belépés / regisztráció
2020. december 2. szerda
Aktuális lapszám

Embertől függő tényezők hatása a hőkomfortra

A technológia folyamatos fejlődése, illetve a fiziológia, ergonómia, pszichológia és más tudományágakban megjelenő újabb és újabb fejlesztések és eredmények folyamatosan átértékelik az emberépület- energia viszonyrendszert. Ezt a kapcsolatot ugyanis meglehetősen sok tényező befolyásolja, melyek együttes hatása gyakran nem ismert, vagy igen nehezen megállapítható.

 

A hosszabb emberi tartózkodásra alkalmas zárt terek méretezése egy optimumkeresési folyamat, melynek célja a komfortparaméterek minél magasabb szintű biztosítása a lehető legkisebb energiabevitellel.

A komfortérzet fontos feltétele a hőkomfort, amelynek megvalósulása érdekében ismerni kell az ezt befolyásoló tényezőket és ezen paraméterek változásának hatásait. A zárt terekben kialakuló hőkomfortot hat paraméter befolyásolja, ebből három a helyiség levegőjére, egy a határolószerkezetekre, a maradék kettő pedig az emberre vonatkozik.

Célunk az emberi tevékenységi szint és a ruházat szigetelő képessége, illetve ezek változása hőkomfortra gyakorolt hatásának értékelése kisterű irodahelyiségek esetén. Ezen belül a következő kérdésekre keressük a választ:

  • A szabványban, a kisterű irodák esetén a ruházatra és a tevékenységi szintre vonatkozó értékek milyen szinten egyeznek meg a semleges hőérzethez tartozó paraméterekkel?
  • A tevékenységi szint vagy a ruházat szigetelő képességének változása befolyásolja nagyobb mértékben a hőkomfortot?

A hőérzet értékelésének elméleti alapjai

Az emberi szervezet folyamatos metabolizmus által energiát termel. Ennek egy része, a biológiai folyamatok miatt, hő formájában felszabadul, másik része az izommunka energiaigényét látja el.

A hőérzet matematikai modellezése (a Predicted Mean Vote model szerint) a hőegyensúlyi alapegyenleten alapszik, amely a következő módon írható le:

(Képlet)1

ahol: H- az emberi test belső hőtermelése, Ed – a bőrön keresztül páradiffúzióval való hőveszteség, Esw – a bőr felszínéről az izzadás következtében elpárolgó hőveszteség, Ere- a kilégzés rejtett hője okozta hőveszteség, K- a hőátadás a bőr felületéről a felöltözött emberi test külső felületére a ruházaton keresztül, S- sugárzásos hőveszteség a ruházattal borított test külső felületéről, C-a konvekciós hőveszteség.

Az egyenletből kiindulva a várható hőérzeti érték (PMV) különböző tevékenységi szintek, eltérő szigetelőképességű ruhák, levegő hőmérséklet, közepes sugárzási hőmérséklet, relatív páratartalom mellett kiszámolható.

A vizsgálati módszer bemutatása

Az emberi szervezet és környezete közötti kapcsolatot egyértelműen, és nagy mértékben befolyásolja a ruházat típusa és hőszigetelő képessége. A ruházat hőszigetelő képességének kvantifikálására bevezették a clo értéket, amelyre érvényes:

1 [clo]=0,155 [m2C/W].

Megtalálhatóak adatok különböző ruházatok hőszigetelő képességeire vonatkozóan, például a tipikus üzletember ruházathoz 1 clo, az igen nehéz téli öltözethez 3-4 clo tartozik.

Másrészt egyes ruhadarabok szigetelő képessége is ismert, például egy vastag zakóhoz 0,49 clo, egy könnyű rövid ujjú inghez 0,14 clo rendelhető. A különböző ruhadarabok ismeretében a ruházat szigetelő képessége a következő összefüggéssel kapható meg:

(Képlet)

A hőkomfortot jelentősen befolyásolja az egyén aktivitási szintje is. Ennek leírására a különböző tevékenységekhez változó M/FDU érték tartozik, így az alvást 0,7 met, a birkózást 8,8 met jellemzi.

