Nr ćwiczenia: 2	Temat ćwiczenia: Pomiar mikroklimatu	Data: 5.11.2014
Nr zespołu: 1
	Wydział, kierunek, rok studiów, grupa: WEiP, Technologia Chemiczna,
	Teoria	Wykonanie ćwiczenia

Wstęp i sformułowanie celu ćwiczenia:

Zgodnie z definicją encyklopedyczną mikroklimat to zespół czynników meteorologicznych bezpośrednio określających na bytowe warunki organizmów charakterystycznych dla małej części środowiska. Określonym mikroklimatem może charakteryzować się zarówno obszar geograficzny, jak i pomieszczenia zbudowane przez człowieka.¹

Podstawowe czynniki, którymi opisujemy mikroklimat są:

• temperatura,

• wilgotność,

• promieniowanie,

• ruch powietrza.

Rozważania na temat mikroklimatu są istotne z punktu widzenia bezpieczeństwa i higieny pracy ze względu na to, że w bezpośredni sposób rzutują one na samopoczucie i stan zdrowia człowieka. Najistotniejszym dla człowieka czynnikiem jest temperatura. Temperatura odczuwana przez człowieka jako prawidłowa nazywana jest uczuciem komfortu termicznego. Komfort termiczny osiągany jest wówczas, kiedy ilość ciepła wypromieniowanego na zewnątrz organizmu jest równoważona poprzez ilość ciepła powstałego podczas procesów metabolicznych organizmu. Uczucie komfortu termicznego ma wpływ na sprawność fizyczną i umysłową człowieka, samopoczucie, wydajność pracy oraz zachowanie dobrego stanu zdrowia. Temperatura otoczenia ma również bezpośredni wpływ na odczuwanie komfortu termicznego.

Kwestia komfortu termicznego jak już zostało wspomniane są istotnym elementem bezpieczeństwa i higieny pracy. Kwestia komfortu termicznego w pomieszczeniach jest przedmiotem normy PN-EN ISO 7730:2006(U): „Ergonomia środowiska termicznego. Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem obliczania wskaźników PMV i PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego”.

Celem ćwiczenia był pomiar mikroklimatu w pomieszczeniu oraz po stymulacji zmian niektórych czynników oraz wyznaczenie wskaźników PMV i PPD.

Wskaźnik PMV (z ang. predicted mean vote) – wskaźnik stosowany do opisy komfortu cieplnego. Stosowany przede wszystkich w klimatyzacji. Wskaźnik ten opisuje wrażenia cieplne człowieka wyrażone w skali 7-stopniowej (od -3 do +3), gdzie +3 to odbiór warunków panujących w pomieszczeniu jako gorące, a -3 jako zimne. Zalecenia określają, że wskaźnik PMV powinien się mieścić między wartościami -0.5, a +0.5, gdzie 0 to wartość odbierana za neutralną.²

Natomiast PPD³ ( z ang. predicted percentage dissatisfied) – to wskaźnik związany z komfortem cieplnym w pomieszczeniu. W pewien sposób jest wskaźnikiem uzupełniającym wskaźnik PMV. Wskaźnik ten charakteryzuje przewidywany odsetek osób, których subiektywna ocena warunków cieplnych panujących w pomieszczeniu będzie negatywna. Są to osoby wybierające wartości -3, -2, +2, +3.

Przy wspomnianych wcześniej zalecanych wartościach wskaźnika PMV (zawierających się między -0.5, a 0.5) wskaźnik PPD nie przekracza 10%.

Opis wykorzystanego zestawu pomiarowego:

Podczas ćwiczenia zostały wykorzystane następujące urządzenia:

1. urządzenie pomiarowe firmy Ahlborn - ALMEMO® 2890-9 z zasilaczem

2. przetworniki pomiarowe zamontowane na statywie:

• termometr kulisty (Pt100 4L) - FPA805GTS

• sonda temperatury i wilgotności - FHA646E1

• termoanemometr o zakresie do 1 m/s z opcja czasu odpowiedzi 100 ms - FVA605TA1OU

3. komputer z oprogramowaniem.

4. czujniki:

• Pojemnościowy czujnik wilgotności typ FHA646-E1

• Termoelektryczny czujnik przepływu typ FVA605TA

• Przewód USB - RS232

Zestaw do pomiaru mikroklimatu pomieszczeń, widoczny na rysunku. Składa się z miernika elektronicznego oraz sond pomiarowych zainstalowanych na statywie i komputera z

oprogramowaniem.

1 – rejestrator zamontowany na statywie wraz z czujnikami pomiarowymi,

2 – poczerniona kula z termometrem w środku – pomiar temperatury promieniowania,

3 – czujnik do pomiaru temperatury i wilgotności powietrza,

4 – termoanemometr – pomiar prędkości przepływu powietrza,

5 – komputer wraz z oprogramowaniem.

Opracowanie wyników:

1. Parametry urządzeń

WILGOTNOŚĆ

Pojemnościowy czujnik wilgotności typ FHA646-E1

• Ręczny czujnik do pomiarów testowych i zastosowań stacjonarnych w temperaturach do +60°C.

