Toplinska ugodnost

Ivana Abrashi, dipl. ing. stroj.mr. sc. Ivan Cetinić, dipl. ing. stroj.

Damir Prodan – Abramović, dipl. ing. stroj.

17.05.2019.

Definicija ugodnosti

Toplinska ugodnost je sukladno normi HRN ISO 7730 definirana kao stanje svijesti koje izražava zadovoljstvo toplinskim stanjem okoliša. Kako je osjećaj ugodnosti individualan, ne postoji neki određeni skup stanja okoliša koji bi bili jednako doživljeni kod svih osoba.Ugodnost je skup veličina stanja okoliša u kojem postotak nezadovoljnih ne prelazi određenu vrijednost.

Što sve utječe na osjećaj ugodnosti?

Temperatura zraka u prostoru

• Netočno je da se čovjek najugodnije osjeća priodređenoj temperaturi, npr. 20 °C

• Pri vanjskim temperaturama do 26 °Ctemperature prostorije od 22 do 25 °C smatraju seugodnim, kao što je vidljivo na priloženomdijagramu

• Pri porastu vanjske temperature ugodnim mogubiti i više temperature prostorije. Višatemperatura ljeti je uvjetovana time što je čovjekobično lako odjeven i zbog toga mu treba višatemperatura okoline pri istoj temperaturi površinetijela, kako bi se moglo održati istu izmjenutopline prema okolini

• Za osobe koje obavljaju fizički rad najpovoljnije temperature trebale bi biti utoliko niže što je rad naporniji• Za vrijeme visokih ljetnih vanjskih temperatura i kada je čovjek lagano odjeven, sobna temperatura od 22 °C će

biti niska pogotovo pri kratkotrajnom boravku u rashlađenim prostorijama, kao npr. u robnim kućama i sl.Temperatura od 22 °C može biti ugodna samo u slučaju duljeg boravka.

• Za kratkotrajni boravak u rashlađenim prostorijama uz odgovarajuću odjeću u vrelim ljetnim danima trebaodržavati temperaturu koja bi mora biti sredina između 20 °C i vanjske temperature.

• Ugodnost uvelike ovisi i o srednjoj temperaturi okolnih površina

Temperatura ploha

• Srednja temperatura svih unutarnjih ploha prostorije, odnosno srednja temperature zračenja važan je čimbenik zaugodnost. Može se dogoditi da, iako temperatura zraka zadovoljava uvjete ugodnosti prilikom grijanja zimi, osobe uprostoriji osjećaju neugodu zbog nižih temperatura ploha.

• Uvodi se pojam osjetne temperature (srednja temperatura zraka i ploha)

𝑡𝑡𝑜𝑜 =𝑡𝑡𝑧𝑧𝑧𝑧 + 𝑡𝑡𝑠𝑠𝑧𝑧

2

𝑡𝑡𝑠𝑠𝑧𝑧 =∑𝐴𝐴𝑖𝑖 � 𝑡𝑡𝑖𝑖∑𝐴𝐴𝑖𝑖

Pri čemu je:

𝑡𝑡𝑜𝑜 - Osjetna temperatura𝑡𝑡𝑧𝑧𝑧𝑧 - Temperatura zraka u prostoriji𝑡𝑡𝑠𝑠𝑧𝑧 - Srednja temperatura svih ploha𝐴𝐴𝑖𝑖 - Ploha prostorije (zidovi, pod, strop, ljudi itd.) [m2]𝑡𝑡𝑖𝑖- - Temperatura pojedine plohe prostorije [°C]

• Na primjer: ako želimo postići u prostoriji osjetnu temperaturu od 20°C, a srednja temperatura svih ploha iznosi 18.5°C,zrak treba grijati na 21.5°C.

• Ako je brzina strujanja zraka veća od 0.2 m/s, temperatura zraka koja djeluje na čovjeka postaje sve utjecajniji faktortoplinske udobnosti pa je točniji izraz za osjetnu temperaturu:

Pri čemu je:

𝑎𝑎 - 0.5 za brzinu zraka v < 0.2 [m/s] 𝑎𝑎 - 0.6 za brzinu zraka v = 0.2 –0.6 [m/s]𝑎𝑎 - 0.7 za brzinu zraka v = 0.6 –1.0 [m/s]

𝑡𝑡0 = 𝑎𝑎 � 𝑡𝑡𝑧𝑧𝑧𝑧 + 1 − 𝑎𝑎 � 𝑡𝑡𝑠𝑠𝑧𝑧

• Ako je temperatura ploha niža od temperature zraka, kao što je slučaj zimi prilikom grijanja prostorija, onda će sobna temperatura od 20 °C biti niska i morat će se regulirati, kako bi se osjetila ista ugodnost.

