Energetska efikasnost Termalna klima

Termalna klima

Termalna klima

Temperatura unutrašnjeg vazduha u modernim zgradama se često reguliše u vrlo uskim granicama. Brojni, vodeći principi na ovom polju su zasnovani na našoj percepciji termalne klime. Termalna klima postaje sve pozitivnija, potrebno je održavati konstantnu temperaturu u zatvorenom prostoru. Potrošnja energije zgrade značajno zavisi od korišćenih kriterijuma za unutrašnje okruženje kao i projektovanja zgrade i rada sis- tema za klimatizaciju. Okolni faktori koji definišu unutrašnji kvalitet okruženja su: termalni komfor, unutrašnji kvalitet vazduha, zvučni komfor i vizuelni komfor. Ovaj rad približava određivanje termalnog komfora u zatvorenim prostorima na osnovu PMV–PPD modela. Glavni izazov je kako podeliti personalni termalni komfor želje u prostorijama za stanovanje, kada su svi različito odeveni i imaju različiti način kretanja.

1. Uvod

Dobro zaštićeno ljudsko telo može da se prilagodi varijacijama spoljne temperature od –50 ºC do +100 ºC. Pri tome su fiziološki mehanizmi osposobljeni da u rasponu od 0ºC do +50ºC to rade sami a van tih granica samo uz odeću, klimatizaciju, zaklone i slično. Temperatura telesnog jezgra, međutim, može da varira veoma malo svega 4ºC, a da se ne promene optimalne mentalne i fizičke sposobnosti. Gornja granica preživljavanja je pri tome veoma blizu stalnoj temperaturi, jer ljudsko telo može samo veoma kratko vreme da toleriše skok telesne temperature preko 41ºC, te su i mehanizmi odbrane od pregrevanja mnogo bolje razvijeni nego mehanizmi od rashlađivanja.

Postoje različiti standardi koji osiguravaju direktive za prihvatanje unutrašnjeg toplotnog komfora. Nije stvar koji ćemo standard izabrati, nego nakon izbora moramo da obezbedimo da najveći broj stanara, preko 90% bude zadovoljan termalnom klimom. Samo 10% može biti nezadovoljno.

Da bi se utvrdila najbolja termalna klima potrebno je odgovoriti na dva pitanja:
1) koji tip klimata se zahteva da mi ne bi imali osećaj da nam je previše hladno ni previše toplo?
2) kako da izbegnemo nekomfor uzrokovan promajom i termalnom radijacijom?

Faktori koji utiču na toplotni bilans stanara i posledično percepciju toplotne klime su:
• njihovo odevanje
• njihov nivo aktivnosti
• temperatura vazduha
• temperatura okolnih površina
• brzina vazduha
• vlažnost vazduha

Prozori visokih performansi
Prozori koji su izuzetno energetski efikasni

Odevanje, nivo aktivnosti, temperatura vazduha i okolnih površina su važni faktori, dok je vlažnost vazduha u najvećem broju slučajeva manje važna za toplotni bilans stanara. Faktori koji mogu uzrokovati lokalni diskomfor uključuju hladne podove, rashladne grede i hladnu promaju blizu prozora.

Ako postoje bilo koje površine koje su veoma hladne ili veoma tople tada je udeo termalne radijacije veoma značajan. U takvim slučajevima nije dovoljno meriti temperaturu samo vazduha, koji je samo mera količine toplote prenesene konvekcijom. Jedinica koja kombinuje efekte konvekcije i radijacije se naziva radna (operativna) temperatura.

2. Radna temperatura

Ako površine u prostoriji imaju aproksimativno istu temperaturu kao i vazduh, za određivanje temperature prostorije dovoljno je merenje samo temperature vazduha.

U više slučajeva na primer u zgradama sa velikim staklenim fasadama, na toplotni bilans stanara veliki uticaj ima toplotna radijacija iz okružujućih površina. O tom slučaju za određivanje termalne klime neophodno je takođe uzeti u račun i temperaturu ovih površina. Potrebno je koristiti specijalni senzor za merenje radne (operativne) temperature, kojom se utvrđuje težinski faktor, temperatura vazduha i temperatura okolnih zidova.

3. Toplotna ravnoteža

Da bi količina toplote u telu bila konstantna, odnosno temperatura tela nepromenjena, produkcija toplote i prijem toplote iz okruženja moraju biti jednaki gubitku, a prema formuli

M ± R ± K – E = 0

gde je M –metabolička produkcija toplote, R – radijacioni gradijent, koji može biti pozitivan u uslovima kada je temperatura okoline viša od temperature kože ili negativna u suprotnom slučaju, K – konvekcioni (kondukcioni) faktor, koji takođe može biti pozitivan ili negativan, a u zavisnosti od temperature vazduha i E – gubitak toplote evaporacijom. Konduktivni faktor je obično zanemarljiv.

