Newsletter

Login Form



Czytaj także -

Aktualne wydanie

Okladka SS-12-2017

20170725-edgetech-banner-160x600-polonaisEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

FF18 750x150px PL NEUGIERIG

 

 budma750x200

  swiat szkla 750x100 2

 

lisec SS FastLAne

 

Komfort cieplny pomieszczeń przeszklonych i jego kontrola
Data dodania: 06.09.16

Artykuł jest próbą zwrócenia uwagi na pojęcie komfortu cieplnego dla człowieka i temperatur optymalnych gwarantujących jego osiągniecie oraz na zagadnienia komfortu cieplnego w pomieszczeniach.

Wskazane będą czynniki wpływające na komfort cieplny i przedstawiane możliwości wykorzystywania badań termowizyjnych w ocenie komfortu cieplnego w pomieszczeniach i zwrócenie uwagi, co może wpływać na jego pogorszenie.

Szczególnie zwrócona zostanie uwaga na pomieszczenia silnie przeszklone w budynkach mieszkalnych, biurowych, halach produkcyjnych i magazynowych. 

 

 

2013-07-54-1

 

 

2013-07-54-2

 

2013-07-54-3

 

Rys. 1. Temperatury na elementach wystroju wnętrza pomieszczenia 20-21°C oraz na powierzchni przeszklonej okien 14,6-15,4°C sypialni w domu mieszkalnym – widoczna różnica temperatury między pomieszczeniem a szybami wynosi ok. 5-6 K.

 

 

Wprowadzenie
Komfort cieplny to stan, w którym człowiek czuje, że jego organizm znajduje się w stanie zrównoważonego bilansu cieplnego, tzn. nie odczuwa ani uczucia ciepła, ani zimna. Dodatkowo komfort termiczny oznacza, że nie występuje żadne niepożądane nagrzewanie lub chłodzenie poszczególnych części ciała, przez ciepło promieniujące od zbyt zimnej lub ciepłej powierzchni czy przeciągi wynikające z niedostatecznej szczelności lub działania instalacji nawiewowej.

 

W przypadku pomieszczeń określenie uczucia komfortu jest problematyczne, gdyż jest ono odczuwane indywidualnie i subiektywnie. Ideałem byłby system gwarantujący jak najmniejszy procent ludzi niezadowolonych z panujących warunków. Badania na temat komfortu cieplnego prowadził duński naukowiec i inżynier, Ole Fanger.

 

Wyniki tych badań stały się podstawą do opracowania międzynarodowych norm, m.in. Polskiej Normy PN-EN ISO 7730:2006 Ergonomia środowiska termicznego. Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem obliczenia wskaźników PMV i PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego.

PMV jest wskaźnikiem, który przewiduje średnią ocenę dużej grupy osób określających swe wrażenia cieplne w siedmiostopniowej skali ocen:
+ 3 – gorąco
+ 2 – ciepło
+ 1 – dość ciepło
0 - obojętnie
- 1 - dość chłodno
- 2 – chłodno
- 3 – zimno


Wskaźnik PMV można określić, gdy zostanie oceniona aktywność fizyczna człowieka, oporność cieplna odzieży i gdy zostaną zmierzone następujące parametry środowiska: temperatura powietrza, średnia temperatura promieniowania, prędkość ruchu powietrza i cząstkowe ciśnienie pary wodnej Wskaźnik PMV oparty jest na równowadze cieplnej ciała ludzkiego.
Zaleca się, aby wskaźnik PMV mieścił się w zakresie: -0,5<PMV<+0,5.

 

2013-07-54-4

 

2013-07-54-5

 

2013-07-54-6

 

Rys. 2. Temperatury na ścianach osłonowych wnętrza pomieszczenia salonu 17,4-18,3°C oraz na powierzchni przeszklonej okien 13,2-13,8°C i w domu mieszkalnym – widoczna różnica temperatury między ścianami a szybami wynosi ok. 4-5 K.

