняющие вещества - вещества, не входящие в 
постоянный состав атмосферы, неблагоприятно воздействующие на окружающую среду и для которых органами санэпидемнадзора установлена предельно 
допустимая концентрация (ПДК) или ОБУВ. 
Дисбаланс - разность расходов воздуха, подаваемого в помещение (здание) и удаляемого из него системами вентиляции с искусственным побуждением, кондиционирования воздуха и воздушного отопления. 
Допустимые параметры микроклимата - сочетания значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии 
на человека могут вызвать общее и локальное ощущение дискомфорта, ухудшение самочувствия и понижение работоспособности при усиленном напряжении механизмов терморегуляции и не вызывают повреждений или ухудшения 
состояния здоровья. 
Зона дыхания - пространство радиусом 0,5 м от лица работающего. 
Индивидуальный тепловой пункт (ИТП) - пункт подключения и управления системами отопления, теплоснабжения вентиляционных установок и водоснабжения отдельных зданий к распределительным сетям городской тепловой 
сети и водопровода и учета количества тепловой энергии и теплоносителя. 
Ионизация воздуха - процесс образования аэроионов. 
Кондиционирование воздуха - автоматическое поддержание в помещениях всех или отдельных параметров микроклимата, как правило оптимальных, 
и чистоты воздуха в обслуживаемой или рабочей зоне помещений из условий 
комфортного состояния людей и (или) ведения технологического процесса. 
6 
 

 
 
Качество воздуха – состав воздуха в помещении, при котором при длительном воздействии на человека обеспечивается оптимальное или допустимое 
состояние организма человека. 
Класс энергосбережения – характеристика энергосбережения здания, 
представленная интервалом значений удельного годового потребления энергии 
на отопление и вентиляцию,  от базового нормируемого значения. 
Локальная асимметрия результирующей температуры – разность результирующих температур в точке помещения, определенных шаровым термометром для двух противоположных направлений. 
Местный отсос – устройство для улавливания вредных и взрывоопасных 
газов, пыли, аэрозолей и паров (зонт, бортовой отсос, вытяжной шкаф, и т. п.) у 
мест их образования (станок, аппарат, ванна, камера, шкаф и т. п.), присоединяемое к воздуховодам систем местной вытяжной вентиляции и являющееся, как 
правило, составной частью технологического оборудования. 
Микроклимат помещения - состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемое показателями температуры 
воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха.  
Многоэтажное здание - здание с числом этажей два и более. 
Надежность - способность систем отопления, вентиляции и кондиционирования обеспечить в обслуживаемом помещении нормируемые параметры 
микроклимата и чистоту воздуха в пределах заданной обеспеченности в интервале расчетного времени (год, сезон и т. п.). 
Непостоянное рабочее место - место, где люди работают менее 2 ч. в 
смену непрерывно или менее 50  рабочего времени. 
Обслуживаемая зона помещения - пространство в помещении, ограниченное плоскостями, параллельными полу и стенам: на высоте 0,1 и 2,0 м над 
уровнем пола (но не ближе чем 1 м от потолка при потолочном отоплении), на 
расстоянии 0,5 м от внутренних поверхностей наружных и внутренних стен, 
окон и отопительных приборов. 
Оптимальные параметры микроклимата - сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии 
на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущений комфорта не 
менее чем у 80  людей, находящихся в помещении. 
Отказ - нарушение в работе оборудования и (или) элементов систем 
отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, вызывающее отклонение 
параметров микроклимата в обслуживаемой или рабочей зоне в помещении от 
нормируемых. 
Обеспеченность - накопленная вероятность (в среднем за 50 лет) в долях 
продолжительности года, когда температура наружного воздуха и его энтальпия не будут для холодного периода года ниже, а для теплого периода выше 
расчетных значений. 
Отопление - поддержание в закрытых помещениях нормируемой температуры помещения. 
7 
 

 
 
Параметры, характеризующие микроклимат в помещении: 
 температура воздуха; 
 скорость движения воздуха; 
 относительная влажность воздуха; 
 результирующая температура помещения: 
 локальная асимметрия результирующей температуры. 
Помещение с массовым пребыванием людей - помещение (залы и 
фойе театров, кинотеатров, залы заседаний, совещаний, лекционные аудитории, 
рестораны, вестибюли, кассовые залы, производственные и другие) с постоянным или временным пребыванием людей (кроме аварийных ситуаций) числом 
более 1 чел. на 1 м2 помещения площадью 50 м2 и более. 
Помещения общественных зданий: 
 помещения 1-й категории: помещения, в которых люди в положении лежа и сидя находятся в состоянии покоя и отдыха; 
 помещения 2-й категории: помещения, в которых люди заняты умственным трудом, учебой; 
 помещения категории 3а: помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди пребывают преимущественно в положении сидя без уличной одежды; 
 помещения категории 3б: помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди пребывают преимущественно в положении сидя в уличной одежде; 
 помещения категории 3в: помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди пребывают преимущественно в положении 
стоя без уличной одежды; 
 помещения 4-й категории: помещения занятий подвижными видами 
спорта; 
 помещения 5-й категории: помещения, в которых люди находятся  
в полураздетом виде (раздевалки, процедурные кабинеты, кабине- 
ты врачей и т. п.); 
 помещения 6-й категории: помещения с временным пребыванием 
людей (вестибюли, гардеробные, коридоры, лестницы, санузлы, курительные). 
Помещения с постоянным пребыванием людей - помещения, в которых 
люди находятся не менее 2 ч. непрерывно или 6 ч. суммарно в течение суток. 
Постоянное рабочее место - место, где люди работают более 2 ч. непрерывно или более 50  рабочего времени. 
Рабочая зона - пространство над уровнем пола или рабочей площадки 
высотой 2 м при выполнении работы стоя или 1,5 м - при выполнении работы 
сидя. 
Радиационная температура помещения - осредненная по площади 
температура внутренних поверхностей ограждений помещения и отопительных 
приборов. 
8 
 

