+
Přidat firmu
Vyhledávání
Menu

Komplexní způsob hodnocení mikroklimatu budov na základě odezvy lidského organizmu – Část 2.5

Hodnocení neuniformního tepelně-vlhkostního mikroklimatu (tepelně-vlhkostní asymetrie)

Prakticky každý ze čtenářů pozná nepříznivé vlivy na lidský organizmus, které popisujeme slovy „vedro“, „dusno“, „průvan“, „otopná plocha žhne“, či „čiší na nás chlad“. Práce autorů podává ověřené výsledky experimentů, které mají za cíl definovat tepelně-vlhkostní okrajové podmínky, za kterých je prostředí ještě fyzicky i psychicky přijatelné. To má význam pro techniky, kteří jsou odpovědni za vytváření a udržování mikroklimatu, zejména na pracovištích a ve všech prostorách, které využívají lidé k práci i odpočinku.

Recenzent: Vladimír Galád

Úvod

Na základě několikaletých experimentů bylo navrženo nové kritérium pro hodnocení neuniformního tepelně-vlhkostního mikroklimatu (hygrotermální asymetrie) (HTA): rozdíl stereoteploty korespondující exponovanému povrchu minus globeteplota (rovna střední stereoteplotě celého exponovaného subjektu). Je rozdělena do tří kategorií: A (interiéry s vysokými nároky, s klimatizací), B (interiéry s hybridní ventilací) a C (s přirozeně větranými prostory). Nezbytné je použití nového přístroje, kulového stereoteploměru Jokl – Jirák, jehož popis je předmětem samostatné práce.

Hygrotermální asymetrie (HTA), nebo přesněji neuniformní tepelně-vlhkostní zátěž člověka (HT NUN), je častým jevem, jak v rezidenčních budovách, tak na pracovištích. Jednostranná radiace od oken, a to jak pozitivní (důsledek intenzivní solární radiace v létě), tak negativní (během nízkých teplot venku v zimě) není ničím neobvyklým (obr. 2.5.1). Je častým zjevem i v průmyslu, zvláště v horkých provozech (ocelárny, sklárny).

Image 1Obr. 2.5.1 • HTA na pracovišti u okna

Teorie HTA

Hygrotermální asymetrie (HTA) nebo přesněji neuniformní tepelně-vlhkostní zátěž člověka (HT NUN) je stav této složky prostředí způsobující signifikantní změny tepelné zátěže člověka v prostoru (tj. např. ve směru souřadných os x, y, z) nebo v čase, nebo současně v prostoru a v čase.

HTA způsobuje nadměrné ohřívání nebo ochlazování exponovaných povrchů lidského těla a následkem toho i psychický diskomfort spojený s poklesem výkonnosti člověka. Vysoké intenzity osálání mohou způsobit lokální hyper– nebo hypotermii (přehřívání nebo podchlazování) ohrožující lidské zdraví (např. revmatické onemocnění kloubů a svalů, lumboischiadický syndrom, viz obr. 2.5.2) (Jokl 1989, 2002, 2004).

Image 2Obr. 2.5.2 • Lumboischiadický syndrom způsobený průvanem

Nejprve je pojednáno o zdrojích HTA, dále o druzích exponujících toků a z toho vyplývajících druzích HTA.

Zdroje HTA

Dosud jsou brány v úvahu tyto zdroje HTA: průvan, vertikální rozdíl teplot, nadměrně teplé nebo studené podlahy, stropy, stěny (EN ISO 7730) a tělesa s nadměrnou povrchovou teplotou (EN ISO 13202) (není zahrnuto do této práce). Jelikož cílem by měl být tepelný komfort člověka, není pochyb, že impakce na jednotlivé exponované části povrchu těla by měla být základem hodnoticího systému, tj. sálající zdroje by měly být rozlišeny na zdroje exponující hlavu, trup a nohy berouce v úvahu nejcitlivější části těla (tab. 2.5.1). Dominující zdroje jsou: strop, stěny, podlaha, vzduch a kontaktovaná tělesa. Z toho musí vycházet hodnoticí kritéria a rovněž tak ověřovací experimenty.