 


Zakres temperatur gwarantujący komfort cieplny i dobre samopoczucie
Zakres temperatury powietrza, w której człowiek czuje się dobrze, jest bardzo zróżnicowany. Zależy on od preferencji osobistych, ubrania, odżywienia, pory roku, wieku, płci. Na przykład temperatury zapewniające dobre samopoczucie, są zazwyczaj wyższe dla kobiet i osób starszych niż dla mężczyzn i osób młodszych. 

Ponadto w wyższych temperaturach człowiek czuje się lepiej latem niż zimą. Badania wzajemnych wpływów temperatury powietrza i otaczających powierzchni (nazywaną temperaturą promieniowania) wykazały, że odczucie temperatury przez człowieka odpowiada w przybliżeniu średniej pomiędzy wartościami tych obu temperatur.

 

Duże różnice pomiędzy temperaturą powietrza a temperaturą promieniowania odczuwane są przez człowieka jako dyskomfort, nawet przy wystarczająco wysokich temperaturach powietrza. Szczególnie nieprzyjemne są duże, zimne powierzchnie ścian lub okien. Jeżeli badaną osobę umieści się w komorze klimatycznej i podda ją działaniu różnych temperatur, można ustalić zakres, w którym zachowana zostaje równowaga cieplna organizmu. Zakres ten nazywa się strefą regulacji naczyniowo-ruchowej, gdyż w obrębie tych granic gospodarka cieplna jest utrzymywana w równowadze, głównie w wyniku regulacji rozmieszczenia krwi.

 

Ten zakres temperatur określany jest jako strefa zapewniająca dobre samopoczucie. Zimą, dla osoby ubranej, powinna mieścić się ona przeważnie między 20°C a 23°C. Latem, ze względu na „lżejsze” ubranie, temperatura komfortu jest wyższa i wynosi ok. 24-28°C. Jednocześnie, przy chłodzeniu pomieszczeń należy pamiętać, że różnica temperatury wewnętrznej oraz zewnętrznej przekraczająca 5-7°C grozi przeziębieniem osób użytkujących pomieszczenie.


Przy podniesieniu temperatury powyżej tego zakresu powstaje najpierw niewielki dodatni bilans cieplny i występuje ogrzanie się ciała. Ten zakres temperatury nazywa się strefą regulacji cieplnej przez wyparowanie wody. Jeżeli rozgrzanie przekroczy określoną wartość (tolerancja upału), wewnętrzna ciepłota ciała gwałtownie rośnie, co w stosunkowo krótkim czasie prowadzi do udaru cieplnego.


Zakres temperatury leżącej poniżej strefy regulacji naczyniowo-ruchowej charakteryzuje się ujemnym bilansem cieplnym organizmu, gdyż w obrębie tego zakresu cały ubytek ciepła przewyższa jego wytwarzanie we wnętrzu ciała. Ten zakres nazywa się strefą fizycznego oziębienia. Utrata ciepła dotyczy przy tym znowu najpierw obwodowych części ciała, które przez pewien czas mogą wytrzymać deficyt ciepła. Przy skrajnym wyziębieniu organizmu może dojść do hipotermii.


W warunkach komfortu cieplnego bilans cieplny organizmu jest zrównoważony, a oddawanie ciepła odbywa się przez promieniowanie, konwekcję i pocenie niewyczuwalne oraz przez parowanie z dróg oddechowych. Temperatura ciała w stanie spoczynku wynosi około 37°C, a średnia ważona temperatura powierzchni skóry mieści się w granicach 32-34°C.

 

2013-07-55-1

 

2013-07-55-2

 

2013-07-55-3

 

2013-07-55-4

 

Rys. 3. Temperatury w pomieszczeniach biurowych na sprzętach i elementach wystroju wnętrza pomieszczenia 18-18,7°C oraz na powierzchni przeszklonej okien 14,7-15,1°C – widoczna różnica temperatury między pomieszczeniem a szybami to ok. 3-4 K.

