‹#›
1
Tepelně vlhkostní mikroklima
Člověk
Produkce tepla a jeho výdej do prostředí
C:\Documents and Settings\Ales\Application Data\Microsoft\Media Catalog\Downloaded
Clips\cl87\j0339398.wmf

‹#›
2
Produkce tepla a tepelná rovnováha
Účel:
1.Stanovení tepelné a vlhkostní produkce člověka pro tepelnou bilanci klimatizované místnosti.
2.Určení limitních podmínek prostředí, které je člověk schopen dlouhodobě snášet bez ohrožení
zdraví.
3.Určení maximální doby expozice v prostředí, které není snesitelné dlouhodobě (stanovení režimu
práce a odpočinku).
Metody a prostředky:
1.ČSN ISO 9886 Hodnocení tepelné zátěže podle fyziologických měření
2.ČSN ISO 9886 Ergonomie – Stanovení tepelné produkce organismu
3.ČSN EN 7993 Horká prostředí. Analytické stanovení a interpretace tepelné zátěže s použitím
výpočtu požadované intenzity pocení.
4.Nařízení vlády č. 523/2002 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví zaměstnanců při práci

‹#›
3
Rovnice tepelné bilance člověka
•M …..  energetický výdej
•W …..  mechanická práce
•Cres … výměna citelného tepla dýcháním
•Eres … výměna vázaného teplo dýcháním
•K …..  výměna citelného tepla vedením
•C …..  výměna citelného tepla prouděním
•R …..  výměna citelného tepla sáláním
•E …..  výměna vázaného tepla odpařováním
•S …..  akumulace tepla v těle
produkce = výdej + akumulace

‹#›
4
volná nebo nucená
konvekce
výměna tepla sáláním s okolními plochami
difúze vodní páry kůží
mokré pocení
odpařování vody z dýchacích cest
vedení kontaktem s pevnými povrchy
C:\Program Files\Common Files\Microsoft Shared\Clipart\cagcat50\PE01659_.wmf
termoregulační pochody
pro vytvoření rovnováhy
fyzikální termoregulace
chemická
termoregulace
teplota kůže
tvar těla
velikost tělního povrchu
difúzní propustnost kůže
tělní izolace
výsledná vzduchu
teplota okolních ploch
relativní vlhkost
rychlost vzduchu
vzájemná interakce
mechanická
termoregulace
CITELNÉ TEPLO
VÁZANÉ TEPLO

‹#›
5
Termoregulační mechanismy
1.Vazodilatace – rozšíření podkožních cév → zvýšení prokrvení pokožky → zvýšení povrchové teploty
2.Aktivace potních žláz – odpařování potu, krátkodobě až 4 l/h, dlouhodobě 1 l/h – 2,4 MJ tepla.
3.Hypertermie – přehřívání organismu (slabost, bolest hlavy, zrychlený dech)
V teplém prostředí:
V chladném prostředí:
1.Vazokonstrikce – snížení prokrvení pokožky → snížení povrchové teploty, postavení chloupků na
kůži → ochrana mezní vrstvy
2.Termogeneze – svalový třes, až 10-ti násobné zvýšení tepelné produkce. Vnitřní teplota zůstává
cca 37°C, periferie mohou být chladnější jak 20°C
3.Hypotermie – podchlazení těla (vzestup krevního tlaku a srdeční frekvence)

‹#›
6
Tepelná produkce člověka
energetický výdej M
•Bazální metabolismus – teplo je produktem biologických procesů (chemická energie potravy)
•Svalový metabolismus – teplo vedlejším produktem fyzické činnosti člověka (účinnost lidské práce
je nízká)
Energetický výdej se vyjadřuje jako:
•Tepelný výkon průměrného (standardního) člověka (W)
•Tepelný výkon na jednotku plochy tělesného povrchu (W/m2)
•Tepelný výkon v jednotkách met (1 met odpovídá tepelné produkci sedícího člověka)
Hodnoty metabolismu brutto zahrnují i bazální metabolismus.