Image 13Tab. 2.5.1 • Zdroje a nová kritéria tepelně-vlhkostní asymetrie

Druhy exponujících hygrotermálních toků

Druhy exponujících toků také vytvářejí druhy HTA: konvekční, radiační, evaporační a kondukční. Kondukce odpadá u povrchů těla stýkajících se pouze se vzduchem, týká se pouze částí těla ve styku s jinými povrchy (obr. 2.5.3). Evaporace na povrchu těla má význam nejen v horkém prostředí, ale také v poměrně komfortních podmínkách (tzv. perspiratio insensibilis); tudíž pojem hygrotermální je preferován před termální (asymetrie).

Image 3Obr. 2.5.3 • Schéma a definice tepelně-vlhkostní asymetrie

Druhy HTA

HTA může být v prostoru, v čase a současně v prostoru a v čase (obr. 2.5.3) (Jokl 1992).

HTA v prostoru

HTA se může měnit jak vertikálně – s výškou člověka od hlavy ke kotníkům, a horizontálně – zepředu dozadu a do stran (HTA space nebo obecně NUN space). Záleží na tom, které citlivé části lidského těla jsou exponovány. Nejcitlivější je hlava jako celek, ale také seshora a ze strany včetně obličeje, jež je považovaný za vůbec nejcitlivější. Dále na těle (obr. 2.5.4): krk (jsou zde umístěny receptory termoregulačních center), oblast pod lopatkou (snížené prokrvení), oblast nadledvinek (umístění dalších receptorů termoregulačních center) a záda v kříži (snížené prokrvení). Oblast kotníků a rukou je také důležitá, neboť má přímé spojení s horními cestami dýchacími; poklesne-li teplota kotníků nebo rukou, dochází bezprostředně k poklesu teploty sliznice dýchacích cest. V úvahu přichází celý povrch kotníků, nemá smysl uvažovat jeho jednotlivé části.

Image 4Obr. 2.5.4 • Body citlivé na teplo na lidském těle

Kritériem je rozdíl mezi lokální zátěží (qlocal) a střední celkovou zátěží, tj. zátěží celého těla (qmean):

NUNspace = qlocal – qmean [W·m–2] (2.5.1)

kde

  • NUNspace je zátěž v prostoru [W·m–2].

Tepelné zátěže mohou být nahrazeny korespondujícími teplotami, jak je zřejmé z obecné teorie (viz Jokl 2011, Část 1), tj.

NUNspace = f·(Tst – Tg) [W·m–2] (2.5.2)

kde

  • Tst je stereoteplota (vysvětlení viz dále) [°C]
  • Tg je globeteplota [°C]

Zda je rodíl (Tst – Tg) skutečně požadovaným kritériem, bylo ověřeno experimentálně v klimatické komoře.

Experimentální ověření kritéria

Experimenty byly prováděny v klimatické komoře Národní referenční laboratoře pro měření a hodnocení tepelných podmínek Zdravotního ústavu v Ostravě a zahrnovaly měření fyzikálních faktorů tepelně-vlhkostního prostředí, fyziologických veličin odezvy organizmu, subjektivních pocitů a mentální výkonnosti.

Klimatická komora má vnitřní prostor 2 × 3 × 2 m (obr. 2.5.5).

Image 5Obr. 2.5.5 • Schéma klimatické komory (1 vertikální sálavý panel, 2 vertikální chladicí panel, 3 místo měření, 4 stropní sálavý panel, 5 směr proudění vzduchu, 6 okno kontrolní místnosti, 7 vstup)

Upravený vzduch je dopravován do komory ze strojovny vzduchovodem skrze otvor rozměru 1 × 1 m ve stěně podélné osy a odváděn ve stěně na protilehlé straně. Komora umožňuje nastavení rychlosti vzduchu (va) 0,2 m·s–1 až 2 m·s–1, teploty vzduchu (Ta) v rozmezí od 0 do 60 °C, a relativní vlhkosti vzduchu (RH) ( v závislosti na teplotě vzduchu) v rozmezí od 30 do 90 %. Intenzita jednostranného osálání má maximum 200 W·m–2.

Pokusy byly rozděleny do tří etap (SI až SIII) podle globeteploty (Tg). V první etapě SI globeteplota byla zvolena 19 °C, v SII Tg = 22 °C a v SIII Tg = 25 °C. Rozdíl teploty povrchu sálajícího panelu Ts a globeteploty Tg během pokusu byl v rozmezí –9 do +34 °C a intenzita osálání od sálajícího panelu byla během experimentu v rozmezí od –97 do +153 W·m–2.Rychlost vzduchu ve všechetapách byla va = 0,25 m·s–1, RH se pohybovala ve fyziologickém rozmezí 30 až 70 %. Tepelné podmínky v každé etapě byly zvoleny tak, aby byly optimální pro uniformní tepelnou zátěž sedícího subjektu (ES). Tepelné podmínky v každé etapě jsou souborně uvedeny v tab. 2.5.2.