 

Organizm człowieka oddaje ciepło: na drodze biernej poprzez:
- promieniowanie ok. 60%
- przewodzenie (styczność) ok. 3%
- konwekcję (unoszenie) ok. 15%
na drodze czynnej poprzez:

 - odparowanie wody z potu wydzielonego na powierzchnię skóry ok. 22%


Utrata ciepła z organizmu człowieka zachodzi głównie przez skórę. W normalnych warunkach pracy człowiek traci około 50-70% ciepła swego ciała drogą wypromieniowania ciepła do otaczających powierzchni i przedmiotów. W chłodnym środowisku pracy, przy niskiej temperaturze ścian, utrata ciepła drogą wypromieniowania może wynosić 80% i więcej.


Komfort cieplny pomieszczeń
Przy określaniu warunków panujących w pomieszczeniu używa się zwykle dwóch pojęć: „mikroklimat” i „komfort cieplny”. Przez pojęcie mikroklimatu wnętrz rozumie się zespół wszystkich parametrów fizycznych i chemicznych danego pomieszczenia, wywierający wpływ na organizm człowieka. Do głównych parametrów mikroklimatu zaliczyć można: temperaturę powietrza, średnią temperaturę powierzchni przegród, prędkość ruchu powietrza, wilgotność powietrza.


Zespół czynników pozatermicznych to: zanieczyszczenie powietrza, jonizacja powietrza, poziom hałasów, oświetlenie itp., których wpływ jest mniejszy i mniej poznany. Komfortem cieplnym określa się warunki dobrego samopoczucia, tj. taki stan otoczenia, w którym jest zachowana równowaga cieplna organizmu ludzkiego.


Odczuwanie ciepła lub zimna przez człowieka, czyli stopień obciążenia układu termoregulacyjnego organizmu, zależy od wymienionych głównych parametrów mikroklimatu. System regulacji termicznej człowieka, którego zadaniem jest utrzymywanie stałej temperatury ciała, wynoszącej ok. 37°C, oddziałuje na ilość ciepła oddawanego przez organizm przez promieniowanie, konwekcję, przewodzenie i odparowanie wilgoci. Ponadto ilość oddawanego ciepła związana jest z wydatkiem energetycznym organizmu, a więc zależy od rodzaju wykonywanych czynności. Równocześnie straty ciepła organizmu zależą od izolacyjności cieplnej odzieży.

Związki te można wyrazić ogólnym równaniem bilansu cieplnego organizmu.


S = M – W ± E ± R ± C                     (1)


gdzie:


S – strumień ciepła związany ze wzrostem temperatury ciała (w warunkach równowagi cieplnej S = O),
M – strumień ciepła produkowanego przez organizm w wyniku przemiany materii (metabolizm),
W – strumień ciepła związany z wykonywaniem pracy zewnętrznej,
E – strumień ciepła traconego w wyniku odparowania wody,
R – strumień ciepła tracony przez wypromieniowanie do otoczenia,
C – strumień ciepła traconego przez konwekcję.


Organizm człowieka może samoczynnie przystosować się tylko w pewnych niewielkich granicach do zmian warunków otoczenia. Przekroczenie tych granic prowadzi do zachwiania równowagi cieplnej organizmu, co grozi zdrowiu, a nawet życiu człowieka.
Dlatego w pomieszczeniach przeznaczonych do mieszkania, pracy i wypoczynku, należy stwarzać optymalne warunki, w zależności od rodzaju ich użytkowania.

 

2013-07-55-5

 

2013-07-55-6

 

Rys. 4. Niskie temperatury na ścianach osłonowych przy stropodachu oraz przy podłodze we wnętrzu pomieszczeń (4,6-8,4°C przy stolarce okiennej) świadczą o niedoskonałej szczelności powierzchni okien i pogarszają komfort cieplny pomieszczeń.


Strumień cieplny produkowany przez organizm w wyniku przemiany materii M zależy od rodzaju wykonywanego zajęcia i jest proporcjonalny do intensywności oddychania. Przykładowo, dla człowieka odpoczywającego w bezruchu (w pozycji siedzącej) strumień ciepła produkowanego przez organizm M jest w przybliżeniu stały i wynosi ok. 58 W na 1 m2 powierzchni ciała w ciągu 1 godziny. Przy ciężkiej pracy fizycznej strumień ciepła wzrasta do wielkości ok. 1000 W/(m2h). Przy maksymalnym chwilowym wysiłku strumień ciepła może przekroczyć wielkość nawet kilku tysięcy W/(m2h). Dodatnie wartości E, R, C we wzorze (1) odpowiadają wzrostowi temperatury, a ujemne jej spadkowi. Pracę W wykonywaną, przez organizm traktuje się jako dodatnią.


