‹#› 1 C:\Program Files\Common Files\Microsoft Shared\Clipart\cagcat50\BS02064_.WMF Tepelně vlhkostní mikroklima Hodnocení ‹#› 2 Co je to tepelná pohoda ? • Tepelná pohoda znamená, že je dosaženo takových tepelných poměrů, kdy člověku není ani chladno, ani příliš teplo - člověk se cítí příjemně (Cihelka) • Tepelnou pohodou (někdy též tepelnou neutralitou) se označuje stav, kdy prostředí odnímá člověku jeho tepelnou produkci bez výrazného (mokrého) pocení (Pulkrábek). • Tepelná pohoda je stav mysli, jenž vyjadřuje spokojenost s teplotním klimatem a který vychází ze subjektivního hodnocení (ASHRAE). • Tepelná pohoda znamená podmínky prostředí, za kterých jsou regulační mechanismy organismu namáhány tak, aby člověk adaptovaný na prostředí udržel s minimálním úsilím v chodu všechny své biologicky významné funkce (Selye 1964) ‹#› 3 • Tepelná pohoda je v prostředí, které u člověka vyvolává pohodu a uspokojuje jeho city (Krch 1965) • Tepelná pohoda představuje stav mysli, který vyjadřuje uspokojení s prostředím (Fanger 1970) • Tepelná pohoda znamená stav, ve kterém největší procento osob ze skupiny udává pohodu prostředí (Fanger 1970) • Tepelná pohoda zahrnuje souhrn podmínek, za nichž si subjekt neuvědomuje stav prostředí (Saini 1971) • Tepelná pohoda se vyznačuje neexistencí zbytečné tísně při dané činnosti (Brundrett 1974) ‹#› 4 Metody hodnocení prostředí •Objektivní – tepelná rovnováha člověka, skutečný účinek agencií na člověka •Subjektivní – tepelný pocit člověka, vnímání prostředí •Předpisové – hygienické předpisy (zákony, normy) ‹#› 5 Stěžejní veličiny TV MK • Tepelný pocit člověka závisí hlavně na tepelné rovnováze jeho těla jako celku. Tuto rovnováhu ovlivňuje: • 1.tělesná činnost 2.oděv 3.parametry prostředí: •§ teplota vzduchu •§ střední radiační teplota (teplota povrchů) •§ rychlost proudění vzduchu •§ vlhkost vzduchu Identifikace veličin prostředí Působení veličin na člověka ‹#› 6 Objektivní hodnocení TV stavu prostředí • A) v reálných budovách měřením fyzikálních veličin a aplikací metod pro hodnocení (PMV, WGBT, teplota výsledná) • B) v navrhovaných budovách modelování TV MK •materiální – experimenty s pokusnými osobami v klimatických komorách •matematické – výpočtové metody simulující s různou přesností tepelný stav prostředí a fyziologickou odezvu lidského organismu ‹#› 7 Prognóza TV stavu prostředí • matematické metody •a. v ustáleném teplotním stavu (stacionární): •- teplota vzduchu a průměrná teplota stěn (vážený průměr podle ploch) •- vypočtená operativní teplota •b. v neustáleném teplotním stavu (dynamické zjednodušené) •- tepelná stabilita v zimním období (pokles teploty při přerušovaném vytápění) •- tepelná stabilita v letním období (vzestup teploty v důsledku působení sluneční radiace) •c. v neustáleném teplotním stavu – (dynamické) •- simulace teplotních veličin prostředí • programy tepelného chování místnosti (komplexní termodynamický systém místnosti) klimatická data – referenční rok, stavební řešení, provoz budovy, systém a provoz VVK, chování uživatele; metoda tepelné rovnováhy • ‹#› 8 Teplota vzduchu ta • Teplota vzduchu je teplota interiérového vzduchu bez vlivu sálání z okolních povrchů. C:\Documents and Settings\Ales\Application