Experimenty byly prováděny na skupině 24 žen ve věku 20 až 23 let, studentek Lékařské fakulty Ostravské univerzity. ES byly oblečeny do jednoduchého oděvu, který v závislosti na Tg (19 až 25 °C) měl tepelný odpor 1 až 0,5 clo (ES měly možnost změny oděvu tak, aby se cítily v pohodě v uniformním prostředí. ES byly obeznámeny s pokusy a pro hodnocení mentální výkonnosti na počítačových úlohách byly předtrénovány v optimálním prostředí, aby jejich výkon byl stabilní. Hodnocení mentální výkonnosti ES není součástí této práce.

ES byly exponovány jednotlivými tepelnými podmínkami vždy jednu hodinu. Po vstupu do komory se ES nejprve adaptovaly na experimentální podmínky po dobu 20 minut sezením u počítače. ES byly obličeji obráceny k sálavému teplu ve všech etapách. Fyzikální podmínky byly kontinuálně měřeny a zaznamenávány ve výši 110 cm nad podlahou u hlavy ES. Měřené fyzikální parametry: va, RH a radiační teplota (TrA) měřená jednak ve směru radiace, jednak na opačné straně (TrB) (přístrojem Indoor Climate Analyzer type 1213 fy Bruel and Kjaer). Globeteplota (Tg) a stereoteplota (Tst) byly měřeny kulovým stereoteploměrem Jokl – Jirák (obr. 2.5.6) (Jokl 1990, 2009, 2010).

Image 6Obr. 2.5.6 • Kulový stereoteploměr Jokl – Jirák

Stereoteplota (Tst) je teplota segmentu stereoteploměru korespondujícímu sálajícímu povrchu, tj. orientovaného směrem k radiační ploše (Jokl 1990, 2009, 2010).

Image 14Tab. 2.5.2 • Přehled mikroklimatických podmínek během pokusů

Fyziologické parametry – srdeční frekvence (HR) teplota pokožky (Tsk) byly průběžně měřeny během experimentu a zaznamenávány v půlminutovém intervalu do paměti počítače. Teplota pokožky byla měřena na 6 místech: na čele (Tsk forehead), prsou (Tsk chest), zádech (Tsk back), předloktí (Tsk forearm), stehnu (Tsk thigh) a lýtku (Tsk calf). Průměrná teplota pokožky (Tsk,mean) byla stanovena ze vzorce (Jirák a kol. 1975):

Tsk= 0,07·Tsk forehead + 0,15·Tsk chest + 0,19·Tsk back + 0,19·Tsk forearm+ 0,19·Tsk thigh+ 0,21·Tsk calf [°C]  (2.5.3)

Teplota jádra těla byla měřena sublinquálně (pod jazykem) (Tor) ihned po vstupu do komory a na konci pobytu v komoře. Na konci pobytu v komoře ES vyplnil dotazník, ve kterém uvedl jednak celkové, jednak lokální tepelné pocity. Byla použita sedmistupňová stupnice dle EN ISO 7730 (tab. 2.5.3).

Image 15Tab. 2.5.3 • Sedmibodová stupnice tepelných pocitů (EN ISO 7730: 2006)

Vodní bilance byla určována z rozdílu váhy ES před vstupem do komor a bezprostředně po jejím opuštění. Během experimentu ES nepřijímaly žádnou potravu ani nápoje, nemočily.

Pro statistické vyhodnocení byla použita korelační a regresní analýza – byla aplikována Stata v. 9 (Stata 2005).

Výsledky experimentu

Nebyly zjištěny statisticky významné rozdíly v průměrné HR a teplotě jádra těla během experimentů v jednotlivých etapách. Rovněž ztráty vody pocením a dýcháním během pobytu v komoře byly zanedbatelné.

