5.1 Hodnocení tepelně vlhkostního mikroklimatu budov

5.1 Hodnocení tepelně vlhkostního mikroklimatu budov Úloha 5.1.1 Kancelář je větrána přirozeně okny. Měřením byly zjištěny rychlosti proudění vzduchu na jednotlivých pracovních místech. Určete procentuální počet lidí, kteří budou ohroženi průvanem při přirozeném větrání kanceláře oknem podle obrázku. Intenzita turbulence je dána Tu. Určete odpovídající třídu budovy z hlediska komfortu prostředí. Intenzita turbulence Tu = 0,4 + 0,005.n 0,35 m/s 19 C 0,25 m/s 20 C 0,20 m/s 21 C Obr. 22 Řez místností větrané oknem Riziko průvanu 0,62 DR = (34 ta )( v 0,05) (0,37v. Tu + 3,14) [%] 0,62 DR1 = (34 19)(0,35 0,05) (0,37.0,35.10,4 + 3,14) = 31,9 0,62 DR2 = (34 20)(0,25 0,05) (0,37.0,25.10,4 + 3,14) = 21,2 0,62 DR3 = (34 21)(0,20 0,05) (0,37.0,20.10,4 + 3,14) = 15,7 Z přílohy P9 se provede zatřídění dle typu budovy. Místo 1 - nevyhoví Místo 2 třída C Místo 3 třída B [%] [%] [%] Výsledek Místo u okna překračuje 30 % nespokojených, což nevyhoví ani pro třídu budovy C. Podmínku třídy budovy (max. 25 % nespokojených) splňuje umístění uprostřed místnosti a u vnitřní stěny. 45

Úloha 5.1.2 Určete vhodnou operativní teplotu pro učitelku na obrázku jako: d) rozmezí operativní teploty pro zadaný typ činnosti a PPD. Oblečení a úroveň metabolismu odvoďte z typu činnosti. e) Regresní funkcí podle prof. Jokla Přípustný počet nespokojených osob n < 9 PPD = 15% 10 < n < 20 PPD = 20 % 21 < n PPD = 30 % Obr. 23 Činnost a oblečení zadané osoby Sestava a tepelný odpor oděvu: Učitelka u tabule sestava oděvu: kalhotky, spodnička, punčochy, lehké šaty s rukávy, sandály I clo = 0,3 clo = 0,05 m 2 K/W (viz P29, P30) Intenzitu metabolismu určíme podle druhu činnosti z P6, P7, P13 nebo P14 Třída práce: M = 83 W/m 2 = 1,43 met Podle P7: podle energetického výdeje M = 83 W/m 2 je Třída práce II a PMV střední tepelný pocit určíme podle zadaného přípustného podílu nespokojených osob PPD = 10 %, z toho podle grafu P31 je PMV = ± 0,5 Rozmezí operativní teploty Podle P33 pro kombinaci veličin: 1,4 met / 0,25 (nejbližší pro 0,3) clo / rychlost proudění 0,10 m/s (odhad pro učebnu a pohyb učitele) a hodnotu PMV pro PMV = -0,5 je operativní teplota to = 23,5 C pro PMV = +0,5 je operativní teplota 26,5 C Rozmezí operativní teploty je 23,5 až 26,5 C (dolní hranice mírně chladno, horní mírně teplo) Výsledná teplota podle Jokla (pro I = 0,5 clo) T = 31,71 0,102q = 31,71 0,102.75 = 24, 1 C g m Výsledek Rozmezí operativní teploty pro zadané podmínky je 23,5 až 26,5 C. Optimální výsledná teplota dle Jokla je 24,1 C. 46

Úloha 5.1.3 Určete tepelný odpor a skladbu oděvu pracovníka s aktivitou q (met) vykonávajícího činnost v zadaném prostředí s vlhkostí vzduchu 40 % tak, se nacházel ve stavu tepelné rovnováhy. Úroveň aktivity (metabolismu) q = 1+n/15 (met) Operativní teplota t op = 22-0,2.n ( C) Rychlost proudění vzduchu v = 0,1+n/90 (m/s) Pohlaví pracovníka: Holky ženy Kluci muži Výpočet t op = 22 C q = 1,6 met = 93 W/m 2 v = 0,10 m/s muž Z podmínky PMV = 0 (tepelná rovnováha) určíme tepelný odpor oděvu pro danou operativní teplotu a rychlost proudění z P33: I = 0,5 clo pro PMV = -0,03 Sestava oblečení podle P29, P30 pro běžný denní oděv (sestaveno z jednotlivých částí): Slipy 0,03 Nátělník 0,04 Košile s dlouhým rukávem 0,20 Dlouhé kalhoty (lehké) 0,20 Ponožky 0,02 Obuv s nízkým podpatkem 0,02 Celkem 0,51 clo Výsledek Potřebný tepelný odpor oděvu činí 0,5 clo, čemuž odpovídá skladba oděvu: Spodní prádlo, košile s dlouhým rukávem, dlouhé kalhoty z lehké látky, ponožky a nízké boty. 47