Data\Microsoft\Media Catalog\Downloaded Clips\cl4f\j0199360.wmf ‹#› 9 Střední radiační teplota tr • zohledňuje vzdálenost posuzovaného bodu od jednotlivých povrchů a jejich poměrnou velikosti (tzv. view factor - poměr osálání) a je tedy vázána na daný bod v prostoru. U interiérů s rovnoměrnou povrchovou teplotou okolních ploch je vliv posuzovaného místa v prostoru malý, u interiérů s velkými chladnými resp. horkými povrchy je tento vliv podstatný a nezanedbatelný - střední radiační teplota bude zcela jiná v těsné blízkosti a ve velké vzdálenosti od chladné stěny ‹#› 10 • = teplota změřená kulovým teploměrem, která zahrnuje jak vliv teploty vzduchu, tak obklopujících stěn. Optimální radiační pohoda, tedy optimální poměr mezi teplem vydaným konvekcí a sáláním, je dosažena při maximálním rozdílu teploty kulového teploměru a teploty vzduchu /ta-tg/ < 4K. • Teplota výsledná tg E:\Propagace ExpBox 2\kulovy_tepl.JPG ‹#› 11 Operativní teplota to • = vypočtená veličina, je definována jako jednotná teplota černého uzavřeného prostoru, ve kterém by tělo sdílelo konvekcí i sáláním stejné množství tepla, jako ve skutečném teplotně nesourodém prostředí. var 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 A 0,50 0,53 0,60 0,65 0,70 0,75 ‹#› 12 • = teplota prostoru při relativní vlhkosti 50%, která způsobí stejné celkové tepelné ztráty z pokožky jako ve skutečném prostředí. Dva prostory se stejnou efektivní teplotou vyvolají stejné reakce organismu, i když tyto prostory mají rozdílnou teplotu i vlhkost vzduchu. Podmínkou je však stejná rychlost proudění vzduchu. • Teplota efektivní tef ‹#› 13 Ukazatelé PMV a PPD •Předpověď středního tepelného pocitu člověka PMV na základě jeho činnosti, oděvu a faktorů prostředí v 7mi stupňové stupnici •Předpověď procentuálního podílu nespokojených PPD, která poskytuje informaci o tepelné nepohodě tím, že předpovídá procentuální počet lidí, kteří budou v daném prostředí pravděpodobně pociťovat přílišné teplo nebo přílišné chladno •Předpověď procentuálního podílu osob, které budou v daném prostředí pociťovat průvan, stupeň obtěžování průvanem DR ČSN EN ISO 7730 Mírné tepelné prostředí Stanovení ukazatelů PMV a PPD a popis podmínek tepelné pohody ‹#› 14 Ukazatel PMV • aktivita (energetický výdej M) • oděv (tepelný odpor Icl) • teplota vzduchu ta • střední radiační teplota tr • relativní rychlost proudění vzduchu va • parciální tlak vodní páry pp • • V mírném tepelném prostředí termoregulační systém člověka automaticky mění teplotu kůže a vylučování potu, aby udržel tepelnou rovnováhu. V ukazateli PMV je fyziologická odpověď termoregulačního systému statisticky vztažena k výsledkům posouzení vlastního tepelného pocitu. -3 -2 -1 0 +1 + 2 + 3 Zima Chladno Mírně chladno Neutrálně Mírně teplo Teplo Horko mírné tepelné prostředí ‹#› 15 PMV – průměrný tepelný pocit PMV (-2 až –1) PMV (-1 až 0) PMV (0 až 1) PMV (1 až 2) teplota vzduchu (°C) rychlost proudění (m/s) PMV ‹#› 16 Použití ukazatele PMV •ověření, že dané tepelné prostředí odpovídá kritériím pohody •vytvoření širších mezí přijatelnosti v prostorách s nižšími požadavky na pohodu •předpovědi kombinace činnosti, oděvu a podmínek prostředí, které vyvolají tepelně neutrální pocit (PMV=0) ‹#› 17 