ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební. Laboratoře TZB. Cvičení č. 6 Posouzení vnitřního prostředí

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Laboratoře TZB Cvičení č. 6 Posouzení vnitřního prostředí Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. Katedra TZB, fakulta stavební, ČVUT v Praze Praha 2011 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

2 Formulace úkolu: Zadání Zjistěte a popište problém, který znehodnocuje kvalitu vnitřního prostředí. Představte si situaci, že máte vyřešit stížnosti uživatelů kanceláře na nekomfortní prostředí. Stížnosti jsou obecné a uvádí pouze nepohodu při pobytu v předmětném prostoru. Nalezněte a popište projevy, které vnímáte při pobytu. Nalezněte příčinu a podpořte své tvrzení argumenty. Změřte příslušné veličiny, na jejichž základě můžete problém definovat. Navrhněte opatření, které zjištěný nedostatek řeší.

3 Požadované závěry Zadání Nalézt odpovědi na otázky a své závěry podpořit argumenty Jaké jsou konkrétní projevy problémové situace v modelové kanceláři? Subjektivně vnímané Objektivně vyjádřené na základě měřených veličin Jaká je příčina této problémové situace? Navrhněte opatření pro řešení této situace?

4 Zadání Podmínky měření a měřené veličiny Měříme v kabině Demonstrační laboratoře představující malou kancelář. Předpokládáme ustálený stav vnitřního prostředí. Měříme tyto veličiny popisující vnitřní prostředí: Teplota vzduchu Teplota kulového teploměru Relativní vlhkost vzduchu Rychlost vzduchu Povrchové teploty stěn, stropu a podlahy Koncentraci CO 2

5 Použitá zařízení: Zadání Kombinované čidlo teplota-vlhkost vzduchu Ahlborn FHA646-E1 Ponorné teplotní Pt100 čidlo FPA32P kulový teploměr anemometrická sonda všesměrová typ FVA605TA1O, měřicí rozsah: 0,01 až 1 m/s ruční snímač obsahu CO 2 ve vzduchu FYA600-CO2H teplotní termočlánkové čidlo dotykové FT96832 měřicí ústředna ALMEMO M termokamera Fluke Ti 55

6 Postup práce: Zadání Práce na místě měření bude trvat přibližně 15 až 20 minut na skupinu. Studenti se seznámí s prací s termokamerou, zásadami analýzy výsledků a jejich vyhodnocení. Při řešení zadané situace musí studenti nejprve identifikovat problém a zjistit příčinu. Poté musí definovat veličiny, které potřebují pro stanovení závěrů a opatření. Nakonec provedou příslušná měření. 1. Identifikace problému, z kterého vyplývají stížnosti. 2. Zjištění příčiny. 3. Určení veličin nutných pro podporu svého vysvětlení. 4. Provedení měření. 5. Vyhodnocení získaných dat. 6. Formulace závěru a návrh opatření, která zjištěný problém řeší. 7. Napsat a odevzdat závěrečnou zprávu.

7 Měřící kabina: Místo měření Kancelář s jedním pracovním místem Obvodová stěna stěnové vytápění Pracovní místo Místo měření

8 Měřící kabina: Místo měření Kancelář s jedním pracovním místem Umístění měřicích čidel a zařízení

9 Zadání Podklady: Web katedry: &u=4

10 Teoretická příprava Tepelná pohoda, tepelný komfort (thermal comfort): Podle ČSN EN ISO 7730: Tepelný komfort je stav mysli vyjadřující uspokojení s tepelným prostředím. Podle prof. Cihelky: Tepelná pohoda znamená, že je dosaženo takových tepelných poměrů, kdy člověku není ani chladno, ani příliš teplo - člověk se cítí příjemně. Podle ASHRAE Standard 55: Human thermal comfort is defined as the state of mind that expresses satisfaction with the surrounding environment. Tepelná pohoda je důvod proč máme budovy!

11 Teoretická příprava Dva přístupy k vyjádření tepelné pohody: Přístup tepelné bilance (heat-balance approach) kombinuje teorii sdílení tepla a termoregulačních fyziologických vlastností lidského těla k určení komfortního intervalu teplot při kterých se uživatel bude cítit komfortně. Pro vyjádření se používá indexu PMV doplněný o index nespokojenosti PPD. Vznikl v 60-tých letech na základě rozsáhlých experimentů s velkým počtem respondentů v prostředí klimatické kabiny. Tento přístup je vhodný pro stanovení podmínek vnitřního prostředí pro vytápění i klimatizaci.

