Стандартные измерения комфорта помещений содержат ошибки

Инженерные решения для обеспечения теплового комфорта в искусственной среде исторически отдавали предпочтение одному способу теплопередачи над всеми другими: конвекции

Согласно новым исследованиям, стандартные измерения комфорта, используемые для проектирования систем отопления и охлаждения зданий, имеют общий недостаток. Полученные результаты могут означать, что при создании инженерных систем проектировщики десятилетиями полагались на неточные измерения.

В выводах, опубликованных в журнале Scientific Reports [1], исследователи говорят, что ошибка была вызвана стандартным прибором, используемым для измерения температурных эффектов при лучистом нагреве и охлаждении.

Прибор, называемый шаровым термометром (сфера Вернона), и соответствующие формулы, используемые для расчета комфорта на основе показаний датчика, не учитывают должным образом воздушный поток, называемый свободной конвекцией, вызванной радиационным воздействием поверхности черного шара. В экспериментах, по словам исследователей, сбой приводил к погрешности измерения температуры более чем на два градуса по Цельсию.

Инженерные решения для обеспечения теплового комфорта в искусственной среде исторически отдавали предпочтение одному способу теплопередачи над всеми другими: конвекции. В то время как исследования теплового комфорта для человеческого тела всегда учитывали все аспекты теплообмена, включая излучение и скорость движения воздуха.

Большинство систем, разрабатываемых и анализируемых в прикладных исследованиях, учитывают только свойства температуры и влажности воздуха для получения желаемых физиологических реакций. Однако эти системы не могут взаимодействовать с излучением как независимым механизмом создания комфорта, несмотря на одинаковое присутствие радиационных и конвективных потоков в типичных помещениях.

Во многом это связано с существенными принципиальными различиями в измерении и характеристик лучистого и конвективного теплообменов. Излучающий теплообмен зависит от температуры поверхности, тогда как конвекция может быть определена простым измерением температуры воздуха. При проектировании систем отопления/охлаждения весьма распространено предположение, что температура воздуха непосредственно определяет температуру поверхности и, следовательно, лучистый теплообмен.

Проблема с традиционными измерениями была обнаружена при строительстве здания выставки в Сингапуре. Хотя инженеры, используя систему лучистого охлаждения, добились того, чтобы ее участники чувствовали себя комфортно, они не смогли, используя стандартные методы измерения, продемонстрировать достигнутый эффект охлаждения.

Проектировщики проводили базовые измерения с помощью термометра и далее использовали формулы, чтобы определить, как излучающая система влияет на уровень комфорта людей в различных условиях. Несмотря на то, что участникам выставки было комфортно, а система была спроектирована так, чтобы они чувствовали себя прохладно, расчеты показали, что эта система не работает и что в помещении должно быть не комфортно.

«Именно тогда стало понятно, что формула оказалась неправильной и ей больше нельзя доверять».

Идея использования радиационного охлаждения или обогрева стен и поверхностей для обеспечения комфорта людей считается элементом энергоэффективного дизайна, однако, кондиционирование воздуха все еще является основным решением для обеспечения комфорта людей в зданиях по всему миру. Излучающим системам только еще предстоит обрести популярность.

Понимание происходящих процессов при воздействии излучающих систем на комфорт внутри помещений может оказать существенное влияние на экономию энергии. По словам исследователей, излучающие поверхности могут снизить потребность в охлаждении помещений до 40% и обеспечить комфорт для находящихся в них людей.

Ссылки:

1. https://doi.org/10.1038/s41598-020-59441-1

Источник: EurekAlert