Na základě teorie byla předpokládána platnost kritéria (viz rovnice 2.5.2) (Tst – Tg), jehož oprávněnost bylo nutno prokázat, a to:

  • a) z fyziologického hlediska jeho korelací s teplotou pokožky,
  • b) z psychologického hlediska jeho korelací s pocity člověka.

a) Z fyziologického hlediska

Image 7Obr. 2.5.7 • Celková produkce tepelného toku a jeho rozdělení na jednotlivé složky během tepelné výměny s okolním prostředím (qm metabolické teplo, qres respirační teplo, qtr termoregulační teplo, qev evaporační teplo, qc konvekční teplo, qr radiační teplo, Rt,wa celkový tepelný odpor oděvu, Rt,i celkový vnitřní tepelný odpor, Ct tepelná kapacita lidského těla, Ti vnitřní teplota těla, Tcore teplota jádra těla, Tsk teplota pokožky, Tg globeteplota)

Jak je zřejmé z obr. 2.5.7 teplota pokožky je fyziologickým reprezentantem tepelné zátěže lidského orgaizmu na hranici těla a okolního prostředí (podrobně viz Jokl 1992 a 2011, Část 2.1).

Vysoká korelace (R2 = 0,9230) byla nalezena mezi střední teplotou pokožky a (TstTg) a některými dalšími para­metry:

Tsk,mean = 23,452 +1,294·clo + 0,361·Tg – 0,04992·(TstTg) [°C]   (2.5.4)

kde

  • clo je tepelný odpor oděvu v jednotkách clo
  • Tg – globeteplota [°C]

Je zřejmé, že (TstTg) z fyziologického hlediska lze akceptovat jako kritérium jednostranného osálání člověka.

b) Z psychologického hlediska

Sedmibodová stupnice tepelných pocitů je běžně akceptována jako psychologický reprezentant tepelné zátěže člověka. Na základě experimentu vysoká korelace (R2 = 0,9951) byla zjištěna mezi (TstTg) a tepelnými pocity (senspoints) (obr. 2.5.8 a rovnice 2.5.5):

Image 8Obr. 2.5.8 • Korelace mezi (Tst – Tg) a pocity ES (Senspoints)(R2 = 0, 9951)

(TstTg) = 6,47·senspoints – 0,0824·To2 + 2,967·To – 23,024 [°C] ( 2.5.5)

Je tedy zřejmé, že i v tomto případě je platnost navrženého kritéria nesporná. Současně bylo zjištěno, že body pro hodnocení celkových pocitů člověka nejsou totožné s body pro hodnocení lokální tepelné (jak jsou uvedeny v tab. 2.5.2): pro kategorii A a B (pro vyšší požadavky, např. klimatizované prostory) je limit 0,5 a pro kategorii C (nižší požadavky, např. přirozeně větrané prostory) je limit 0,7. Tyto limity souhlasí s hodnotami v ISO EN 7730, viz Tab. A 1 tohoto standardu. Souborně jsou experimentálně zjistěné mezní hodnoty uvedeny v tab. 2.5.3. Současně je lze stanovit z rovnice 2.5.5.

Podrobněji lze pocity člověka v každé kategorii vyjádřit v jednotkách dThst (decithermstereo), viz tab. 2.5.4, stanovených z následujících vztahů (odvození viz Jokl 2011 Část 2.2):

Image 16Tab. 2.5.4 • Přípustné rozdíly stereoteplot a globeteplot pro kategorie A, B, C a výsledné teploty kulového teploměru: 19, 20, 21, 22, 23, 24 a 25 °C

Lth,st = 135 / log(42 / Tst,opt)··log(Tst / Tst,opt) [dThst]  (2.5.6)

Tst,opt = Tg,head,opt + (TstTg,head)Tg,opt  (viz rovnici 2.5.5) [°C] (2.5.7)

Image 17Tab. 2.5.5 • Přípustný pokles globeteploty v úrovni hlavy (110 cm nad podlahou) na globeteploty v úrovni kotníků (15 cm nad podlahou) pro kategorie A,B,C a globeteploty v interiéru 19, 20, 21, 22, 23, 24 a 25 °C

V létě (člověk vůči chladicímu povrchu) Tg,opt = 24,5 °C (viz tab. 2.5.6) a Senspoint = – 0,5:

(TstTg,head)24.5 = – 3,03 a Tst,opt = 24,5 – 3,03 = 21,5 °C

Lth,st = 135 / log(42 / Tst,opt)·· log(Tst / Tst,opt) = 464,219·log(Tst / 21,5) [dThst] a Senspoint = – 0,7:

