ELEMENTY MIKROKLIMATU, WPŁYW NA CZŁOWIEKA I CZYNNIKI JE KSZTAŁTUJĄCE

Klimatem nazywa się cechy charakterystyczne układu i zmienności zjawisk atmosferycznych na danym terenie, uwarunkowane jego położeniem geograficznym, które pozwalają ustalić normalny przebieg pogody. Klimat ulega zmianom w przestrzeni i czasie. Zmiany w czasie przebiegać mogą w sposób rytmiczny i nierytmiczny.

Elementy klimatu stanowią: promieniowanie słońca, temperatura powietrza, wilgotność powietrza, opady atmosferyczne, ciśnienie atmosferyczne oraz związane z nim wiatry. Czynnikami kształtującymi klimat są: szerokość geograficzna, cyrkulacja atmosferyczna, właściwości atmosfery (np. zawartość pary wodnej, dwutlenku węgla itp.), wysokość na d poziomem morza, rozkład lądów i mórz, charakter ziemskiego podłoża atmosfery (np. woda, śnieg, lód, piasek, szata roślinna), zmiany ilości ciepła otrzymywanego od słońca, ciepło wewnętrzne ziemi, działalność człowieka. Czynnikami kształtującymi odrębność klimatu miejscowego miasta lub osiedla są: ukształtowanie pionowe terenu, rodzaj zabudowy, budowle inżynierskie, szata roślinna, układ wodny, układ przestrzenny okolic. Elementami klimatu miejscowego miasta lub osiedla są również: zanieczyszczenia powietrza, częste mgły, podwyższenie temperatury powietrza.

Mikroklimat to charakterystyczny układ i zmienność elementów klimatycznych w niewielkiej stosunkowo przestrzeni, na przykład mikroklimatu lasu, bagna, łąki czy wnętrza budowlanego.

• Mikroklimat termiczny pomieszczeń

Elementy mikroklimatu pomieszczenia można zgrupować w dwóch zespołach. Zespół termiczny elementów mikroklimatu określający środowisko termiczne pomieszczenia stanowią: temperatura powietrza, średnia temperatura promieniowania (temperatura powierzchni przegród), wilgotność powietrza, prędkość ruchu powietrza. Zespół pozatermiczny tworzą: zanieczyszczenia powietrza, jonizacja powietrza, hałas, pola elektryczne i elektromagnetyczne, promieniowanie radioaktywne przegród, oświetlenie i barwa, mikroflora i mikrofauna.

Poprawne ukształtowanie wartości liczbowych elementów środowiska termicznego pomieszczenia ma podstawowe znaczenie dla komfortu cieplnego, ogólnego dobrego samopoczucia i zdrowia przebywających w pomieszczeniu ludzi.

• Temperatura powietrza

Temperatura powietrza w pomieszczeniach mieszkalnych ulega w ciągu doby licznym krótkotrwałym wahaniom, spowodowanym czynnikami eksploatacyjnymi, jak mycie, gotowanie, wietrzenie, pranie. Dobowe różnice temperatur powietrza mieszczą się w granicach kilku, a nawet kilkunastu stopni. W okresie letnim na zmiany dobowe temperatury wpływają głównie wahania temperatury powietrza na zewnątrz budynku oraz bezpośrednie działanie słońca. W okresie ogrzewania wpływ klimatu miejscowego jest pomiarowo prawie nie do uchwycenia.

• Temperatura promieniowania

Temperatura promieniowania ulega również licznym krótkotrwałym wahaniom w ciągu doby, podobnie jak temperatura powietrza, natomiast średnie wartości temperatur promieniowania w pomieszczeniach mieszkalnych odznaczają się niewielką labilnością (chwiejnością). O wartości liczbowej temperatury promieniowania w pomieszczeniach decydują: temperatura powierzchni otaczających to pomieszczenie, a zwłaszcza ścian zewnętrznych i okien, temperatura powierzchni urządzeń grzewczych, a także kształt pomieszczenia, oświetlenie , umeblowanie, zaludnienie itp. Aby człowiek mógł znajdować się w stanie komfortu cieplnego w pomieszczeniu, temperatura promieniowania powinna różnić się nieznacznie od temperatury powietrza.

• Prędkość ruchu powietrza

Ruch powietrza o temperaturze niższej od temperatury powierzchni ciała wpływa na zwiększenie oddawania ciepła zwane obciążeniem kalorycznym. W warunkach typowych polskich mieszkań, nie wyposażonych w urządzenia klimatyzacyjne, prędkość ruchu powietrza jest niewielka z reguły poniżej 0,1 m⋅s^-1, a jej wpływ na odczucia cieplne ludzi mało znaczący. Otwarcie okien zwiększa wymianę powietrza, co poprawia jednak parametry mikrośrodowiskowe na czas niewiele dłuższy od okresu otwarcia okien. Nadmierne prędkości ruchu powietrza występują częściej w pomieszczeniach użyteczności publicznej.

