POLITECHNIKA WARSZAWSKA

Adres: ul. Łukasiewicza 17 p.123 09-400 Płock, Polska

Tel./faks [phone], e-mail:[e-mail]

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA

LABORATORYJNEGO NR 3

Z FIZYKI BUDOWLI

Zakład Instalacji Budowlanych

i Fizyki Budowli

1

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

1. Temat ćwiczenia

Komfort cieplny i jakość powietrza w pomieszczeniu

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z tematyką mikroklimatu pomieszczeń i komfortem cieplnym ludzi w nich przebywających oraz wyliczenie wartości wskaźnika van Zuilen’a i pomiar stężenia CO2 i O2 w powietrzu wewnętrznym.

3. Zakres ćwiczenia

Zakres ćwiczenia obejmuje wykonanie pomiaru temperatury i wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu oraz temperatury powierzchni przegród otaczających pomieszczenie, jak również pomiaru prędkości przepływu mas powietrza za pomocą aparatury pomiarowej.

Następnie zaś obliczenie wskaźnika komfortu cieplnego wg van Zuilen’a.

W zakres ćwiczenia wchodzi również pomiar stężenia CO2 i O2 w pomieszczeniu.

4. Podstawy teoretyczne

Definicje podstawowych pojęć (z literatury przedmiotu: L. Wolski „Fizyka obiektów rolniczych”

PWN 1987; S. Grabarczyk „Fizyka budowli. – komputerowe wspomaganie projektowania budownictwa energooszczędnego.” OW PW 2005; J. Pogorzelski „Fizyka budowli”; T.

Kisielewicz, „Fizyka cieplna budowli” – Kraków 1998):

− mikroklimat – parametry i czynniki,

− komfort cieplny,

− stężenie dwutlenku węgla i tlenu w pomieszczeniu

2

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

5. Opis i charakterystyka aparatury pomiarowej oraz wykonanie

pomiarów

Termohigrometry i pirometry według instrukcji do ćwiczeń nr 1 i 2

Mierniki gazów

Rys. 1

Mikroprocesorowy miernik gazów typ IRM-2

Miernik IRM-2 jest przenośnym miernikiem gazów. Przeznaczony jest one głównie do pomiaru zawartości dwutlenku węgla (CO2) w powietrzu, oraz ma możliwość pomiaru dodatkowego medium toksycznego lub tlenu. Do pomiaru dwutlenku węgla używany jest czujnik absorpcyjny w paśmie podczerwieni (selektywność pomiaru CO2), natomiast do pomiaru gazów toksycznych lub tlenu, czujniki elektrochemiczne. Pomiar obu mediów dokonywany jest w czasie rzeczywistym, wykrywane są przekroczenia zadanego poziomu progowego z jednoczesnym zasygnalizowanie tego akustycznie i optycznie. Miernik zapamiętuje wartości maksymalne, minimalne i średnie w czasie swojej pracy, oraz posiada pamięć wartości cząstkowych (2880

pomiarów dla każdego medium z datą i czasem zapisu). Standardowo posiada też możliwość komunikacji z komputerem przez łącze RS232C.

3

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Tabela 1

Dane techniczne mikroprocesorowego miernika gazów typu IRM-2.

PARAMETR

WARTOŚĆ

Ilość mediów pomiarowych

CO2 + 1 dodatkowe (opcja)

CO2 – 0-5% (standard);

Rodzaj i zakres mierzonych mediów

O2 – 0-25%;

TOX – patrz tabela

CO2 – absorpcyjny w paśmie

Rodzaj stosowanych czujników

podczerwieni;

TOX i O2 – elektrochemiczny

Czas życia czujników

12-36 m-cy

ustawiany w całym zakresie

Poziom progu alarmowego

pomiarowym

Sygnalizacja alarmu

akustyczno-optyczna

Indykacja wskazań

alfanumeryczny wyświetlacz LCD

Pamięć danych

2880 wyników/medium

Zasilanie systemu

pakiet akumulatorów

Czas pracy ciągłej

około 8h

Tryb pracy

epizodyczny

Zakres temp. pracy

-5°C do +40°C

Od 30% do 90%Rh (bez

Zakres wilgotności pracy

kondensacji)

Stopień ochrony obudowy

IP54

Wymiary (max)

180x100x47 mm

Waga

około 600g

ładowarka do akumulatorów

Wyposażenie standardowe

etui ze skóry

Istnieje możliwość przesłania do komputera danych cząstkowych z pamięci miernika, możliwość ustawiania progów alarmowych przez użytkownika, podtrzymanie pamięci wewnętrznej i pracy zegara po wyłączeniu miernika.