(TstTg,head)24.5 = – 4,4 a Tst,opt = 24,5 – 4,4 = 20,1 °C

Lth,st = 135 / log(42 / Tst,opt)·· log(Tst / Tst,opt) = 418,968·log(Tst / 20) [dThst] a Senspoint = + 0,5:

(TstTg,head)24.5 = +3,5 a Tst,opt = 24,5 + 3,5 = 28 °C

Lth,st = 135 / log(42 / Tst,opt)·· log(Tst / Tst,opt) = 766,648·log(Tst / 28) [dThst] a Senspoint = + 0,7:

(TstTg,head)24.5 = +4,4 a Tst,opt = 24,5 + 4,4 = 29 °C

Lth,st = 135 / log(42 / Tst,opt)·· log(Tst / Tst,opt) = 839,284·log(Tst / 29) [dThst]

Image 18Tab. 2.5.6 • Přípustné termoregulační změny odpovídající předepsaným operativním teplotám nebo globeteplotám, aktivitám a požadovaným kategoriím A, B, C

A, B, C platí pro vytápěné a chlazené (klimatizované) místnost, NVB jsou přípustné hodnoty pro přirozeně větrané prostory (od třídy IIb je možné pocení); A požadována vysoká kvalita (10 dTh), B střední (15 dTh and C přípustná (22,5 dTh); x hodnoty pro návrh vytápěcího a chladicího systému (10 dTh velmi příjemná úroveň, 15 dTh příjemná, 22,5 dTh přijatelná,viz prEN 4666:2009 a Jokl 2011, Část 2.2 ) NVB hodnoty pro třídy I a IIa jsou již na počátku dlouhodobě únosných hodnot, pro další třídy IIb a vyšší hluboce v dlouhodobě únosné oblasti, tj. osoby vystavené těmto teplotám se budou potit (viz obr. 2.5.10 a Jokl 2011 Část 2.2).
**Při překročení těchto hodnot je již nutno použít režim práce a odpočinku,
*** Od třídy práce IIIa u žen a třídy práce IIIb u mužů nejsou tyto zátěže dlouhodobě únosné z hlediska energetického
Vytápěný (1,0 clo): tg,opt,1.0 = –0,1274Mmean + 30,838 [°C], e.g., Mmean = 0,5(106 + 130) [W·m–2)]
Chlazený (0,5 clo): tg,opt,0.5 = –0,1017Mmean + 31,708 [°C]

V zimě (člověk vůči hřejícímu povrchu) Tg,opt = 22,0 °C (viz tab. 2.5.6) a Senspoint = – 0,5:

(TstTg,head)22 = – 0,5 a Tst,opt = 22 – 0,5 = 21,5 °C (stejná hodnota jako pro léto, tj. platná pro celý rok)

Lth,st = 135 / log(42 / Tst,opt)·· log(Tst / Tst,opt) = 464,219 log(Tst / 21,5) [dThst] a Senspoint = – 0,7:

(TstTg,head)22 = – 2,0 a Tst,opt = 22 – 2 = 20 °C (stejná hodnota jako pro léto, tj. platná pro celý rok)

Lth,st = 135 / log(42 / Tst,opt)·· log(Tst / Tst,opt) = 418,968 log(Tst / 20) [dThst] a Senspoint = + 0,5:

(TstTg,head)22 = 5,7 a Tst,opt = 22 + 5,7 = 28 °C (stejná hodnota jako pro léto, tj. platná pro celý rok)

Lth,st = 135 / log(42 / Tst,opt)·· log (Tst / Tst,opt) = 766,648 log(Tst / 28) [dThst] a Senspoint = + 0,7:

(TstTg,head)22 = + 6,9 a Tst,opt = 22 + 6,9 = 29 °C (stejná hodnota jako pro léto, tj. platná pro celý rok)

Lth,st = 135 / log(42 / Tst,opt)·· log(Tst / Tst,opt) = 839,284 log(Tst / 29) [dThst]

Image 11Obr. 2.5.11 • Korelace mezi (TrA – TrB) a (Tst – Tg) (R2 = 0,90) pro klidný vzduch

Limity pro dThst na základě definice jsou stejné jako pro dTh, viz obr. 2.5.12.