‹#›
7
Složky energetického výdeje M
•Bazální metabolismus:
–muž 44 W/m2
–žena 41 W/m2
•
Svalový metabolismus:
•Poloha těla
–Vsedě 10 W/m2
–V kleče 20 W/m2
–Ve stoje 25 W/m2
•Druh a rychlost práce
–Práce rukou 30 W/m2
–Práce oběma pažemi 85 W/m2
–Práce trupem 190 W/m2
C:\Program Files\Common Files\Microsoft Shared\Clipart\cagcat50\BD06529_.WMF

‹#›
8
Metody - stupně pro stanovení M
a tepelné bilance organismu
STUPEŇ
METODA
PŘESNOST
PROHLÍDKA PRACOVNÍHO MÍSTA
I
A – KLASIFIKACE PODLE DRUHU ČINNOSTI
HRUBÁ INFORMACE S VELKÝM RIZIKEM CHYBY
NENÍ NUTNÁ
B – KLASIFIKACE PODLE POVOLÁNÍ
INFORMACE O TECHNICKÉM ZAŘÍZENÍ A ORGANIZACI PRÁCE
II
A – POUŽITÍ TABULEK PRO SLOŽKY PRACOVNÍ ČINNOSTI
VELKÉ RIZIKO CHYB ± 15%
JE TŘEBA ČASOVÁ STUDIE
B – POUŽITÍ TABULEK ODHADU PRO JEDNOTLIVÉ ČINNOSTI
C – MĚŘENÍ SRDEČNÍ FREKVENCE ZA DEFINOVANÝCH PODMÍNEK
NENÍ TŘEBA
III
MĚŘENÍ SPOTŘEBY KYSLÍKU
RIZIKO CHYB JEN V MEZÍCH PŘESNOSTI MĚŘENÍ A ČASOVÉ STUDIE
JE TŘEBA ČASOVÁ STUDIE
STUPEŇ
METODA
PŘESNOST
PROHLÍDKA PRACOVNÍHO MÍSTA
I
A – KLASIFIKACE PODLE DRUHU ČINNOSTI
HRUBÁ INFORMACE S VELKÝM RIZIKEM CHYBY
NENÍ NUTNÁ
B – KLASIFIKACE PODLE POVOLÁNÍ
INFORMACE O TECHNICKÉM ZAŘÍZENÍ A ORGANIZACI PRÁCE
II
A – POUŽITÍ TABULEK PRO SLOŽKY PRACOVNÍ ČINNOSTI
VELKÉ RIZIKO CHYB
 ± 15%
JE TŘEBA ČASOVÁ STUDIE
B – POUŽITÍ TABULEK ODHADU PRO JEDNOTLIVÉ ČINNOSTI
C – MĚŘENÍ SRDEČNÍ FREKVENCE ZA DEFINOVANÝCH PODMÍNEK
NENÍ TŘEBA
III
MĚŘENÍ SPOTŘEBY KYSLÍKU
RIZIKO CHYB JEN V MEZÍCH PŘESNOSTI MĚŘENÍ A ČASOVÉ STUDIE
JE TŘEBA ČASOVÁ STUDIE

‹#›
9
činnost
metabolismus
Mechanická  účinnost
W/m2
met
-
Bazální metabolismus
45
0,8
0
Sezení, odpočívání
58
1
0
Stání, odpočívání
65
1,1
0
Běžná kancelářská práce
75
1,3
0
Lehká práce na strojích
150
2,6
0,1
Těžká manuální práce
250
4,3
0,1
Chůze po rovině 4km/h
140
2,4
0
Chůze po rovině 6km/h
200
3,5
0
Chůze se stoupáním 5% (4 km.h-1)
200
3,5
0
Chůze se stoupáním 5% (4 km.h-1)
340
5,7
0,2
Energetický výdej M podle činnosti

‹#›
10
Metabolické teplo
při různých činnostech (W/m2)
Prof. M. Jokl

‹#›
11
Hodnota metabolismu (met)
000569o6 000569o7 000569o8 000569o9 000569o10 000569o11 000569o12 000569o13 000569o14

‹#›
12
Maximální výkon člověka
MCj02504180000[1]
    Zdravý muž (20 let) může dosáhnout maxima M = 12 met. Se stoupajícím věkem tato hodnota klesá.
Ve věku 70 let je maximum M = 7 met. Pro ženy platí hodnoty o zhruba 30 % nižší.
M = 12 = 12.58= 686 W/m2
Pro standardní osobu M = 1295 W
Max. mechanická práce L. Armstrong W = 500W

