Измерения показателей комнатного климата

Во всех опытных домах в Отаниеми в последние годы производились температурные наблюдения за комнатным климатом, а также другие измерения, связанные с пригодностью комнат для жилья.

Старейшим и простейшим прибором для оценки качества комнатного воздуха является обычный ртутный термометр, снабженный защитным чехлом от радиации. Он показывает так называемую «сухую температуру». Если использовать обычный термометр без защитного чехла, то он покажет промежуточное значение между температурой воздуха в комнате и окружающих поверхностей. Если в комнате много холодных поверхностей, то термометр, не защищенный от радиации, может показать значение несколько ниже температуры воздуха.

Если шарик термометра завернуть в сырую ткань, то в результате испарения из него уходит тепло, и показание термометра оказывается ниже «сухой температуры». Величина разности обоих показаний зависит от интенсивности испарения. Показания влажного термометра называем «мокрой температурой». Пользуясь одновременно сухим и влажным термометром, мы можем определить влажность воздуха. Такой прибор называется психрометром (рис. 114).

Показателем температурного ощущения человека при изменении температуры, влажности и движения воздуха является так называемая «эффективная температура». Эффективной температурой, соответствующей определенным параметрам воздуха, является такая, при которой воздух, насыщенный влагой и находящийся в покое, вызывает то же ощущение, что и в данных условиях. Эффективная температура была определена эмпирически, па основании ощущения людей. Наблюдения позволили составить номограммы (Молье), по которым можно определить эффективную температуру, зная температуру сухого термометра, относительную влажность и др.

Измерения температуры зимой 1952/53 г.

Как выше указывалось, зимой 1952/53 г. были произведены обширные температурные измерения в различных точках комнаты. Для дома VI результаты уже были приведены.

В домах I, II и IV для измерений использовалось 20 ртутных термометров (рис. 115).

Посредине комнаты (точка Т) термометры (1—9) были размещены от потолка до пола с разрывами по вертикали в 30 см. В углу А были термометры 10 и 11, на стене В — 12, 13 и 14 и на стене D — 18, 19 и 20. В углу С находились термометры 15, 16 и 17. Термометры 10—20 были приложены непосредственно к поверхности стен. Верхние из них находились в 10 см от потолка и нижние в 10 см от пола.

По показаниям термометров 1—4 были рассчитаны разности температур t_к—t_п как функция разности температур t_к—t_и. Они графически представлены на рис. 116—118. Рис. 119 показывает значения t_к—t_и для соответствующих точек дома VI.

Если сравнить между собой кривые для различных домов, то мы заметим, что кривые для дома I изгибаются кверху, в то время как для других домов они прямые. При расчете расхода тепла для дома с опилочной засыпкой было замечено, что кривая Q стремилась опускаться вниз при больших значениях ?t. Кривые на чертеже рис. 116 дают этому объяснение. Изменения температуры пола не находятся в прямолинейной связи с t_к—t_и; для пола значение t_пола—t_и уменьшается быстрее, чем значение t_к—t_и. Для пола это вызывает относительное уменьшение расхода тепла и, таким образом, кривая расхода тепла для всего дома изгибается слегка вниз.

Кривая расхода тепла для дома II изгибается кверху, хотя значения температуры поверхностей находятся в линейной зависимости от значений t_к—t_и; это указывает на то, что в доме утечка воздуха весьма значительна. Поверхностной температуре не обязательно меняться, так как утечки могут быть местными.

Кривые расхода тепла для домов IV и VI прямые, и поэтому естественно, что кривые на чертежах рис. 118 и 119 тоже прямые.

На основании графиков рис. 116—119 для каждого дома составлено семейство кривых изменения температуры в середине плана дома от пола до потолка. Кривые представлены на графиках рис. 120 (дом VI-б), 121 (дом I), 122 (дом II) и 123 (дом IV).

В этих кривых, прежде всего, привлекает внимание их различная форма. У дома VI-б верхняя часть кривых почти прямая (рис. 120), в то время как у других кривые изгибаются в верхней части к значениям большим, чем средняя температура {t_к). Этот факт, очевидно, вызван расположением отопительных батарей.

Как ранее указывалось, в домах I—IV батареи расположены в одном месте (рис. 115), из-за чего возникает весьма сильная циркуляция воздуха. Над батареей нагретый воздух поднимается’ вверх и распространяется под потолком. Это вызывает явный изгиб в верхней части температурных кривых.

Батареи дома VI-б были расположены вразброс по разным углам. В этом случае не возникает столь сильного конвекционного потока, как и показывает форма кривой (рис. 120).

Другим фактором, влияющим на характер кривых, является, очевидно, значение К стен. Если, например, значение К потолка мало, то прохождение тепла через потолок сильнее затрудняется, нежели при большом значении К. Следствием этого является скопление тепла около потолка, и разность температур t_{потолок}—t_и — возрастает. В табл. 38 приведены температуры пола в различных опытных домах и разности t_к—t_пола. Значение t_пола измерено на высоте 10 см от пола.

Для сравнения в доме IV отопление производилось четырьмя способами. Сначала батареи были расположены в одной точке, как и в предыдущие годы. Этот способ назывался «точечным отоплением». Затем батареи были размещены в четыре группы по углам комнаты (рис. 124). Путем увеличения количества батарей была по ступеням получена поверхностная температура 68—72°, 57—59° и 52—56°С. Эти три стадии носили название «углового отопления».

В табл. 39 и 40 приведены разности температур t_к—t_пола и t_{потолка}—t_к, измеренные по средней вертикали комнаты в домах IV и VI. Температура потолка измерена в 10 см ниже потолка, температура пола в 10 см выше пола, а t_к, как и прежде, на средней высоте комнаты. По дому VI (табл. 40) с целью сравнения взяты данные для углового отопления за 1953 г. Как явствует из приведенных данных, указанные разности температур вообще снижаются при переходе от «точечного отопления» к «угловому», и далее при переходе от «углового отопления» к «стенному».

