ÉPÜLETEK KOMFORTJA Hőkomfort 1 Dr. Magyar Zoltán

Átírás

1 ÉPÜLETEK KOMFORTJA Hőkomfort 1 Dr. Magyar Zoltán BME Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék 1

2 2

3 Általános bevezetés A Komfortelmélet mindössze néhány évtizedes múltra visszatekintő szaktárgy. Létrejöttének okai: az ember-épület-energia kapcsolatrendszert sok paraméter befolyásolja ezeket nem elég külön vizsgálni; ismernünk kell a befolyásoló paraméterek közös hatásmechanizmusát 3

4 az emberi követelményértékek kielégítési lehetőségeit, valamint azok gazdasági és energetikai vonatkozásait komplex módon kell kezelni a legújabb kutatások szerint az emberek legnagyobb része élete 85-90%-át zárt terekben tölti a zárt tereknek biztosítaniuk kell az optimális körülményeket a szellemi és fizikai munkavégzéshez a szórakozáshoz, kikapcsolódáshoz, pihenéshez, regenerálódáshoz 4

5 5

6 A komfortelmélet főbb témakörei: hőkomfort levegő minősége akusztika természetes és mesterséges megvilágítás Az ember és a környező világ kapcsolata: szubjektív objektív 6

7 Hőérzet A hőérzetet befolyásoló tényezők: levegő hőmérséklete, annak térbeli, időbeli eloszlása, változása környező felületek közepes sugárzási hőmérséklete levegő rel. nedvességtartalma, ill. a levegőben lévő vízgőz parciális nyomása levegő sebessége emberi test hőtermelése, hőleadása, hőszabályzása ruházat hőszigetelő képessége, párolgást befolyásoló hatása 7

8 Szubjektív hőérzeti skála ASHRAE (1981) szabvány szerint: A kellemes hőérzet az a tudati állapot, amely a termikus környezettel kapcsolatos elégedettséget fejez ki. Forró +3 Meleg +2 Kellemesen meleg +1 Neutrális 0 Kellemesen hűvős -1 Hűvös -2 Hideg -3 8

9 PMV érték 9

10 A várható szubjektív hőérzet: PMV és PPD érték Fanger kidolgozott egy olyan módszert, amely alapján a zárt tér adott pontjára, különböző paraméterek ismeretében meg lehet határozni a várható hőérzeti értékeket. PMV érték PPD érték várható hőérzeti érték Predicted Mean Vote kedvezőtlen hőérzet várható százalékos valószínűsége Predicted Percentage of Dissatisfied 10

11 PMV és PPD érték 100% 90% 80% PPD 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% PMV 11

12 PMV és PPD érték 12

13 Ember és környezete közti kapcsolat 13

14 Az emberi test hőtermelése égési folyamat hő + izommunka Nyugalmi állapotban lévő felnőtt ember: 0,25 l/min oxigént fogyaszt 88 W hő szabadul fel Izommunka végzésével az oxigénfogyasztás és vele együtt az emberi hőleadás a többszörösére nőhet. A munkák intenzitás szerinti osztályozása: könnyű közepes nehéz 14

15 A metabolikus hő M=H+W, ahol M metabolikus hő η=w/m H=M(1- η) H W belső hőtermelés külső mechanikai munka A különböző munkavégzés számszerű hőegyenértékének meghatározására a nemzetközi gyakorlat a met egységet használja. 1 met = 58 W/m 2 15

16 Az emberi test hőtermelése Egységnyi testfelszínre kifejezve: H F Du M F W (1 ) m 2 Az emberi test Du Bois felülete: Du F Du 0,425 0, ,203G L m (figyelembe veszi az egyéni legfontosabb metrikus adottságokat) G L az egyén tömege (kg) az egyén magassága (m) 16

17 Az emberi test hőtermelése 17

18 Néhány tevékenység metabolikus értéke 18

19 A ruházat hőszigetelő képessége A ruházat hőszigetelő képességének meghatározására az ún. clo egységet használják: 1 clo = 0,155 m2c/w Az egyes öltözékek eltérő szigetelőképességét táblázatos formában mutatjuk be. (fcl = a ruházattal borított és a mezítelen test felületének aránya, tehát 1,0 -nél nagyobb érték) 19

20 Különböző ruházatra vonatkozó adatok Fanger szerint 20

21 Egyes ruhadarabok clo értékei (Icli értékei) ASHRAE

22 A ruházat hőszigetelő képessége 22

23 Hőérzet A hőérzetet befolyásoló tényezők: levegő hőmérséklete, annak térbeli, időbeli eloszlása, változása környező felületek közepes sugárzási hőmérséklete levegő rel. nedvességtartalma, ill. a levegőben lévő vízgőz parciális nyomása levegő sebessége emberi test hőtermelése, hőleadása, hőszabályzása ruházat hőszigetelő képessége, párolgást befolyásoló hatása 23

