KOMFORT CIEPLNY W BUDYNKACH
POMIARY ÅšRODOWISKA TERMICZNEGO
Zalecana literatura: Polska Norma PN ISO 7726; marzec 2001;  Ergonomia
środowiska termicznego. Przyrządy do pomiaru wielkości fizycznych.
WIELKOÅšCI FIZYCZNE CHARAKTERYZUJ
CE ÅšRODOWISKO
a) temperatura powietrza; [°C], [K]
b) Å›rednia temperatura promieniowania; [°C], [K],
temperatura promieniowania pÅ‚aszczyzny; [°C], [K]
promieniowanie kierunkowe; [W/m2]
c) wilgotność bezwzględna powietrza, wyra\
ona cząstkowym ciśnieniem
pary wodnej; [kPa]
d) prędkość powietrza; [m/s]
e) temperatura powierzchni; [°C], [K]
POMIAR TEMPERATURY POWIETRZA
Zmniejszenie wpływu promieniowania z sąsiednich z
ródeł mo\
na uzyskać
poprzez:
1. Zmniejszenie emisyjności powierzchni czujnika
2. Osłonięcie czujnika ekranem o niskiej emisyjności
3. Zwiększenie współczynnika przejmowania ciepła poprzez zwiększenie
prędkości przepływu powietrza wokół czujnika
Bezwładność cieplna czujnika
Bezwładność cieplna czujnika zale\
y od jego rozmiarów, pojemności cieplnej i
współczynnika przejmowania ciepła
Rodzaje stosowanych termometrów:
- termometry cieczowe,
- termometry oporowe; platynowe (Pt100) i termistory,
- termopary
POMIAR ÅšREDNIEJ TEMPERATURY PROMIENIOWANIA
1. TERMOMETR Z POCZERNION
KUL

Zaleca się średnicę 0,15 m.
Bilans cieplny poczernionej kuli:
4
µ Ã (Tr4 - Tg ) + hcg (Ta - Tg ) = 0
g
gdzie:
µ - emisyjność poczernionej kuli
g
à - staÅ‚a Stefana-Boltzmanna, 5,67·10-8 W/(m2·K4)
Tr - średnia temperatura promieniowania, [K]
Tg - temperatura poczernionej kuli, [K]
Ta - temperatura powietrza w otoczeniu, [K]
hcg - współczynnik przejmowania ciepÅ‚a na powierzchni kuli, [W/(m2·K)]
Dla konwekcji naturalnej otrzymuje siÄ™:
1/ 4
1/ 4
îÅ‚ Å‚Å‚
0,25Å"108 ëÅ‚ tg - ta öÅ‚
ïÅ‚(t ìÅ‚ ÷Å‚
tr = + 273)4 + × (tg - ta )śł - 273
g
ïÅ‚ ìÅ‚ ÷Å‚ śł
µ D
g
íÅ‚ Å‚Å‚
ïÅ‚ śł
ðÅ‚ ûÅ‚
Dla standardowej kuli D = 0,15 m, µg = 0,95 i wówczas (dla konwekcji
µ
µ
µ
naturalnej):
1/ 4
1/ 4
îÅ‚(t
tr = + 273)4 + 0,4 Å"108 tg - ta × (tg - ta )Å‚Å‚ - 273
g
ïÅ‚ śł
ðÅ‚ ûÅ‚
Przy konwekcji wymuszonej:
1/ 4
0
îÅ‚ Å‚Å‚
1,1Å"108 × va,6
tr = (tg + 273)4 + (tg - ta ) - 273
ïÅ‚ śł
µ Å" D0,4
ïÅ‚ śł
g
ðÅ‚ ûÅ‚
Przy konwekcji wymuszonej, dla standardowej kuli:
0 1/ 4
tr =[(tg + 273)4 + 2,5 Å"108 × va,6(tg - ta )] - 273
W przypadku promieniowania niejednorodnego nale\
y zastosować trzy poczernione
kule, np. na poziomie głowy, brzucha i kostek człowieka (odpowiednio 1,1, 0,6, 0,1 m
w pozycji siedzÄ…cej oraz 1,7, 1,1 i 0,1 m w pozycji stojÄ…cej). ÅšredniÄ… temperaturÄ™
oblicza się z zastosowaniem współczynników wagowych podanych w normie.
Czas reakcji termometru z poczernionÄ… kulÄ… wynosi od 20 do 30 minut i zale\
y od
właściwości fizycznych kuli i warunków panujących w środowisku.
Pomiary za pomocÄ… termometru z poczernionÄ… kulÄ… dajÄ… wyniki przybli\
one, ze
względu na ró\
nicę pomiędzy kształtem ciała człowieka a kulą. Na przykład
promieniowanie z sufitu lub podłogi ocenione za pomocą termometru z kulą będzie
wy\
sze ni\
rzeczywiście działające na człowieka stojącego lub siedzącego. Lepsze
przybli\
enie kształtu ciała daje czujnik w kształcie elipsoidy.