• Wilgotność względna powietrza

Wpływ wilgotności powietrza na odczucia cieplne jest większy w wysokich temperaturach powietrza, gdy człowiek jest eksponowany na temperaturę wyższą od komfortowej i poci się. Wysoka temperatura i duża wilgotność powodują łącznie brak komfortu. W temperaturach komfortowych wpływ wilgotności może być pomijany. Podobnie jak temperatura, wilgotność względna powietrza w pokojach mieszkalnych ulega w ciągu doby licznym krótkotrwałym wahaniom, spowodowanym czynnikami eksploatacyjnymi. Dobowe różnice wilgotności w pokojach wynoszą od kilku do pięćdziesięciu kilku procent, w zależności od przyczyny. Różnice spowodowane przebywanie lub nieobecnością mieszkańców w pomieszczeniach nie przekraczają 20%. W okresie letnim na zmiany dobowe wilgotności wpływają też analogicznie wahania wilgotności powietrza na zewnątrz. W okresie ogrzewania wyraźny jest wpływ zmian temperatury powietrza na zewnątrz na wahania i poziom wilgotności w pomieszczeniach. Średnie wartości wilgotności względnych powietrza w pomieszczeniach mieszkalnych odznaczają się stosunkowo niewielką labilnością.

• Czynniki kształtujące mikroklimat wnętrz

Wiele czynników wpływa jednocześnie na kształt środowiska termicznego pomieszczeń. Ich oddziaływanie jest różne, a wzajemne relacje wpływów są niejednorodne w okresie ogrzewczym i latem.

• Klimatyzacja i ogrzewanie

Rozpowszechnione w niektórych krajach urządzenia klimatyzacyjne służą do dowolnego w zasadzie ustalania stanu powietrza w pomieszczeniu w zakresie temperatury, wilgotności, ruchu i zanieczyszczeń. Można tu już mówić nie o wpływie na mikroklimat, lecz w miarę dowolnym kształtowaniu jego podstawowych elementów.

Wpływ ogrzewania na mikroklimat pomieszczeń jest bardzo duży. W okresie ogrzewczym urządzenia ogrzewcze wywierają decydujący wpływ na podstawowe elementy mikroklimatu, takie jak temperatura i wilgotność względna oraz ruch powietrza a także temperatura promieniowania. Istnieje znaczna różnorodność urządzeń ogrzewczych charakteryzujących się między innymi odmiennym oddziaływaniem na mikroklimat.

Ogrzewanie miejscowe za pomocą pieców cechuje duża nierównomierność wytwarzania ciepła w ciągu doby, wyraźny spadek temperatur powietrza w przekrojach pionowych pomieszczenia oraz zanieczyszczenia stałe i gazowe.

Ogrzewanie podłogowe umożliwia korzystanie z niskotemperaturowych źródeł ciepła.

Ogrzewanie centralne wodne ma wiele zalet. Szczególnie ważna dla mikroklimatu jest znaczna równomierność w czasie ilości ciepła dostarczonego do pomieszczeń, brak zanieczyszczeń.

Ogrzewania zdalaczynne ma zalety ogrzewania centralnego, przy jeszcze większej równomierności w czasie.

Rodzaj oddziaływania na mikroklimat pomieszczeń związany jest nie tylko z rodzajem ogrzewania, lecz również z cechami szczegółowymi, takimi jak: rodzaj, kształt i rozmieszczenie w pomieszczeniu pieców, grzejników, płaszczyzn grzejnych itp.

• Klimat miejscowy

Mikroklimat pomieszczeń w istotny sposób zależy od klimatu miejscowego miasta czy osiedla, w którym budynek się znajduje. Wpływ ten w okresie ogrzewczym jest w znacznym stopniu zneutralizowany przez działanie urządzeń ogrzewczych i jest przez to zdecydowanie bardziej wyraźny w okresie lata.

Temperatura powietrza otaczającego budynek wpływa na rozkład i przebieg temperatury i wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniach.

Wilgotność względna powietrza na zewnątrz budynku wpływa na rozkład i przebieg wilgotności względnej w pomieszczeniach.

Wiatr wpływa na temperaturę, wilgotność względną i ruch powietrza w pomieszczeniach pośrednio przez zwiększenie strat ciepła na drodze konwekcji z zewnętrznych powierzchni przegród oraz bezpośrednio, infiltrując do pomieszczeń poprzez nieszczelności ścian, okien i drzwi zewnętrznych i wzmagając tzw. wietrzenie samoczynne. Działanie wiatru może spowodować znaczne zakłócenie równomierności ogrzania pomieszczeń.