4. Termoneutralna okolina

Po mehanizmima za održavanje telesne temperature, čovek bi mogao da se svrsta u tropska bića, optimalna mu je temperatura okruženja između 28ºC i 30ºC. To su uslovi ter- mičkog komfora kada on može da preživi bez odeće i zaklona i kada nema bitnog opterećenja fizioloških funkcija uključenih u procese termoregulacije čija je funkcija održavanje stalne temperature tela. Ta stalna temperatura odnosi se na telesno jezgro, koje sačinjavaju mozak, srce, pluća i abdominalni organi koji ne trpe varijacije veće od 4ºC. Nasuprot tome, gradijent između njih i površine kože može dostići i preko 20ºC, ali je idealna razlika 4ºC, kada je temperatura jezgra 37ºC, a kože 33ºC, što se ostvaruje upravo u pomenutom rasponu spoljne temperature.

Naš energetski mehanizam je neefikasan u smislu pretvaranja energije iz hrane u hemijsku energiju, jer se pri svakom od metaboličkih procesa stvara određena količina toplote kao nuspojava. U stanju mirovanja oko 75% tako stvorene toplote odstranjuje se procesima radijacije [9] i konvekcije, a ostatak od 25% uglavnom pasivnom evaporacijom.

5. Metod za određivanje termalne klime

U najvećem broju slučajeva određivanje toplotne klime je zasnovano na Fangerovoj jednačini komfora koja je razvijena 1970. [2]

Fangerova teorija je osnova za internacionalne standarde koji se primenjuju na ovom polju, kao što je ISO 7730. [3] Ovaj standard je takođe usvojen kao evropski. Veći broj zemalja ga je prihvatio kao nacionalni. Standard utvrđuje metod zasnovan na tzv. PMV indeksu, koji je određen pomoću odgovora na anketu i izvođenjem proračuna koji uzimaju u obzir odevanje ljudi kao i njihove aktivnosti, kao i fizičko okruženje. PMV je skraćenica (Predicted Mean Vote) i jednostavna je mera testa velike grupe ispitanika. Na ovaj način se ocenjuje termalna klima u sedam tačaka od –3 do 3. Granične vrednosti na ovoj skali odgovaraju onome što je za ljude neprihvatljivo hladno ili neprihvatljivo toplo. Nula vrednost znači da oni ne bi voleli da im bude hladnije ili toplije. U praksi, PMV indeks nula znači da određeni, manji broj ljudi misli da je malo više hladno, dok druga manja grupa misli da je ovakva klima prihvatljiva. Temperatura ove naročite klime se naziva optimalna radna temperatura. Određeni izračunati PMV indeks vredi za specifične uslove vezane za oblačenje i aktivnosti. Jednačina vezana za PMV indeks je funkcija oblačenja, aktivnosti, temperature, brzine vazduha itd, i veoma je komplikovana. Jednačina nije navedena u ovom radu ali je utvrđena u standardu ISO 7730.

6. Termoregulacija u uslovima fizičkog rada

Kada se čovek izloži nekom većem fizičkom opterećenju produkcija toplote raste i može se povećati od 20 do 30 puta u odnosu na uobičajenih 240–360 kJ/h, te skočiti na 4.800–11.000 kJ/h. Teoretski bez mehanizma odavanja toplote, temperatura tela bi mogla za samo 1h da poraste sa 37 ºC na 60 ºC.

Staklena fasada - odžavanje
Staklena fasada – odžavanje

Zbog svega toga uslovi termalnog komfora, gledano u odnosu na temperaturu okoline, razlikuju se prema vrsti rada. Poželjna temperatura okoline varira od 17 ºC do 31ºC u zavisnosti od klime i odeće. Da bi se obezbedila optimalna radna sredina, neophodno je napraviti lokalnu mikroklimu ili grejanjem, nošenjem posebne odeće, izolacijom određenih radnih prostora. Čak i u idealnim uslovima, nastaće određeni problemi. Pojedini delovi tela različito reaguju na jednake uslove, noge su normalno hladnije nego ostali delovi, a ako čovek hoda bos po površini sa podnim grejanjem, dobiće lažnu informaciju o temperaturi okoline, te će gubiti dragocenu toplotu. Lokalnim grejanjem nogu i ruku može se istovremeno izazvati i drhtanje i znojenje. Očigledno je da se nepravilnim oblačenjem, lokalnim zagrevanjem ili hlađenjem može promeniti proces normalne termoregulacije.

7. Efekat niske temperature

U uslovima niske temperature gubici toplote mogu biti znatni, jer je gradijent temperature tela i okoline povećan. Da bi se pad temperature tela sprečio, dolazi do različitih adaptacionih promena: povećava se produkcija toplote, a smanjuju gubici. Povećanje produkcije toplote postiže se ili drhtanjem ili povećanom fizičkom aktivnošću. Drhtanje je kao mišićna aktivnost nastala sinhronom aktivacijom gotovo svih mišića neefikasno u mehaničkom smislu, ali izuzetno efikasno u termogenetskom pogledu. Ono povećava metaboličku stopu u mirovanju od 2 do 4 puta i dovodi do povećane produkcije toplote. Fizička aktivnost je, međutim u tom pogledu mnogo efikasnija. Čak i lagana fizička aktivnost povećava metaboličku stopu desetostruko. Težak fizički rad ili sportska aktivnost omogućavaju toliku produkciju toplote da telo može da održava temperaturu jezgra i pri spoljnoj temperaturi –30ºC u sasvim laganoj odeći.

