Повышение эффективности систем климатизации в современных школах

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Повышение эффективности систем климатизации в современных школах

Бердаков Н.Ю., Ткаченко Н.В.

ТОГУ, г.Хабаровск, Россия

Исследование посвящено влиянию систем климатизации на самочувствие и успеваемость учащихся общеобразовательных учреждений, проведен анализ существующих нормативных требований к проектированию указанных систем, оценены последствия их отсутствия и предложены варианты решения проблемы.

Ключевые слова: общеобразовательные учреждения, системы климатизации, диоксид углерода, вытесняющая вентиляция, общеобменная вентиляция, роторный утилизатор тепла

EVALUATION OF STRESS STATE PARAMETERS OF PIPELINE AS THE INVERSE PROBLEM OF STRUCTURAL MECHANIC

Bashirzade S. R., Ovchinnikov I. G. s. SSTU, Saratov, Russia.

Abstract -- The article reveals the problem of evaluation of pipeline stress condition parameters with the damage of the geometric nature. It should be noted that this task refers to the inverse problem of structural mechanic. One of the main nuance is a significant part of the values are unknown or known with a certain error. To solve this task we encourage to use methods developed by Hadamard. In the paper we obtained a system of equations that describe the behavior of the pipeline. Also were considered the physical, geometrical and constructive nonlinearities. And were discussed the ways of finding values in these equations, in respect that the sought is usually considered to be known.

Keywords: pipeline, stress state, damage, nonlinearity, inverse problem, structural mechanics.

Введение

В настоящее время в Российской Федерации демографический кризис постепенно идёт на спад. Рождаемость повышается, что приводит к реальной потребности в общеобразовательных учреждениях. Прогноз прироста детей школьного возраста к 2020 году (по отношению 2015 году) составит 11,3%, к 2025 -15,6%.

В ближайшее время будут сданы в эксплуатацию два новых общеобразовательных учреждения в микрорайонах "Ореховая сопка" и "Волочаевский городок", а в общей сложности к 2025 году в Хабаровске появится еще десять школ - шесть новых и четыре существующих после капитального ремонта, как только они будут выведены из аренды и вернут себе первоначальный статус учебного заведения. Для обеспечения высокого качества школьного образования в соответствии с перспективными задачами современного общества и запросами населения требуется совершенствование, комфортность и безопасность условий обучения в общеобразовательных учреждениях. К сожалению, многие школьные здания не соответствуют новым требованиям. Это вызвано тем, что существующие здания школ были спроектированы и построены в середине прошлого века и ранее. Если раньше, в основном, в школах были только обычные классные помещения для проведения занятий, то сейчас появилась потребность в других, не менее важных, помещениях, например плавательные комплексы, мастерские, лаборатории, кухни и т.д., где проектируются специальные инженерные системы.

Системы обеспечения микроклимата в общеобразовательных учреждениях проектируется, естественно, в соответствии с существующими на момент разработки проекта нормативными требованиями, которые зачастую уже не совсем отвечают новому формату этих объектов.

Нормативные требования к обеспечению параметров микроклимата

На данный момент требования, предъявляемые к системам климатизации и микроклимату в общеобразовательных учреждениях, установлены в следующих пунктах СП [2]:

8.6 Удаление воздуха из учебных помещений школ следует предусматривать через рекреационные помещения и санитарные узлы, а также за счет эксфильтрации через наружное остекление с учетом требований СП 60.13330.

При приточной вентиляции с механическим побуждением или децентрализованным притоком в учебных помещениях следует предусматривать естественную вытяжную вентиляцию из расчета однократного и более воздухообмена в 1ч.

8.8 В школах с числом учащихся до 200 допускается устройство вентиляции без организованного механического притока.

А так же в некоторых пунктах СанПиН [3]:

6.6. Учебные помещения проветриваются во время перемен, а рекреационные - во время уроков. До начала занятий и после их окончания необходимо осуществлять сквозное проветривание учебных помещений. Продолжительность сквозного проветривания определяется погодными условиями, направлением и скоростью движения ветра, эффективностью отопительной системы. Рекомендуемая длительность сквозного проветривания приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Рекомендуемая продолжительность сквозного проветривания учебных помещений в зависимости от температуры наружного воздуха

микроклимат школьный комфортность нормативный

6.7. Уроки физической культуры и занятия спортивных секций следует проводить в хорошо аэрируемых спортивных залах.

