Komfort termiczny jest obok jakości powietrza wewnętrznego, poziomu hałasu, czy wystroju wnętrza, istotnym elementem pozytywnego odbioru otaczającego środowiska. Z uwagi na stale wydłużający się czas spędzany, zarówno w życiu zawodowym, jak i pozazawodowym w pomieszczeniach, w których warunki środowiska są sztucznie kształtowane przez urządzenia klimatyzacyjne, niezbędne jest zaprojektowanie parametrów powietrza wewnętrznego w taki sposób, aby przebywanie w nich nie prowadziło do zaburzeń zdrowotnych.
Między człowiekiem a otoczeniem stale odbywa się przepływ energii cieplnej, którego kierunek zmienia się wraz ze zmianą temperatury ciała ludzkiego i warunków otoczenia, zwanych łącznie mikroklimatem. Warunki mikroklimatyczne kształtują się pod wpływem naturalnych czynników klimatycznych oraz w wyniku świadomej lub nieświadomej działalności człowieka. Składają się na nie: temperatura powietrza, wilgotność powietrza, prędkość ruchu powietrza, ciśnienie atmosferyczne, temperatura otaczających powierzchni ścian, stropów, podłóg i wszelkich przedmiotów;
Komfort cieplny – jest to taki zespół wartości parametrów meteorologicznych przy którym większość ludzi czuje się najlepiej i nie odczuwa ani ciepła ani chłodu. Są to takie warunki, w których gospodarka cieplna ustroju człowieka przebiega najbardziej ekonomicznie, czyli stan równowagi między ustrojem a otoczeniem, w którym utrata ciepła drogą bierną jest minimalna, a czynna się jeszcze nie zaczęła.
Głównym elementem, który powinien zapewnić człowiekowi komfort cieplny jest odzież, w różnych warunkach środowiska termicznego, oraz przy różnym wysiłku fizycznym. Ubiór wyraźnie zmienia możliwości termoregulacyjne organizmu. Oceniając wpływ ubioru rozpatruje się właściwości izolacyjne, warstwowość, stopień pokrycia powierzchni ciała, wentylację pododzieżową oraz przewiewność, czyli przenikliwość potu.
Jako praktyczną miarę termoizolacyjności odzieży wprowadzono jednostkę „clo” , zakładając, że 1 clo równa się izolacyjności zwykłego ubioru, używanego w pomieszczeniach termo neutralnych przez osobę siedzącą w spoczynku. Dokładniejszą (bardziej poprawną) definicją jednostki clo jest równowartość insulacji potrzebnej do utrzymania średniej ważonej temperatury skóry człowieka na poziomie ok. 33oC podczas siedzenia w pomieszczeniu
w temperaturze powietrza 21°C, wilgotności względnej poniżej 50 % i ruchu powietrza
0,1 m/s, u którego wysokość wytwarzana ciepła metabolicznego wynosi l met. Metabolizm to strumień cieplny wytwarzany przez człowieka w procesach utleniania zachodzącego w jego ciele (ciepło metaboliczne), odniesiony do jednostki pola powierzchni ciała. Metabolizm który zmienia się z poziomem aktywności wyrażany jest w jednostkach „met” lub W/m2
(1 met = 58,2 W/m2). Wytwarzane przez człowieka ciepło metaboliczne odpowiada różnym rodzajom działania i pracy, Zależy od wykonywanej pracy, dla człowieka śpiącego
M = 0,8 met a dla uprawiającego sport wyczynowy wartość może dochodzić do 10 met. Wartość metabolizmu wytwarzanego przez człowieka w różnych czynnościach opisuje norma PN – EN ISO 7730[6].
w temperaturze powietrza 21°C, wilgotności względnej poniżej 50 % i ruchu powietrza
0,1 m/s, u którego wysokość wytwarzana ciepła metabolicznego wynosi l met. Metabolizm to strumień cieplny wytwarzany przez człowieka w procesach utleniania zachodzącego w jego ciele (ciepło metaboliczne), odniesiony do jednostki pola powierzchni ciała. Metabolizm który zmienia się z poziomem aktywności wyrażany jest w jednostkach „met” lub W/m2
(1 met = 58,2 W/m2). Wytwarzane przez człowieka ciepło metaboliczne odpowiada różnym rodzajom działania i pracy, Zależy od wykonywanej pracy, dla człowieka śpiącego
M = 0,8 met a dla uprawiającego sport wyczynowy wartość może dochodzić do 10 met. Wartość metabolizmu wytwarzanego przez człowieka w różnych czynnościach opisuje norma PN – EN ISO 7730[6].