Ukazatel PPD • Ukazatel PPD je kvantitativní předpověď poměrného počtu lidí, kteří budou s daným prostředím nespokojení. Z velké skupiny lidí předpovídá procentuální podíl osob, které budou pravděpodobně pociťovat přílišné teplo nebo chladno. • ‹#› 18 000404o4 Ukazatel PPD Ukazatel PMV Ukazatel PPD PMV=0 → PPD=5% PMV=(-0,5 až +0,5) → PPD=10% ‹#› 19 Obtěžování průvanem DR Průvan = pohyb vzduchu, který může způsobit nežádoucí místní ochlazování lidského těla. Možno vyjádřit procentuálním podílem lidí, u kterých se předpokládá pocit obtěžování průvanem. Tu … místní intenzita turbulence (%) ‹#› 20 Třída budovy a kvalita prostředí EUR 14449 EN Třída budovy Předpokládaný podíl nespokojených PPD (%) A s nejvyššími požadavky 10 B střední úroveň 20 C nejnižší stupeň 30 ‹#› 21 Kvalita prostředí a lidská produktivita Existují zahraniční studie, které dokazují, že např. při lehké práci dochází ke stoprocentnímu výkonu člověka při teplotě 22°C, při teplotě 27°C klesá schopnost podávat plný výkon o 25 %, při 30°C se dosahuje pouze 50 % z optima. Mathauserová, tzb-info,2005 ‹#› 22 Příklad – Stanovení parametrů prostředí podle kvality budovy Určete rozmezí operativní teploty pro jednotlivé činnosti a předpokládaný podíl osob nespokojených s prostředím. Potřebné údaje odvoďte z obrázku. Relativní rychlost proudění vzduchu odhadněte. C:\Documents and Settings\Ales\Application Data\Microsoft\Media Catalog\Downloaded Clips\cl74\j0292136.wmf a) PPD= 10% b) PPD= 15% c) PPD= 20% ‹#› 23 Příklad – Stanovení parametrů prostředí podle kvality budovy (řešení) C:\Documents and Settings\Ales\Application Data\Microsoft\Media Catalog\Downloaded Clips\cl74\j0292136.wmf Veličiny / příklad a b c Tepelný odpor oděvu (clo) Energetický výdej (met) Mechanická práce (met) Relativní rychlost vzduchu (m/s) PMV pro PPD (min a max) Operativní teplota (°C) ČSN EN ISO 7730 Nařízení vlády č.523/2002 Sb. ‹#› 24 ČVUT, Fakulta stavební, Katedra TZB Prof. Ing. Miloslav V. Jokl, DrSc. Celoživotní práce v oblasti vnitřního prostředí budov. Autor teorie ekosystému a komplexního ekosystému v uzavřených prostorách budov a jeho matematického modelu. Experimentální výzkum tepelného zatížení člověka v klimatické komoře. D:\Ola\knihovna\mikroklima\klima komora_files\002753o4.jpg zákon zachování hmoty a energie = zákon zachování agencie Vlastní konstrukce kulového teploměru a stereoteploměru. ‹#› 25 Joklův systém hodnocení • je zaměřený na posuzování všech tepelně-vlhkostních stavů zejména pracovního prostředí. Vyhodnocují se tu: • •toky agencií, tj. tepelné toky exponující organismus člověka •koncentrace těchto agencií v jednotce objemu •prostorové rozložení toků agencií v exponovaném subjektu - rovnoměrnost expozice, tj. rovnoměrnost tepelné zátěže člověka v prostoru •doba expozice a časové rozložení toků agencií, tj.poměry tepelných toků různého druhu. • ‹#› 26 Metodika hodnocení TV mikroklimatu výsledný tepelný stres člověka optimální únosný C:\Documents and Settings\Ales\Application Data\Microsoft\Media Catalog\Downloaded Clips\cl5c\j0232133.wmf NE TEPELNÁ ROVNOVÁHA ANO ‹#› 27 Metodika hodnocení TV mikroklimatu optimální tepelná rovnováha při optimálním toku do prostředí relace konvekčního a radiačního tepla tok vodní páry z organismu rovnoměrnost (v prostoru a čase) výsledný tepelný stres člověka ‹#› 28 Metodika hodnocení TV mikroklimatu únosný hypotermický krátkodobý perspirační dlouhodobý hypertermický krátkodobý ztráta akumulovaného tepla únosný perspirační tok tepla akumulovaný tok tepla v těle rovnoměrnost (v prostoru a čase) rovnoměrnost (v prostoru a čase) rovnoměrnost (v prostoru a čase) výsledný tepelný stres člověka ‹#› 29 Optimální TV MK • • • Tepelná rovnováha lidského organismu bez pocení • Optimální rovnoměrností tepelné zátěže člověka v prostoru a v čase • Optimální relací konvekčního a radiačního tepla • Optimálním tokem vodní páry do prostředí Další podmínky doplňující tepelnou rovnováhu ‹#› 30 Další podmínky doplňující tepelnou rovnováhu podmínka Vliv vytápění a vzduchotechniky Asymetrie radiační teploty od oken nebo jiných chladných svislých povrchů nesmí být větší než 10°C. umístění vyústek přívodu vzduchu Rozdíly teplot vzduchu mezi úrovní hlavy a kotníků nesmí být větší jak 3°C. umístění vyústek přívodu vzduchu Asymetrie radiační teploty od teplého stropu nebo jiných vodorovných povrchů nesmí být větší jak 5°C. vytápěné nebo chlazené stropy či podlahy Intenzita osálání hlavy od okna nebo infrazářiče nesmí být větší než 200 W/m2 umístění infrazářičů DR (stupeň obtěžování průvanem) ve středu vzdálenosti 50 cm od oken nebo jiných nadměrně ochlazovaných svislých stavebních konstrukcí (dveří, stěn) nesmí být větší jak 15 %. umístění otopných těles a jejich dostatečná délka umístění a typ vyústek přívodu vzduchu ‹#› 31 Tepelná rovnováha (neutralita) nemusí nutně znamenat tepelnou pohodu (může jí být dosaženo např. v nepříjemně těžkém oděvu), ale tepelná pohoda je podmíněna tepelnou rovnováhou. Oblast tepelné pohody je totiž jen částí rozsahu tepelné neutrality. C:\Documents and Settings\Ales\Application Data\Microsoft\Media Catalog\Downloaded Clips\cl0\sl01578_.wmf ‹#› 32 Diagram přípustného poklesu nebo zvýšení globeteploty ve výši kotníků vůči dýchací zóně. Tím jsou stanoveny požadavky na rovnoměrnost větrání, vytápění a chlazení, a na teplotu přiváděného vzduchu Rovnoměrnost tepelné zátěže člověka v prostoru Spodní prádlo, nátělník, košile, kalhoty, svetr, sako, ponožky, boty Spodní prádlo, košile, kalhoty, ponožky, boty ‹#› 33 Krátkodobě únosné horké mikroklima ‹#› 34 Optimální tok vodní páry do prostředí ‹#› 35 Krátkodobě únosné horké mikroklima ‹#› 36 Optimální a přípustné operativní teploty pro osoby vykonávající lehkou práci, při relativní vlhkosti vzduchu 50% a střední rychlosti vzduchu ≤ 0,15 m.s-1 ASHRAE 55-92 Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy Americká norma 55-1992 (Tepelné parametry interiéru obývaného člověkem) ASHRAE 55-92 ‹#› 37 000404o5 Oblast tepelné pohody v letním a zimním období, pro člověka s oblečením typickým pro dané období a mírnou aktivitou (1,2 met), s předpokladem 10 % nespokojených lidí. ET … efektivní teplota ‹#› 38 Hygienické předpisy v ČR Požadavky na kvalitu vnitřního prostředí vycházejí z našich platných předpisů: • zákon č. 50/1976 Sb. - stavební zákon v platném znění • zákon č. 20/1966 Sb. o zdraví lidu ve znění zákona č. 258/2000 Sb. o ochraně veřejného zdraví • zákon č. 65/1965 Sb. - zákoník práce