1

Mikroklimat

Mikroklimat

Komfort cieplny

Komfort cieplny

Marcin Kuliński
[e-mail]
http://ergonomia.ioz.pwr.wroc.pl

Fizyczne mechanizmy przepływu ciepła

Fizyczne mechanizmy przepływu ciepła

przewodzenie

- zachodzi przy bezpośrednim zetknięciu się ciał o różnych temperaturach
- szybkość zależna od wielkości pola kontaktu oraz różnicy temperatur

konwekcja (unoszenie)

- wymaga obecności ośrodka gazowego lub ciekłego oraz grawitacji
- szybkość zależna od kształtu i orientacji ciała w przestrzeni

promieniowanie

- nie wymaga pośrednictwa materii
- zależy od zdolności powierzchni do pochłaniania, rozpraszania i odbijania fal

elektromagnetycznych określonej długości

Transfer ciepła w organizmach żywych

Transfer ciepła w organizmach żywych

organizmy zmiennocieplne

- temperatura ciała zależy od tempa przepływu ciepła poprzez przewodzenie,

konwekcję i promieniowanie oraz od poziomu metabolizmu

- brak mechanizmów termoregulacyjnych

organizmy stałocieplne

- otoczenie nie wywiera wpływu na temperaturę ciała

homeotermia

- mechanizmy termoregulacyjne, pozwalające sterować ilościami ciepła

oddawanego do otoczenia oraz ciepła wytwarzanego przez organizm
(endogennego)

Przepływ ciepła między ciałem a otoczeniem

Przepływ ciepła między ciałem a otoczeniem

wnętrze ciała

skóra

otoczenie

regulacja

Mechanizmy termoregulacyjne człowieka

Mechanizmy termoregulacyjne człowieka

ośrodek termoregulacji w podwzgórzu

układ krwionośny

gruczoły potowe

drżenie mięśniowe

brunatna tkanka tłuszczowa

Klasyfikacja mechanizmów termoregulacyjnych

Klasyfikacja mechanizmów termoregulacyjnych

regulacja bierna

wewnętrzny transport

ciepła,

stopień ukrwienia skóry

regulacja czynna

wydzielanie

i odparowywanie potu

regulacja fizyczna

zmiana ilości ciepła

wymienianego

z otoczeniem

regulacja chemiczna

zmiana ilości ciepła

wytwarzanego w ustroju

mechanizmy

termoregulacyjne

2

Wpływ otoczenia na sprawność człowieka

Wpływ otoczenia na sprawność człowieka

zbyt ciepło:

uczucie wyczerpania i senności

znaczny spadek wydajności pracy

wydłużony czas reakcji i zmniejszona spostrzegawczość

wzrost liczby popełnianych błędów oraz wypadkowości

zbyt zimno:

uczucie niepokoju, zdenerwowania

spadek koncentracji

spadek wydajności pracy fizycznej

gorsze wyniki pracy umysłowej

Definicje mikroklimatu

Definicje mikroklimatu

Całokształt zmian fizycznych czynników meteorologicznych w badanym,
ograniczonym miejscu.

Warunki klimatyczne panujące na stanowisku roboczym lub w pomieszczeniu
przemysłowym.

Zespół elementów klimatologicznych charakterystyczny dla małej części
środowiska przyrodniczego (np. kępy traw, korony drzew), bardzo zmienny i
nietrwały.

Klimat charakterystyczny dla małej części środowiska, której odrębność jest
wynikiem specyfiki układu czynników ją tworzących.

Główne parametry mikroklimatu

Główne parametry mikroklimatu

temperatura powietrza

temperatura promieniowania cieplnego otoczenia

wilgotność powietrza

prędkość ruchu powietrza

ciśnienie atmosferyczne

Temperatura efektywna

Temperatura efektywna

–

–

Houghten

Houghten

i

i

Yaglou

Yaglou

, 1923 r.

, 1923 r.