Необходимо во время занятий в зале открывать одно или два окна с подветренной стороны при температуре наружного воздуха выше плюс 5 С и скорости движения ветра не более 2 м/с. При более низкой температуре и большей скорости движения воздуха занятия в зале проводят при открытых одной - трех фрамугах. При температуре наружного воздуха ниже минус 10 С и скорости движения воздуха более 7 м/с сквозное проветривание зала проводится при отсутствии учащихся 1-1,5 минуты; в большие перемены и между сменами - 5 -10 минут.

При достижении температуры воздуха плюс 14 С проветривание в спортивном зале следует прекращать.

Отдельные системы вытяжной вентиляции следует предусматривать для следующих помещений: учебных помещений и кабинетов, актовых залов, бассейнов, тиров, столовой, медицинского пункта, киноаппаратной, санитарных узлов, помещений для обработки и хранения уборочного инвентаря, столярных и слесарных мастерских.

Механическая вытяжная вентиляция оборудуется в мастерских и кабинетах обслуживающего труда, где установлены плиты.

Концентрации вредных веществ в воздухе помещений общеобразовательных учреждений не должны превышать гигиенические нормативы для атмосферного воздуха населенных мест.

Исходя из формулировки пункта 6.12 можно сделать вывод о том, что содержание СО2 в воздухе помещений однозначно не регламентируется.

Таким образом, проанализировав отечественную нормативную базу, можно выделить проблему недостаточности нормативно-методического обеспечения, регламентирующего использование систем климатизации в общеобразовательных учреждениях, а так же проблему неактуальности некоторых требований, закрепленных в СП и СанПин.

Последствия отсутствия систем климатизации в общеобразовательных учреждениях. Начнём с того, что правильно спроектированные системы климатизации, в частности система вентиляции, оказывают большое влияние на хорошее самочувствие учащегося, продуктивности школьной работы и способности усвоения материала. Однако, опыт показывает, что то, что предлагает нам нормативная база, недостаточно для комфортного обучения.

Например, п. 8.6 СП [2], устанавливает, что удаление воздуха из учебных помещений школ следует предусматривать в том числе за счет эксфильтрации через наружное остекление. Однако, в настоящее время в большинстве школ происходит замена старых деревянных окон, которые допускали эксфильтрацию и инфильтрацию воздуха, на современные герметичные окна, не пропускающие воздух.

Проанализировав п.8.8 приведенного выше СП, можно сделать вывод о том, что если в школе с небольшой численностью, будут установлены пластиковые герметичные окна и не будет предусмотрено систем вентиляции с механическим побуждением, то уровень концентрации углекислого газа будет расти.

Согласно результатам исследования ученных ФГБУ «НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина»[4], в классах, в которых организовано регулярное проветривание помещений, накопление СОг в воздухе не превышало 1000 ppm. В классах без проветривания к концу 5-го урока концентрация СО2 в воздухе достигала 1500 ppm (табл.2).

Таблица 2 - Результаты замеров концентрации диоксида углерода и кислорода в воздухе классных помещений общеобразовательных школ

Превышение концентрации углекислого газа является главной проблемой закрытых помещений, не оснащенных системой вентиляции. За этим может последовать резкое снижение работоспособности учащихся, потеря сознания, слабость, общий дискомфорт и проблемы с концентрацией внимания (табл. 3).

Рис. 1. Рост концентрации CCh

По рис. 1 можно проследить, как растет концентрация СО2 во время учебных занятий в классных помещениях.