ve znění zákona č. 155/2000 Sb Závazné požadavky pro další typy prostředí, především pro byty a bytové domy, ale třeba i čisté prostory zdravotnických pracovišť, našimi předpisy stanoveny nejsou. V těchto případech se opíráme pouze o doporučení existujících našich ČSN, příp. nejbližších zahraničních norem a doporučení, většinou VDI. ‹#› 39 Hygienické předpisy v ČR PRACOVNÍ PROSTŘEDÍ Nařízení vlády č. 178/2001 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci před některými riziky plynoucími z pracovních podmínek a požadavky na pracovní prostředí a pracoviště, v novelizovaném znění nařízení vlády č. 523/2003 Sb. – stanoví mikroklimatické parametry a limity pro znečištění vnitřního prostoru. OBČANSKÉ STAVBY Vyhláška č. 6/2003 Sb., kterou se stanoví hygienické limity chemických, fyzikálních a biologických ukazatelů pro vnitřní prostředí pobytových místností některých staveb – určuje mikroklimatické parametry a limity pro znečištění vnitřního vzduchu. ‹#› 40 Hygienické předpisy v ČR pro pracovní prostředí Celoročně a celosměnově přípustné mikroklimatické podmínky pro jednovrstvý až třívrstvý oděv, tj. tepelný odpor oděvu R = 0,5 až 1 clo a relativní vlhkost vzduchu 30-70 % podle NV č. 523/2002 Sb. ‹#› 41 Administrativa = pracovní prostředí SKUTEČNOST – MĚŘENÍ SZÚ: Příklady z měření výsledných teplot při venkovních teplotách 28 až 30°C: • Pracoviště s přirozeným větráním - teploty až 40°C • Nuceně větraná pracoviště - teploty kolem 30°C • Klimatizovaná pracoviště - teploty kolem 28°C a velká zátěž termoregulačního mechanismu organismu při přechodech vnitřní/vnější prostředí. MÁ BÝT: nařízení vlády č. 178/2001 Sb. ve znění nařízení vlády č. 523/2002 Sb.: • optimální hodnoty operativní teploty, resp. výsledné teploty kulového teploměru 22 ± 2°C • rozmezí únosných hodnot operativní teploty, resp. výsledných teplot kulového teploměru 20 až 28°C • rychlost proudění vzduchu 0,1 až 0,2 m.s-1 • relativní vlhkost 30 až 70 % Mathauserová, tzb-info,2005 Nespokojenost s prostředím = často zástupný problém ‹#› 42 Subjektivní hodnocení TV stavu prostředí ČSN ISO 10 551 Stanovení vlivů tepelného prostředí použitím posuzovacích stupnic •Subjektivní vjem prostředí – dotazníky: Stupeň 3 2 1 0 -1 -2 -3 Tepelný pocit Horko Teplo Mírně teplo Neutrálně Mírně chladno Chladno zima Spokojenost s prostředím Značná nepohoda Mírná nepohoda Pohoda komfort Mírná nepohoda Značná nepohoda prostředí horké optimální chladné ‹#› 43 Horká prostředí ČSN ISO 7243 Stanovení tepelné zátěže pracovníka podle ukazatele WGBT •Hodnocení horkého (průmyslového) prostředí •Zahrnuje vliv: •Teploty vzduchu •Radiační teploty •Rychlosti proudění •Vlhkosti vzduchu kulový teploměr přirozeně větraný mokrý teploměr D:\Ola\knihovna\mikroklima\klima komora_files\002753o2.jpg C:\Documents and Settings\Ales\Application Data\Microsoft\Media Catalog\Downloaded Clips\cl72\j0285792.wmf hlava 1,7m břicho 1,1m kotníky 0,1m C:\Documents and Settings\Ales\Application Data\Microsoft\Media Catalog\Downloaded Clips\cl4f\j0199360.wmf ‹#› 44 Experimentální metody hodnocení TV mikroklimatu Klimatická komora C:\Program Files\Common Files\Microsoft Shared\Clipart\cagcat50\PE02002_.wmf regulace teploty vzduchu, relativní vlhkosti, rychlosti