Bilans cieplny organizmu w obszarze komfortu cieplnego jest zrównoważony. Oddawanie ciepła odbywa się przez promieniowanie i konwekcją oraz pocenie niewyczuwalne i przez układ oddechowy. Człowiek jest organizmem stałocieplnym (temperatura wewnętrzna ciała wynosi około 37°C). Żeby zachować ten stan musi być zapewniona równowaga pomiędzy zyskami i stratami ciepła, czyli musi być zrównoważony bilans ciepła. Człowiek zyskuje ciepło przede wszystkim z przemian metabolicznych oraz przez promieniowanie i konwekcję ze środowiska cieplejszego od średniej ważonej temperatury skóry. Traci ciepło drogą promieniowania i konwekcji do środowiska chłodniejszego niż średnia ważona temperatura skóry, również przez parowanie wody z dróg oddechowych jak i potu na powierzchni skóry. Jeżeli równowaga pomiędzy ciepłem wytwarzanym i ciepłem traconym zostanie zachwiana, ciało wtedy magazynuje lub ma niedobór ciepła, czego efektem jest zmiana temperatury ciała. Temperatura wewnętrzna jest fizyczną wypadkową równowagi między ciepłem zyskiwanym przez organizm a ciepłem rozpraszanym do otoczenia.
Pierwszą normą, w której uwzględniono parametry środowiska wewnętrznego, jakie powinny być zachowane w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi była norma PN-78/B-03421 [5]. W dokumencie tym zdefiniowano wymagania, do zapewnienia komfortu cieplnego, wartości temperatury powietrza, wilgotności względnej oraz prędkości powietrza, w zależności od intensywności pracy.
Zapewnienie pracownikom poczucia komfortu cieplnego poprzez regulację odpowiednich parametrów środowiska pracy przekłada się, między innymi na zmniejszenie liczby popełnianych błędów, ograniczenie liczby wypadków oraz chorób zawodowych, a także poprawę wydajności pracy.
Przyjmuje się że dla danego człowieka istnieją dwa warunki komfortu cieplnego. Pierwszy zakłada, że kombinacja wartości temperatury skóry i głębokiej ciepłoty tj. temperatury ciała zapewni odczuwanie środowiska termicznego jako neutralnego. Drugim warunkiem jest spełnienie cieplnego bilansu ciała człowieka co oznacza, że ciepło wytwarzane przez metabolizm powinno być równe ilości ciepła oddawanej przez człowieka w różnych strumieniach[20]
Niespełnienie warunków komfortu termicznego może być spowodowane brakiem komfortu ze względu na ciepło lub zimno odczuwane przez całe ciało. W tym przypadku granice komfortu mogą być wyrażone wskaźnikami PMV i PPD. Jednakże, niespełnienie warunków komfortu termicznego może być również spowodowane niepożądanym miejscowym przegrzaniem lub oziębieniem określonej części ciała.
Wskaźnik PPD, tzn. przewidywany odsetek niezadowolonych, podaje dane dotyczące niespełnienia warunków komfortu termicznego przez przewidywanie procentu ludzi, którzy
w określonym otoczeniu odczuwają nadmierne gorąco lub nadmierne zimno.
w określonym otoczeniu odczuwają nadmierne gorąco lub nadmierne zimno.
Natomiast PMV jest wskaźnikiem, który przewiduje średnią ocenę dużej grupy osób określających swoje wrażenia cieplne w siedmiostopniowej skali ocen (tabela 3), możliwy do wyznaczenia, gdy zostanie oceniona aktywność. człowieka (wytwarzanie energii metabolicznej) i jego odzieży (oporność cieplna) i gdy zostaną zmierzone następujące parametry środowiska: temperatura powietrza, średnia temperatura promieniowania, względna prędkość przepływu powietrza i cząstkowe ciśnienie pary wodnej. Jest oparty na równowadze cieplnej ciała ludzkiego. Człowiek znajduje się w równowadze cieplnej, gdy wewnętrzne wytwarzanie ciepła w jego ciele jest równe utracie ciepła do otoczenia[7].