Image 12Obr. 2.5.12 • Termální hladiny operativní teploty pro teplo a chlad

Hodnoty dThst umožňují náhled do experimentálních hodnot v tab. 2.5.4. Všechny hodnoty Tst = To,head + (Tst – Tg,head), které jsou větší než Tst,opt jsou pozitivní, tj. člověk pociťuje teplo, všechny hodnoty Tst = To,head + (Tst – Tg,head), které jsou menší než Tst,opt jsou negativní, tj. člověk pociťuje chlad. Viz následující příklad:

Teplota v místnosti To,head = 19 °C, stereo­teplota korespondující chladicímu povrchu je 19 °C přestože optimální chladicí stereoteplota je 21,5°C a optimální operativní teplota 24,5 °C. Exponovaný člověk (s vyššími nároky, např. v klimatizovaném prostoru) pociťuje chlad, neboť Lth,st = –24,9 dThst mírně nad přípustným limitem (–22,5 dTh) (obr. 5.12). Grafy na obr. 2.5.9 a 2.5.10, které udávají závislost mezi TstLth,st v jednotkách dThst, jsou názornější.

Image 9Obr. 2.5.9 • Vztah mezi Tst and Lth,st v jednotkách dThst pro osobu exponovanou chladnou plochou

Image 10Obr. 2.5.10 • Vztah mezi Tst and Lth,st v jednotkách dThst pro osobu exponovanou teplou plochou

Jak je zřejmé z Lth,st pro Tst < Tst,opt narůstá pocit chladu, pro Tst > Tst,opt narůstá pocit tepla i když hodnoty zůstávají v oblasti příjemných (nebo alespoň přijatelných) hodnot.

Průvan

Diferenci (TstTg) lze použít i pro posouzení průvanu v interiéru, neboť stereoteploty a globeteploty reagují na proudění vzduchu, tj.:

(TstTg) = Tst,exposed body part minus Tg,head [°C] (2.5.7)

Tudíž rovněž lze použít limity v tab. 2.5.4 .

Přípustný vertikální rozdíl teplot

Také v tomto případě lze obecné kritérium (TstTg) (viz tab. 2.5.1 a tab. 2.5.5) použít:

(TstTg) = Tst,ankle (= Tg,ankle) minus Tg,head [°C] (2.5.8)

Změny HTA s časem

HTA se může měnit v průběhu času; jednak během dne (např. během směny) nebo v důsledku přemístění z jednoho prostředí do druhého (obr. 2.5.2).

NUNtime = qnewqlast [W·m–2] (2.5.9)

kde

  • NUNtime je nerovnoměrnost v čase [W·m–2],
  • qnew je nová zátěž [W·m–2] a
  • qlast je původní zátěž [W·m–2].

Vyjádřeno teplotní diferencí (viz Jokl 2011, Část 1)

NUNtime = f·(Tg,new – Tg,last) (2.5.10)

Bez změny oděvu má člověk jedinou možnost jak se s tím vyrovnat: změna tepelné zátěže musí zůstat v termoregulačním rozmezí jeho organizmu:

Tg,new – Tg,last = DTg,tr [°C] (2.5.11)

kde DTg,tr je termoregulační schopnost lidského organizmu vyjádřená změnou globeteploty. Experimentálně stanovené hodnoty jsou shrnuty v tab. 2.5.6, podrobněji viz Jokl 2011, Část 2.3.

Změna HTA současně v prostoru a v čase

Je kombinací obou předchozích změn, tj. HTA v prostoru se mění současně v čase. Hodnocení je třeba provést dvěma způsoby: zvlášť změnu v prostoru a zvlášť v čase, tj. hodnocení v prostoru provést v každém časovém úseku.

Diskuze

Především jde o to, do jaké míry souhlasí nově navržené veličiny a veličiny po­užívané dosud pro hodnocení HTA. Jsou shrnuty v tab. 2.5.1. Je zřejmé, že dosud hlavním kritériem je RTA (Radiant Temperature Asymmetry) = TrA TrB. Naměřené hodnoty pro klidný vzduch z našeho experimentu by měly korelovat s naměřenými rozdíly Tst Tg, čemuž tak také je, viz obr. 2.5.11(R2= 0,90). Pro klidný vzduch je tedy shoda velmi dobrá (RTA nezahrnuje rychlost vzduchu).

