W artykule analizowano ogrzewane pomieszczenie z dużymi powierzchniami przeszkleń o różnych wartościach współczynników przenikania ciepła, pod kątem kwalifikacji do odpowiedniej kategorii środowisk wewnętrznych. Badano wpływ współczynników przenikania ciepła przeszkleń na lokalne wartości wskaźników komfortu cieplnego PMV i PPD w pomieszczeniu podczas sezonu grzewczego.

 


Wymagania dotyczące komfortu cieplnego w ogrzewanych pomieszczeniach
W normie EN ISO 7730 [2] zostały określone wymagania dotyczące komfortu cieplnego dla trzech kategorii środowisk wewnętrznych. Aby zakwalifikować pomieszczenie do danej kategorii należy określić wskaźniki komfortu cieplnego, w tym PMV (przewidywaną ocenę średnią) oraz PPD (przewidywany odsetek niezadowolonych).

 

Poczucie komfortu cieplnego można nazwać stanem zadowolenia z mikroklimatu w pomieszczeniu, w którym człowiek się znajduje, gdy mikroklimat ten nie jest odczuwany ani jako zbyt chłodny, ani zbyt ciepły. Człowiek odczuwa komfort cieplny jeśli jest spełnione równanie równowagi bilansowej organizmu, czyli ilość ciepła wytwarzanego wewnątrz organizmu jest równa ilości ciepła oddawanego do otoczenia.

 

Do oceny komfortu cieplnego służy wskaźnik PMV (predicted mean vote) czyli przewidywana ocena średnia [1], [2]. PMV jest wyznaczany ze wzoru podanego w normie [2], który został opracowany na podstawie wyników badań przeprowadzonych na dużej grupie osób. PMV łączy ze sobą trzy grupy zmiennych parametrów, które są związane z:
- rodzajem odzieży (oporem cieplnym odzieży oraz wielkością powierzchni okrytej),
- wydatkiem energetycznym człowieka, czyli aktywnością fizyczną,
- parametrami otoczenia (temperaturą powietrza, prędkością powietrza, wilgotnością względną powietrza, średnią temperaturą promieniowania powierzchni otaczających).

 

Przy znajomości wyżej wymienionych zmiennych można określać czy dane środowisko jest komfortowe dla osób w nim przebywających, czy też nie.

 

Wartości PMV podaje się w siedmiostopniowej skali ocen, przy czym:
3 gorąco,
2 ciepło,
1 dość ciepło,
0 obojętnie,
– 1 dość chłodno,
– 2 chłodno,
– 3 zimno.

 

Drugim wskaźnikiem komfortu cieplnego jest PPD (predicted percentage of dissatisfied) czyli przewidywany odsetek niezadowolonych. Wskaźnik PPD wyznacza się ze wzoru podanego w normie PN-EN ISO 7730 [2], po uprzednim wyznaczeniu wartości PMV. Jest to wielkość wyrażająca procent osób w dużej grupie, które uważają, że nie zostały spełnione warunki komfortu cieplnego.

 

W normie [2] znajdują się wymagania dotyczące wartości wskaźników komfortu cieplnego dla trzech kategorii pomieszczeń: kategorii A – pomieszczeń o wymaganiach wysokich, kategorii B – pomieszczeń o wymaganiach średnich i kategorii C – pomieszczeń o wymaganiach umiarkowanych, ale jeszcze akceptowalnych.

 

W tabeli 1 zestawiono wymagania dla kategorii środowisk cieplnych według obowiązującej normy [2] dla przestrzeni mieszkalnej lub biurowej. Podano dla nich zalecane zakresy wartości PMV oraz PPD.

 

Przy projektowaniu pomieszczeń zagadnienie komfortu cieplnego jest często zaniedbywane. Najczęściej zwraca się jedynie uwagę na straty ciepła pomieszczeń. Tymczasem w pomieszczeniach z dużymi przeszkleniami spełnienie wymagań dotyczących wartości PMV, na przykład dla kategorii A, nie jest proste, zwłaszcza przy ogrzewaniu powietrznym, gdy brak jest ciepłych powierzchni przegród, a są zimne przeszklenia.

 

Średnia temperatura promieniowania przegród w pomieszczeniu jest wówczas niższa niż przy ogrzewaniu grzejnikowym, a co za tym idzie wskaźniki komfortu cieplnego również są niższe. W pracy analizowano wpływ oddziaływania przeszkleń na odczucie komfortu cieplnego w pomieszczeniu z ogrzewaniem powietrznym podczas sezonu grzewczego.

 

Tabela 1. Wymagania komfortu cieplnego dla kategorii środowisk wewnętrznych [2]

 

Przykład obliczeniowy
W artykule wyznaczano wartości lokalnych wskaźników komfortu cieplnego PMV i PPD w pomieszczeniu biurowym z ogrzewaniem powietrznym, z dużą ilością przeszkleń. Badano wpływ rodzaju przeszkleń czyli wartości współczynników przenikania ciepła na komfort cieplny w pomieszczeniu o wymiarach (dł. x szer. x wys.) 5x5x3,2 m, z jedną całkowicie przeszkloną ścianą zewnętrzną.