proudění vzduchu i sálání okolních ploch • objektivní hodnocení reakce subjektu (srdeční frekvence, množství vyloučeného potu) • subjektivní hodnocení (vnímání prostředí) ‹#› 45 Klimatická komora Centrum pracovního lékařství (CPL) Zdravotního ústavu se sídlem v Ostravě • Klimatická komora nabízí možnosti testování reakce lidského organismu na zvýšenou zátěž v extrémních tepelných a vlhkostních podmínkách. Odezvu regulačních center a zejména kardiopulmonálního systému na zvýšenou pracovní tepelně-vlhkostní zátěž umožňuje komora kontinuálně monitorovat za přesně definovaných podmínek. D:\Ola\skola\5T9 Mikroklima\Obrázky\kulovy1.jpg Na základě epidemiologické analýzy získaných dat v těchto simulovaných podmínkách je možné se značnou přesností provést odhad zdravotních dopadů pracovně-tepelné zátěže ve vybraných profesích (hasiči, důlní záchranáři apod.). ‹#› 46 Klimatická komora v podmínkách VUT Experimentální box ‹#› 47 Experimentální box • experiment, při kterém byly nosnice dlouhodobě vystaveny prostředí o teplotě 28-30°C, kdy již slepice trpí hypertermií, která má negativní dopad i na velikost snášky. Úpravou krmné dávky však bylo dosaženo stejné užitkovosti jako při teplotách o 5 K nižších. Je to příklad další možnosti redukce tepelného stresu. krep 07 E:\EB nove\EB Ales_Zdenek.JPG ‹#› 48 International Centre for Indoor Environment and Energy P. Ole Fanger Professor, D.Sc., Hon.D.Sc. 30 let výzkumů na půdě DTU (Dánská technická univerzita) v oboru vnitřního prostředí budov. První kniha v roce 1970. Autor více jak desítky monografií, řada medailí … Jeho práce je základem EN na hodnocení mírného tepelného prostředí (PMV, PPD) http://www.ie.dtu.dk D:\Ola\skola\5T9 Mikroklima\Obrázky\dtu\Oct05_1_1.jpg ‹#› 49 International Centre for Indoor Environment and Energy Climate chambers D:\Ola\skola\5T9 Mikroklima\Obrázky\dtu\chamber3.jpg Subjekty jsou exponovány specifickým podmínkám prostředí (teplota a vlhkost vzduchu apod.) a zaznamenává se jejich subjektivní reakce a fyzilogická odpověď organismu. Během experimentu subjekty často čtou nebo píší. D:\Ola\skola\5T9 Mikroklima\Obrázky\dtu\5a_1.jpg http://www.ie.dtu.dk ‹#› 50 International Centre for Indoor Environment and Energy Thermal manikin „Vytápěná figurína“ má 16 samostatně vyhřívaných zón. Tepelná ztráta z povrchu kůže může být snímána z 8 různých míst. Nahrazuje člověka, je vystavován různým podmínkám, oblečení (také spací pytel apod.) Simulují lidi z různých evropských zemí. Měření proudění vzduchu při velmi malých rychlostech Laser Doppler anemometrem. http://www.ie.dtu.dk D:\Ola\skola\5T9 Mikroklima\Obrázky\dtu\lda.jpg D:\Ola\skola\5T9 Mikroklima\Obrázky\dtu\manikins.jpg D:\Ola\skola\5T9 Mikroklima\Obrázky\dtu\manikin.jpg ‹#› 51 International Centre for Indoor Environment and Energy Thermal manikin for CFD simulations http://www.ie.dtu.dk D:\Ola\skola\5T9 Mikroklima\Obrázky\dtu\manikin_front.jpg D:\Ola\skola\5T9 Mikroklima\Obrázky\dtu\manikin_face_small.jpg D:\Ola\skola\5T9 Mikroklima\Obrázky\dtu\manikin_side.jpg ‹#› 52 Friedrich Schiller Ten, kdo chce v světě něco mít, musí se hnout a plahočit. C:\Documents and Settings\Ales\Application Data\Microsoft\Media Catalog\Downloaded Clips\cl3\pe07664_.wmf