Bezpośrednie działanie słońca wywiera znaczący wpływ na mikroklimat termiczny pomieszczeń, zwłaszcza o dużych przeszkleniach w ścianach skierowanych na południe, południowy wschód i południowy zachód.

Opady atmosferyczne wpływają na mikroklimat pomieszczeń pośrednio, przez obniżenie temperatury powietrza, podwyższenie wilgotności względnej powietrza, a także zawilgocenia niedostatecznie zabezpieczonych przed opadami elementów budynku.

• Sposób eksploatacji pomieszczeń

Przeznaczenie pomieszczeń i sposób ich eksploatacji mają istotny wpływ na kształtowanie się wartości liczbowych elementów mikroklimatu pomieszczenia.

W pomieszczeniach przemysłowych decydujący wpływ mają na ogół rodzaje urządzeń technologicznych i specyfikacja ich działania, a w pomieszczeniach biurowych, salach audytoryjnych lub klasach - liczba przebywających w nich ludzi.

W pomieszczeniach mieszkalnych gęstość zaludnienia ma statystycznie mniejszy wpływ od składu demograficznego mieszkańców oraz rodzajów i ilości wykonywanych w mieszkaniach czynności eksploatacyjnych, takich jak pranie, suszenie bielizny, gotowanie, kąpiele, mycie itp. Znacznie natomiast mniejszy, niż się na ogół sądzi oraz bardzo krótkotrwały jest wpływ wietrzenia pomieszczeń przez otwieranie okien. Układ mebli ma także wpływ na mikroklimat w mieszkaniu.

• Cechy cieplno - wilgotnościowe przegród

Cechy izolacyjne przegród zewnętrznych, a zwłaszcza ich izolacyjność termiczna i stateczność cieplna oraz podatność na przenikanie pary wodnej, wywierają istotny wpływ na kształtowanie się wartości liczbowych elementów termicznych mikroklimatu pomieszczeń, głównie zaś poziomu i amplitudy wahań temperatury powietrza, temperatury promieniowania, a także wilgotności względnej i ruchu powietrza. Zbyt mała izolacyjność termiczna przegród powoduje znaczne obniżenie komfortu cieplnego ludzi, może być także przyczyną występowania roszenia na powierzchniach przegród zewnętrznych, zwłaszcza w narożach i miejscach tzw. mostków termicznych. Jest też przyczyną zwiększonych strat ciepła w pomieszczeniach. Układ warstw przegrody wielowarstwowej decyduje o możliwości wystąpienia i rozmiarach kondensacji w jej wnętrzu.

• Mikroklimat wnętrz a komfort cieplny ludzi

Czynniki wpływające na odczucia cieplne ludzi w pomieszczeniach dzieli się zwykle na elementy mikroklimatu charakteryzujące mikrośrodowisko oraz elementy tzw. osobowe, charakteryzujące aktywność i ubiór.

• Czynniki środowiskowe

Elementy termiczne mikroklimatu pomieszczenia stanowią tę część otaczającego człowieka środowiska, która wpływa bezpośrednio na jego bilans cieplny oraz determinuje odczucia cieplne. Do opisania bilansu cieplnego człowieka i środowiska fizycznego, które go otacza, niezbędna jest znajomość temperatury, ruchu i wilgotności względnej powietrza, a także średniej temperatury promieniowania cieplnego otoczenia.

• Czynniki osobowe

Czynnikami osobowymi są poziom aktywności człowieka i izolacyjność cieplna jego odzieży. Zwiększenie aktywności człowieka, podobnie jak zwiększenie izolacyjności cieplnej odzieży, powoduje obniżenie temperatury powietrza, którą ocenia jako komfortową.

Poziom aktywności człowieka określa się zwykle przez wielkość metabolicznej produkcji energii odniesionej do powierzchni ciała. Część tej energii może być użyta do wykonania określonej pracy, większość zaś - jako ciepło - jest usuwana z ciała. Odzież stanowi przegrodę między skórą i powietrzem, dzięki niej człowiek może osiągnąć stan komfortu cieplnego także w niższych temperaturach. Jednostką izolacyjności cieplnej ubrań jest clo.

• Proponowane normy termiczne elementów mikroklimatu pomieszczeń mieszkalnych w okresie ogrzewania

Temperatura powietrza:

- w pokojach, kuchniach, przedpokojach: 20 - 22°C,

- w toaletach i łazienkach: powyżej 22°C,

Temperatura powierzchni przegrody we wszystkich pomieszczeniach niższa od temperatury powietrza odpowiednio nie więcej niż o 3 °C.

Prędkość ruchu powietrza we wszystkich pomieszczeniach poniżej 0,15 m⋅s^-1.

Wilgotność względna powietrza:

- w pokojach, kuchniach, przedpokojach: 40 - 60%,

- w toaletach i łazienkach średnio powyżej : 70%.

4

Fizyka Budowli - Mikroklimat

---