Smanjenje gubitaka nije tako efikasno, jer u krajnjem slučaju može da izazove oštećenja tkiva. Receptori za hladno stimulisanje niskom temperaturom reagovaće šokom, dovešće do momentalne vazokonstrikcije perifernih krvnih sudova, što će rezultirati smanjenjem protoka krvi, odnosno gubitkom toplote. Vazokonstrikcija je najizraženija u ekstremitetima, a posebno u prstima ruku i nogu. Ispitivanja su pokazala da protok krvi kroz prste može da varira i do 100 puta, od 120 do 0,2 ml krvi (min) do na 100 g tkiva. Tako se smanjuje gradijent temperature kože prstiju i okoline, što pri ekstremno niskim temperaturama okoline može izazvati ozbiljno oštećenje, pa i gubitak prstiju. Ovaj mehanizam omogućava i redistribuciju krvi u duboke vene ekstremiteta koje direktnim kontaktom sa arterijama dobijaju od njih toplotu i tako vraćaju topliju krv prema srcu, čime se sprečava hlađenje telesnog jezgra.

8. Efekat visoke temperature

Kada je čovek izložen temperaturi okruženja višoj od 30 ºC, ili obavlja neku mišićnu aktivnost, temperatura tela ima tendenciju naglog porasta, te su mehanizmi termoregulacije pri kojima se gubi toplota, a koji služe zaštiti organizma od pregrevanja su: radijacija, konvekcija, kondukcija i evaporacija.

Njihovo učešće je veoma različito a u zavisnosti od temperature okoline. Dok u uslovima termičkog komfora nema aktivacije znojnih žlezda dotle se pri temperaturi okoline od 36 ºC tim mehanizmom oslobađa 100 % viška toplote.

8.1. Odavanje viška toplote pri visokim temperaturama

Kada temperatura okruženja raste, efikasnost radijacije, kondukcije i konvekcije ubrzano opada. U jednom momentu kada temperatura okoline postane viša od temperature tela, oni postaju mehanizmi preko kojih telo prima toplotu, a posebno kada postoji neki izvor radijacije, kao kad su u pitanju radnici u livnicama ili duvači stakla i slično. U tabeli 1 je prikazano učešće pojedinih mehanizama u odavanju toplote u mirovanju pri različitim temperaturama okruženja.

Tabela 1. Učešće pojedinih mehanizama u odavanju toplote u mirovanju pri različitim temperaturama okruženja

Temperatura okoline 20°C 30°C 36°C
Ukupni gubitak 63 W/m2
1,0
37 W/m2
1,0
44 W/m2
1,0
Evaporacija 0,27 1,0
Kondukcija 0,26 0,27 1,0
Radijacija 0,61 0,46 0,0

U tim uslovima se aktiviraju znojne žlezde i koža se hladi isparavanjem izlučenog znoja. Čovek ima prosečno oko 2 miliona znojnih žlezda, ali je kapacitet znojenja veoma različit, neki ljudi nemaju znojne žlezde.

Aktivacija žlezda na pojedinim delovima tela nije istovremena. Kada je neko duže vreme izložen djestvu visoke temperature, količina znoja se povećava tako da može dostići i nekoliko litara na sat.

9. Održavanje toplote u uslovima visoke vlažnosti [14]

Znojenje samo po sebi ne snižava temperaturu, već je hlađenje posledica isparavanja znoja sa površine kože. Isparavanje 1 l znoja potroši 2.500 kJ. Nekoliko osnovnih faktora određuje stopu isparavanja: (1) slobodna površina kože, (2) temperatura vazduha, (3) relativna vlažnost, (4) brzina strujanja vazduha. Relativna vlažnost, odnosno deficit vlažnosti svakako su najvažniji parametri okruženja od kojih zavisi stepen evaporacije. Ako je vlažnost visoka, a deficit vlažnosti mali, to znači da se pritisak vlage u vazduhu približava pritisku znoja na koži, koji iznosi 5330 Pa, te znoj ne može da isparava, već se sliva niz telo. Brzina strujanja vazduha može u takvim uslovima biti veoma važna. Ako je ona veća, dolazi do brže izmene vazduha u intimnoj zoni vazduha, te se deficit vlažnosti neposredno uz telo povećava, što omogućava isparavanje znoja sa površine kože. Zbog svega ovoga čovek lakše toleriše visoku temperaturu u uslovima niske vlažnosti. Suva pustinjska klima lakše se podnosi od vlažne tropske klime, iako su tamo temperature mnogo niže.