Ø Zastosowany czujnik CO2 jest czujnikiem absorpcyjnym w paśmie podczerwieni. Zapewnia on selektywny pomiar dwutlenku węgla (bez skrośnych czułości na inne gazy). Budowa czujnika zapewnia też kompensację wpływu czynników klimatycznych.

Ø Czujniki pozostałych gazów są czujnikami elektrochemicznymi, których kompensacja wpływu czynników klimatycznych (temperatury) realizowana jest w oparciu o pomiar temperatury otoczenia.

Ø Wszystkie informacje wyświetlane są na wyświetlaczu alfanumerycznym 2x16 znaków.

Wyświetlacz jest podświetlany, co umożliwia pracę przy ograniczonym dostępie światła.

4

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

6. Opis przeprowadzenia ćwiczenia

• Wyznaczenie siatki pomiarowej na powierzchniach przegród otaczających pomieszczenie – temperatura promieniowania,

• Wyznaczenie siatki pomiarowej w pomieszczeniu – temperatura i wilgotność względna powietrza,

• Wyznaczenie płaszczyzn na wysokości pomieszczenia - stężenie CO2 i O2

• Wykonanie pomiaru w każdym z punktów siatki pomiarowej,

• Zestawienie wyników pomiarów,

• Wykonanie ankiety sondażowej na temat indywidualnych odczuć osób

przebywających w pomieszczeniu, co do komfortu cieplnego.

25

26

27

24

23

2

19

20

2

18

16

17

14

1

1

11

10

12

9

8

7

5

4

6

1

2

3

5

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Ściana S3

TABLICA

1

5

Ściana S1

OKNO

2

4

3

DRZWI

Ściana S2

7. Wyniki badań

− Średnia temperatura w pomieszczeniu.

− Średnia temperatura powierzchni przegród.

− Prędkość przepływu mas powietrza.

− Wilgotność względna powietrza w pomieszczeniu.

− Zawartość pary wodnej w powietrzu.

− Średnie stężenie CO2 i O2 w powietrzu wewnętrznym

Wskaźnik komfortu cieplnego - S:

S=C+0,25*(t+tr)+0,1*x-0,1*(37,8-t)*(v)1/2

t – temperatura powietrza [oC],

tr – temperatura powierzchni przegród [oC],

x – zawartość pary wodnej w powietrzu [g/kg],

v- prędkość przepływu mas powietrza [m/s],

C – stała równa

-dla okresu grzewczego: -9,2,

6

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

- poza tym okresem :-10,6

Zestawienie wyników w formie tabelarycznej

Średnia

Zawartość

Średnia

temperat

Prędkość

pary

temperat

ura

Wilgotność

Średnie

Średnie

przepływ

wodnej w

Lp

ura

powierzc

względna

stężenie

stężenie

u mas

powietrzu

powietrza

hni

[%]

CO2

O2

v [m/s]

x

t [oC]

przegród

[g/kg]

tr [oC]

8. Analiza wyników badań

Skala odczuć cieplnych według van Zuilen’a:

Skala - S

Odczucia cieplne

3

o wiele za ciepło

2

za ciepło

1

ciepło, ale przyjemnie

0

przyjemnie

-1

chłodno, ale przyjemnie

-2

za zimno

-3

o wiele za zimno

Porównanie wyników obliczeń z wynikami ankiety sondażowej.

Porównanie stężenia CO2 z minimum higienicznym oraz z kryterium dobrej jakości powietrza.

9. WNIOSKI

7

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

MATERIAŁY UZUPEŁNIAJACE DO ĆWICZENIA NR 3

System wentylacyjny ma za zadanie doprowadzenie odpowiedniego strumienia powietrza dla zapewnienia komfortowych warunków środowiska w pomieszczeniu, lecz również ważna jest także jakość powietrza wewnętrznego ze względów zdrowotnych.

System wentylacyjny jako połączenie rozwiązań mechanicznych i budowlanych zapewniających komfort cieplny przy zachowaniu oszczędności energii obecnie przekształca się w działalność, której celem jest zdrowie i dobre samopoczucie użytkowników pomieszczeń.

Współcześnie realizuje się to w obrębie interdyscyplinarnej dziedziny naukowej „jakość powietrza wewnętrznego” (ang. indoor air quality - IAQ). W jej zakresie znajduje się wiedza inżynierska (budownictwo, inżynieria materiałowa, inżynieria sanitarna) konfrontowana z doświadczeniem z

innych

specjalistycznych dziedzin

jak:

fizjologia, toksykologia,

epidemiologia, psychologia, chemia, mikrobiologia [46].

W powietrzu wewnętrznym mogą się znajdować szkodliwe czynniki powodujące pogorszenie jego jakości do poziomu nieakceptowanego przez człowieka [31, 46, 47].

Do najbardziej szkodliwych zanieczyszczających czynników w powietrzu można zaliczyć:

-

zanieczyszczenia

powietrza

atmosferycznego

(skażenia

przemysłowe

z okolicznych zakładów, pyły, zarodniki roślin),

-

zanieczyszczenia emitowane w procesie produkcji, materiałów budowlanych

budynków oraz materiałów wykończeniowych zainstalowanych w danym środowisku

przebywania człowieka,

-

zanieczyszczenia wytwarzane podczas procesów wynikających z obecności

człowieka (spalanie gazu, palenie tytoniu, sprzątania, gotowania, prac remontowych, etc.),

-

zanieczyszczenia mikrobiologiczne (kurz, grzyby, drożdżaki, pleśnie, bakterie, odpady zwierzęce, itp.).

8

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

W pomieszczeniach wielkokubaturowych najważniejszymi zanieczyszczeniami są zanieczyszczenia wytwarzane podczas procesów wynikających z obecności człowieka oraz zanieczyszczenia mikrobiologiczne.

Stosowane w pomieszczeniach środki czystości, kleje, farby, materiały budowlane, izolacyjne, wykładziny podłogowe wydzielają toksyny, które są niewidoczne, często bezzapachowe, a mimo to ujemnie wpływają na zdrowie. Również wszelkie udogodnienia wprowadzane w budownictwie, takie jak piece grzewcze oraz promienniki sprawiają, że w pomieszczeniach znajdują się produkty spalania gazu. Ilość nagromadzonych zanieczyszczeń powoduje, że posiadanie sprawnej wentylacji to nie luksus, ale potrzeba wynikająca z ochrony zdrowia i życia [31, 48].

Stosowanie nowoczesnych materiałów i rozwiązań konstrukcyjnych spowodowało, że nowe lub też remontowane budynki są bardzo szczelne, a tym samym energooszczędne.

Budownictwo charakteryzuje się obecnie dążeniem do zmniejszenia wskaźnika sezonowego zapotrzebowania na ciepło. Stosowane okna i drzwi mają niski współczynnik przenikania ciepła, oraz mały współczynnik infiltracji powietrza. W obecnie wznoszonych budynkach, charakteryzujących się dobrą izolacyjnością cieplną przegród, tradycyjny system wentylacji naturalnej zużywałby około 50-60% energii cieplnej przeznaczonej do ogrzewania budynku (przyjmując minimalną intensywność wentylacji wymaganą Polską Normą). Dzięki ograniczeniu wymiany powietrza w budynkach zmniejsza się oczywiście zużycie energii na cele wentylacji, ale

pogarsza

się

jakość

powietrza

w

budynku.

Nowoczesne

technologie

w budownictwie przyczyniły się do złego funkcjonowania wentylacji. Szczelność budynków uniemożliwia poprawne działanie wentylacji grawitacyjnej, ponieważ nie zapewnienia dopływu powietrza.

Szczelne

okna

nie

powinny

być

stosowane

w

pomieszczeniach

z wentylacją naturalną. Efektem ubocznym stosowanych rozwiązań są skargi użytkowników takich budynków na złe samopoczucie. Otwieranie okien powoduje to, że budownictwo z założenia energooszczędne, w praktyce wcale takie nie jest.

Kanały wentylacji grawitacyjnej są uwzględniane w projektach, jednak nie są w stanie spełniać przewidzianych dla nich funkcji. W budynkach już istniejących, czy też poddawanych renowacji, występuje konieczność doprowadzenia powietrza zewnętrznego do pomieszczeń.

9

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

W źle wentylowanych pomieszczeniach pogarsza się jakość powietrza. Ich użytkownicy mogą

narzekać

na

ból

głowy,

pieczenie

oczu,

ogólne

zmęczenie,

trudności

z koncentracją i wiele innych symptomów związanych z podwyższonym poziomem stężenia zanieczyszczeń. Obserwuje się zwiększoną ilość przypadków astmy, różnego rodzaju alergii oraz infekcji dróg oddechowych. Coraz częściej obserwowane są przypadki rozwoju grzybów pleśniowych, które mogą prowadzić do korozji biologicznej elementów konstrukcji budynków

[48].

W krajach Unii Europejskiej już dawno zrezygnowano z dążenia do maksymalizacji efektów energetycznych z tytułu ograniczania „strat na wentylację”. Praktyka wykazała, że ograniczanie ilości powietrza wentylacyjnego jest krótkowzroczne, a chwilowe korzyści owocują kilkakrotnie większymi stratami, jeśli spojrzeć na sprawę od strony stanu technicznego budynku oraz zdrowia jego użytkowników [48].

Badaniami nad jakością powietrza wewnętrznego interesowano się już w I połowie XIX

wieku:

Max Pettenkofer (1818-1901), który określił:

-

wymóg minimum higienicznego: ≤ 1000 ppm CO2 (uznawany do dziś za kryterium jakości powietrza),

-

wymóg dobrej jakości powietrza: ≤ 700 ppm CO2,

oraz Elias Heyman (1829-1889) z Instytutu Karolinska w Szwecji, który prowadził badania stężenia CO2 w szkołach i stwierdził, że w pomieszczeniach:

-

bez wentylacji stężenie CO2 wynosi około 5000 ppm;

-

z nieznaczną wentylacją stężenie CO2 kształtuje się na poziomie 1500-3000 ppm.

W pomieszczeniach zaliczanych do pomieszczeń użyteczności publicznej takich, jak kościół, sala teatralna, kinowa, sportowa czy widowiskowa źródłem emisji CO2 są zwykle ludzie okresowo korzystający z tych budynków, przy czym CO2 jest w naturalny sposób generowany przez metabolizm człowieka. Ludzie wydychają dwutlenek węgla - oddech średnich dorosłych zawiera około 35 do 50 ppm CO2. W pomieszczeniu człowiek w pozycji siedzącej wydziela około 18 litrów CO2 na godzinę tj. 0,005 l/s. Usunięcie tego zanieczyszczenia wymaga doprowadzenia do pomieszczenia 20-30 m3/h na osobę powietrza świeżego o klasycznej 10

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

zawartości tlenu. Dzięki temu można utrzymać dopuszczalną koncentrację CO2 w pomieszczeniu na poziomie 0,1%.

Stężenie dwutlenku węgla od 2500 ppm do 5000 ppm w powietrzu wewnętrznym może

spowodować bóle głowy i pieczenie oczu. W warunkach extremalnych nadmiar tego gazu (hiperkapnia, hiperkarbia) wywołuje pogłębienie i przyspieszenie oddychania, a następnie porażenie ośrodka oddechowego, utratę przytomności i bezdech [31, 47, 48].

Dlatego ważne jest zwrócenie uwagi na jakość powietrza jako jednego z czynników mikroklimatotwórczych.

11

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com