Разработан ряд приборов, при помощи которых можно наблюдать за охлаждающим воздействием климатических условий на тело человека. Наиболее значительным из них является кататермометр, разработанный англичанином Леонардом Хиллом в 1916 г. (рис. 125). Он замечателен тем, что дешев, прост и доступен любому. Поскольку приходится одновременно делать измерения в нескольких точках комнаты, одновременное приобретение этих приборов очень важно и не требует каких-либо крупных расходов. Кататермометры используются уже ряд десятилетий для исследования комнатного и наружного климата.

Кататермометр напоминает обычный спиртовой термометр с той разницей, что нижний шарик крупнее обычного, а шкала градуирована на температуры 35—38°С. Термометр нагревают до +38°С и потом охлаждают до +35°С. Время, которое требуется на охлаждение с +38° до +35°С, характеризует скорость остывания в данных условиях. Среднее значение шкалы кататермометра равно +36,5°С, что соответствует средней температуре тела человека.

Общее влияние движения и температуры воздуха выражается числом остывания А, по которому, далее, нетрудно вычислить, коэффициент комфорта В.

Если z — время (сек.), за которое происходит остывание, с +38 до +35°С, F — постоянная кататермометра (мгкал/см²), то число охлаждения:

Когда известна температура воздуха t₁ то при помощи величины ? можно определить скорость движения воздуха. Если ? — коэффициент общей теплопередачи и v — скорость воздуха (м/сек), то

и v — находим из уравнений


или же из графиков.

Вышеизложенное относится к кататермометру, шарик которого не посеребрен. При измерении непосеребренным кататермометром теплые или холодные поверхности вызывают помехи из-за радиации. Изготовлены кататермометры, на которые радиация влияет мало благодаря посеребрению шарика. Таким прибором можно определить скорость движения воздуха еще точнее. Произведя параллельные измерения обычным и посеребренным кататермометром, можно определить влияние радиации на число остывания ?.

Коэффициентом ? можно пользоваться для суждений о том, насколько приятны для человека данные условия. Однако коэффициент остывания не находится в прямой зависимости от ощущаемой человеком «теплоты». Гораздо точнее в этом отношении предложенное немцем Брадткем «число комфорта», которое является отношением между температурой воздуха t₁ и числом остывания ?:

Наиболее благоприятные для нахождения человека условия дают значение В=3—3,7. Когда В выше 6, становится слишком жарко, а когда В ниже 2 возникает ощущение холода.

Измерения, произведенные кататермометром в 1955 г.

В опытных домах I, II, IV и VI в Отаниеми весной 1955 г. были произведены измерения кататермометром. В момент измерений в домах I и II было точечное отопление, в доме IV угловое отопление, а в доме VI стенное отопление. Скорости движения воздуха в комнатах, полученные на основании измерений кататермометром, были во всех домах относительно небольшими — наибольшие измеренные значения равнялись 7—8 см/сек. Это было вызвано небольшой величиной значений ?t во время измерений.

Скорости движения воздуха в доме VI были в среднем явно меньше, чем в других домах, хотя во время измерений в доме VI ?t=23—26°, а в домах I, II и IV только 14—18°. В точке, которая находилась посредине окна и на расстоянии 10 см от его поверхности, в доме VI скорость воздуха была равна 0, в то время как в домах II и IV она была 5—7 см/сек.

В эти значения скорости входит также полное влияние радиации, так как при измерениях в Отаниеми использовались только обычные кататермометры. Во всяком случае ясно проявился выравнивающий эффект стенного и оконного отопления на контрасты комнатного климата, что уже ранее отмечалось в связи с температурными измерениями.

В одном крупном здании, построенном в 1953 г. в Хельсинки, были произведены измерения кататермометром той же ранней весной 1955 г. в основном с целью выявления влияния радиации от окон. Во время измерений ?t=31—32°, т. е. была обычной для зимнего периода. Сначала кататермометр поместили на расстоянии около 6 м от окна, когда радиацию окна можно считать ничтожно малой. Измерения производились обычными посеребренными кататермометрами. Далее перешли в точку, находящуюся посередине окна на расстоянии 46 см от его внутренней поверхности. Окно было двойное и уплотненное, размером 135x157 см. Для посеребренного кататермометра полученные значения z были в обоих случаях примерно одинаковы, поэтому роль конвекции в охлаждении была почти одинаковой в обеих точках. Обычным кататермометром около окна была получена примерно на 8,3% большая скорость охлаждения, чем на другой стороне комнаты при одинаковой температуре воздуха в обоих случаях. Эта большая скорость остывания была вызвана главным образом радиационным влиянием поверхности окна.

Одним из недостатков кататермометра является то, что он воспринимает влияние радиации со всех сторон, как точка в пространстве. Неприятное же ощущение человеческого тела в виде «сквозняка» часто вызывается неравномерным остыванием противоположных сторон тела, когда влияние радиации направлено на элементы поверхности, а не на точку в пространстве.

Если бы поверхность остывания кататермометра имела форму плоскости, то роль влияния радиации и тем самым скорость остывания возросли бы в тех случаях, когда радиация односторонняя, как например перед окном. Радиационное влияние холодной поверхности (двойного окна) может увеличить теплоотдачу поверхностей, обращенных к окну, на десятки процентов по сравнению с теплоотдачей поверхностей, находящихся на противоположной стороне. Рядом лиц, сидевших перед окном, было отмечено очень неприятное ощущение уже через полчаса.