Temperaturni profili različitih vrsta radijatorskog grijanja

A - teorijski, B1 - radijator na vanjskom ziduB2 - radijator na unutrašnjem zidu, C - grijanje toplim zrakom

A - teorijski, B - podno grijanjeC - stropno grijanje

Temperaturni profili različitih vrsta podnog i stropnog grijanja

• Pri poboljšanoj toplinskoj izolaciji zidova, koja se danas obično traži, te prozorima sa troslojnim staklom s LOW-E premazom, moguće je i postavljanje ogrjevnih tijela na unutarnjim zidovima.

• Iskustvo je pokazalo da je kod podnog grijanja površinska temperatura viša od 27 °C neugodna u prostorijama za trajni boravak.

• Na površinama po kojima se ne hoda (rubne zone) dopuštene su i više temperature, do 35 °C. • Pri stropnom grijanju dozračivanje topline na tijelo čovjeka ne bi trebalo biti preveliko, pa što je prostorija niža,

utoliko mora biti niža i srednja temperatura stropa npr. pri visini prostorije od 3 m, maksimalno 35 °C.

Vlažnost

• Budući da se hlađenje ljudskog tijela dijelom vrši ishlapljivanjem vlage s površine kože vlažnost zraka postaje jedan odčimbenika ugodnosti.

• Pri normalnoj sobnoj temperaturi od 20 °C, odavanje topline uslijed isparavanja ima minimalnu ulogu, zbog čega semože pretpostaviti da i vlažnost zraka nema veliki utjecaj u ovom području.

• Donja granica relativne vlažnosti zraka je oko 30%, Niže vrijednosti, kakve se mogu javiti u prostoru u sezoni grijanja,dovode do osjećaja “suhog” zraka što nije prihvatljivo u smislu ugodnosti. U tom slučaju se sve vrste vune i umjetnihmaterijala pune statičkim elektricitetom i skupljaju okolne čestice prašine. Osim toga, nastaje i sušenje sluznice gornjihdišnih puteva koji će time biti ograničeni u svojoj funkciji. Preporučuje se održavanje relativne vlažnosti u prostoruizmeđu 40% i 60% za temperature zraka do 25°C.

• Kod povećane razine fizičke aktivnosti zbog znojenja veći je i udio latentne topline, što daje mogućnost smanjenjarelativne vlažnosti zraka za održavanje iste razine toplinske ugodnosti.

• Slične su okolnosti i pri visokom stupnju relativne vlažnosti, preko 70%, kada se na hladnim mjestima lako može pojavitivlaga, pri čemu dijelovi opreme prostorije koji sadrže organske tvari, odaju mirise uslijed stvaranja pljesni, što ćetakođer smetati ljudima.

Vlažnost < 30%

Vlažnost 40 – 60 %

Vlažnost > 70 %

- Osjećaja “suhog” te se dolazi do sušenja sluznice gornjih dišnih puteva zbog ćega om se ograničava funkcija.

- Sve vrste vune i umjetnih materijala pune statičkim elektricitetom i skupljaju okolne čestice prašine.

- optimalna vlažnost

- na hladnim mjestima lako može pojaviti vlaga, - dijelovi opreme prostorije, koji sadrže organske tvari, odaju mirise uslijed stvaranja pljesni.

• Pri visokim sobnim temperaturama, vlažnostpostaje važan čimbenik jer se tada utjecajisparavanja na odavanje topline poveća.

• Ovo se vidi kada se promatra gornja granicaugodnosti u h,x-dijagramu za vlažni zrak zazimsko i ljetno razdoblje prema ASHRAEStandard 55.

• Prema navedenom dijagramu za laki fizički raduz sjedenje i brzinu strujanja zraka u zoniboravka do 0.2 m/s temperaturu zraka uprostoriji u ljetnom razdoblju treba održavatina 26°C.

Područje ugodnosti

Utjecaj vlage i temperature na ugodu u prostoru

• Na slici lijevo prikazan je utjecaj vlage i temperature na osjećaj ugodnosti u nekom prostoru.

• Tamno šrafirano područje odgovara kriterijima ugodnosti u klimatizaciji, a svijetlo područje uvjetno odgovara postavljenim zahtjevima na sustav klimatizacije.

Strujanje zraka

• Brzina strujanja zraka ima iznimno velik utjecaj na toplinsku ugodnost. Strujanje zraka sa nižom temperaturom odsobne koje je usmjereno na jedan dio tijela je neželjeno. U tom slučaju se govori o propuhu.

• Ljudi su najosjetljiviji na propuh na nepokrivenim dijelovima tijela (npr. lice, ruke i donji dio nogu).

