Na to, czy czujemy się w pomieszczeniu komfortowo, wpływa wiele czynników. Jak to osiągnąć, wie dr Thorsten Wolterink, kierownik Centrum Badań i Rozwoju Kampmann.

Jak wiele innych rzeczy, także i komfort należy do czysto subiektywnych odczuć człowieka. Głośność, temperatura, wilgotność, jasność, ale także otoczenie społeczne, umeblowanie pomieszczeń i osobisty nastrój mają wpływ na to, czy czujemy się komfortowo. Ważnym aspektem jest przy tym komfort termiczny. Jak jednak zdefiniować coś tak nieuchwytnego? I jak można stworzyć komfort termiczny?

Komfort termiczny w uproszczeniu oznacza, że wytwarzane w organizmie ciepło jest również oddawane, dzięki czemu nie dochodzi do przegrzania lub wychłodzenia. Wówczas ludzkie ciało jest w stanie wytworzyć ciepło w zakresie od 80 W (obciążenie podstawowe w spoczynku) do około 800 W podczas największego wysiłku fizycznego. Warto zatem przyjrzeć się dostępnym mechanizmom oddawania ciepła i innym wpływającym na nie czynnikom, które utrudniają je lub wspierają.

W ludzkim ciele ciepło jest transportowane za pomocą czystej konwekcji przez krew. Jego oddawanie do otoczenia następuje przede wszystkim przez skórę, ale także przez płuca w ramach oddychania. Podczas gdy w trakcie oddychania oddawane jest tylko ciepło utajone i jawne, duża część promieniowania jest dodatkowo emitowana przez skórę, a niewielka ilość ciepła jest uwalniana bezpośrednio, na przykład przez podeszwy. Na te trzy zasadnicze procesy oddawania (konwekcja, parowanie i promieniowanie) mają wpływ różne czynniki. Pierwszym z nich jest produkcja ciepła jako bezpośredni rezultat danego działania. Kolejnym (ludzkim) czynnikiem jest odzież izolacyjna, która ma bezpośredni wpływ na wszystkie trzy sposoby oddawania ciepła. Z perspektywy otoczenia temperatura powietrza i jego ruchy mają bezpośredni wpływ na konwekcyjne oddawanie ciepła, a wilgotność powietrza na utajone oddawanie ciepła poprzez parowanie. Z kolei odprowadzanie ciepła w postaci promieniowania stanowi różnicę między promieniowaniem emitowanym a promieniowaniem przychodzącym, a zatem zależy od temperatury otaczających powierzchni. Już w 1970 roku Ole P. Fanger w swojej pracy doktorskiej na Duńskim Uniwersytecie Technicznym (DTU) przedstawił obszerne badania na ten temat i zidentyfikował sześć wymienionych wielkości wpływających jako najważniejsze.
OLE P. FANGER był duńskim inżynierem, którego rozprawa doktorska na temat komfortu cieplnego stanowi jedną z najważniejszych prac w tej dziedzinie.

BADANIA OLE P. FANGERA

Ole P. Fanger

OLE P. FANGER
– duński inżynier, którego praca doktorska na temat komfortu technicznego należy do najważniejszych dzieł w tej dziedzinie.

Fanger stworzył w swoich laboratoriach regularne stanowiska pracy, w których jego testerzy wykonywali swoje normalne czynności w różnych ubraniach. Fanger był w stanie ustawić dowolne parametry klimatyczne pomieszczenia. Testerzy musieli następnie w regularnych odstępach czasu oceniać swój stan termiczny w siedmiocyfrowej skali od -3 (zimno) do +3 (gorąco). Dla każdej z powyższych kombinacji wielkości wpływających (aktywność, ubiór, temperatura powietrza, wilgotność powietrza, prędkość powietrza, temperatura powierzchni otaczających) otrzymał on w ten sposób „średnią ocenę” testerów. Udało mu się stworzyć do jej obliczania wzór matematyczny: równanie Fangera. Łączy on sześć istotnych parametrów ze „średnią oceną”. W przypadku projektowania pomieszczeń pod względem klimatu wystarczy zastosować odwrotną procedurę: znane jest planowane wykorzystanie pomieszczeń i można przewidzieć ubiór jego użytkowników. Wraz z parametrami otoczenia można na tej podstawie określić „przewidywaną średnią ocenę” (ang. Predicted Mean Vote – PMV). Fanger zaklasyfikował oceny testerów i ustalił, że osoby są zadowolone, jeśli ich oceny wynosiły -1 lub +1. Wszystkie osoby wystawiające inne oceny były tym samym niezadowolone. Znalazł on przy tym bezpośredni związek między „procentem niezadowolonych” a „średnią oceną”. Jeżeli ponownie odwrócimy tu procedurę, z sześciu wielkości wpływających otrzymamy „przewidywaną średnią ocenę” (PMV), a z tego „przewidywany procent niezadowolonych” (ang. Predicted Percentage of Dissatisfied – PPD) normy DIN EN ISO 7730. Jeśli przyjrzeć się normie bliżej, staje się jasne, że nawet w przypadku optymalnych warunków w pomieszczeniu 5% wszystkich osób wciąż pozostaje niezadowolonych – innymi słowy: jest im zbyt zimno lub zbyt ciepło. Norma DIN EN ISO 7730 dzieli pomieszczenia na trzy kategorie m.in. według dopuszczalnego wskaźnika PPD. Najwyższe wymagania kategorii A mają zastosowanie do pomieszczeń wykorzystywanych przez osoby wrażliwe (niemowlęta, osoby chore itp.). Do normalnych biur zastosowanie ma kategoria B, natomiast kategoria C powinna obowiązywać przede wszystkim dla istniejących budynków.