10. Percepcija termalne klime

Radna (operativna) temperatura je prihvatljiva ako je PMV indeks blizu nula. Često se koristi kriterijum da PMV indeks treba da bude u dijapazonu između –0,5 i 0,5. Saglasno analizama profesora Fangera, ove granice prihvata preko 90 % ljudi. Ovo se takođe može predstaviti i kao nezadovoljstvo 10 % ljudi. Prema ovom standardu to može biti označeno tzv. PPD indeksom, Predicted Percent Dissatisfed (predviđeni procenat nezadovoljstva), koji u ovom primeru treba da ima vrednost 10 %. [10]

Veza između PPD indeksa i PMV indeksa je prikazana na slici 1.

Termalna klima

Slika 1 Veza između PPD indeksa i PMV indeksa saglasno ISO7730

11. Merenje nivoa aktivnosti i toplotna izolacija odeće

Preklapanje ruka preko tela će ljudima pomoći da se smanji osećaj hladnoće, a dodatna poboljšanja se ostvaruju oblačenjem džempera. Koliko mnogo razne alternative mogu da pomognu je prikazana u standardima ISO 8996 [4] i ISO 9920. [5]

Nivo aktivnosti osoba može biti meren u SI jedinicama i daje se u W. Za računanje PMV indeksa se koristi Fangerova jednačina komfora. Toplota razvijena od strane ljudskog tela se daje u Met. Met je metabolizam. Primeri vrednosti za različite nivoe aktivnosti su dati u tabeli 2.

Tabela 2. Primeri razvijene toplote tela i odgovarajuće Met vrednosti za različite aktivnosti – Sadašnji standardi uzimaju za tipičnu površinu tela vrednost 1,8 m2.

Termalna klima
Tabela 2

** 1 Met = 58 W/m²

Toplotni otpor odeće može se meriti u SI jedinicama i daje se u ºC m/W. Za računanje toplotnog klimata koristi se PMV indeks. Za odevanje je korišćena jedinica Clo. Tabela 3 pokazuje toplotne otpore za različite tipove odeće. Tipične vrednosti za pojedine delove odeće su date u ISO 9920, i moguće je računati njihov efekat akumulacije. Na primer, razlika između košulje dugih rukava i košulje kratkih rukava je manja od 0,1 Clo. Kada analiziramo kancelarijski rad ovo znači da je razlika u željenoj temperaturi oko 0,5 ºC.

Oblačeći džemper željena temperatura se može promeniti između 1 do 2 ºC. Ovo znači da za nas postoje značajne prilike percepcije temperature promenom naše odeće. Možemo primetiti da odevanje igra značajnu ulogu kada se vrši specifikacija zahteva za zgrade, ako su zahtevi zasnovani na PMV/PPD konceptu i jednačini komfora profesora Fangera.
Slična rasuđivanja mogu biti primenjena i na nivo aktivnosti. Ako odeća odgovara 0,7 Clo onda će porast nivoa aktivnosti od 0,1 Met imati isti efekat kao porast radne temperature od 0,8 ºC.

Ljudi imaju različite vrednosti metabolizma, u funkciji od različitog odevanja. Možemo zaključiti da je teško naći opšti temperaturni nivo koji zadovoljava svakoga. Ukoliko postoji praktična prilika za regulaciju sobne temperature, saglasno ličnim percepcijama, ona se visoko koristi. U tabeli 3 su dati primeri toplotnog otpora odeće (1 Clo = 0,155 ºCm/W)

Tabela 3. Primeri toplotnog otpora odeće (1 Clo = 0,155 ºC m/W)

Termalna-klima-tabela-3
Tabela 3

12. Aklimatizacija

Ponavljana ili stalna izloženost tela visokoj temperaturi, a neki tvrde i niskoj izaziva niz fizioloških promena u smislu adaptacije koje povećavaju toleranciju na visoku i nisku temperaturu. U telu pojedinih insekata tokom jeseni nakuplja se „antifriz“ glicerol, koji im omogućava da prežive zimu. Ljudi nemaju neki sličan mehanizam. Zasad nije sa sigurnošću dokazana neka zaista efikasna fiziološka promena koja omogućava preživljavanje u surovim uslovima. Nasuprot tome, već posle nekoliko dana boravka u toploj klimi čovek je sposoban da sasvim dobro toleriše visoku temperaturu, neuporedivo bolje nego u prvom kontaktu. [11]

Promene su uočljive na kraju prve nedelje, a završene desetog dana. Neophodno vreme ekspozicije je 2 do 4 sata dnevno. U praksi, to znači da oni koji počinju da rade u takvim mikroklimatskim uslovima treba da produžavaju radno vreme, tj. dužinu izlaganja tada puno radno vreme uspostavi posle desetak dana. Aklimatizacija podrazumeva dva osnovna procesa: cirkulatorna aklimatizacija i povećana efikasnost znojenja. Posle 10 dana izloženosti toploti kapacitet za znojenje je gotovo udvostručen, znoj je „razblažen“ znojenje je ravnomernije raspoređeno po celoj površini kože tela. To, kao i cirkulatorna aklimatizacija omogućavaju nižu temperaturu kože i jezgra i manju srčanu frekvenciju pri identičnom opterećenju. Bolja preraspodela minutnog volumena, nastala zbog manje potrebe da krv odlazi u kožne krvne sudove radi hlađenja, omogućava bolju prokrvljenost mišića i njihov bolji rad. U procesu aklimatizacije veoma je bitna optimalna nadoknada tečnosti, posebno vode. Posle 2 do 3 nedelje po prestanku izloženosti toplom okruženju sve promene u smislu aklimatizacije mogu imati uticaja na neki fiziološki faktor, kao što su godine, pol, gojaznost, kao i prihosomatsko stanje organizma.

Pri tome su još uvek podeljena mišljenja kada je reč o godinama. Žene imaju manji kapacitet znojenja od muškaraca, ali je cirkulatorna aklimatizacija tolika da nadoknađuje tu razliku. Ovakav fiziološki mehanizam čini žene otpornijim prema dehidriranju pri radu na visokim temperaturama. Povećana masa tela predstavlja dodatni faktor metaboličkog opterećenja, te je produkcija toplote pri jednakom radu povećana, a potkožni sloj masnog tkiva kao dobar izolator ne omogućava prolaz toplote iz jezgra na površinu tela, te je odavanje toplote otežano. Neurolabilne osobe se veoma teško aklimatizuju.

13. Komplikacije termalnog stresa

Kao odgovor na termalni stres javljaju se žeđ, zamor, teturanje, tahikardija, poremećaj vida. Ako se nešto u tom stadijumu ne preduzme, doći će do pregrevanja organizma, koje se ispoljava u različitim stepenima kao: toplotni grčevi, toplotno iscrpljivanje i toplotni udar. Toplotni grčevi ispoljeni u obliku nevoljnih spazama mišića, i to uglavnom u mišićima, koji su bili najviše angažovani. Nastaju kao posledica poremećaja ravnoteže u telesnim tečnostima i elektrolita u telu, nastalih zbog povećanih gubitaka znojenjem i nagomilavanje negativnih kiselih metabolita. Toplotno iscrpljenje je najčešće kod neaklimatizovanih osoba tokom prvih dana izloženosti termičkom stresu. Količina krvi u centralnoj cirkulaciji opada jer je veliki deo u bazenima površinskih krvnih sudova. Krvni pritisak pada, puls je slab i gotovo nemerljiv, javlja se glavobolja, opšta slabost, temperatura tela je povišena, ali ne preko 40 ºC, uz pojavu izrazitog bledila lica i tahikardiju. Mortalitet je direktno proporcionalan visini i dužini trajanja hipertermije, te je neophodno što pre i što agresivnije snižavati telesnu temperaturu. Treba koristiti kockice leda, alkoholne obloge, a celo telo treba potopiti u ledenu vodu, i obezbediti što komfornije uslove okoline. [12]

14. Izbor podesne radne temperature

Kao što je prethodno navedeno, normalni kriterijum za dobru termalnu klimu je da PMV indeks leži u intervalu od –0,5 do +0,5, koji odgovara PPD indeksu od 10 %. Na slici 2 su prikazane odgovarajuće vrednosti temperature u zavisnosti od odeće i nivoa aktivnosti. Ako odeća odgovara 0,5 Clo (tipična letnja odeća) i nivo aktivnosti od 1,2 Met (tipični sedeći kancelarijski rad), otpimalna radna temperatura će biti oko 24,5 ºC. Dijagram takođe pokazuje da temperatura može varirati oko ± 1,5 ºC od ove vrednosti i da PPD indeks ne prelazi 10 %. Posledično, temperaturni interval između 23 i 25 ºC je često dogovoren kao letnja radna temperatura, na primer u kancelarijama. Rad sa visokim nivoom aktivnosti znači da saglasno tome treba sniziti temperaturu.

Termalna-klima-slika-2

Slika 2 Uticaj odeće i nivoa aktivnosti na optimalnu radnu temperaturu, saglasno ISO 7730. Dijagram takođe prikazuje maksimalna odstupanja koja mogu biti prihvaćena ako se PPD indeks drži ispod 10 %. Dijagram vredi za maksimalne brzine vazduha 0,1 m/s

Zimi, često se uzima da odeći odgovara 1,0 Clo. Ako je nivo aktivnosti 1,2 Met sa dijagrama se može videti da odgovarajuća temperatura u kancelariji treba da bude 22 ºC ± 2 ºC.

Dijagram na slici 2 se može koristiti ako je brzina vazduha manja od 0,1 m/s. Ukoliko je relativna brzina vazduha u odnosu na stanare blizu 0,2 m/s, tada će optimalna radna temperatura porasti za 1 ºC, kada drugi faktori ostaju nepromenjeni.

Ponekad postoje restriktivniji kriterijumi, na primer, da PPD indeks ne sme prelaziti 6 %. Odgovarajuća radna temperatura može se očitati sa dijagrama slično, ali uzimajući da je PPD indeks 6 %.

Ako odeća i nivo aktivnosti odgovara 1,0 Clo i 1,2 Met respektivno, PPD indeks i od 6 % pokazuje radnu temperaturu u intervalu od 21 do 23 ºC. Ovaj restriktivniji kriterijum znači da se temperatura mora održavati u intervalu ±1 ºC umesto ±2 ºC. Preciznije održavanje temperatgure vodi do realnog poboljšanja termalnog komfora. Ako ljudi menjaju svoj metabolizam više ili manje od 1,2 Met, poželjne su različite temperature. Ljudi koji koriste odeću koja odstupa od 1 Clo će takođe zahtevati različite temperature.

Prozor-mora-pruziti-odgovarajucu-ventilaciju-u-prostoriji

Drugi način osiguranja višeg stepena zadovoljstva sa PPD indeksom 10 % je individualno podešavanje klime stanara. Ovo je predloženo u vodiču za specificiranje unutrašnje klime koji je napravilo Švedsko društvo za grejanje i klimatizaciju vazduha [6]. Konačno, velika prednost je ako stanari zgrade utvrde da mogu da promene svoju percepciju unutrašnje klime nošenjem odgovarajuće odeće.

15. Gornje granice tolerancije visoke temperature

Kada se govori o termičkom stresu, i drugi faktori, a ne samo temperatura okoline značajni su pri određivanju individualnog odgovora. Pored fizioloških determinanata kao što je gojaznost i veličina tela, stepen utreniranosti i aklimatizacije organizma moraju se u obzir uzeti i spoljni faktori, kao što su radijaciona toplota, relativna vlažnost, strujanje vazduha, odeća. Najefikasniji način da se kontroliše termički stres je prevencija njegovih komplikacija. To se postiže aklimatizacijom i dobrom hidratacijom. Drugi način je praćenje mikroklimatskih faktora. Neki autori za te svrhe predlažu određivanje indeksa termičkog stresa, što iziskuje merenje temperature, relativne vlažnosti i radijacione toplote. Kod nas se kao obavezni parametar pored pobrojanih, uzima i merenje brzine strujanja vazduha. Kombinacija ovih faktora treba da bude takva da obezbeđuje efektivnu temperaturu u okviru zone komfora u kojoj se 50 % ljudi oseća ugodno obučeno u laku odeću dok obavlja lak rad. Zbog toga je neophodno da se u okviru hronometraže radnog procesa odrede bliži uslovi potrebni za određenu vrstu rada. [13]

16. Aklimatizacija na hladnoću

Toplokrvne životinje povremeno izložene hladnoći razvile su neke vrlo efikasne meha- ničke odbrane, kao što su zimsko krzno ili metabolička adaptacija kože koje mogu da budu ohlađene na 0 ºC bez negativnih posledica. Što se tiče čoveka, promene su nešto drugačije. Tokom izloženosti hladnoći povišava se metabolička stopa bez drhtanja. Mogućnost da prežive u surovoj klimi Eskimi duguju sposobnosti da izbegnu ekspoziciju niskim temperaturama. Pored krznene odeće i zaklona jedina moguć- nost je biti stalno u pokretu i jako povećati metaboličku stopu, odnosno količinu toplote koja nastaje kao nusproizvod mišićnog metabolizma.

17. Oštećenja hladnoćom

Oštećenja hladnoćom mogu se videti na ljudima koji rade napolju na niskim temperaturama ili koji se bave zimskim sportovima. Lokalna oštećenja se viđaju na eksponiranim delovima tela, kao što su lice, ruke i stopala, a koja nastaju kao posledica vazokonstrikcije i sledstvene ishemije tkiva ili zbog formiranja ledenih kristala i smrzavanja tkiva.

Promene na respiratornim organima pri boravku na niskim temperaturama nisu uobičajene niti česte, kako se obično misli. Čak i na veoma niskim temperaturama udahnuti vazduh se zagreje do temperature između 26,5 i 32,2 ºC kada stigne do bronhija.

Prelepi enterijeri sa prozorima "od poda do plafona"

18. Indeks rashlađivanja (Wind Chill Index)

Temperatura ambijenta nije dovoljan parametar za procenu individualnog termičkog stresa. U proceni dejstva niske temperature dodatni važan faktor je vetar ili kretanje vazduha. Kada je brzina strujanja vazduha velika, dolazi do brze zamene toplog vazduha hladnim u tzv. privatnoj zoni, onoj koja je neposredno oko tela, te je gubitak toplote veći. U tabeli 4 je prikazan uticaj vetra na kožu, u okviru ekvivalentnih temperatura. Kada je brzina vetra 24 km/h, temperatura okoline 1,7 ºC deluje na telo kao da je –17,2 ºC. [15]