‹#›
13
Faktory ovlivňující tepelný výkon
Lada Centnerová
•Vnitřní prostředí
–Teplota vzduchu
–Radiační teplota
–Vlhkost vzduchu
–Rychlost proudění vzduchu a jeho turbulence
•Osobní faktory
–Hodnota metabolismu (fyzická aktivita)
–oblečení
•Doplňující faktory
–Jídlo a pití
–Aklimatizace
–Aklimace
–Tělesná postava
–Věk a pohlaví
Operativní teplota
Efektivní teplota

‹#›
14
Vstupní veličiny subjektu
•Hmotnost m, výška h → povrch těla ADU (m2)
•energetický výdej M (W/m2)
•vnější práce W (W/m2)
•tepelná izolace oděvu  Iclo (m2K/W)
•difúzní odpor oděvu Rt (m2Pa/W)
D:\CD na vypaleni\GIF\lifeline.gif
Vstupní veličiny prostředí
•teplota vzduchu ta (°C)
•vlhkost vzduchu - parciální tlak vodní páry p (Pa)
•teplota stěn (radiační teplota) tr (°C)
•rychlost proudění vzduchu va (m/s)

‹#›
15
Vstupní veličiny výměny tepla
•střední teplota kůže tsk (°C)
•relativní rychlost proudění vzduchu var (m/s)
•součinitel přestupu tepla konvekcí hc (W/m2K)
•součinitel přestupu tepla sáláním hr (W/m2K)
•maximální intenzita pocení Emax (W/m2Pa)

‹#›
16
Tepelná izolace oděvu (clo)
000404o3

‹#›
17
Energetický výdej pro jeden pracovní cyklus složený z více činností
•M …. průměrný energetický výdej pracovního cyklu
•Mi … energetický výdej při i-té činnosti (W/m2)
•(W/m2) ti ….. doba trvání i-té činnosti (s)                    T ….. doba trvání pracovního cyklu
(s)
•
•
•
•standardní osoba
•  muž: h=1,7m, m=70kg, A=1,8m2, věk 35 let
•  žena: h=1,6m, m=60kg, A=1,6m2, věk 35 let
•

‹#›
18
Hodnocení tepelné zátěže
podle fyziologických měření
Odpověď organismu na pobyt v teplém nebo chladném prostředí
1.TEPLOTA TĚLESNÉHO JÁDRA
jícen, konečník, zažívací trakt, ústa, bubínek, zevní zvukovod
2.TEPLOTA KŮŽE
průměrná teplota na celém povrchu těla = vážený průměr souboru místních teplot
3.SRDEČNÍ FREKVENCE
Měření srdeční frekvence za definovaných podmínek
4.ZTRÁTA TĚLESNÉ HMOTNOSTI
Úbytek hmotnosti následkem pocení

‹#›
19
Mezní hodnoty
fyziologických měření
Gradient teploty Δt = max. 1K/hodina
Max. teplota tělesného jádra tj = 36 – 39°C
Teplota kůže na čele tsk = 17 – 45°C
Tepelná srdeční reaktivita ΔHRt = max. 33 /min.K
(zvýšení teploty o jádra o 1°C → nárůst 33 tepů/min.)
Na pracovišti ΔHRt = 185 – 0,65.věk
Ztráta tělesné hmotnosti Δm = 800 až 1300 g/h
(standardní osoba)

‹#›
20
D:\Ola\publikace\VaK ERA\obrazky upravene final\2 Vnitrni prostredi\2_2 Clovek izotermy.jpg
Teplota kůže v prostředí

‹#›
21
Měření teploty kůže – referenční body
D:\Ola\skola\5T9 Mikroklima\clo_tepl.jpg

‹#›
22
Rozložení povrchové teploty
D:\Ola\skola\5T9 Mikroklima\termo1.jpg
Teplota okolí 8°C

‹#›
23
Rozložení povrchové teploty
D:\Ola\skola\5T9 Mikroklima\termo2.jpg
Teplota okolí 4°C

‹#›
24
Rozložení povrchové teploty
D:\Ola\skola\5T9 Mikroklima\termo3.jpg
Teplota okolí 4°C

‹#›
25
SRDEČNÍ FREKVENCE
HR = HR0 + ΔHRm + ΔHRs + ΔHRt + ΔHRn + ΔHRE
HR0 ...… klidová hodnota s.f. při M = 58 W/m2
ΔHRM … zvýšení s.f. způsobené dynamickým svalovým zatížením
ΔHRs … zvýšení s.f. způsobené statickou svalovou prací
ΔHRt … zvýšení s.f. způsobené tepelnou zátěží
ΔHRn … zvýšení s.f. způsobené mentální zátěží
ΔHRe … reziduální složka s.f. (např. vlivy dýchání)
Odhad M dle srdeční frekvence  M = 4.HR-255