Úloha 5.1.4 Skláři pracují v horkém prostředí. Měřením na pracovišti byla zjištěna teplota vzduchu, výsledná a přirozeně větraného mokrého teploměru. Souběžně bylo provedeno měření ve venkovním prostoru. Hala t a = 30 C exteriér t a = 28 + 0,1n ( C) t g = 33 + 0,3.n ( C) t g = 30 C t nw = 27-0,25.n ( C) v = 0,01.n (m/s) M = 120 + 2.n (W/m 2 ) t nw = 16 + 0,1.n ( C) v = 0,05.n (m/s) 1. Určete index WBGT, relativní vlhkost vzduchu v hale, přípustný limit WGBT. 2. Určete parciální tlak vodní páry, a zda není překročena mez dusna. 3. Odpočinek o přistávkách je možné realizovat na pracovišti, nebo venku. Určete, kde jsou příznivější podmínky (chladnější prostředí). Porovnání proveďte indexem WGBT. Určete, ve kterém prostředí je vyšší sálavá složka. 4. Určete operativní teplotu ve sklárně. 5. Pro zmírnění tepelné zátěže se uvažuje o instalaci vzduchové sprchy na pracovišti. Průměrná rychlost proudění vzduchu kolem pracovníka je 1+0,1n. Určete, jak se změní operativní teplota vlivem tohoto opatření. 6. Zhodnoťte únosnost pracovního prostředí. Určete přípustnou dobu expozice horkému prostředí, příp. režim práce a odpočinku. Vstupní podmínky prostředí Hala exteriér t a = 32 C t a = 29 C t g = 36 C t g = 30 C t nw = 24,5 C t nw = 17 C v = 0,15 m/s v = 0,5 m/s M = 170 W/m 2 1. Index WBGT, relativní vlhkost vzduchu v hale, přípustný limit WBGTin = 0,7. tnw + 0,3t g = 0,7.24,5 + 0,3.36 = 28 C Z tabulky P24 určíme RH = 30 % Podle P22 je třída výdeje 2 (do 200 W/m 2 ), limit pro aklimatizovanou osobu WGBT = 28 C je dosažen, limit neaklimatizované osoby WBGT = 26 C je překročen. 2. Parciální tlak vodní páry // ( t) p = RH. p = Pa // pd = f D D 2433 Mez dusna p d = 1850 Pa je překročena. Vzduch bude vnímán jako těžký, dýchání nepříjemné. 48

3. Index WBGT pro venkovní prostředí WBGT = 0,7t + 0,2t + 0,1t = 0,7.17 + 0,2.30 + 0,1.29 = 21 C venku nw g a Příznivější podmínky jsou ve venkovním prostředí. Porovnáním t g a t a zjistíme, že vyšší sálavá složka je ve sklárně. 4. Operativní teplota ve sklárně vypočtená z teploty kulového teploměru (průměr 15 cm, proto konstanta 2,5) a střední radiační teploty t r 4 8 0, ( t + 273) + 2,5.10. v ( t t ) 273 = 4 6 g a g a 4 8 0, ( 36 + 273) + 2,5.10.0,15 ( 36 32) 273 = 36, C t r = 4 6 0 t o = A t + 1 a ( A) t r Pro v = 0,15 m/s je A = 0,5 (z tab. P25) t o = 0,5 32 + 0,5.36 = 34, 0 C 5. Pro zmírnění tepelné zátěže se uvažuje o instalaci vzduchové sprchy na pracovišti. Průměrná rychlost proudění vzduchu kolem pracovníka je 1+0,1n. Určete, jak se změní operativní teplota vlivem tohoto opatření. v = 2,7 m/s A = 0,75. v t o a 0,16 = A t + 1 = 0,88 ( A) t r ( 1 0,88) 36 = 32, C t o = 0,88 32 + 5 Operativní teplota klesne po instalaci vzduchové sprchy o 1,5 K. 6. Jaká je přípustná doba expozice (aklimatizovaný muž) prostředí sklárny? - určuje se z t g Třída práce (podle P7) pro M =170 W/m 2 je IIIa Podle P10 je při t g = 36,0 C a v = 0, 5 m/s celková doba práce 284 min, maximálně krátkodobě únosná je 74 min. Z toho plyne počet pracovních cyklů: C = t t sm max 284 = = 3,8 4 74 4.74 = 296 min > 284 min, tj. doba se musí zkrátit na 284/4 = 71 min A doba pracovní přestávky t p 480 t = C 1 sm Celková pracovní doba 480 284 = = 65min 4 1 t = 4.71 + 3.65 = 479 min 480 min 49

