KOMFORTELMÉLET dr. Magyar Zoltán BME Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék magyar@egt.bme.hu
I. Általános bevezetés A Komfortelmélet mindössze néhány évtizedes múltra visszatekintő szaktárgy. Létrejöttének okai: Az ember-épület-energia kapcsolatrendszert sok paraméter befolyásolja. A paramétereket nem elég külön vizsgálni ; ismernünk kell a befolyásoló paraméterek közös hatásmechanizmusát.
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.
A komfortelmélet főbb témakörei: hőkomfort levegő minősége akusztikai alapfogalmak természetes és mesterséges megvilágítás Az ember és a környező világ kapcsolata: szubjektív objektív
II. Ember és környezete közti kapcsolat
Az embert a szűkebb és tágabb környezetből rendkívül sokféle hatás éri 1. Belső környezeti paraméterek légtechnikai paraméterek a levegő összetétel paraméterei elektromágneses sugárzás egyéb hatások 2. Az épület gépészeti berendezéseinek paraméterei épületparaméterek csövek, vezetékek paraméterei gépészeti és egyéb berendezések paraméterei
3. Az emberi tevékenységből származó faktorok közvetlen hatások az épület és a berendezések használatának hatása a külső környezet hatásai 4. A külső környezet paraméterei meteorológiai jellemzők levegő összetétele elektromágneses sugárzás talaj összetétele egyéb
A zárt tér levegőjében a különféle emberre káros hatású anyagok forrásai: külső levegő az ember és tevékenységei építési anyagok, bútorok, burkolatok stb. a fűtő-szellőztető rendszer A zárt tér paramétereinek változtatásához ezen forrásoknál lehet és kell beavatkozni.
Közérzet-komfortérzet mint az ember és a környezet közti szubjektív kapcsolat a közérzet a komplex hatások alapján az egyénekben kialakuló szubjektív érzés A közérzetet befolyásoló tényezők: hőmérséklet nedvesség légmozgás zaj megvilágítás (ionizáció, napsugárzás, rezgések)
III. Komfortelméleti kérdések az MSZ EN 15251 szabvány vonatkozásában
Épületek kategóriákba sorolása I. Magas szintű elvárások (pl. kórházak) II. III. IV. Normál szintű elvárások (pl. új és felújítandó épületeknél) Mérsékelt szintű elvárások (pl. meglévő épületeknél) Az előző három kategórián kívül eső épületek (pl. idény jellegű használat)
Tervezési és méretezési kritériumok épületek fűtési, hűtési és szellőző rendszereinél az MSZ EN 15251 szerint
Termikus környezet Mesterséges fűtéssel és/vagy fűtéssel rendelkező épületek Mesterséges hűtés nélküli épületek Helyi termikus diszkomfort Energia felhasználás órai fűtési/hűtési szezon
Ajánlott hőmérsékletek
Ajánlott hőmérsékletek
Megengedett hőm. ingadozás
Belső levegő minősége Nem lakó épületek Lakó épületek természetes szellőzés mesterséges szellőzés Levegő szűrése és tisztítása
Nem lakóépületek szellőző levegő igénye
Lakóépületek szellőző levegő igénye
Páratartalom ajánlott értékei
Akusztikai követelmények
Akusztikai követelmények
IV. 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
Szubjektív hőérzeti skála ASHRAE (1981) 55-81 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
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
PMV és PPD érték
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
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
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 0,725 2 0,203 G L m (figyelembe veszi az egyéni legfontosabb metrikus adottságokat) G L az egyén tömege (kg) az egyén magassága (m)
Néhány tevékenység metabolikus értéke
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.
1. ambiens hőmérséklet a környezet azon hőmérséklete, amikor a levegő és a határoló felületek hőmérséklete azonos 2. közepes sugárzási hőmérséklet t ks F 1 t 1 F 1 F 2 F t 2 2...... ahol F a környező felületek területe t a felületek hőmérséklete F F n n t n C t ks 4 n i 1 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
3. operatív hőmérséklet t o s tks c t1 C s c ahol άs a sugárzásos hőátadási tényező άc t1 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
5. ruházat közepes hőmérséklete jele: tcl ; részletesen később tárgyaljuk 6. testhőmérséklet t E k t k t C 1 ahol trc maghőmérséklet (36-38 C) k 7. bőrhőmérséklet b 0,8-0,9 hőegyensúly és izzadás esetén 0,67 hideg környezetben termovíziós felvételekkel méréssel számítással diagramból rc
mezítelen emberre: t b 24,85 0,332 t0 0, 00165 t 0,6-1,0 clo értékű ruházatot viselő emberre: t b 25,8 0,267 t 0 2 0 0,15 m/s nál kisebb légmozgás esetén: Vincent féle egyenlet: E v t t b b 0,399 t 0,363 t 25,76 a közönséges és leárnyékolt higanyos hőmérővel mért értékek különbsége ( C) légsebesség l 26,5 0,3 t 0,2 E 1, 2 v l cl
A test és bőrhőmérséklet összefüggése a levegő-hőmérséklettel Bőrhőmérsékletek értékei sugárzó és konvektív fűtés esetén a léghőmérséklet függvényében (Bradtke és Liese, 1952)
A bőrfelület közepes hőmérséklete (a) és közepes hőleadása (b) felöltözött ember esetén különböző levegő-hőm. mellett (Kollmar, 1971)
A bőr hőmérsékletét befolyásoló tényezők A hőreakció ideje különböző sugárzási intenzitások esetén (Kollmar, Liese, 1957)
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