Navržené kritérium má však jednu nespornou výhodu: zahrnuje vliv konvekce. Jestliže pak konvekce převažuje a není respektována, je to problém, jak je zřejmé z následujícího příkladu:

Člověk pracující u velkého okna v létě je vystaven intenzivnímu sálání, které mu působuje značný diskomfort. Dle EN ISO 7730 lze tuto situaci řešit snížením RTA na předepsaný limit 7, což lze provést dvojím způsobem:

  • a) snížením povrchové teploty okna, nebo též
  • b) umístěním sálajícího povrchu o téže teplotě na opačnou stranu. To je nonsens, takže RTA jako kriterium selhává.

Problém lze také řešit foukáním chladného vzduchu na osálaný povrch člověka (tzv. vzduchové sprchy v horkých provozech). Ani v tomto případě RTA jako kritérium nelze použít a snažit se to řešit další podmínkou – zachováním celkového tepelného komfortu, což nestačí, neboť vliv konvekce to také neřeší. Zajímavé je take srovnání vertikálního rozdílu teplot mezi hlavou a kotníky. RTA nebylo možno k tomuto účelu po­užít, tudíž byl navržen rozdíl teplot vzduchu pro tento účel (ISO EN 7730 ). Navržený system má jedno kritérium pro všechny případy včetně toho rozdílu:

(TstTg) = Tstereo,ankle (= Tg,ankle) minus Tg,head [°C] (2.5.7)

Takto stanovené hodnoty však do určité miry nesouhlasí s vertikálními rozdíly vzduchu dle EN ISO 7730 (viz Tab. A 2 v tomto standardu). Dřívější rozdíly 2 °C (kategorie A), 3 °C (kategorie (B) a 4 °C (kategorie C) platí pouze pro globeteploty 22,2 °C (kategorie A), 23,5 °C (kategorie B) a 24,2 °C (kategorie C). Je zřejmé, že čím je nižší globeteplota, tím nižší je i přípustný pokles teploty. Je to v perfektním souladu s fyziologií lidského organizmu (podrobněji viz Jokl 2011, Část 2.2).

Průvan, resp. jeho vliv na lidský organizmus, lze také posuzovat navrženým rozdílem teplot (viz tab. 2.5.1):

(TstTg) = Tstereo,exposed body part minus Tg,head [°C] (2.5.6)

Je zde určitá nevýhoda: není zahrnut vliv turbulence. O žádné korekci však nebylo uvažováno, neboť na základě mnohaletých zkušeností z praxe se jedná pouze o komplikaci bez signifikantního vlivu.

Závěr

Na základě několikaletých experimentů bylo navrženo nové kritérium pro hodnocení neuniformní tepelně-vlhkostního mikroklimatu (hygrotermální asymetrie) (HTA): rozdíl stereoteploty korespondující exponovanému povrchu minus globeteplota (rovna střední stereoteplotě celého exponovaného subjektu). Je rozdělena do tří kategorií: A (interiéry s vysokými nároky, s klimatizací), B (interiéry s hybridní ventilací) a C (s přirozeně větranými prostory). Nezbytné je použití nového přístroje, kulového stereoteploměru Jokl – Jirák, jehož popis je předmětem samostatné práce.