2. RADIOMETR DWUSFERYCZNY
SÄ… to dwie kule; jedna jest poczerniona, a druga wypolerowana. Obydwie sÄ…
utrzymywane w tej samej temperaturze. Wymieniają te same ilości ciepła na drodze
konwekcji, a ró\
ne na drodze promieniowania.
Åšrednia temperatura promieniowania wyliczana jest ze wzoru:
Pp - Pb
Tr4 = Ts4 +
à (µb - µ )
p
Gdzie:
Tr - średnia temperatura promieniowania, [K]
Ts - temperatura czujnika (kuli), [K]
Pp - gęstość strumienia ciepła doprowadzanego do kuli wypolerowanej, [W/m2]
Pb - gęstość strumienia ciepła doprowadzanego do kuli poczernionej, [W/m2]
µ - emisyjność kuli wypolerowanej
p
µb - emisyjność kuli poczernionej
à - staÅ‚a Stefana-Boltzmanna, à = 5,67·10-8 W/(m2·K4)
3. CZUJNIK O STAA
EJ TEMPERATURZE, RÓWNEJ TEMPERATURZE
POWIETRZA
Czujnik w kształcie kuli lub elipsoidy utrzymywany jest w temperaturze równej
temperaturze otoczenia. Nie ma zatem konwekcyjnej wymiany ciepła. Strumień
ciepła dostarczany lub odbierany z czujnika wynika z radiacyjnej wymiany ciepła z
otoczeniem.
Åšrednia temperatura promieniowania wyliczana jest z zale\
ności:
Ps
Tr4 = Ts4 +
à µ
s
Gdzie:
Tr - średnia temperatura promieniowania, [K]
Ts - temperatura czujnika (kuli), [K]
Ps - gęstość strumienia ciepła doprowadzanego lub odprowadzanego z czujnika,
[W/m2]
µ - emisyjność czujnika
s
à - staÅ‚a Stefana-Boltzmanna, à = 5,67·10-8 W/(m2·K4)
OBLICZANIE ÅšREDNIEJ TEMPERATURY PROMIENIOWANIA
1. OBLICZANIE NA PODSTAWIE TEMPERATURY OTACZAJ
CYCH
POWIERZCHNI
ÅšredniÄ… temperaturÄ™ promieniowania oblicza siÄ™ na podstawie:
- temperatury otaczajÄ…cych powierzchni,
- współczynnika kątowego, zale\
nego od poło\
enia małego elementu płaskiego
względem otaczających go powierzchni, funkcji kształtu, wielkości i względnego
poło\
enia powierzchni w stosunku do człowieka
Do obliczeń stosuje się następujące równanie (przy zało\
eniu, \
e otaczajÄ…ce
powierzchnie mają emisyjność zbli\
onÄ… do 1):
4
Tr4 = T14Fp-1 + T24Fp-2 + .... + TN Fp-N
gdzie:
Tr - średnia temperatura promieniowania, [K]
TN - temperatura N-tej powierzchni, [K]
Fp-N - współczynnik kątowy, zale\
ny od poło\
enia małego elementu płaskiego
względem powierzchni N
Współczynniki kątowe mo\
na określić na podstawie wykresów podanych w Normie.
2. OBLICZANIE NA PODSTAWIE TEMPERATURY PROMIENIOWANIA
PA
ASZCZYZNY
ÅšredniÄ… temperaturÄ™ promieniowania oblicza siÄ™ na podstawie:
- temperatury promieniowania płaszczyzny tpr, w sześciu kierunkach,
- współczynników rzutowania płaszczyzny w odniesieniu do człowieka w tych
samych sześciu kierunkach
Do obliczeń stosuje się następujące równanie w przypadku osoby siedzącej:
0,18(tpr[w górę] + tpr[w dół]) + 0,22(t [w prawo] + tpr[w lewo]) + 0,3(tpr[ przód] + tpr[tył])
pr
tr =
2(0,18 + 0,22 + 0,30)
Do obliczeń stosuje się następujące równanie w przypadku osoby stojącej:
0,08(tpr[w górę] + tpr[w dół]) + 0,23(tpr[w prawo] + tpr[w lewo]) + 0,35(tpr[ przód] + tpr[tył])
tr =
2(0,08 + 0,23 + 0,35)
gdzie:
tr - Å›rednia temperatura promieniowania, [°C]
t - temperatura promieniowania pÅ‚aszczyzny, [°C]
pr
Współczynniki kątowe mo\
na określić na podstawie tablicy podanej w Normie.