WBGT

WBGT

–

–

Wet

Wet

Bulb Globe Temperature

Bulb Globe Temperature

Wnętrza:

WBGT = 0.7 t

w

+ 0.3 t

g

Tereny otwarte:

WBGT = 0.7 t

w

+ 0.2 t

g

+ 0.1 t

a

gdzie:

t

w

– temperatura wskazywana przez termometr wilgotny wentylowany naturalnie

t

g

– temperatura wskazywana przez termometr globusowy

t

a

– temperatura powietrza

WCI

WCI

–

–

Wind

Wind

Chill Index

Chill Index

WCI = 13.12 + 0.6215 t – 11.37 v

0.16

+ 0.3965 t × v

0.16

gdzie:

t

– temperatura powietrza [°C]

v

– prędkość ruchu powietrza [km/h]

3

Bilans cieplny organizmu

Bilans cieplny organizmu

∆Q = M ± C ± R – E

gdzie:

∆Q

– przyrost ilości ciepła w organizmie

M

– ciepło wytworzone w przemianach metabolicznych

C

– ciepło przyjęte lub oddane przez konwekcję i przewodzenie łącznie

R

– ciepło przyjęte lub oddane przez promieniowanie

E

– ciepło oddane przez odparowanie potu i wody

Aktywność fizyczna i poziom metabolizmu

Aktywność fizyczna i poziom metabolizmu

360 – 540

4.0 – 6.0

bardzo intensywna aktywność (np. roboty
budowlane)

270

3.0

intensywna aktywność (np. przemysł metalowy)

180

2.0

średnio intensywna aktywność (np. prace
domowe)

145

1.6

aktywność w pozycji stojącej (np. zakupy,
przemysł lekki)

110

1.2

relaks w pozycji stojącej lub aktywność w pozycji
siedzącej (np. praca biurowa)

90

1.0

odpoczynek w pozycji siedzącej

70

0.8

odpoczynek w pozycji leżącej

ciepło

wydzielane

[kcal/h]

poziom

metabolizmu

[met]

rodzaj aktywności

Wpływ bilansu cieplnego na funkcjonowanie

Wpływ bilansu cieplnego na funkcjonowanie

organizmu

organizmu

bilans dodatni:

zwiększone obciążenie układu sercowo-naczyniowego

(częstość uderzeń serca, ciśnienie krwi)

redukcja aktywności mięśniowej

„wyłączenie” układu trawienia

odwodnienie

bilans ujemny:

odczuwalne obniżenie temperatury skóry

zwiększenie tempa metabolizmu

utrata elastyczności i siły mięśni

spowolnienie przewodzenia bodźców nerwowych

specyficzne zmiany behawioralne

Pojęcie komfortu cieplnego

Pojęcie komfortu cieplnego

„Komfort cieplny jest definiowany jako najkorzystniejsze warunki mikroklimatu
pomieszczenia, w których człowiek czuje się dobrze, a gospodarka cieplna jego
organizmu przebiega najekonomiczniej.”

(„Bezpieczeństwo pracy i ergonomia”, CIOP)

„Komfort cieplny jest to taki stan umysłu, który wyraża zadowolenie z panujących
warunków termicznych.”

(norma ISO 7730)

zrównoważony bilans cieplny

odpowiednia temperatura wnętrza ciała

odpowiednia temperatura skóry

brak aktywności gruczołów potowych

brak uczucia dyskomfortu

Wskaźniki PMV i PPD

Wskaźniki PMV i PPD

–

–

norma ISO 7730

norma ISO 7730

konieczne wielkości:

poziom metabolizmu

praca zewnętrzna

izolacyjność termiczna odzieży

stosunek powierzchni ciała okrytej odzieżą do powierzchni nieokrytej

temperatura powietrza

średnia temperatura promieniowania

prędkość ruchu powietrza

wilgotność względna powietrza

wartości optymalne:

PMV (Predicted Mean Vote) – od -0.5 do +0.5

PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) – 10% lub mniej

Odzież i jej izolacyjność termiczna

Odzież i jej izolacyjność termiczna

2.2

ocieplany kombinezon roboczy do prac zimowych

0.5

długie cienkie spodnie, rozpięta koszula z krótkim rękawem,
cienka bielizna

1.5

garnitur z kamizelką, ciepła bielizna z długimi rękawami
i nogawkami

3-4

ubranie polarne

1.0

typowy garnitur męski

0.8

kostium damski lub lekki garnitur męski

0.2

krótkie spodnie, rozpięta koszula z krótkim rękawem, cienka
bielizna

0.1

szorty i koszulka sportowa

0.01

skąpy kostium kąpielowy dwuczęściowy

izolacyjność

cieplna

[clo]

rodzaj odzieży