Czynnikiem decydującym o odczuciu komfortu cieplnego jest temperatura powietrza i średnia temperatura powierzchni przegród otaczających. 

Dla pomieszczeń, w których powietrze znajduje się w bezruchu można przyjąć, że temperatura odczuwalna tM jest równa średniej arytmetycznej temperatury powietrza tP i powierzchni otaczającej pomieszczenie tR


tM = tP + tR /2          (2)

  

W okresie zimowym w pomieszczeniach mieszkalnych oraz przeznaczonych na pracę umysłową i odpoczynek za najwłaściwszy poziom temperatury odczuwalnej przyjmuje się 20°C. Natomiast w pomieszczeniach, w których wykonuje się pracę fizyczną, temperatura ta jest zróżnicowana, w granicach 12-16°C, w zależności od intensywności pracy. W pomieszczeniach ogrzewanych, w których temperatura powietrza wynosi 18-23°C, wpływ wilgotności względnej powietrza jest niewielki.

 

 2013-07-55-7

 

2013-07-55-8

 

2013-07-55-9

Rys. 5. Temperatury na ścianach osłonowych wnętrza pomieszczeń mieszkalnych i biurowych 27-28°C oraz na powierzchniach przeszklonych okien 35-41°C – widoczna różnica temperatury między szybami a ścianami to ok. 7-9 K, a nawet 14 K.

 

Zróżnicowanie wilgotności powietrza w granicach 30-60%, które występuje najczęściej w pomieszczeniach ogrzewanych, nie jest odczuwalne przez ludzi w sposób istotny. Również wpływ prędkości przepływu powietrza poniżej 0,2 m/s, co przeważnie ma miejsce w pomieszczeniach mieszkalnych i użyteczności publicznej, nie ma istotnego znaczenia na odczucie komfortu cieplnego.


W okresie letnim, oprócz temperatury powietrza i temperatury przegród otaczających, również i wilgotność powietrza oraz prędkość jego ruchu wpływają w istotny sposób na odczucie komfortu cieplnego. Wzrost wilgotności powietrza w temperaturze ponad 23°C powoduje utrudnione odparowanie potu i jest odczuwalny jak wzrost temperatury. Natomiast wzrost prędkości ruchu powietrza w temperaturze poniżej 30°C odczuwa się jako spadek temperatury otoczenia.
Wyklucza się gwałtowne ruchy powietrza (przeciągi), które mogą być szkodliwe dla zdrowia.


W Polsce nie normuje się temperatury w pomieszczeniach w okresie letnim, mimo że przy dużych przeszkleniach elewacji zysk ciepła od nasłonecznienia może podnieść temperaturę w pomieszczeniach znacznie ponad odczucie komfortu cieplnego. Według wymagań zagranicznych temperatura w pomieszczeniach latem nie powinna przekraczać 27°C.


W stanie spoczynku lub pracy umysłowej za najwłaściwszą przyjmuje się temperaturę +20°C, a przy ciężkiej pracy fizycznej w granicach 12-16°C.

 

2013-07-56-1

 

2013-07-56-2

 

Rys. 6. Temperatury na ścianach osłonowych wnętrza pomieszczeń magazynowych 24,5-25,5°C oraz na powierzchniach przeszklonych okien 27,8-32,5°C – widoczna różnica temperatury między szybami a ścianami wynosi ok. 7-8 K.


Badania termowizyjne w ocenie komfortu cieplnego pomieszczeń
Izolacyjność przegród budowlanych ma ogromne znaczenie na utrzymywanie odpowiedniego komfortu cieplnego w pomieszczeniach. Szczególnym rodzajem przegród budowlanych są okna i fasady szklane. Izolacyjność cieplna przeszkleń jest znacznie gorsza od ścian, co powoduje, że nawet mniejsza ich powierzchnia jest przyczyną znacznych strat ciepła porównywalnych ze stratami przez ściany (zimą) lub też nadmiernych zysków ciepła podczas szczególnie upalnego lata.