71 min 65 min 71 min 65 min 71 min 65 min 71 min 480 min Obr. 24 Časové schéma rozdělení práce a odpočinku Úloha 5.1.5 Pro návrh vytápění a klimatizace multifunkční haly určete výpočtovou letní a zimní teplotu v hale, jsou- li předpokládány tyto činnosti, jichž se budou účastnit osoby s předpokládaným druhem oděvu dle tabulky. Rychlost proudění vzduchu u odhadněte podle typu činnosti. Tab. 12 oděvu a činnosti Florbal, košíková, volejbal Ples, karneval jóga Divadlo, koncert Dětská představení Pro každou činnost stanovíme energetický výdej (P12 až P15) a tepelný odpor oděvu (P29, P30). Pro tuto tepelnou produkci a daný oděv stanovíme optimální operativní teplotu z podmínky PMV = 0 z P33. Maximální a minimální teplotu a tím návrhové podmínky interiéru stanovíme tak, aby kterákoliv činnost mohla být provozována v libovolném období v roce. 50

Úloha 5.1.6 Určete vhodné rozmezí operativní teploty pro ambulanci praktického lékaře, ve které se nachází lékař a zdravotní sestra pro max. nespokojenost s prostředím vyjádřenou hodnotou PPD = 8 + n (%). Oblečení je dáno na obrázku. Střední tepelný pocit určete ze vztahu: Obr. 25 Oblečení zdravotníků 100 95. exp 0,033. 0,2179. exp Rovnice má 2 kořeny (a pro každý je platná kladná a záporná hodnota), vyberte menší z kořenů, kladnou a zápornou hodnotu (odpovídá chladno a teplo ). Rozmezí teplot určete samostatně pro lékaře a sestru. Z těchto hodnot vyberte rozmezí teplot společné pro obě povolání. Energetický výdej určete podle třídy práce, kterou určíte podle vykonávané činnosti. Úloha 5.1.7 Firma na výrobu pneumatik zvažuje zhotovení nových pracovních oděvů pro montážní dělníky. Operativní teplota v hale je t o = 15+0,2.n ( C). Dělníci vykonávají práci s průměrným energetickým výdejem M = 180-2.n (W/m 2 ), relativní rychlost proudění se pohybuje od 0,15 do 0,2 m/s. Konfekční firma předložila několik návrhů pracovního oděvu, jejichž vyobrazení je v tab. 13. Pro zadané podmínky vyberte nejvhodnější z nabídky modelů 1 až 5. Pro jednotlivé kombinace oděvu (modely 1 až 5) určíme jejich tepelný odpor. Pro kombinaci hodnot M, I a v určíme PMV. Optimální tepelný odpor oděvu vybereme tak, že z možností 1 až vybereme tu, kde se PMV nejvíce blíží 0. 51