 
 
Результирующая температура помещения (температура помещения) - температура окружающей среды (сочетание температуры внутренних 
поверхностей и воздуха помещения), в которой человек путем радиации и конвекции отдает столько же теплоты, что и в окружающей среде с одинаковой 
температурой воздуха и окружающих поверхностей при одинаковой влажности 
и скорости движения воздуха. 
Ремонтопригодность - возможность восстанавливать надежность систем 
отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха после ремонта или замены оборудования и его элементов. 
Рециркуляция воздуха - подмешивание воздуха помещения к наружному воздуху и подача этой смеси в данное или другие помещения. 
Система вентиляции, механической - техническая установка, состоящая из комплекта оборудования, связанного между собой конструктивными 
элементами и предназначенная для обеспечения в помещении заданных параметров микроклимата и чистоты воздуха, а также гигиенических нормативов  
в приземном слое атмосферы.  
Система кондиционирования воздуха - техническая установка, состоящая из комплекта оборудования, связанного между собой конструктивными 
элементами и предназначенная для создания и автоматического поддержания  
в помещении или отдельной зоне обеспечения хотя бы одного показателя  
микроклимата и чистоты воздуха. 
Система отопления - техническая установка, состоящая из комплекта 
оборудования, связанного между собой конструктивными элементами и предназначенная для получения, переноса и передачи заданного количества тепла  
в обогреваемое помещение. 
Система персональной вентиляции - техническая установка, состоящая 
из комплекта оборудования, связанного между собой конструктивными элементами и предназначенная для энергоэффективного обеспечения подачи приточного воздуха в зону дыхания с коэффициентом эффективности 0,3…0,5. 
Скорость движения воздуха - осредненная по объему обслуживаемой 
зоны скорость движения воздуха. 
Температура воздуха - осредненная по объему обслуживаемой зоны 
температура воздуха. 
Теплый период года - период года, характеризующийся среднесуточной 
температурой наружного воздуха выше 8 ƒС. 
Температура шарового термометра - температура в центре тонкостенной полой сферы, характеризующая совместное влияние температуры воздуха, 
радиационной температуры и скорости движения воздуха.  
Удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания за отопительный период - количество тепловой энергии, необходимое 
для компенсации теплопотерь здания за отопительный период с учетом воздухообмена и дополнительных тепловыделений при нормируемых параметрах 
теплового и воздушного режимов помещений в нем, отнесенное к единице 
площади или к единице отапливаемого объема. 
9 
 

 
 
Удельная теплозащитная характеристика здания - физическая величина, численно равная потерям тепловой энергии единицы отапливаемого объема в единицу времени при перепаде температуры в 1 ƒС через теплозащитную 
оболочку здания. 
Удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление  
и вентиляцию здания - физическая величина численно равная потерям тепловой энергии единицы отапливаемого объема здания в единицу времени, отнесенная к перепаду температуры, с учетом воздухообмена и дополнительных 
тепловыделений. 
Узел ввода в здание - узел ввода трубопроводов теплоснабжения в здание, в котором при отсутствии ИТП устанавливаются задвижки и приборы учета количества тепловой энергии, теплоносителя и воды. 
Холодный период года - период года, характеризующийся среднесуточной температурой наружного воздуха, равная 8 ƒС и ниже. 
Центральный тепловой пункт (ЦТП) - пункт подключения систем тепловодоснабжения микрорайона (одного или группы зданий) к распределительным сетям городской тепловой сети и водопровода, управления системами 
отопления, теплоснабжения вентиляционных установок, установок водоснабжения и учета количества тепловой энергии, теплоносителя и воды. 
Энергосбережение - реализация организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования (в том числе объема произведенной продукции, выполненных работ, оказанных услуг). 
Энергетический паспорт проекта здания - документ, содержащий 
энергетические, теплотехнические и геометрические характеристики как существующих зданий, так и проектов зданий и их ограждающих конструкций,  
и устанавливающий соответствие их требованиям нормативных документов  
и класс энергетической эффективности. 
Энергетическая эффективность - характеристика, отражающая отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам энергетических ресурсов, произведенным в целях получения такого эффекта применительно к продукции, технологическому процессу, юридическому 
лицу, индивидуальному предпринимателю. 
 
 
 
10