LOKALNE KRYTERIA KOMFORTU

Termostat z różnicą temperatur

Oprócz globalnego kryterium komfortu, które dotyczy całego bilansu cieplnego człowieka, Fanger wprowadził cztery kolejne kryteria dotyczące poszczególnych obszarów ciała. Jednym z nich jest wskaźnik przeciągu (ang. Draught Rate – DR) dla powierzchni ciała bez ubioru – zależy on od temperatury powietrza, prędkości powietrza i stopnia turbulencji. Należy tu zauważyć, że krajowy załącznik (NA) do normy DIN EN 15251 zaostrza wymieniony w normie DIN EN ISO 7730 wskaźnik przeciągu DR = 20% dla pomieszczeń kategorii B. Kolejnym lokalnym kryterium komfortu jest różnica temperatur powietrza na wysokości głowy i stóp. W zależności od kategorii pomieszczenia (A, B, C), dopuszczalne są tutaj temperatury 2°C, 3°C lub 4°C. Trzecim kryterium jest temperatura podłogi, która może być stosowana tylko w przypadku stóp w obuwiu. Dla kategorii A i B dopuszczalny zakres temperatur wynosi od 19°C do 28°C. Dla kategorii C rozszerza się on w obu kierunkach o około 2°C. Czwartym i ostatnim lokalnym kryterium komfortu jest asymetryczny rozkład promieniowania. Należy przy tym dokonać rozróżnienia między sufitem i ścianami z jednej strony a ciepłem i zimnem z drugiej strony. A zatem mamy do czynienia de facto z czterema podkryteriami, które muszą zostać spełnione w różny sposób w zależności od kategorii pomieszczenia.

POMIAR KOMFORTU

Tabela DIN EN ISO 7730

Komfort cieplny - istotne kryteria: globalne i lokalne oraz kategorie A, B i C.
W normie DIN EN ISO 7730 dla pomieszczeń kategorii B obowiązuje współczynnik ciągu wynoszący 20%. W załączniku krajowym (NA) normy DIN EN 15251 wartość ta została obniżona do podanych 15%.

Komfort w pomieszczeniu można obecnie określić za pomocą najnowocześniejszej techniki pomiarowej zgodnie z normą DIN EN ISO 7730. Aby systemy klimatyzacji nie miały negatywnego wpływu na komfort, Kampmann prowadzi intensywne działania badawczo-rozwojowe. Urządzenia firmy Kampmann ogółem mają znikomy wpływ na asymetrię promieniowania lub temperaturę podłogi, dlatego istotnymi czynnikami są tylko wskaźnik PPD, pionowa różnica temperatur (Δϑ) oraz wskaźnik przeciągu (DR). W przypadku wskaźnika PPD oznacza to, że urządzenie musi być w stanie neutralizować stosowane podczas dokonywania obliczeń obciążenia cieplne lub chłodnicze, tzn. utrzymywać temperaturę pomieszczenia bez powodowania przeciągów lub dużą stratyfikacją temperatury w strefie przebywania osób. Podczas gdy ogrzewanie zwykle jest pod tym względem bezkrytyczne, chłodzenie za pomocą urządzeń podłogowych często stanowi szczególne wyzwanie. Ponieważ schłodzone powietrze ze względu na przeciągi nie może być wydmuchiwane bezpośrednio do strefy przebywania osób, ważne jest, aby kierować je możliwie wysoko wzdłuż elewacji, tak aby podczas opadania dobrze mieszało się z resztą powietrza w pomieszczeniu, a następnie powoli rozprzestrzeniało do pomieszczenia ponad podłogą. Niestety prowadzi to do tego, że część schłodzonego powietrza jest zasysana z powrotem do urządzenia, co określa się jako „zwarcie”. W zależności od prędkości obrotowej wentylatora i od temperatury wody udział ten może wynosić 40% i więcej, co prowadzi do znacznych strat w wydajności. W Centrum Badań i Rozwoju (CBR) Kampmann oprócz zwykłych parametrów urządzenia równolegle mierzony jest wskaźnik przeciągu i stratyfikacja temperatury. Wszystkie urządzenia firmy Kampmann są zoptymalizowane nie tylko pod względem mocy, ale również pod względem komfortu. Szczególnie w przypadku specjalnych wymagań klienta dotyczących umeblowania, geometrii pomieszczenia lub warunków obliczeniowych, CBR w swoim laboratorium przepływu powietrza oferuje możliwość optymalnego dostosowania każdego urządzenia do danego wykorzystania.