 

Do obliczeń przyjęto trzy warianty wartości współczynników przenikania ciepła [5]:

- Uszkła=1,8 W/(m2K) - maksymalny dopuszczalny, zgodnie z rozporządzeniem [6], współczynnik dla pomieszczeń o temperaturze wewnętrznej większej lub równej 16°C, który odpowiada na przykład podwójnemu oszkleniu o grubościach w mm 4-16-4 (szyba-szczelina-szyba), wypełnionemu powietrzem, z jedną szybą powlekaną;
- Uszkła=1,1 W/(m2K) - wartość odpowiadająca na przykład oszkleniu podwójnemu 4-12-4, wypełnionemu kryptonem, z jedną szybą powlekaną;
 Uszkła=0,5 W/(m2K) - wartość, która odpowiada na przykład oszkleniu potrójnemu 4-12-4-12-4 wypełnionemu kryptonem, z dwiema szybami powlekanymi.

 

Należy dodać, że w obliczeniach pominięto wpływ ewentualnych mostków cieplnych powstających na połączeniach tafli oszklenia.

 

Obliczenia wykonano w punktach w pomieszczeniu tworzących siatkę o gęstości 0,5 m na wysokości 0,6 m nad poziomem podłogi (środek ciężkości ciała siedzącego człowieka [1]).

Przyjęto, że strefa pobytowa nie obejmuje pasa o szerokości [4]:
- 0,5 m zlokalizowanego wzdłuż ścian pełnych w pomieszczeniu,
- 1,0 m zlokalizowanego wzdłuż przeszkleń w pomieszczeniu.

 

Przyjęto, że temperatura, prędkość i wilgotność powietrza w każdym analizowanym punkcie pomieszczenia są stałe. Zmianie ulega jedynie średnia temperatura promieniowania przegród w pomieszczeniu, zależna od lokalizacji rozpatrywanych punktów siatki względem przegród w pomieszczeniu oraz od temperatur tych przegród. W tabeli 2 zestawiono założenia do obliczeń.

 

Tabela 2. Założenia do obliczeń

 

Temperatury powierzchni przeszkleń w pomieszczeniu wyznaczono przyjmując temperaturę powietrza zewnętrznego wynoszącą -20°C, czyli warunki zewnętrzne obliczeniowe obowiązujące w większej części Polski (III strefa klimatyczna).

 

Przyjęcie takiego założenia spowodowane było faktem, że zgodnie z normą [3] wymagania dla pomieszczeń mają być spełnione nie tylko dla średnich temperatur zewnętrznych w okresie zimowym, ale również dla niekorzystnych warunków obliczeniowych.

 

W tabeli 3 podano wyniki obliczeń zakresów lokalnych wartości wskaźników komfortu cieplnego PMV i PPD w analizowanym pomieszczeniu. Wyniki obliczeń zestawiono dla trzech wariantów wartości współczynników przenikania ciepła przeszklenia. Podano je dla odległości od przeszklenia wynoszącej 1 m oraz dla pozostałej części pomieszczenia, czyli od 1,5÷4,5 m.

 

Tabela 3. Wyniki obliczeń wartości PMV i PPD w analizowanym pomieszczeniu

 

Z powyższej tabeli wynika, że biorąc pod uwagę wymagania dla wartości PMV i PPD (tabela 1) żadne z analizowanych pomieszczeń nie spełnia wymagań dla kategorii A i B. Natomiast do kategorii C należy pomieszczenie z wariantu 2 i 3. W pomieszczeniu ze współczynnikiem przenikania ciepła przeszklenia równym 1,8 W/(m2K) - wariant 1 - część pomieszczenia (w odległości 1 m od przeszklenia - początek strefy pobytowej) w niewielkim stopniu przekracza dopuszczalne wartości PMV i PPD i ta część nie kwalifikuje się nawet do kategorii C.

 

W tabeli 3 można zauważyć, że rozbieżności w wartościach PPD są rzędu kilku procent, zarówno w obrębie jednego rodzaju przeszklenia, jak i dla różnych przeszkleń.

 

Na wykresie 1 podano zmienność wartości wskaźników PMV w analizowanym pomieszczeniu z przeszkleniem o współczynniku przenikania ciepła równym 1,8 W/(m2K).

 

Na rysunku 1 podano w formie słupków wartości PMV w różnych punktach założonej siatki w pomieszczeniu. Im wyższy słupek, tym wartość PMV jest wyższa, czyli tym jest cieplej w pomieszczeniu. Można zauważyć, że w pobliżu przeszklenia jest wyraźnie chłodniej. Prostokąty przy samym przeszkleniu oznaczają odległość 0,5 m od przeszklenia, która nie należy do strefy pobytowej, nie była więc brana pod uwagę w obliczeniach.

 

Rys. 1. Wartości PMV w pomieszczeniu z przeszkleniem o współczynniku przenikania ciepła Uszkła=1,8 W/(m2K) - wariant 1

 

Z kolei na rysunku 2 zamieszczono wyniki obliczeń wskaźników PMV w tym samym pomieszczeniu w drugim wariancie, czyli z wartością współczynnika przenikania ciepła przeszklenia równą 1,1 W/(m2K).