Literatura

1. EN ISO. 2005. EN ISO 7730: 2005, Ergonomics of the thermal environment – Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local comfort criteria.
2. EN ISO. 2000. EN ISO 13202: 2000, Ergonomics of the thermal environment – Temperatures of touchable hot surfaces – Guidance for establishing surface temperature limit values in production standards with the aid of EN 563.
3. Jirák, Z., Jokl, M., Štverák, J., Pechlát, R., Coufalová, H.: Correction factors in skin temperature measurement. Journal of Applied Physiology 38, 1975, 4: 752–756.
4. Jokl, M. V. 1989. Microenvironment: The theory and practice of Indoor climate. Thomas, Illinois, USA.
5. Jokl, M. V. 2002. Zdravé obytné a pracovní prostředí. Academia, Praha.
6. Jokl, M. V. 2004. Přirozená klimatizace. ERA, Brno.
7. Jokl, M. V. 1992. Hygrothermal microclimate: New system for evaluation of non-uniformity. Building serv. Eng. Technol. 13, 1992, no. 4, p. 225–230.
8. Jokl, M. V. 2011. Part 1. A Methodology for the Comprehensive Evaluation of the Indoor Climate Based on the Human Body Response, Part 1: Environment and Man – Theoretical Principles. ASHRAE Trans­actions, Volume 117, Part 1.
9. Jokl, M. V., Kabele, K., Jordán, F. 2011. Part 2.1. A Methodology for the Comprehensive Evaluation of the Indoor Climate Based on the Human Body Response, Part 2.1 Hygrothermal Microclimate Evaluation Based on Human Body Physiology. ASHRAE Transactions, Volume 117, Part 1.
10. Jokl, M. V. 2011. Part 2.2. A Methodology for the Comprehensive Evaluation of the Indoor Climate Based on the Human Body Response, Part 2.2 Hygrothermal Microclimate Evaluation Based on Human Body Psychology. ASHRAE Transactions, Volume 116, Part 2.
11. Jokl, M. V. 2011. Part 2.3. A Methodology for the Comprehensive Evaluation of the Indoor Climate Based on the Human Body Response, Part 2.3 Admissible Ranges of Optimal Operative Temperatures. ASHRAE Transactions.Submitted.
12. Jokl, M. V. 1990. The stereothermometer: A new instrument for hygrothermal constituent nonuniformity evaluation. ASHRAE Transactions 96, 1990, No. 3435, p. 13–18.
13. Jokl, M. V., Malý, S., Jirák, Z., Tomášková, H., Šebesta, D.: Kulový stereoteploměr – nový přístroj vyvinutý ve VÚBP Praha. JOSRA 1, 2008, 2.
14. Jokl, M. V., Malý, S., Jirák, Z., Tomášková, H., Šebesta, D.: Kulový stereoteploměr – nový přístroj pro stanovení operativní teploty a radiační teplotní asymetrie. Vytápění, větrání, instalace 18, 2009, 1: 36–38.
15. Jokl, M. V., Moos, P., Štverák, J. 1992: The human thermoregulatory range within the neutral zone. Physiol. Res. 41, p.: 227–236.
16. Jokl, M. V.:Komplexní způsob hodnocení mikroklimatu budov na základě odezvy lidského organizmu. Část 1: Mikroklima a člověk – teorie hodnocení. Topenářství instalace 45, 2011,1: 36–39.
17. Jokl, M. V., Kabele, K., Jordán, F.:Komplexní způsob hodnocení mikroklimatu budov na základě odezvy lidského organizmu. Část 2.1: Hodnocení tepelně-vlhkostního mikroklimatu z hlediska fyziologie člověka. Topenářství instalace 45, 2011, 3: 26–31.
18. Jokl, M. V., Jirák, Z., Malý, S., Kabele, K., Tomášková, H..:Komplexní způsob hodnocení mikroklimatu budov na základě odezvy lidského organizmu. Část 2.6: Návrh novely mikroklimatické části vládního nařízení č. 68/2010 Sb. Topenářství instalace 45, 2011, 5: 38–40.
19. Jokl, M. V.:Komplexní způsob hodnocení mikroklimatu budov na základě odezvy lidského organizmu. Část 2.2: Hodnocení tepelně-vlhkostního mikroklimatu z hlediska psychologie člověka. Topenářství instalace 45, 2011, 6: 26–30.

20. Jokl, M. V.:Komplexní způsob hodnocení mikroklimatu budov na základě odezvy lidského organizmu. Část 2.3: Přípustná rozmezí optimálních operativních teplot. ­Topenářství instalace 45, 2011, 7: 44–46.
21. Vládní nařízení České republiky 2007, č. 361/2007 Sb. v platné verzi.


A Methodology for the Comprehensive Evaluation of the Indoor Climate Based on the Human Body Response

2.5 A New Way to Cope with Non-uniform Irradiation of Human Body

Based on a large scale of experiments a new criterion for the appraisal of non-uniform hygrothermal microclimate (Hygrothermal Asymmetry) is presented: the difference of stereo­tempera­ture corresponding to exposed surface minus globe temperature (equals the mean stereotemperature for the whole body) differentiated into three categories A (for interiors with high requirements,air-conditioned rooms), B (for rooms with hybrid ventilation system) and C (for natural ventilated rooms). New instrument for this purpose is necessary: globe stereothermometer described previously in a separated paper.

Keywords: local thermal discomfort, temperature radiant asymmetry, thermal comfort

Související články
Související časopisy