 

Pomiary temperatury powietrza wewnątrz pomieszczenia nie zawsze obrazują komfort cieplny, istotne są również rozkłady temperatur na wszystkich otaczających powierzchniach. Można to zbadać i ocenić stosując kamery termowizyjne.

 

Metoda ta jest bardzo skuteczna w porównaniu z innymi metodami, gdyż termowizja praktycznie nie pozwala na przeoczenie jakichkolwiek anomalii temperaturowych (np. wad izolacji, szczelności czy nadmiernej kumulacji ciepła), warunkiem jest jednak, aby był dostęp wizualny do kontrolowanego obszaru.

 

Termowizyjne metody można wykorzystywać zarówno w zimie jak i latem. Poniżej przedstawiono kilka obrazów termalnych zarejestrowanych wewnątrz pomieszczeń, które obrazują temperatury panujące w pomieszczeniach i na elementach przeszklonych ścian osłonowych zimą (rys. 1-4 ) oraz latem (rys. 5-7).


Przestawione powyżej przykłady obrazują zjawiska pogorszenia komfortu cieplnego w pomieszczeniach pochodzące z obszarów przeszklonych (znacznie chłodniejszych) w warunkach zimowych. Przeciwne zjawiska w obszarach okien (znacznie cieplejszych) występują w warunkach upalnego lata pokazane są poniżej.

 

2013-07-56-3

 

2013-07-56-4

 

 

Rys. 7. Wysokie temperatury na wewnętrznej powierzchni przeszklonych ścian osłonowych hali  produkcyjnej 37,2-40,1°C pochodzą od silnego nasłonecznienia, gdy temperatura powietrza na zewnątrz wynosi 30°C, co pogarsza komfort cieplny pomieszczenia do temperatury 33,7°C.

 


Podsumowanie
Aby komfort cieplny pomieszczenia był prawidłowy, zachowana musi być nie tylko odpowiednia dla danego rodzaju pomieszczenia temperatura, ale i zrównoważone promieniowanie cieplne ze wszystkich stron danego pomieszczenia, a to oznacza, że żadna ze ścian (w tym powierzchnia okien) nie może wykazywać temperatury znacząco niższej lub wyższej od temperatury wnętrza pomieszczenia.

 

Badania termowizyjne są bardzo przydatnymi metodami w ocenie komfortu cieplnego pomieszczeń, gdyż pozwalają rejestrować jednocześnie rozkłady temperatury na wszystkich istotnych powierzchniach, również na przeszklonych obszarach ścian osłonowych. Podczas kontroli od wewnątrz budynku mieszkalnego, biurowego czy produkcyjnego, poza stwierdzeniem problemów jednostkowych (np. punktowego czy powierzchniowego wychłodzenia lub rozgrzania części ściany), istotne jest także określenie wpływu na tzw. komfort cieplny dla mieszkańca czy pracownika.


Z tego powodu wspomniana anomalia temperaturowa ściany może mieć znaczący (negatywny) wpływ na komfort cieplny. Znaczne różnice, powyżej 3-4 stopni, są najczęściej wskazywane jako wady, mają one wpływ na pogorszony komfort cieplny pomieszczeń.


Oceniając komfort cieplny, przyjmuje się także, iż, w jednym pomieszczeniu, 4 stopnie różnicy temperatury pomiędzy dołem pomieszczenia (nad podłogą) a wysokością 1,1 m (wysokość pozycji siedzącej człowieka) powoduje dyskomfort, bez względu na to, czy średnią temperaturę w pomieszczeniu oceniamy jako komfortową.

 

 mgr inż. Józef Osiadły

Firma Inżynieryjno-Techniczno-Badawcza „DIAGNOTERM” Kraków

  

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
Więcej informacj: Świat Szkła 07-08/2013

 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik