objective-measurement-thermal-comfort-fec-kampmann-lingen

Объективные измерения теплового комфорта в помещении

Многие факторы влияют на то, насколько комфортно мы чувствуем себя в помещении. Доктор Торстен Вольтеринк, глава Центра исследований и разработок Kampmann, знает, как этого добиться.

Как и многие другие вещи, комфорт относится к чисто субъективным ощущениям человека. Громкость, температура, влажность воздуха, интенсивность освещения, а также социальная среда, мебель в помещениях и личное самочувствие влияют на то, чувствуем ли мы себя комфортно. Важным аспектом здесь является тепловой комфорт. Но как определить что-то настолько неуловимое? И как создать тепловой комфорт?

Говоря простыми словами, тепловой комфорт означает следующее: возможность выделения тепла, производимого в организме, в окружающую среду с целью предотвращения перегрева или охлаждения организма. Человеческий организм способен вырабатывать тепло в диапазоне от 80 Вт (в состоянии покоя) до примерно 800 Вт при наиболее интенсивных физических нагрузках. Поэтому стоит взглянуть на механизмы, которые существуют для выделения тепла, а также на другие важные факторы, которые препятствуют или способствуют этому.

В человеческом теле перенос тепла осуществляется чисто конвективно током крови. Оно выделяется в окружающую среду в первую очередь через кожу, но и дыханием через легкие. Выделение тепла при дыхании осуществляется незаметно и в небольшом объеме, в то время как доля выделяемого кожей тепла значительно выше. При этом существует еще и небольшой по объему прямой перенос тепла, например, через подошвы ног. На эти три основных процесса высвобождения тепла (конвекция, испарение и излучение) влияют различные факторы. Во-первых, производство тепла является прямым результатом соответствующей физической активности. Другим (человеческим) фактором является изолирующая одежда, непосредственно влияющая на все три способа рассеивания тепла. Со стороны окружающей среды температура и движение воздуха оказывают прямое воздействие на конвективную отдачу тепла, а влажность воздуха - на латентное выделение тепла путем испарения. Отдача тепла в виде излучения, с другой стороны, является разницей между выделяемым и поступающим излучением и, таким образом, зависит от температуры окружающих поверхностей. Еще в 1970 г. Оле П. Фангер представил обширные исследования в этой тематической области в своей докторской диссертации в Техническом университете Дании (DTU) и определил шесть переменных, только что упомянутых в качестве наиболее важных.
ОЛЕ П. ФАНГЕР был датским инженером, чья диссертация на тему теплового комфорта является одной из основополагающих работ в этой области.

ИССЛЕДОВАНИЯ ОЛЕ П. ФАНГЕРА

Ole P. Fanger

ОЛЕ П. ФАНГЕР
был датским инженером, чья диссертация на тему теплового комфорта является одной из основополагающих работ в этой области.

Фангер создал в своих лабораториях стандартные рабочие места, где его испытуемые выполняли свою обычную работу в различной одежде. Фангер мог настраивать любые климатические параметры помещения. Испытуемые должны были оценивать через некоторые промежутки времени свое тепловое ощущение по семибальной шкале от - 3 (холодно) до + 3 (жарко). Для каждой комбинации вышеназванных факторов воздействия (вид деятельности, одежда, температура воздуха, влажность воздуха, скорость воздуха, температура окружающих поверхностей) он, таким образом, получал "среднюю оценку" от испытуемых. Ему удалось вывести математическую формулу - уравнение Фангера. В нем объединены шесть соответствующих параметров со "средней оценкой". При климатическом расчете помещений этот метод используется с противоположным значением: известно планируемое использование помещения, и можно оценить одежду его пользователей. Вместе с параметрами окружающей среды можно определить "ожидаемую среднюю оценку" (англ.: Predicted Mean Vote – PMV) . Затем Фангер классифицировал оценку испытуемых и определил, что люди довольны тогда, когда их оценка была -1 или +1. Все остальные были недовольны. Он нашел прямую связь между "процентом недовольных" и "средней оценкой". Если здесь снова поменять процедуру на противоположную, то из шести факторов воздействия вычисляется "ожидаемая средняя оценка" (PMV), из которой затем вычисляется "ожидаемый процент недовольных" (англ.: Predicted Percentage of Dissatisfied – PPD) согласно стандарту DIN EN ISO 7730. Если присмотреться к стандарту поближе, то становится понятно, что даже при оптимальных условиях в помещении 5% всех людей всегда останутся недовольными - иными словами: им либо слишком холодно, либо слишком жарко. Стандарт DIN EN ISO 7730 разделяет помещения на три категории, в частности, по допустимому индексу PPD. Самые высокие требования категории А относятся к помещениям, используемым чувствительными людьми (напр., младенцы, больные и т.д.). Категория В применяется к обычным офисам, в то время как категория С должна применяться главным образом к нормальным зданиям.

МЕСТНЫЕ КРИТЕРИИ КОМФОРТНОСТИ

Thermostat mit Temperaturdifferenzen

В дополнение к глобальному критерию комфорта, который касается всего теплового баланса человеческого организма, Фангер ввел еще четыре критерия, касающиеся отдельных участков тела. С одной стороны - это показатель интенсивности сквозняка (англ.: Draught Rate - DR) на участках тела без одежды. Он зависит от температуры воздуха, скорости воздуха и степени турбулентности. Здесь следует отметить, что национальное приложение (NA) стандарта DIN EN 15251 ужесточает интенсивность сквозняка DR = 20% для помещений категории В, как указано в DIN EN ISO 7730. Другим местным критерием комфортности является разность температур воздуха на уровне головы и ног. В зависимости от категории помещения (A, B, C), здесь допустимы разности в 2 °C, 3 °C или 4 °C. Третий критерий - температура пола, которая может быть применена только к ногам в обуви. Для категорий A и B допустимый температурный диапазон составляет от 19 °C до 28 °C. Для категории С она увеличивается в обе стороны еще на 2 °C. Четвертым и последним локальным критерием комфорта является асимметричное распределение излучения. Необходимо различать между потолком и стенами с одной стороны, и горячим и холодным - с другой. Таким образом, де-факто существуют четыре подкритерия, которые должны соблюдаться по-разному в зависимости от категории помещения.

ИЗМЕРЕНИЕ КОМФОРТНОСТИ

Tabelle der DIN EN ISO 7730

Сегодня комфортность в помещении можно определить с помощью новейшей измерительной техники в соответствии с DIN EN ISO 7730. Компания Kampmann проводит интенсивные исследования и разработки для того, чтобы системы кондиционирования воздуха не оказывали негативного воздействия на комфорт. Приборы Kampmann в целом мало влияют на асимметрию излучения и температуру пола. Поэтому важны только индекс PPD, вертикальная разность температур (Δϑ) и интенсивность сквозняка (DR). Для индекса PPD это означает, что прибор должен быть в состоянии нейтрализовать тепловую или охлаждающую нагрузку, которая используется в планировании системы, т.е. поддерживать температуру в помещении без образования сквозняков или больших температурных расслоений в зоне нахождения людей. Хотя обогрев в этом отношении обычно не критичен, охлаждение при помощи напольных кондиционеров часто представляет собой особую проблему. Так как из-за сквозняковых явлений охлажденный воздух не может подаваться непосредственно в зону нахождения людей, важно направлять его вдоль фасада как можно выше, чтобы при падении он хорошо смешивался с оставшимся воздухом помещения, а затем медленно распространялся над полом в помещении. К сожалению, это приводит к тому, что часть охлажденного воздуха всасывается обратно в прибор, что называется в данном случае "коротким замыканием". В зависимости от скорости вращения вентилятора и температуры воды доля этого воздуха может составлять 40% и более, что в свою очередь приводит к значительным потерям мощности. В Центре исследований и разработок компании Kampmann (FEC) измеряется интенсивность сквозняка и температурное расслоение параллельно с обычными параметрами прибора. Все приборы Kampmann оптимизируются не только для увеличения их производительности, но и улучшения комфорта. В частности, если клиент предъявляет особые требования в отношении мебели, геометрии помещения или дизайнерских условий, в лаборатории измерения потока воздуха Центра исследований и разработок FEC есть возможность оптимально адаптировать каждую установку к соответствующему случаю.