‹#›
26
ZTRÁTA TĚLESNÉ HMOTNOSTI (následkem pocení)
Δmg = Δmsw + Δmres + Δmo + Δmwat + Δmsol + Δmclo
Δm …... ztráta hmotnosti v důsledku:
Δmsw … ztráty potu během časového intervalu
Δmres … ztráty potu odpařování v dýchacím ústrojí
Δmo ….. rozdílu mezi hmotností CO2 a O2
Δmwat … příjmu a vylučování (moč) vody
Δmsol … příjmu (potrava) a vylučování (stolice) pevných látek
Δmclo … změny hmotnosti oblečení v důsledku změn v oblečení a            akumulace potu v oděvu

‹#›
27
Měření spotřeby kyslíku
PARCIÁLNÍ METODA

‹#›
28
Měření spotřeby kyslíku
INTEGRÁLNÍ METODA

‹#›
29
BD07153_
hypotermie        neutrální pásmo          mokré pocení           hypertermie
Tepelná bilance člověka
Reakce lidského těla na prostředí
produkce = výdej + akumulace
produkce = výdej
S = 0
w < 30%
w … vlhkost kůže (%) je definovaná jako odpovídající podíl povrchu kůže, který lze pokládat za
úplně mokrý. Za optimálních podmínek vodní páru pohltí okolní vzduch a pokožka zůstává suchá.
produkce = výdej
S = 0
w > 30%
produkce > výdej
S > 0
produkce < výdej
S < 0

‹#›
30
když:
• E << Emax → S = 0
• E < Emax   → S = 0
• E > Emax   → S = (Emax - E)
Tepelná bilance v horkém prostředí
Pro zachování tepelné pohody udává Fanger vztah pro maximální tepelný tok odpařováním potu:
tepelná rovnováha při mokrém pocení
mokré pocení nestačí k odvodu tepla do okolí → akumulace tepla v těle
Časově omezený pobyt v prostředí.
tepelná rovnováha při suchém pocení

‹#›
31
Výpočet požadované intenzity pocení
Tepelná bilance v horkém prostředí
Emax … maximální intenzita pocení (W/m2)
Emax … maximální intenzita pocení pro teplotu kůže 35°C (W/m2)
p“sk … tlak nasycené vodní páry při teplotě kůže (kPa)
pa      … tlak vodní páry v okolním prostředí (kPa)
Rt      … celkový odpařovací odpor oděvu (m2kPa/W)
w    … vlhkost kůže při 35°C
SW … tepelný tok odpařováním potu (W/m2)

‹#›
32
Výpočet požadované intenzity pocení
Tepelná bilance v horkém prostředí
Aktuální stav vlhkosti kůže při různých hodnotách w:
w = 20-30%
elektrický odpor kůže na čele, dlaních a trupu prudce klesá, kůže (s výjimkou podpaždí) však
zůstává na pohmat prakticky suchá, v klidu začíná být pociťován diskomfort
w = 30-40%
hmatné, ale sotva viditelné ovlhčení čela, dlaní, břicha a beder. Oděv zůstává prakticky suchý, při
fyzické aktivitě začíná být pociťován diskomfort
w = 50-70%
silné, ale sotva viditelné ovlhčení čela, dlaní, břicha a beder, mírné ovlhčení tváří, zad a prsou,
event. horních končetin. Oděv zvlhčen hlavně v pase. Při tělesném klidu značný diskomfort
w > 70%
silné ovlhčení téměř celého těla, stoupající provlhčení oděvu. Při fyzické práci značný diskomfort,
začíná odkapávání potu