A vizsgált irodai környezetben jellemző tevékenységi szintek a következők2:

Gépelés (elektromos) 30 [szó/perc] - 0,9 [met];
Gépelés (elektromos) 40 [szó/perc] – 1,0 [met];
Gépelés (kézi) 30 [szó/perc] - 1,1 [met];
Gépelés (kézi) 30 [szó/perc] - 1,2 [met];
Különböző irodai munkák (pl. ívek kitöltése, ellenőrzése) – 1,0 - 1,2 [met];
Rajzolás - 1,2 [met].

Ennek megfelelően a számítások esetén 0,9 M/FDU és 1,2 M/FDU közötti értékek szerepelnek.

A különböző paraméterek mellett kiadódó várható hőérzeti értékeket, és az ehhez tartozó százalékos elégedetlenségi arányt saját fejlesztésű számítógépes program segítségével határoztuk meg. A program működésének blokkdiagramja az 1. ábrán látható.

Eredmények

Az MSZ CR 1752, illetve MSZ EN 15251 szabványok tervezési alapértékeket tartalmaznak, megkülönböztetve a terek és épületek rendeltetését. Ezen szabványok a kisterű irodahelységekre a következő, 2. ábrán látható értékeket tartalmazzák3.

Ezen paraméterek, illetve a fent felsorolt irodai aktivitási szintek figyelembevételével lehet vizsgálni a ruházat és a tevékenységi szint változásának hőkomfortra gyakorolt hatását.

A ruházat hatása a hőérzetre téli esetben

Mivel a vizsgálat célja a ruházat és a tevékenységi szint elemzése, ezért az összes téli helyzetre számolt eredménynél a levegő hőmérséklete és a közepes sugárzási hőmérséklet egyaránt állandó, 22 °C. A relatív páratartalom a téli viszonyok mellett 45%. Mindkét évszak esetén differenciáltan kell kezelni a különböző kategóriájú épületeket. A három kategória esetén, télen, az aktuális légsebesség 0,15 m/s-től 0,21 m/s-ig, a tartandó PMV [-0,2, 0,2]-től [-0,7, 0,7]-ig változik. A hőmérséklettel elégedetlenek százalékos értéke 6%-nál, 10%-nál, illetve 15%-nál kell kisebbnek lennie (A, B és C kategória). A korábban leírt irodai tevékenységeknek megfelelően négy eltérő aktivitási szinttel lehet számolni: 0,9 met, 1 met, 1,1 met, 1,2 met.

A ruházat szigetelőképességét a 0,8 clo–1,6 clo intervallumban vizsgálva a következő módon (3-4. ábra) adódnak a várható hőérzeti szavazatok értékei a ruházat szigetelő képessége és a tevékenységi szint függvényében.

A diagram egy „A” kategóriás épület esetén mutatja a PMV értékét a fent említett négy tevékenységi szint mellett. A különböző M/FDU értékek megváltozásai jellegre megegyeznek. Látható, hogy a szabványban is megjelenő, 1,2 met értékhez tartozó görbe hozzávetőleg az 1 clo ruházati értéknél metszi az abszcisszát. Ezen tevékenységi szint mellett az Iclo=1,02 clo értéknél lesz a hőkomfort egyenlet, így a várható hőérzeti érték zérus. Az „A” kategóriának megfelelő hőkomfortot a ruházat 0,88 clo és 1,2 clo értékei között lehet biztosítani.

A tevékenységi szint csökkenésével a görbék a negatív PMV értékek fele tolódnak. A 0,9 met tevékenységi fok mellett, a vizsgált intervallumban nem is éri el a neutrális szintet. A maximum ebben az esetben is az 1,6 clo értéknél adódik, ekkor a PMV –0,1. Ezen tevékenységi szint mellett 1,68 clo esetén adódna a termikusan semleges környezet. A vizsgált legkisebb aktivitási szinten csak az 1,5 clonál magasabb ruházat mellett lehet „A” kategóriának megfelelő hőkomfortot biztosítani.