POMIAR TEMPERATURY PROMIENIOWANIA
PA
ASZCZYZNY
1. Ogrzewany czujnik, składający się z płytki odbijającej i płytki absorbującej
Ogrzewany czujnik składa się z płytki odbijającej (wypolerowanej, np. pokrytej
warstwą złota) i płytki absorbującej (pomalowanej na czarno). Płytka wypolerowana,
o niskiej emisyjności wymienia ciepło praktycznie tylko na drodze konwekcji; płytka
poczerniona wymienia ciepło na drodze konwekcji i promieniowania. Je\
eli będzie
utrzymywana taka sama temperatura obu płytek, to ró\
nica dostarczanych do nich
strumieni ciepła odpowiada radiacyjnej wymianie ciepła pomiędzy płytką a
otoczeniem.
Temperaturę promieniowania płaszczyzny oblicza się z równania:
Pp - Pb
4
Tpr = Ts4 +
à (µb - µ )
p
Gdzie:
Tpr - temperatura promieniowania płaszczyzny, [K]
Ts - temperatura płytki, [K]
Pp - gęstość strumienia ciepła doprowadzanego do wypolerowanej płytki, [W/m2]
Pb - gęstość strumienia ciepła doprowadzanego do poczernionej płytki, [W/m2]
µ - emisyjność wypolerowanej pÅ‚ytki
p
µb - emisyjność poczernionej pÅ‚ytki
à - staÅ‚a Stefana-Boltzmanna, à = 5,67·10-8 W/(m2·K4)
2. Stałotemperaturowa płytka
Czujnik w kształcie płytki utrzymywany jest w temperaturze równej temperaturze
otoczenia. Nie ma zatem konwekcyjnej wymiany ciepła. Strumień ciepła dostarczany
lub odbierany z czujnika wynika z radiacyjnej wymiany ciepła z otoczeniem.
Temperatura promieniowania płaszczyzny wyliczana jest z zale\
ności:
Ps
4
Tpr = Ts4 +
à µ
s
Gdzie:
Tpr - temperatura promieniowania płaszczyzny, [K]
Ts - temperatura płytki, [K]
Ps - gęstość strumienia ciepła doprowadzanego lub odprowadzanego z płytki,
[W/m2]
µ - emisyjność pÅ‚ytki
s
à - staÅ‚a Stefana-Boltzmanna, à = 5,67·10-8 W/(m2·K4)
3. Radiometr netto  pomiar temperatury płaszczyzny i asymetrii temperatury
promieniowania
Radiometr netto składa się z małego płaskiego poczernionego elementu z miernikiem
przepływu ciepła typu termostos między dwoma stronami elementu. Przepływ ciepła
netto między obu stronami elementu jest równy ró\
nicy w radiacyjnej wymianie ciepła
po obu stronach elementu.
Promieniowanie netto wyliczane jest z zale\
ności:
4 4
P = Ã (Tpr1 - Tpr 2)
Gdzie:
P - promieniowanie netto, [W/m2]
Tpr1 - temperatura promieniowania płaszczyzny strony 1, [K]
Tpr 2 - temperatura promieniowania płaszczyzny strony 2, [K]
à - staÅ‚a Stefana-Boltzmanna, à = 5,67·10-8 W/(m2·K4)
Asymetria temperatury promieniowania wynosi:
"t = Tpr1 - Tpr2
pr
3. Obliczanie temperatury promieniowania płaszczyzny
Temperaturę promieniowania płaszczyzny oblicza się na podstawie:
- temperatury otaczajÄ…cych powierzchni,
- współczynnika kątowego, zale\
nego od wzajemnego poło\
enia małego elementu
płaskiego w stosunku do otaczających powierzchni, funkcji kształtu, wielkości i
względnego poło\
enia powierzchni w stosunku do człowieka
Przy zało\
eniu wysokiej emisyjności otaczających powierzchni stosuje się wzór:
4 4
Tpr = T14Fp-1 + T24Fp-2 + .... + TN Fp-N
gdzie:
Tr - średnia temperatura promieniowania, [K]
TN - temperatura N-tej powierzchni, [K]
Fp-N - współczynnik kątowy, zale\
ny od poło\
enia małego elementu płaskiego
względem powierzchni N
Współczynniki kątowe mo\
na określić na podstawie wykresów podanych w Normie.
POMIAR WILGOTNOÅšCI POWIETRZA
Pomiar dokonywany jest najczęściej za pomocą:
- higrometru (chlorkowo-litowego, pojemnościowego),
- psychrometru Assmana,
- psychrometru Augusta
Psychrometr Augusta
POMIAR PR
DKOÅšCI POWIETRZA
- anemometry Å‚opatkowe i kubkowe (pomiar kierunkowy),
- anemometr z gorÄ…cym drutem (pomiar kierunkowy),
- anemometr z pulsującym drutem (nieczuły na zmiany kierunku),
- anemometr z gorącą kulą (nieczuły na zmiany kierunku),
- anemometr laserowo-dopplerowski (nieczuły na zmiany kierunku)
POMIAR TEMPERATURY POWIERZCHNI
- termometry kontaktowe,
- termometry z czujnikami podczerwieni, kamery termowizyjne