Tab. 13 variant pracovního oděvu 1 2 3 4 5 Úloha 5.1.8 Pracovnici v obchodním domě, jejímž úkolem je vybalování a ukládání zboží na prodejní plochu, byl přidělen pracovní oděv podle obrázku. Po několika dnech si stěžovala, že je jí při práci chladno a cítí průvan. Na jejím pracovišti byla změřena teplota vzduchu t a = 21 C, výsledná teplota t g = 26-0,3.n ( C), rychlost proudění 0,25 m/s a intenzita turbulence 0,5. Zjistěte, zda její stížnosti byly oprávněné. Odhadněte, na jakém úseku pracuje. Z naměřených hodnot vypočteme operativní teplotu. Odhadneme energetický výdej pracovnice a podle oblečení, rychlosti vzduchu najdeme hodnotu PMV a z toho PPD. Z hodnot proudění vzduchu určíme riziko průvanu. Obr. 26 Oblečení pracovnice Úloha 5.1.9 Navrhněte vhodnou skladbu oděvu pro skladníka, který umísťuje zboží na regály v prodejně a také jezdí s vysokozdvižným vozíkem. Pracuje v oddělení stavebnin, takže operativní teplota se pohybuje od 15 C do 22 C, s rychlostí proudění vzduchu od 0,1 do 0,4 m/s. Navrhněte oděv s variabilní skladbou, aby vyhověl pro celé teplotní rozmezí. Úloha 5.1.10 Zateplením stropu suterénu se zvýšila povrchová teplota podlahy v 1.NP ze 14 +0,1.n ( C) na 19,5 C, teplota vzduchu je před i po zateplení místnosti 21 C. Určete, jak klesl počet nespokojených osob. Ze známých teplot přibližně určete, o kolik procent se zmenšila tepelná ztráta podlahou. Podíl nespokojených osob s teplotou podlahy tp se vyjádří vztahem 100 94. exp 1,387 0,118. 0,0025. 52

Úloha 5.1.11 Pracovník má energetický výdej 140 W/m 2. Má oblek ve skladbě: spodky, košile s krátkým rukávem, kalhoty, ponožky, boty. Nachází se v prostředí o teplotě vzduchu 22-0,2.n ( C) a radiační teplotě 19+0,1.n ( C). Vlhkost vzduchu je 40 %. Určete jeho tepelnou bilanci, a jaká bude poměrná vlhkost jeho kůže. Rychlost proudění vzduchu je 0,23 m/s. Z přílohy P30 zjistíme funkční vlastnosti oděvu: Tepelný odpor I = 0,186 m 2.K/W Odpor proti odpařování R=0,027 m 2.kPa/W Zvětšení tělesné plochy oděvem f cl = 1,15 Tepelná bilance organismu je definována složkami Vypařování/pocení + akumulace = výdej energie práce výdej tepla dýcháním konvekce radiace Mechanická práce W = 0, jedná se o rovnovážný stav, takže akumulace tepla v těle S = 0. Poměrný podíl mokré kůže (míra pocení) je dána. Dýcháním se odvádí citelná a vázaná složka 0,00152. 28,56 0,8885. 0,641. 0,00127. 59,34 0,53. 11,63. Maximální tepelný tok odpařováním z povrchu kůže, Výměnu tepla konvekcí a sáláním lze stanovit. Výměnu tepla mezi kůží a oděvem popíše vztah Součinitel přestupu tepla konvekcí se stanoví jako nejvyšší z hodnot pro volnou a nucenou konvekci 2,38, 3,5 5,2. 8,7. Součinitel přestupu tepla sáláním pro stojící osobu a běžný oděv se stanoví 5,67. 10. 0,7. 273 273 Oba výrazy pro C+R musí být řešeny společně iteračně pro odvození teploty těla. 53

Úloha 5.1.12 Cvičenec v posilovně má energetický výdej 160 W/m 2. Vzduch má teplotu 23-0,2.n ( C) a vlhkost 50 %. Předpokládá se, že za této aktivity bude vydávat část energie pocením, přibližně 80 g/h vodní páry. Zjistěte, zda jeho oblek tento výdej vodní páry umožňuje. Skladba obleku: slipy, mikina s dlouhým rukávem, tepláky, ponožky a tenisky. Z přílohy P30 zjistíme funkční vlastnosti oděvu: Tepelný odpor I = 0,209 m 2.K/W Odpor proti odpařování R=0,029 m 2.kPa/W Zvětšení tělesné plochy oděvem f cl = 1,19 Parciální tlak syté vodní páry pro 21 C je 2487 Pa, pro danou vlhkost 1244 Pa. Parciální tlak syté vodní páry pro 33 C je 4500 Pa v krajním případě bude pokožka celá mokrá s vlhkostí 100 %. 4,5 1,1, 0,029 114 / Výparné teplo vody 1 W/m 2 odpovídá ztrátě vody 1,47 g/h.m 2. Při mokré kůži tak lze pocením vydávat 114.1,47 = 168 g/h. Výsledek Za daných podmínek umožňuje oděv vydávat 2,1 x více vodní páry, než je předpoklad pro fyzickou aktivitu. Vlhkost kůže bude tedy 50 %. To platí za předpokladu, že lze dostatek tepla, tedy M - E - C res - E res = C+R, dosazeno 160 114 - C res -E res = C + R vydávat prouděním a sáláním. 54