12 Teoretická příprava Dva přístupy k vyjádření tepelné pohody: Adaptivní přístup (adaptive approach) vychází z úvahy, že lidé jsou tolerantnější k teplotním změnám a vědomě i nevědomě jednají tak, aby příznivě ovlivnili tepelnou bilanci těla. Adaptivní přístup připouští tepelný komfort v širším intervalu teplot. Důležitý zejména u budov bez aktivního chlazení, nebo vytápění uživateli musí být dána široká svoboda upravit si prostředí podle své úvahy (otevírání oken, řízení žaluzií, volba oblečení, apod.) Rovněž zahrnuje postřeh, že vnímání teploty uživatelem je daleko nižší, pokud prostředí vnímá jako známé, přátelské a plně pod kontrolou.

13 Teoretická příprava Tepelná bilance lidského těla a okolního prostředí: Výsledkem produkce tepla a výměnou tepla s okolním prostředím Lidské tělo neustále aktivně produkuje teplo: Bazální metabolismus, kdy je teplo produkováno na základě biologických procesů (m.j. trávení potravy). Svalový metabolismus, jenž vzniká při činnosti člověka (při konání práce).

14 Tepelná bilance lidského těla: Teoretická příprava Vyjádření tepelné bilance lidského těla M ± R ± C v ± C d - E diff - E rsw - E resp - L = S M R Cv Cd E diff E rsw E resp L S - hodnota metabolismu - tepelná ztráta (zisk) sáláním - tepelná ztráta (zisk) prouděním - tepelná ztráta (zisk) vedením - tepelná ztráta difuzí pokožky - tepelná ztráta běžným pocením - tepelná ztráta dýcháním (latentní) - tepelná ztráta dýcháním (citelná) - změna tepelné kapacity. S > 0 - teplota lidského těla stoupá, S < 0 - teplota lidského těla klesá. Odvod tepla z lidského těla závisí na parametrech okolí, ale lidské tělo není pasivní, stále se pomocí fyziologických regulačních mechanismů snaží docílit tepelné rovnováhy, kdy S je rovné nule.

15 Tepelná bilance lidského těla: Teoretická příprava Reakce lidského těla na teplé prostředí Na teplé prostředí nebo stoupající produkci metabolického tepla, lidské tělo reaguje rozšířením podkožních cév a vyšším zásobováním pokožky krví. Roste teplota pokožky a zvýší se odvod tepla z těla. Jestliže zvýšení teploty pokožky nemůže obnovit tepelnou rovnováhu, jsou aktivovány potní žlázy a začne probíhat chlazení odpařováním. Extrémní situace hypertermie = nevyhnutelné přehřívání organismu. V případě, že oba mechanismy nemohou obnovit tepelnou rovnováhu těla.

16 Tepelná bilance lidského těla: Teoretická příprava Reakce lidského těla na chladné prostředí Snížení podkožní cirkulace krve a teploty pokožky. Klesá tepelná ztráta lidského těla. Proces bývá provázen vznikem "husí kůže" nebo postavením chloupků na kůži, zlepšuje se tepelná izolace kůže. Jestliže toto je neúčinné, nastoupí svalové napětí, třesení, které zvyšuje tepelnou produkci. Třesení může vyvolat až desetinásobné zvýšení produkce tepla. Vnitřní teplota těla se nemění. Tělesné končetiny, prsty, uši, mohou mít nedostatek krve a jejich teplota může poklesnout až pod 20 C. Mohou i omrznout, aniž by byla ohrožena vnitřní teplota těla. Extrémní situace hypotermie = nevyhnutelné podchlazení těla. Pokračující vystavení chladným podmínkám způsobuje vzestup krevního tlaku, srdeční frekvence a spotřeby kyslíku. Začne-li klesat teplota tělesného jádra, klesá srdeční frekvence a dochází k selhání krevního oběhu. Smrt většinou nastává mezi 25 až 30 C.