• Za standardne temperaturne uvjete, brzine strujanja zraka u zoni boravka do 0.15 m/s ne utječu značajno na toplinskuugodnost.

• Osobe s višom razinom fizičke aktivnosti manje su osjetljive na propuh te su u tom slučaju prihvatljive brzine zraka i do0.5m/s.

• Postotak ljudi nezadovoljnih zbog propuha može se izračunati iz sljedeće jednadžbe:

𝐷𝐷𝐷𝐷 = 34 − 𝜗𝜗𝑎𝑎 � 𝑣𝑣𝑎𝑎 − 0.05 0.62 � 37 � 𝑆𝑆𝐷𝐷 � 3.14

Pri čemu je: 𝐷𝐷𝐷𝐷 – ocjena propuha (draught rating) [%], 𝜗𝜗𝑎𝑎 – temperatura zraka [°C], 𝑣𝑣𝑎𝑎 – brzina strujanja zraka [m/s], 𝑆𝑆𝐷𝐷 – standardno odstupanje brzine strujanja zraka [m/s]

• Niska turbulentnost zraka

• U prihvaćenim rasponima temperature zraka, preporučljiva brzina zraka je do 0.15 m/s za osobe u mirovanju (niskaturbulentnost zraka)

• Iz gore prikazanih dijagrama je vidljivo da fluktuacije brzine strujanja zraka imaju utjecaj na ugodnost.• Osobe s višom razinom fizičke aktivnosti manje su osjetljive na propuh (visoka turbulentnost zraka) te su u tom slučaju

prihvatljive brzine zraka i do 0.5 m/s

• Visoka turbulentnost zraka

Utjecaj brzine strujanja zraka na osjećaj ugodnosti

Stupanj fizičke aktivnosti

• Količina topline koju proizvodi ljudski metabolizam ovisi o razini fizičke aktivnosti.• Za lakši opis izmjene topline povezane sa stupnjem fizičke aktivnosti, uveden je pojam metaboličkog učinka M• Jedinca za istu je met i predstavlja toplinski tok koji se odvodi od ljudskog tijela u okolinu sveden na površinu kože.• 1 met (engl. metabolic rate) iznosi 58.2 W/ m2

• Pri nižim temperatura zraka viši je udiotopline predane konvekcijom, a ako setemperatura povisi, udio (osjetne)topline predane konvekcijom se smanji, aporaste udio (latentne) topline predaneishlapljivanjem.

• Na slici lijevo prikazani su načini izmjenetopline čovjeka i okoline.

• Pri velikom fizičkom naporu, mogu sepostignuti kratkotrajne vrijednosti kojesu za 5 do 10 puta veće od normalnihvrijednosti odavanja topline čovjeka

Zračenje

Isparavanje

Konvekcija

Vođenje topline

1 MET 2 MET 3 MET

4 MET 5 MET 6 MET 7 MET

Metabolički ekvivalent pojedinih aktivnosti

• Uobičajena vrijednost razine tjelesne aktivnosti iznosi 1,2 met i opisuje uobičajen rad koji uključuje sjedenje zaradnim stolom u uredu.

• Ako hlađenje organizma uslijed povećanja cirkulacije krvi u krvnim žilama bliže površini kože nije dovoljno, tijeloreagira znojenjem, jer se hlapljenjem vlage u obliku kapljevine s površine kože efekt hlađenja dodatno pojačava.Znojenje će pri istoj temperaturi zraka nastupiti ranije zbog relativne vlažnosti zraka.

• Stvaranje znoja slijedi prema jednadžbi:

𝑆𝑆 = 0.42 � 𝐴𝐴 � 𝑄𝑄𝐴𝐴� 1 − 𝜂𝜂 − 58 [W] (prema Fangeru)

Pri čemu je:η = stupanj korisnosti (Q/A>58 W/m2).

• Uobičajena vrijednost razine tjelesne aktivnosti iznosi 1,2 met i opisuje uobičajen rad koji uključuje sjedenje zaradnim stolom u uredu.

Stupanj odjevenosti

• Količina odjeće koju čovjek ima na sebi utječe na izmjenu topline.• Prolaz osjetne topline od tijela do vanjske površne odjeće obavlja se konvekcijom u zračnom sloju između tijela i

odjeće, provođenjem kroz odjeću i u završnoj fazi konvekcijom u zračnom sloju između odjeće i okoline.

• Kako bi se olakšalo praćenje ovih postupakauvedena je veličina Icl.

• Mjerna jedinica je 1 clo = 0,160 [m2K/W], ato je toplinski otpor poslovnog odijela skošuljom, kravatom i sakoom.

• Na niže prikazanoj slici može se očitatinajpovoljnija temperatura u ovisnosti oodjevenosti i aktivnosti čovjeka

Hvala na pažnji!