További épületkategóriák esetén a PMV és PPD paraméterek alakulását nem ismertetjük, mert ezen mutatók változásai az irodahelyiségek kategóriájától függetlenül jellegre azonosak.

A tevékenységi szinthez minden kategóriában hozzárendelhető egy ruházat, amelyre a várható hőérzeti érték nulla lesz. Így meghatározható a ruházat relatív változtatásának hatása konstans tevékenységi szint mellett.

A három kategória és négy vizsgált aktivitási szinthez tartozó ideális ruházati szigetelőképességet az 5. ábra tartalmazza.

Mindhárom helyiségkategóriára szerkeszthető egy-egy diagram, amely megmutatja, hogy a semleges ruházattól ±5, ±10, ±15, ±20 százalékkal való eltérés milyen mértékben változtatja meg az elégedetlenek százalékos arányát.

Mivel a három különböző kategória esetén az értékek nagyon nagyfokú lefedést mutatnak, elég csak az egyik esetet vázolni (6. ábra).

Amennyiben az egyensúlyi helyzethez tartozó ruházati szintet növelni kezdjük, a várható százalékos elégedetlenségi arány nőni kezd a túlzott melegérzet miatt. A diagramból látható, hogy a negatív irányú változás gyorsabb, mint a pozitív, vagyis ugyanolyan mértékű változtatásnál többen fogják hűvösnek érezni a környezetüket, mint melegnek. Másrészt látható az is, hogy a ruházat viszonylag nagy megváltoztatása is csak kevéssé befolyásolja a PPD értékét. A gyorsabban változó negatív oldalon is belátható, hogy 1,2 met tevékenységi szint mellett csak 2%-kal nő az elégedetlenek várható százaléka. Ez a növekedés még a legkellemetlenebb, 0,9 met mellett is csupán 4%. Vagyis téli esetben adott hőmérséklet, tevékenységi szint, relatív nedvességtartalom mellett a ruházat megváltozásának kis hatása van.

Megállapítható, hogy:

  • a legjobb kategóriájú épületeknél hozzávetőleg 1,2 met és 1 clo értékek mellett adódik az ideális hőérzet, ez egybevág a szabványban megjelenő adatokkal,
  • a különböző kategóriák esetén, a tevékenységi szinttel változik a PMV tolerancia intervallumhoz tartozó ruházati szigetelőképesség,
  • az „A”-tól a „C” kategória fele haladva a semleges hőérzethez tartozó szigetelőképesség növekszik, az alsó ruházati toleranciaküszöb csökken,
  • a négy tanulmányozott tevékenységi szinten az ideális PMV-hez tartozó ruházat arányos megváltozásának hatása a 3 kategória esetén szinte azonos,
  • a ruházat meghatározó megváltozása is csak kis mértékben befolyásolja a PPD értékét,
  • a ruházat százalékos változásának hatása a különböző tevékenységi szintek esetén nagyon hasonló.

A ruházat hatása a hőérzetre nyári esetben

A téli körülményekhez hasonlóan lehet vizsgálni a várható hőérzeti értéket és az elégedetlenek százalékos értékét nyári esetben is, az eredmények jellegre hasonlóak.

Nyári esetben is hozzárendelhető minden tevékenységi szinthez, mindhárom kategóriában egy ruházat, amelyre a várható hőérzeti érték nulla lesz. Ezzel meghatározható a ruházat relatív változásának hatása konstans tevékenységi szint mellett. A nyári ruházati adatok alapján (7. ábra) megállapítható, hogy:

  • nyári esetben, 1,2 met tevékenységi szint mellett, a semleges hőkomforthoz tartozó ruházat szigetelő képessége 0,62 clo, ez magasabb, mint a szabványban szereplő 0,5 clo,
  • nyári esetben a ruházat szigetelő képessége kisebb intervallumban teljesíti a különböző kategóriák kritériumait,
  • nyári esetben a tevékenységi szint megváltozásának nagyobb hatása van, mint téli esetben,
  • a tevékenységi szint megváltozása nagyobb mértékben befolyásolja a PPD módosulását, mint a ruházat szigetelőképességének csökkenése vagy növekedése.