‹#›
33
Výpočet požadované intenzity pocení
ČSN EN 7993
E < Emax   → S = 0
Tepelná bilance v horkém prostředí
Maximální vlhkost kůže pro neklimatizovanou osobu je stanovena dle ČSN EN 12 515 na 85%, pro
aklimatizovanou 100%. Tím je dána maximální intenzita pocení pro neklimatizované osoby 100 – 150
W/m2, pro aklimatizované 200 – 300 W/m2, což odpovídá ztrátě potu standardní osoby 260 – 390 g/h
pro osoby neklimatizované, 520 – 780 g/h pro osoby aklimatizované.
E > Emax   → S = (Emax - E)
Krátkodobě únosná tepelná zátěž je kritérium pro stav organismu již za hranicí tepelné rovnováhy,
kdy dochází k akumulaci tepla v těle, které nesmi pro aklimatizované i neaklimatizované osoby
překročit 180 kJ/m2 (50 Wh/m2). Této hodnotě odpovídá vzestup teploty tělesného jádra o 0,8 K,
vzestup teploty kůže o 3,5 K a vzestup srdeční frekvence na max. 150 /min.

‹#›
34
E > Emax   → S > Smax   → časové omezení expozice
Pokud je dosaženo požadované intenzity odpařování, rozdíl Ereq – Emax představuje teplo akumulované
v těle, které vede ke zvýšení tělesné teploty. Přípustná doba expozice se stanoví na základě
maximální hodnoty akumulace tepla v těle Qmax a ztráty vody Dmax Omezení doby expozice v minutách
lze vyjádřit vzorcem:
Pokud však předpovídaná intenzita pocení je spojena nadměrnou ztrátou vody, musí být doba expozice
omezena maximální ztrátou vody v těle Dmax :
Maximální ztráta vody v těle je pro neklimatizované osoby stanovena
Dmax = 1000 – 1250 Wh/m2 pro neaklimatizované a 1500 – 2000 Wh/m2 pro aklimatizované osoby. Nižší
z hodnot je pro stav „ohrožení“, vyšší pro stav „nebezpečí“. Hodnoty odpovídají ztrátě tekutin
Dmax = 2600 – 3250 g/směnu pro neaklimatizované a 3900 - 5200 g/směnu pro aklimatizované osoby.

‹#›
35
Třída práce
Energetický výdej
Optimální teplota
Rychlost proudění
Intenzita pocení
W/m2
°C
m/s
g/h
g/směna
I
≤ 80
22
0,1 – 0,2
107
856
IIa
81 - 105
20
0,1 – 0,2
136
1091
IIb
106 - 130
16
0,2 - 0,3
171
1386
IIIa
131 - 160
12
0,2 - 0,3
256
2045
IIIb
161 - 200
12
0,2 - 0,3
359
2649
Práce třídy:
IIIa z hlediska energetického výdeje není celosměnově únosná pro ženy
IIIb z hlediska energetického výdeje není celosměnově únosná pro muže
NV 523/2002 Sb., kterým se mění nařízení vlády č. 178/2001 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany
zdraví zaměstnanců při práci

‹#›
36
C:\Documents and Settings\Ales\Application Data\Microsoft\Media Catalog\Downloaded
Clips\cl74\j0292136.wmf
Příklad – Stanovení energetického výdeje Úlohu řešte ve skupinách po 3 studentech, z každé skupiny
vyhotovte protokol, který předložíte k zápočtu.
Zvolte  si vhodný typ činnosti, kterou jste schopni s dostupnými pomůckami simulovat a stanovte
energetický výdej pro tuto zvolenou činnost:
1. Klasifikací dle druhu činnosti dle tab. A.1. ČSN EN 28 996
2. Klasifikací podle povolání dle tab. B
3. Klasifikací podle polohy a pohybu těla a druhu práce dle tab. D.1 až D3 ČSN EN 28 996
4. Měřením srdeční frekvence v klidu a při činnosti parciální metodou podle vztahu M = 4.HR-255
[W/m2]. Určete také max.hodnotu srdeční frekvence, jaké může být pokusná osoba vystavena dle vztahu
HR=185-0,65.věk.
5. Stanovte tepelný odpor oděvu při měření a určete tělesný povrch měřené osoby. Určete teplotu
vzduchu při měření.
6. Zatřiďte činnost do třídy práce dle tab. č.1 NV 523/2002 Sb. a uveďte průměrný energetický výdej
podle této třídy.
7. Stanovte průměrnou teplotu kůže v klidu a při činnosti pro 4 měřící body dle tab.1 ČSN ISO 9886.

‹#›
37
C:\Documents and Settings\Ales\Application Data\Microsoft\Media Catalog\Downloaded
Clips\cl0\bs01999_.wmf
Příště – Vlhkost v budovách