17 Vlivy na tepelnou pohodu Faktory prostředí: Teplota vzduchu Radiační teplota Vlhkost vzduchu Rychlost proudění vzduchu Teoretická příprava Operativní teplota Efektivní teplota Operativní teplota - je vypočtená hodnota a je definována jako jednotná teplota uzavřeného prostoru (tj. prostoru o stejné teplotě vzduchu i stejné střední radiační teplotě), černého z hlediska radiace, ve kterém by lidské tělo sdílelo konvekcí i sáláním stejné množství tepla jako ve skutečném, teplotně nesourodém prostředí Operativní teplota je váženým průměrem teploty vzduchu a střední radiační teploty podle odpovídajících součinitelů přestupu tepla konvekcí a sáláním. (Kabele, K. Modelování operativní teploty. 2003). Efektivní teplota - je 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. (Centnerová, L. Tepelná pohoda a nepohoda. 2000)

18 Vlivy na tepelnou pohodu Osobní faktory: Teoretická příprava M hodnota metabolismu podle fyzické aktivity (W/m 2, met) I..izolace oblečení (m 2.K/W) Jednotka 1 clo=0,155m 2.K/W clo <0,5 0,6-1,2 >3,5

19 Vlivy na tepelnou pohodu Doplňkové faktory: Teoretická příprava Schopnost aklimace (adaptace na vnitřní prostředí) a aklimatizace (adaptace na venkovní klima) Tělesná postava, hmotnost, výška Podkožní tuk Věk a pohlaví. Množství jídla a tekutin

20 Teoretická příprava Stanovení návrhových parametrů vnitřního prostředí: ČSN EN ISO parametry slouží především pro návrh systému vytápění, chlazení, větrání Základní parametry vnitřního prostředí uvedeny v Příloze A ČSN EN Tepelné soustavy v budovách - Výpočet tepelného výkonu

21 Teoretická příprava Hodnocení kvality prostředí-indexy: PMV (Predicted Mean Vote) - předpokládaná průměrná volba=průměrný tepelný pocit člověka PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) - předpokládané procento nespokojených PMV - 7stupňů 3, 2, 1, 0,-1,-2,-3 horko, teplo, mírně teplo neutrálně mírně chladno, chladno, zima Obrázek převzatý z ČSN EN ISO 7730

22 Teoretická příprava Kvalitativní kategorie prostředí dle ČSN EN ISO 7730 Celkový tepelný stav těla Kategorie vnitřního tepelného prostředí Předpokládané procento nespokojených PPD Předpokládané průměrné hodnocení PMV A < 6% 0,2 < PMV < + 0,2 B < 10% 0,5 < PMV < + 0,5 C < 15% 0,7 < PMV < + 0,7 PMV predicted mean vote, PPD predicted percentage of dissatisfied

23 Teoretická příprava Příklady projektového kritéria Platí pro jednotlivé kategorie A, B, C při (léto clo=0,5, zima clo=1) Výsek tabulky převzatý z ČSN EN ISO 7730

24 Teoretická příprava Vyjádření oblasti tepelné pohody v h-x diagramu Teplota suchého vzduchu [ C] ZIMA LÉTO Měrná vlhkost x [g/kg s.v.]

25 Místní tepelný diskomfort PMV a PPD vyjadřují diskomfort z tepla nebo chladu pro tělo celkově. Nespokojenost s tepelným prostředím může být však také způsobena nežádoucím ochlazováním nebo oteplováním jednotlivých částí těla. Teoretická příprava Průvan Mimořádně vysoký vertikální rozdíl teplot mezi hlavou a kotníky Příliš teplou nebo příliš chladnou podlahou Vysokou asymetrií radiační teploty

26 Teoretická příprava Výpočetní pomůcka PMV Calc Volně šiřitelná pomůcka pro výpočet indexů PMV a PPD Prostředí MS Excel Výpočet na základě hodnot změřených v kabině Demonstrační lab.

27 Doplňková literatura: Teoretická příprava ČSN EN ISO 7730, Ergonomie tepelného prostředí - Analytické stanovení a interpretace tepelného komfortu pomocí výpočtu ukazatelů PMV a PPD a kritéria místního tepelného komfortu. Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, Praha, 2006, s. 48. Nařízení vlády č. 361/2007 Sb. kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci, ve znění poslední změny č. 68/2010 Sb. Jokl, M., Kabele, K. Optimal (Comfortable) Operative Temperature Estimation Based on Physiological Responses of the Human Organism. Acta Polytechnica, 46, č.6, s. 3-13, Fanger, P.O. Thermal comfort : analysis and applications in environmental engineering. New York : McGraw-Hill, 1970, 244 s. Kabele, K., Veverková, Z. Modelování operativní teploty. Vytápění větrání instalace, č. 1, 2003, dostupné též na Centnerová, L. Tepelná pohoda a nepohoda. Vytápění větrání instalace, č. 5, 2000, dostupné též na

28 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov DĚKUJI ZA POZORNOST Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. ČVUT Fsv, katedra TZB daniel.adamovsky@fsv.cvut.cz