Tabela 1. Siedmiostopniowa skala oceny środowiska umiarkowanego[6]
|
+3 gorąco +2 ciepło + 1 dość ciepło |
0 obojętnie |
-1 dość chłodno -2 chłodno -3 zimno |
Wskaźnik PPD jest wartością średnią wrażeń cieplnych znacznej grupy ludzi przebywających w tym samym środowisku, stanowi prognozę liczby osób odczuwających brak komfortu termicznego, umożliwia przewidzenie, jaki procent osób w dużej grupie będzie odczuwał brak komfortu termicznego.
Zaleca się aby wskaźnik PPD był niższy niż 10 %, co odpowiada kryteriom dla PMV
-0,5 < PMV < +0,5
Obecnie aktualna norma pomiaru mikroklimatu umiarkowanego PN-EN ISO 7730:2006(org) zaleca posługiwanie się wskaźnikiem PMV jedynie wówczas, gdy wartości parametrów wejściowych do obliczeń wskaźnika zawarte są w następujących przedziałach:
-
metabolizm w W/m2, który wyrażony jest jako iloraz ilości ciepła metabolicznego
w odniesieniu do jednostki pola powierzchni ciała ludzkiego powinien zawierać się
w przedziale 58-232 W/m2 (1-4 met), -
względna prędkość przepływu powietrza 0 – 1 m/s,
-
oporność cieplna odzieży 0 – 2 clo,
-
temperatura powietrza 10 – 30 oC,
-
średnia temperatura promieniowania 10 – 40 oC.
Zasada wykonywania pomiarów mikroklimatu polega na zmierzeniu wielkości podstawowych i pochodnych parametrów fizycznych, w pomieszczeniach i miejscach przebywania pracownika oraz obliczenie wartości wskaźników mikroklimatu w celu porównania z higienicznymi wymaganiami Polskich Norm (odnośnie mikroklimatu umiarkowanego) i Rozporządzenia Ministra pracy i Polityki Socjalnej w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych w środowisku pracy (w przypadku środowisk zimnych i gorących).
Pomiary parametrów środowisk cieplnych dokonuje się z zgodnie z zasadami określonymi w Polskich Normach oraz szczegółami znajdującymi się w wytycznych Instytutów Medycyny Pracy w Łodzi, Instytutu Medycyny Pracy i Zdrowia Środowiskowego w Sosnowcu a także Centralnego Instytutu Ochrony Pracy w Warszawie.
Pomiary mikroklimatu wykonuje się w następującym zakresie wielkości fizycznych podstawowych:
-
ta – temperatura powietrza [°C],
-
tr – temperatura promieniowania [°C],
-
v – prędkość przepływu powietrza [m/s],
-
Pa – ciśnienie cząstkowe pary wodnej (wilgotność bezwzględna powietrza)[kPa],
i wielkości fizycznych pochodnych
-
th – temperatura wilgotna naturalna [°C],
-
tg – temperatura poczernionej kuli [°C],
-
RH – wilgotność względna powietrza [ % ],
wyznaczenie na podstawie mierzonych parametrów wskaźników środowiska umiarkowanego:
-
PMV – przewidywana ocena średnia [„l"],
-
PPD – przewidywany odsetek niezadowolonych [%].
Oddział Laboratoryjny Higieny Pracy WSSE w Krakowie pomiary środowisk cieplnych wykonuje zintegrowanym miernikiem MM – 01, spełniającym wymagania określone PN – ISO 7726 „Przyrządy i metody pomiaru wielkości fizycznych".
Sprzęt pomiarowy jest sprawdzany przed pomiarami i po zgodnie z Instrukcją sprawdzania miernika, jak również pod względem technicznym i ważności wzorcowania.
Rysunek 1. Miernik mikroklimatu MM -01, sondy pomiarowe
Literatura:
-
PN-EN ISO 7730:2006(U): „Ergonomia środowiska termicznego. Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem obliczania wskaźników PMV i PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego”.
-
Kabza Z., Kostyrko K., Zator S., Łobzowski A., Szkolimowski W., Regulacja Mikroklimatu Pomieszczenia, AGENDA Wydawnicza PAK 2005 r.
-
PN-78/B-03421 „Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi
-
Sudoł-Szopińska I. Chojnacka A., Określanie warunków komfortu termicznego w pomieszczeniach za pomocą wskaźników PMV i PPD, Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy
Autor: mł. asystent mgr Joanna Przybyła