Temperatura ambijenta °C

4,5 1,7 -1,1 -3,9 -6,7 -9,5 -12,3

V = 24km/h

-12.2 -17.2 -21.1 -26.1 -29.5 -33.9 -38.4

Tabela 4. Uticaj vetra na kožu u okviru ekvivalentnih temperatura

19. Odeća i termoregulacija

Odeća ima ulogu izolatora tela od okoline koju telo prima, ali i da smanji odavanje toplote kondukcijom i konvekcijom. Pri niskim spoljnim temperaturama odeća je ta koja zarobljava vazduh koji onda kao slab provodnik smanjuje gubitak toplote. Potrebno je vazduh „uhvatiti kao apsolutno čvrsto telo“ kako ne bi bilo dodatne konvekcije. Vuna i polipropilen imaju dobre izolacione osobine i brzo se suše, što je veoma bitno, jer mokra odeća gubi 90 % svojih izolacionih sposobnosti, pošto vrlo brzo provodi toplotu. Vunena kapa može imati vrlo važnu ulogu jer se 30–40 % ukupnog viška toplote gubi preko kože glave.

Na visokim temperaturama svaka odeća smeta odavanju toplote. Najbolja je potpuno mokra odeća, ona od pamuka i lana, koji najbrže i najpotpunije upijaju znoj i omogućavaju evaporaciju. Bela odeća odbija a tamna upija radijaciju iz okoline. Odeća napravljena za visoke temperature treba da bude komotna i da omogućava stalno strujanje vazduha između kože i okoline. Izolaciona sposobnost većine odevnih materijala zavisi od količine vazduha zarobljenog unutar samog materijala.

20. Nivo aktivnosti i odeća

Odeća i nivo aktivnosti čoveka su dva nefizička faktora sa velikim uticajem na osećaj ugodnosti. Osim odeće i nivoa aktivnosti, uz pojam osobe veže se i vreme boravka u prostoriji, na ugodnost takođe uticajan faktor.

Aktivnost osobe uzrokuje odavanje toplote, a nivo aktivnosti se kao nefizička veličina može brojno prikazati iznosom toplote koju osoba odaje pri određenoj aktivnosti.
Uz nivo aktivnosti, veliki uticaj na odavanje toplote ima i odeća, odnosno njeni toplotni otpori, tabela 5. Toplotni otpori odeće mogu se uz uobičajenu jedinicu (m²K/W) izraziti i jedinicom Clo, pri čemu 1 Clo odgovara 0,155 m2K/W (prema EN ISO 7730).

Tabela 5. Toplotni otpor odeće

Termalna klima
Tabela 5

Ukupna toplota koja sa osobe se predaje njegovoj neposrednoj okolini, tj. na vazduh u prostoriji može se podeliti na latentni i senzibilni deo. Pri tome to odavanje toplote direktno zavisi od temperature vazduha u prostoriji, tabela 6.

Tabela 6. Odavanje toplote osobe zavisno od aktivnosti, temperature vazduha u prostoru [1]

Termalna klima
Tabela 6

Legenda
(*) – gotovo ne zavisi od temperature vazduha u prostoriji
(**) – može se otprilike izračunati množenjem latentne toplote sa 10/7

Treba napomenuti da osobe u prostoriji nisu samo izvori toplote već i vlažnosti, gasova kao što je CO2, koji nastaje izdisanjem (tabela 7), mirisa, raznih čestica i sl. Svi ti faktori, takođe imaju veliki uticaj na osećaj ugodnosti.

Nivo aktivnosti Odavanje C02 l/h
I ≈ 15
II ≈ 23
III ≈ 30
IV ≈ 40

Tabela 7. Odavanje CO2 osoba zavisno od aktivnosti [7]

21. Lokalni termalni poremećaj

Termalna radijacija ka hladnoj površini, ili jako kretanje vazduha u kombinaciji sa niskim temperaturama može uzrokovati lokalno hlađenje delova našeg tela. Ukoliko toplotni bilans nije značajno promenjen i ako mi stvarno ne želimo da nam bude toplije, ova radijacija može dovesti do diskomfora u obliku promaje. Problem može porasti ukoliko je površina poda hladna ili ako je velika temperaturna razlika između poda i glave. U ovom slučaju se često kaže da je vertikalni temperaturni gradijent velik. Neki primeri kriterijuma za izbegavanje lokalnih termičkih poremećaja su prikazani u tabeli 8.
Tabela 8. Primeri kriterijuma (ciljne vrednosti) u cilju izbegavanja lokalnih termalnih poremećaja

Faktor Ciljna vrednost, ºC Napomena

22. Standardi

Teorija profesora Fangera, koja je formulisana sedamdesetih godina prošlog veka je osnova sadašnjeg standarda ISO 7730. Standard je zasnovan na konceptu PMV/PPD. Ovaj koncept obuhvata široki stepen prihvatanja ugodnosti i široko je rasprostranjen. Standard je usvojen kao evropski i primenjen je u velikom broju država kao nacionalni standard. Ažuriran je 2006. i u njega je uključen izbor tri nivoa kvaliteta A, B i C. Nivo A odgovara PPD indeksu 6%, nivo B indeksu 10 % i nivo C indeksu 15%. U ranijim izdanjima standarda, preporučeno je da se indeks PPD održava ispod 10%. Standard takođe predstavlja vodič za smanjenje rizika termalnih poremećaja.