Összegzés

Ezen cikk a ruházat szigetelőképességének és a tevékenységi szint változásának hőérzetre gyakorolt hatását vizsgálja kisterű irodahelyiségek esetén. Összegzésként az alábbi következtetések adódnak:

  • téli esetben az ideális hőérzethez tartozó paraméterek egybevágnak a szabványban megjelenő adatokkal, nyári esetben azonban egy „A” kategóriás épületben, 1,2 met tevékenységi szint mellett a semleges hőkomforthoz tartozó ruházat szigetelő képessége 0,62 clo, ez magasabb, mint a szabványban szereplő 0,5 clo,
  • a tevékenységi szint megváltozása nagyobb mértékben befolyásolja a PPD módosulását, mint a ruházat szigetelőképességének csökkenése vagy növekedése,
  • nyári esetben a tevékenységi szint megváltozásának nagyobb hatása van, a ruházat megváltozásának hatása viszont kisebb, mint télen.

***

Hivatkozások:
1Bánhidi,1994, 70. oldal
2Bánhidi-Kajtár, 2000, 37.oldal
3MSZ CR 1752

***

1. ábra. A számoló program blokkdiagramja
2. ábra. Kisterű irodahelyiségek határértékei
3. ábra. PMV érték módosulása a ruházat szigetelő képessége függvényében – téli eset
4. ábra. PPD érték módosulása a ruházat szigetelő képessége függvényében – téli eset
5. ábra. Ideális ruházati szigetelőképesség – téli eset
6. ábra. PPD a ruházat változásának függvényében – téli eset
7. ábra. Ideális ruházati szigetelőképesség – téli eset


Felhasznált irodalom:
András Balázs: Irodahelyiségek levegő hőmérsékletének optimalizálása hőkomfortra, Magyar Épületgépészet 2015/1-2.
Bánhidi László: Ember –Épület- Energia, Akadémiai Kiadó Budapest, 1994.
Bánhidi László: Zárt terek hőérzeti méretezése, Műszaki Könyvkiadó, 1976.
Bánhidi László: Kajtár László: Komfortelmélet, Műegyetemi Kiadó, 2000.
Fanger, P.O.: Calculation of thermal comfort: introduction of a basic comfort equation. ASHRAE Transactions, 73. 1967.
Fanger, P.O.: Thermal Comfort. Robert E. Krieger Publ. Co. Malabar, Florida, 1982.
Hasan, A.-Kurnitski, J.-Jokiranta, K.: Thermal comfort assessment of radiator and floor heating systems. Indoor Air 2008. Coppenhagen 915
N Lee, J. Y.-Song, G-S.-Isoda, N.: Evaulation of thermal comfort in wall cooling system. Indoor Air 2008. Coppenhagen 1049 S.
Van Hoof, J.: Forty years of Fanger’s model of thermal comfort: comfort for all? Wiley Online Library, Indoos Air Issue 3, 2008.
Williems, R.N.: A field investigation of thermal comfort, environmental satisfaction and perceived control levels in UK office buildings. Proceedings of Healthy Buildings ’95. Vol. 3. Milan, 1995.
Zöld András: Épületgépészet 2000- Alapismeretek, Épületgépészet Kiadó Budapest, 2000. MSz CR 1752 MSZ EN 15251

András Balázs
doktorandusz
BME Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék



A szerzõ egyéb cikkei:

  Élőalanyos komfortvizsgálatok a BME ÉPGET Tanszéken
  Intelligens épületek komfortja
  Klimatizálás energiatakarékosan, gazdaságosan

Eseménynaptár

Hirdetés
Kiadja a Média az épületgépészetért Kft.
Szerkesztőség és kiadóhivatal:
H-1112 Budapest, Oltvány u. 43. I/2.
Telefon: +36 (1) 614 5688
E-mail: kiado@magyarinstallateur.hu

 
Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Zrt. Hírlap Igazg.
Előfizetés és reklamáció: +36 (1) 767-8262
E-mail: hirlapelofizetes@posta.hu
 
 
elfelejtettem a jelszavam