KOMFORTELMÉLET Dr. Magyar Zoltán BME Épületenergetika és Épületgépészeti Tanszék
I. 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
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
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.
III. 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 0,203G L m (figyelembe veszi az egyéni legfontosabb metrikus adottságokat) G az egyén tömege (kg) L 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. levegő hőmérséklet jele: tl 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 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
3. operatív hőmérséklet t o s tks c t1 C s c ahol as ac tl a sugárzásos hőátadási tényező a konvekciós hőátadási tényező a levegő hőmérséklete 4. eredő hőmérséklet t R R ( 1 R) t1 R t 0,5 magyar előírás: t ks R 0,5 t1 0, 5t ks
5. ruházat közepes hőmérséklete jele: tcl 6. bőrhőmérséklet termovíziós felvételekkel méréssel számítással diagramból
A test és bőrhőmérséklet összefüggése a levegő-hőmérséklettel Bőrhőmérsékletek értékei sugárzó és konvektív fűtés esetén a léghőmérséklet függvényében (Bradtke és Liese, 1952)
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
Hőegyensúlyi és komfortegyenletek H E d E sw E re L K S C H Ed az emberi test belső hőtermelése a bőrön keresztül páradiffúzióval való hőveszteség Esw a bőr felszínéről az izzadás következtében elpárolgó hőveszteség Ere a kilégzés rejtett hője okozta hőveszteség L K S C 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
A szakirodalom által komfortegyenletnek nevezett forma M F Du 0,42 0,0014 3,4 10 1 0,25 43 0,061 1 M F 8 Du M F Du f cl 1 50 0,0023 44 p 34 t 4 4 t 273 t 273 f t t cl l M F ks Du M F Du cl p vg vg c cl l
IV. Komfortelméleti kérdések az MSZ EN 15251 szabvány vonatkozásában
Tervezési és méretezési kritériumok épületek fűtési, hűtési és szellőző rendszereinél az MSZ EN 15251 szerint
Épületek kategóriákba sorolása I. Magas szintű elvárások (pl. kórházak) II. Normál szintű elvárások III. IV. (pl. új és felújítandó épületeknél) Mérsékelt szintű elvárások (pl. meglévő épületeknél) Az előző három kategórián kívül eső épületek (pl. idény jellegű használat)
Termikus környezet Mesterséges fűtéssel és/vagy hűtéssel rendelkező épületek Mesterséges hűtés nélküli épületek Helyi termikus diszkomfort Energia felhasználás órai fűtési/hűtési szezon
Ajánlott hőmérsékletek
Ajánlott hőmérsékletek
Európai normajavaslat (CR 1752, 1998) Hideg- és meleg padlók
Sugárzási aszimetria Európai normajavaslat (CR 1752, 1998)
Összegzés Komfortelmélet területei Hőkomfort PMV és PPD Hőkomfortot befolyásoló tényezők Operatív hőmérséklet Helyi diszkomfort Épületek kategóriákba sorolása komfort szempontjából