 

 

Rys. 2. Wartości PMV w pomieszczeniu z przeszkleniem o współczynniku przenikania ciepła Uszkła=1,1 W/(m2K) - wariant 2

 

Na rysunku 2 widać, że w porównaniu z rysunkiem 1 wartości PMV w pobliżu przeszklenia są wyższe (jest cieplej), natomiast w dalszej części pomieszczenia wartości PMV uległy tylko niewielkiej zmianie.

 

Rysunek 3 obrazuje zmianę wartości PMV w pomieszczeniu z przeszkleniem w trzecim wariancie, czyli o współczynniku przenikania ciepła równym 0,5 W/(m2K).

 

Jak widać na rysunku 3 wartości PMV w całym pomieszczeniu są dość podobne i nie ma strefy dyskomfortu w pobliżu przeszklenia.

 

Rys. 3. Wartości PMV w pomieszczeniu z przeszkleniem o współczynniku przenikania ciepła Uszkła=0,5 W/(m2K) - wariant 3

 

Podsumowanie i wnioski
W artykule analizowano wpływ wartości współczynników przenikania ciepła przeszkleń na lokalne wskaźniki komfortu cieplnego PMV i PPD. Przyjęto pomieszczenie o wymiarach (dł. x szer. x wys.) 5x5x3,2 m, z jedną całkowicie przeszkloną ścianą zewnętrzną, pod kątem zakwalifikowania go do jednej z trzech kategorii środowisk wewnętrznych.

 

Analizowano to samo pomieszczenie z trzema wariantami wartości współczynników przenikania ciepła przeszklenia. Przyjęto wartości: maksymalną zgodnie z wymaganiami [6] równą 1,8 W/(m2K), często stosowaną w budynkach równą 1,1 W/(m2K) oraz niską dla przeszkleń trzyszybowych wynoszącą 0,5 W/(m2K).

 

Jak wykazały obliczenia, rozbieżności w wartościach PMV i PPD w analizowanym pomieszczeniu w poszczególnych wariantach nie są aż tak duże, aby użytkownik pomieszczenia odczuwał wyraźną zmianę warunków przebywając w różnych jego punktach. Analizowane pomieszczenie w wariantach obliczeniowych 2 i 3 można przyporządkować do kategorii C w całej jego przestrzeni.

 

Jedynie w wariancie 1, gdzie współczynnik przenikania ciepła przeszklenia wynosił 1,8 W/(m2K), w pobliżu przeszklenia, w odległości 1 m, wymagania dla kategorii C były nieznacznie przekroczone, czyli można stwierdzić, że w pobliżu przeszklenia występuje strefa lokalnego dyskomfortu. Dodatkowo można stwierdzić, że aby analizowane pomieszczenie zostało zakwalifikowane do kategorii A lub B w każdym z wariantów obliczeniowych, należałoby zwiększyć wartość temperatury powietrza w pomieszczeniu.

 

Na podstawie obliczeń można wyciągnąć wniosek, że jeśli wartość współczynnika przenikania ciepła przeszkleń spełnia wymagania rozporządzenia [6], to jego wielkość nie ma znaczącego wpływu na odczucie komfortu cieplnego w strefie pobytowej. Wskaźniki PMV w różnych miejscach pomieszczenia przyjmują podobne wartości.

 

Należy dodać, że przy projektowaniu pomieszczeń zwraca się jednak szczególną uwagę na straty ciepła, które są tym większe, im większą wartość przyjmuje współczynnik przenikania ciepła przeszkleń a komfort cieplny jest zagadnieniem drugorzędnym i często nie branym pod uwagę.

 

dr inż. Dorota Machowska
dr inż. Agnieszka Lechowska
Politechnika Krakowska

 

LITERATURA
[1] Fanger O. - Komfort cieplny, Arkady, Warszawa 1974
[2] EN ISO 7730, Ergonomia środowiska termicznego – Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem obliczania wskaźników PMV i PPD
oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego, 2006
[3] PN-EN 12831, Instalacje ogrzewcze w budynkach – Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego, 2006
[4] PN-EN 13779, Wentylacja budynków niemieszkalnych - Wymagania dotyczące właściwości instalacji wentylacji i klimatyzacji, 2008
[5] PN-EN ISO 10077-1, Cieplne właściwości użytkowe okien, drzwi i żaluzji - Obliczanie współczynnika przenikania ciepła - Część 1: Postanowienia ogólne, 2007
[6] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dn. 12 IV 2002 w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, Dz. U. nr 75, poz. 690 z dn. 15 VI 2002 wraz z późniejszymi zmianami

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym

więcej informacji: Świat Szkła 1/2011

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

  • Logo - alu
  • Logo aw
  • Logo - fenzi
  • Logo - glass serwis
  • Logo - lisec
  • Logo - mc diam
  • Logo - polflam
  • Logo - saint gobain
  • Logo termo
  • Logo - swiss
  • Logo - guardian
  • Logo - forel
  • vitrintec wall solutions logo

Copyright © Świat Szkła - Wszelkie prawa zastrzeżone.