• Obudowa czujnika wykonana z plastiku.

• Przy zastosowaniu „inteligentnego” przewodu podłączeniowego ALMEMO, pomiary w odległości do 100m od rejestratora.

• Wytrzymały czujnik do pomiarów testowych i zastosowań stacjonarnych w temperaturach do +80°C.

• Obudowa czujnika wykonana ze stali nierdzewnej.

• Podłączenie przewodu odporne na zawilgocenie.

• Aktywna kompensacja pomiaru wilgotności przez zastosowanie

• zintegrowanego czujnika temperatury.

• Szeroki zakres temperatur pracy

• Przy zastosowaniu „inteligentnego” przewodu podłączeniowego ALMEMO, pomiary w odległości do 100m od rejestratora.

DANE TECHNICZNE

Zakres pracy:

FHA646-E1: -20°C do +60°C / 5 … 98% RH

Pomiar wilgotności

Zakres pomiarowy: 0 do 100% RH

Typ czujnika: pojemnościowy

Dokładność: ±2% RH w zakresie <90% w temperaturze nominalnej

Powtarzalność: <1% RH w temperaturze nominalnej

Temperatura nominalna: +25°C ±3°C

Ciśnienie pracy: Ciśnienie atmosferyczne

Czas odpowiedzi T₉₀: Ok. 10s (bez filtra) przy 5 m/s

Pomiar temperatury

Czujnik: NTC typ N

Dokładność: -20°C do 0°C: ±0,4°C; 0°C do 70°C: ±0,1°C; 70°C do 80°C: ±0,6°C

Powtarzalność: 0,1°C

Parametry mechaniczne

Tuleja sensora: Średnica 12mm

FHA646-E1: Plastik, dł. 155mm

Głowica zabezpieczająca: SK7, filtr z siatki metalowej

Podłączenie przewodu: W FHA646xC— odporne na zawilgocenie

Przewód podłączeniowy: Długość 1,5m ze złączem ALMEMO, dłuższy przewód (do 30m dostępny na zamówienie)

PRZEPŁYW POWIETRZA

Termoelektryczny czujnik przepływu typ FVA605TA

• Tuleja czujnika z podgrzewanym miniaturowym termistorem do pomiaru przepływu i precyzyjnym rezystorem NTC do kompensacji automatycznej.

• Elektroniczne układy przeliczeniowe umieszczone w odrębnym module przetwornika.

• Wysoka dokładność uzyskana dzięki zintegrowanej kompensacji temperaturowej i indywidualnej kalibracji w tunelu aerodynamicznym, z zastosowaniem laserowego anemometru Dopplera jako system odniesienia.

• Czas odpowiedzi tylko 2s, dla pomiaru z wygładzaniem, oraz opcjonalnie 100ms dla pomiaru bez wygładzania.

• Odpowiedni do pomiarów małych prędkości przepływu w substancjach gazowych, zwłaszcza do kontroli i monitorowania.

• Typowe zastosowania: pomiar komfortu cieplnego, zastosowaniach nagrzewnic, technologiach środowiskowych, technologiach „czystych pomieszczeń” a także przy pomiarach procesowych i procedurach kontrolnych.

Specjalny przewód podłączeniowy pozwala podłączyć czujnik przepływu do mierników, rejestratorów i systemów akwizycji danych ALMEMO. Dla określenia przepływów objętościowych, do urządzenia ALMEMO łatwo wprowadzić pole przekroju wentylowanego trzonka.

Daje to możliwość przeprowadzania łatwych obliczeń.

DANE TECHNICZNE:

Układ elektroniczny z czujnikiem

Zakres pomiarowy FVA605TA1(O): 0,01m/s do 1m/s

Rozdzielczość FVA605TA1(O): 0,001m/s

Dokładność FVA605TA1(O): ±1,0% zakresu ±1,5% wartości mierzonej

Kompensacja temperatury: 0 do +40°C

Czujnik

Wielkość głowicy: Φ8mm

Trzonek: Φ15mm

Temperatura pracy: 0 do 40°C

Kąt natarcia FVA605TA1O/TA5O: ±180°

Wlot roboczy FVA605TAxO: Klatka zabezpieczająca 110mm

Długość czujnika FVA605TA1O/TA5O: 310mm

Dokładność przewodu: 1,5m

Temperatura składowania: -30°C do +90°C

Ogólne dane techniczne

Mierzone medium: Suche powietrze lub gaz nieczynny

Czas odpowiedzi: FVA605TAxD Wygładzany, 1 τ = 2s; FVA605TAxU Niewygładzany, 1 τ = 100ms

Zasilanie: Przez ALMEMO, ok.: 7 … 10V

Zużycie prądu Ok.: 70mA

Temperatura pracy: 0 do 40°C

Wilgotność: 0 … 90RH bez kondensacji

Warunki nominalne: 22°C, 960hPa

Wpływ temperatury: ±0,5% zakresu/°C

Warunki odniesienia: Tunel aerodynamiczny Dopplera, dopasowanie w 22°C/ok..: 960hPa

MIKROKLIMAT POMIESZCZEŃ

Pomiary WBGT

Zastosowanie:

WBGT (temperatura wilgotnego termometru kulistego) jest decydującym parametrem do oceny stresu termicznego w miejscach pracy z ekspozycją termiczną. Temperatura, promieniowanie i wilgotność względna są określane przez pomiar temperatury suchej, naturalnej temperatury człowieka mierzonej psychrometrem i temperatury kuli mierzonej termometrem kulistym. Wszystkie te pomiary wykonywane są przez WBGT,

Typy

Termometr kulisty FPA805GTS

Psychrometr wentylowany FNA846WB

DANE TECHNICZNE:

Dokładność: Klasa B (DIN/IEC 751)

Czujnik: Pt100, 4-przewodowy umieszczony w środku kuli

Termometr kulisty: Kula miedziana matowana czarna, zawieszana

Średnica: Ok..: 150mm

Temperatura pracy: -50 do 200°C

Długość przewodu: 3m

PRZEWÓD USB - RS232

Kabel łączący port szeregowy z portem USB

Cechy:

• obsługa portu szeregowego (złącze 9 i 25 pinów)

• złącze USB typu A kompatybilne z USB1.1 i USB2.0

• wbudowane bufory nie wymagają dodatkowego zasilania zewnętrznego

• współpraca z Windows 98/Me/CE/2000/XP, Mac os 8.6 lub wyższe, linux

• obsługa trybu wake-up i zarządzania energią

• przewód w kolorze srebrnym

• długość kabla 1.20m

Wyniki pomiarów:

Pomiary przeprowadzano dla mikroklimatu zastanego, następnie zaczęto modyfikować niektóre składniki. Wykonano pomiary dla przepływu powietrza 0,5m/s i 1m/s, a również dla nawiewu ciepłego powietrza.

Wyniki pomiarów odczytywane z rejestratora zostały zestawione w tabeli uzupełnianej na zajęciach. Wskaźniki PMV i PPD zostały uzupełnione na podstawie danych przetworzonych przez program dołączony do rejestratora.

Średnie wyniki z poszczególnych pomiarów zostały zebrane w tabeli:

	Prędkość przepływu powietrza [m/s]	Temperatura powietrza [C]	Temp. prom. [C]	Wilgotność względna [%]	Temp. punktu rosy	PMV	PPD [%]
Brak symulacji	0,054	26,3	26,6	35,3	9,7	0,65	14,4
Wiatr 0,5 m/s	0,52	26,85	26,9	35,5	9,75	0,7	15,1
Wiatr 1 m/s	0,931	26,93	26,95	33,7	9,3	0,61	13,48
Nawiew ciepłego powietrza	1,197	27,16	27,03	32,1	9,4	0,76	17,02

Uśredniony wynik został naniesiony na wykresy przedstawiające odczucia komfortu termicznego na podstawie zależności pomiędzy:

1. wilgotnością względną, a temperaturą powietrza

1. temperaturą promieniowania, a temperaturą powietrza

1. prędkością przepływu powietrza, a temperaturą powietrza

Wnioski:

Z analizy danych pomiarowych można zauważyć, że temperatura powietrza utrzymywała się na podobnym poziomie około 26 stopni Celsjusza.
Temperatura promieniowania w trakcie pomiaru z niewielkim błędem również pokrywała się z temperaturą powietrza. Ich wzajemna zależność jednakże klasyfikuje je jako już nieprzyjemne w odczuwaniu. Wilgotność względna również utrzymywała się na podobnym poziomie około 35%. W funkcji temperatury daje to „jeszcze przyjemne” odczuwanie. Jeżeli chodzi o wartość prędkości przepływu powietrza, która była przez nas manipulowana w funkcji temperatury to wydaje nam się, że miała ona negatywny wpływ na odczuwanie. Przy wzroście temperatury konieczny jest przepływ powietrza do uczucia komfortu. Z wzajemnych zależności pomiędzy średnimi wartościami mierzonych wielkości wynika, że mikroklimat w pomieszczeniu nie jest komfortowy, ale do zniesienia. Wartości PMV znajdują się w granicach 0,6 – 0,7. Wartości te nie mieszczą się co prawda w wartościach zalecanych, ale nie są one od nich skrajnie oddalone.

Poprawić by go mogło zwiększenie wilgotności oraz zmniejszenie temperatury (np. poprzez skręcenie kaloryferów).

Literatura:

1. A.Marszałek, K.Sołtyński Mikroklimat gorący i zimny.Bezpieczeństwo i ergonomia pracy. Tom 1, CIOP, Warszawa 1999

2. Norma PN-85/N-08013

3. I.Sudoł-Szopińska, Określanie warunków komfortu termicznego w pomieszczeniach za pomocą wskaźników PMV i PPD, CIOP 2007

---

1. A.Marszałek, K.Sołtyński Mikroklimat gorący i zimny.Bezpieczeństwo i ergonomia pracy. Tom 1, CIOP, Warszawa 1999↩

2. Norma PN-85/N-08013↩

3. I.Sudoł-Szopińska, Określanie warunków komfortu termicznego w pomieszczeniach za pomocą wskaźników PMV i PPD, CIOP 2007↩