24 Az emberi test hőleadása, hőcseréje, hőmérsékletek definiciója Az emberi test a benne fejlődő hőt négy módon tudja leadni: konvekcióval (32-35%) sugárzással (42-44%) párolgással (21-26%) vezetéssel (2-4%) A sugárzás és a konvekció egyaránt lehet pozitív és negatív azaz hőfelvétel és hőleadás, míg a párolgás csak negatív tehát hőleadás lehet. 24

25 1. levegő hőmérséklet jele: tl 2. közepes sugárzási hőmérséklet t ks F 1 t 1 F 1 F 2 F t ahol F a környező felületek területe t a felületek hőmérséklete F F n n t n C t ks 4 n i1 EFi T 4 Fi 273 C ahol φef i a test súlypontjába helyezett függőleges felületelem és a határoló felületek közti besugárzási tényező T a környező határoló felületek hőmérséklete 25

26 Közepes sugárzási hőmérséklet T s3 T s1 T s2 Ts5 Ts4 T r 26

27 3. operatív hőmérséklet t o s tks c t1 C s c ahol as a sugárzásos hőátadási tényező ac tl 4. eredő hőmérséklet t R R 0,5 magyar előírás: a konvekciós hőátadási tényező a levegő hőmérséklete ( 1 R) t1 R t t ks 5 R 0,5 t1 0, t ks 27

28 Operatív hőmérséklet Activité [Met] C 26 C 24 C 22 C 20 C 18 C 16 C 10 C 12 C 14 C ±5 C ±4 C ±3 C ±1 C ±1,5 C ±2 C ±2,5 C Clo Activité [W/m²]. 28

29 5. ruházat közepes hőmérséklete jele: tcl 6. bőrhőmérséklet termovíziós felvételekkel méréssel számítással diagramból 29

30 A test és bőrhőmérséklet összefüggése a levegő-hőmérséklettel Bőrhőmérsékletek értékei sugárzó és konvektív fűtés esetén a léghőmérséklet függvényében (Bradtke és Liese, 1952) 30

31 A hőérzetet befolyásoló tényezők: Levegő hőmérséklete, annak térbeli, időbeli eloszlása, változása Környező felületek közepes sugárzási hőmérséklete Levegő rel. nedvességtartalma, ill. a levegőben lévő vízgőz parciális nyomása Levegő sebessége Emberi test hőtermelése, hőleadása, hőszabályzása Ruházat hőszigetelő képessége, párolgást befolyásoló hatása 31

32 A hőérzetet befolyásoló tényezők: Levegő rel. nedvességtartalma, ill. a levegőben lévő vízgőz parciális nyomása % Levegő sebessége kisebb 0,2 m/s 32

33 Hőegyensúlyi vagy komfortegyenlet H E d E sw E re L K S C H Ed Esw Ere L K S C az emberi test belső hőtermelése a bőrön keresztül páradiffúzióval való hőveszteség a bőr felszínéről az izzadás következtében elpárolgó hőveszteség a kilégzés rejtett hője okozta hőveszteség a kilégzés ún. száraz hővesztesége a hőátadás a bőr felületéről a felöltözött emberi test külső felületére (hővezetés a ruházaton keresztül) sugárzásos hőveszteség a ruházattal borított test külső felületéről konvekciós hőveszteség a ruházattal borított test külső felületéről 33

34 Hőegyensúlyi vagy komfortegyenlet H E d E sw E re L K S C Belső hőtermelés: H M 1 F Du Bőrön keresztül a hőveszteség ( páradiffúzió, izzadás) E d H 0,41 FDu 1,92tb 25, 3 pvg Esw 0,49FDu 50 F Du Kilégzés hővesztesége: E 0,027 M 44 re p e L 0,0014 M 34 t l 34

35 Hőegyensúlyi vagy komfortegyenlet H E d E sw E re L K S C A hőátadás a bőr felületéről a felöltözött emberi test külső felületére (hővezetés a ruházaton keresztül) K 0,163 F Du t b t cl 0,18 I cl W Sugárzásos és konvekciós hőveszteség a ruházattal borított test külső felületéről S C Du cl 4 4 t 273 t 273 W 8 3,9410 F f F Du f cl c t cl t l cl ks 35

36 PMV és PPD érték 100% 90% 80% PPD 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% PMV 36

37 PMV érték meghatározása PMV 0.303exp 0.036m m w m m w m5867 p m 307 Ta F w p F h T cl max f T 4 4 T T f ht T cl cl T a mrt 1/ 4 ;12.06 m w R F cl v a 37

38 Összegzés Komfortelmélet területei Hőkomfort PMV és PPD Hőkomfortot befolyásoló tényezők Operatív hőmérséklet Komfortegyenlet 38