В подтверждение этому, можно привести результаты исследования ученных ФГБУ «НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина»[4] Минздрава России, проведенного в 2014г. В ходе исследования, по изучению динамики изменения газового состава воздушной среды в невентилируемом классном помещении при постоянном присутствии людей было установлено, что за 3 ч наблюдений концентрация кислорода снижалась на 0,3%, концентрация СО повышалась с 0,04 до 0,24%. При этом к концу эксперимента более 70% находящихся в помещениях людей предъявляли жалобы на духоту, нехватку воздуха, утомление, головную боль.

Таблица 3 - Влияние качества воздуха на самочувствие человека при различном качестве воздуха

На данным момент, допустимый уровень концентрации СО в воздухе не регламентирован. При решении данного вопроса, мы можем опираться на опыты и исследования ученных в данной области. Например, О.В. Елисеева [1], считает, что уровень концентрации углекислого газа не должен превышать 1000 ppm, среднее содержание углекислого газа не должно превышать 500 ppm.

Обратимся так же к зарубежным странам. В США, например, нормативно закреплен уровень от 600 до 1000 ppm в школах, в Эстонии - гигиеническая норма для школ - 1000 ppm, в Голландии - 1200 ppm, а в Финляндии данный параметр зависит от качества воздуха: высокое качество - 700 ppm, среднее - 900 ppm, удовлетворительное -1200 ррт [4].

Для того чтобы обеспечить в школах высокое качество воздуха, необходимо использовать механическую вентиляцию с различными системами воздухораспре- деления.

Пути повышения эффективности систем климатизации

В американских школах применяют систему вытесняющей вентиляции, так как она позволяет улучшить качества воздуха в рабочей зоне.

Подача приточного воздуха осуществляется через низкоскоростные воздухораспределители, находящиеся в рабочей зоне помещения. Удаления нагретого и загрязненного воздуха осуществляется из верхней зоны помещения.

Рис. 2. Воздушные и тепловые потоки в помещении

Таким образом, система вытесняющей вентиляция обеспечивает более высокое качества воздуха в зоне дыхания людей и осуществляет удаление загрязняющих веществ с более высокими концентрациями, чем перемешивающая система распределения воздуха.

Наиболее распространенная система является общеобменная приточно-вытяжная вентиляция с утилизацией тепла. Подача воздуха в школьных помещениях осуществляется через потолочные диффузоры. Удаление осуществляется из верхней зоны помещения. Для снижения затрат теплоты на нагрев приточного воздуха применяются установки с роторным утилизатором тепла (рис 3).

Рис. 3. Принципиальная схема вентиляции

Температура и концентрация вредностей удаляемого воздуха в общеобменных системах вентиляции принимаются равными температуре и концентрации углекислого газа в рабочей зоне помещения.

Заключение

Подводя итоги проделанной работы, можно сделать вывод о том, что системы климатизации здания в целом оказывают огромное влияние на самочувствие учащегося, а так же на комфортное, а главное безопасное обучение в общеобразовательном учреждении. Наиболее правильным решением данной проблемы является обязательное проектирование приточно-вытяжной механической вентиляции с различными системами воздухораспределения.

Список литературы

1. Елисеева О. В. К обоснованию ПДК двуокиси углерода в воздухе. / Гигиена и санитария. 1964. - N 8.

2. СП 118.13330.2012. Общественные здания и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 31-06-2009 / Минрегион России, - М.: ФАУ «ФЦС» - 2012.

3. Санитарно-эпидемиологические требования к условиям и организации обучения к условиям и организации обучения в общеобразовательных учреждениях: СанПин 2.4.2.2821-10. - 2010; введ. - 2012-01-23. - М.: Изд-во стандартов, 2010.утвержд. - 05-12-2. - М.: Москомархитектура- 2005.

4. Губернский Ю.Д., Калинина Н.В., Гапонова Е.Б., Банин И.М. Обоснование допустимого уровня содержания диоксида углерода в воздухе помещений жилых и общественных зданий/ Губернский Ю.Д., Калинина Н.В., Гапонова Е.Б., Банин И.М.// Гигиена и санитария. -2014. -№6.

5. Ливчак А. В. Вытесняющая вентиляция в школах/ А.В. Ливчак // АВОК. -2004. -№8.

Размещено на Allbest.ru