SAD su 2004. godine usvojile standard u ovom polju, [1], isti je ažuriran i danas je zasnovan na konceptu PMV/PPD indeksu. Osamdesetih godina prošlog veka ovaj standard je bio zasnovan na najmanje 80 % zadovoljnih stanara sa termalnom klimom, takođe prihvata 20% nezadovoljnih. Ovo je rezultat sumiranja efekta toplotnog bilansa tela, kao i pojava termalnog poremećaja, takvih kao što je promaja. Kao i ISO 7730 tako i ASHRAE standard 55 utvrđuje da PPD indeks treba da ima maksimalnu vrednost 10%. Za preostalih 10% nezadovoljnih pretpostavlja se da je uzrok lokalni termalni poremećaj.

Osiguranja tehničkog rešenja radi izbegavanja neprihvatljive niske temperature zimi je veoma jednostavno i to je vezano za korektna projektovanja toplotnog sistema. Sobna temperatura ne sme pasti ispod 20 ºC, osim kada su napolju izuzetno niske temperature. U letnjem periodu često je neophodno prihvatiti temperature iznad ovih vezanih za komfor, kada se primenjuje koncept PMV/PPD indeksa.

23. Zaključak

Kada se specificiraju zahtevi za termalnu klimu u projektu zgrade, onda to mora biti jasno utvrđeno, sa željenim temperaturama i ciljnim vrednostima za temperaturni gradijent. Potrebno je definisati opseg viših temperatura koji se može prihvatiti za tople letnje dane.

Kada se specificiraju zahtevi za termalnu klimu, oni moraju biti jasno utvrđeni sa željenim temperaturama i ciljnim vrednostima temperaturnog gradijenta. Potrebno je definisati opseg viših temperatura koji može biti prihvaćen za tople letnje dane. Ovo je kompromis između dobre termalne klime i troškova tehničkog rešenja zahtevanog da zadovolji zahteve stanara. Ako ovo ne bi bilo dozvoljeno, onda bi suprotno spoljnoj i unutrašnja klima imala percepciju previše neugodnosti. U zgradama sa komfornim hlađenjem, rešenja moraju zahtevati održavanje sobne temperature 3 ºC niže od spoljne temperature, kada raste iznad projektne letnje temperature.

U radnim prostorima, kao što su kancelarije razumno je dozvoliti temperature iznad gornjeg limita, saglasno konceptu PMV/PPD indeksa, 80 radnih sati godišnje. Inženjeri HVAC (KGH) klimatizacija, grejanje i hlađenje imaju obavezu da predstave klijentu kako ovi različiti nivoi zahteva utiču na cenu i kompleksnost instalacije.

Literatura

[1] ASHRAE (2004) Thermal Environemental Conditions for Human Occupancy, ASHRAE Standard 55-2004.
[2] Fanger, PO (1970), Thermal Comfort, Danish Technical Press, Copenhagen.
[3] ISO 7730, Ergonomics of the thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal discomfort.
[4] ISO 8996, Ergonomics – Determination of metabolic heat production.
[5] ISO 9920, Ergonomics of the thermal environmental – Estimation of the thermal insulation and evaporative resistance of a clothing ensemble.
[6] VVS – Tekniska Förenmgen (2006), RI – Riktlinjen för specifikation av inneklimatkov, Stockholm.
[7] M. Krajčik, (2012), Thermal comfort and ventilation effectiveness in low energy buildings with mechanical ventilation and radiant heating / cooling systems, ph. D. thesis, Slovak University of Technology in Bratislava, Faculty of Civil Engineering, 2012.
[8] M. Krajčik, R. Tomasi, A. Simone, B.W. Olesen, (2012), Subjective evaluation of different ventilation concepts combined with radiant heating, in: Proceedings of the 10th Healthy Buildings Conference 2012, Brisbane, Australia.
[9] B.W. Olesen, (2008), Radiant floor cooling systems, ASHRAE Journal, Septembar, 16-22.
[10] EN 15251:2007, Indoor environmental input parameters for design and assesment of energy performance of buildings – addressing indoor air quality, thermal environmenta, lighting and acoustic, CEN, Brussels.
[11] CEN TR 1752, 1998, Ventilation for Building; Design Criteria for the indoor Environment, European Committee for Standardization, Brussels.
[12] B.W. Olesen, (2008), Thermal comfort criteria for design of heating systems, REHVA Journal 45 (4), 29-22.
[13] B.W. Olesen, (2012), Revision of EN 15251: indoor environmental criteria, REHVA Journal 49 (4), 6-12.
[14] R. Dear, K. Leow, A. Ameen, (1991), Thermal comfort in the humid tropics, Part 1, ASHRAE Transactions 97 (1), 874-879.
[15] B.W. Olesen, (1983), A simplified calculation method for checking the indoor climate, Part 2, ASHRAE Transactions 98.

Piše: Prof. dr Dragan Škobalj