6. Bilans cieplny i parametry wpływające na samopoczucie człowieka.

Bilans cieplny określa ilość ciepła wymienioną między organizmem człowieka a otoczeniem w różnych warunkach środowiska.

S = (M – W) – E ± R ± C – Res

S - ? ciepła zgromadzonego w org. powyżej ilości niezbędnej do utrzymania stałej temperatury wewnętrznej ciała,

M – ilość ciepła wytworzonego przez org. w drodze przemian metabolicznych,

W – ilość ciepła (energii) wydatkowanej na wykonaną pracę,

E – ilość ciepła oddana do otoczenia w wyniku pocenia (parowanie),

R – ilość ciepła oddana lub zyskana w wyniku promieniowania,

C – ilość ciepła oddana lub uzyskana w wyniku konwekcji,

Res – ilość ciepła oddana w wyniku oddychania.

S = [(M – W) – E ± R ± C – Res] = 0

Organizm człowieka, jako istoty stałocieplnej, w swoim działaniu stara się utrzymać temperaturę ciała na możliwie stałym poziomie. Temperatura skóry człowieka, która w warunkach normalnych wynosi około 33-36 stopni C, jest zazwyczaj wyższa od temperatury powietrza oraz otaczających przegród budowlanych. To właśnie ona decyduje o indywidualnym odczuciu ciepła lub zimna, a także o kierunku wymiany ciepła między człowiekiem i jego najbliższym otoczeniem. Gdy temperatury skóry spadnie poniżej 32 stopni C człowiek zaczyna odczuwać zimno, po przekroczeniu 37 stopni C zaczyna się intensywnie pocić.

Podstawowymi parametrami powietrza wpływającymi na samopoczucie są:

• temperatura powietrza wg wskazań termometru suchego,

• wilgotność względna powietrza,

• prędkość i kierunek ruchu powietrza,

• temperatura powierzchni otaczających przegród.

7. Warunki komfortu cieplnego człowieka (wilgotność względna, temperatura, prędkość przepływu powietrza): maksymalna prędkość powietrza w funkcji temperatury pomieszczenia, krzywa parności – wykresy.

Warunki komfortu cieplnego dla ludzi normalnie ubranych, odpoczywających lub wykonujących lekką pracę panują w pomieszczeniu gdy:

- wilgotność względna powietrza wynosi 30-70%, optymalnie 0-60%, a szybkość zmiany

wilgotności względnej nie przekracza 20% w ciągu godziny

- temperatura powietrza w okresie zimowym wynosi 20-22 stopni C, latem wynosi 23-25

stopni C; dopuszczalna wartość temperatury w pomieszczeniach przemysłowych w lecie

wynosi 28 stopni C

- prędkość powietrza w strefie przebywania ludzi 0,2 – 0,5 m/s.

8. Wskaźniki komfortu cieplnego PMV i PPD – definicje i interpretacja, kategorie jakości powietrza w pomieszczeniach.

PMV (Predicted Mean Vote) i PPD (Predicted Percent of Dissatisfied) to podstawowe i powszechnie stosowane wskaźniki służące do oceny środowiska umiarkowanego (np. w pomieszczeniach biurowych). Wskaźniki te zostały zaproponowane przez Fangera, i stanowią prostą i szybką metodę do oceny komfortu cieplnego.

PMV jest wskaźnikiem służącym do wyznaczania tzw. przewidywanej średniej oceny

środowiska termicznego w danym pomieszczeniu, i ma zastosowanie w przypadku spełnienia

następujących warunków:

-temperatura powietrza w analizowanym pomieszczeniu: 10 – 30 st. C

- średnia temperatura promieniowania przegród (np. ściany zewnętrzne, stropy, okna) w

pomieszczeniu: 10 – 40 st. C

- prędkość powietrza w pomieszczeniu: 0 – 1m/s,

- ciśnienie cząstkowe pary wodnej w pomieszczeniu: 0 – 2700Pa.

- wydatek energetyczny osób przebywających tym pomieszczeniu: 0,8 - 4,0met (46,6 –

232,8W/m2),

- izolacyjność termiczna odzieży ww. osób: 0 – 2clo,

Środowisko komfortowe pod względem mikroklimatu (tzw. umiarkowane) zawiera się w

przedziale 0,5<PMV<+0,5.

Dla danej wartości PMV można ponadto określić wskaźnik PPD, tj. przewidywany odsetek

osób oceniających zdecydowanie negatywnie badane środowisko termiczne.

9. Obszar komfortu cieplnego – funkcja temperatury i wilgotności względnej.

Temperatura odbierana przez człowieka, tzw. temperatura odczuwalna,

jest wypadkową działania na niego temperatury powietrza oraz temperatury

promieniowania otoczenia. Spadek temperatury odbieranej jako komfortowa można

w pewnym zakresie zrekompensować wzrostem izolacyjności cieplnej odzieży lub

zwiększeniem aktywności fizycznej.

Wilgotność względna powietrza wywiera wpływ na odprowadzanie ciepła z organizmu na drodze odparowania potu. Wilgotność powietrza ma stosunkowo mały

wpływ na warunki komfortu cieplnego w środowiskach termicznych umiarkowanych. Człowiek znajdujący się w czystym powietrzu o temperaturze od 15 do 27°C

nie jest w stanie odczuć zmian wilgotności nawet w dość znacznym zakresię, takim

jak przedział o wartościach od 25 do 75% [2]. Dopiero wysoka wilgotność względna

i temperatura powietrza łącznie powodują uczucie dyskomfortu. Wzrost wilgotności

względnej można rekompensować zwykle nieznacznym spadkiem temperatury.

10. Schemat przebiegu wentylacji ciągłej i okresowej – zmiany stanu powietrza w czasie.

Wentylacja ogólna polega na całkowitej wymianie powietrza w

pomieszczeniu poprzez usunięcie zanieczyszczonego powietrza i dostarczenie

świeżego. Proces ten może przebiegać w sposób ciągły lub okresowy.

Rys. Przebieg stężenia lub temperatury powietrza w pomieszczeniu podczas

działania wentylacji okresowej i ciągłej [1]

Powyższy rysunek ilustruje stan powietrza w przykładowym pomieszczeniu,

w którym następuje nieustanne wydzielanie się ciepła lub substancji

zanieczyszczającej. Są tu wyszczególnione trzy przypadki:

− W pomieszczeniu nie ma wentylacji (lub jest, ale niedostateczna) – stan taki

przedstawia krzywa AB. Z powodu słabej wymiany powietrza stężenie

zanieczyszczeń lub temperatura wzrasta po upływie pewnego czasu τ n powyżej

granicy s max (t max )

− W pomieszczeniu działa wentylacja okresowa – stan taki przedstawiają krzywe

AB, BA 1 , A 1 B 1 , B 1 A 2 itd. W momencie, kiedy stężenie substancji

zanieczyszczającej zbliża się do granicy s max , należy uruchomić wentylator (lub

w inny sposób doprowadzić do wymiany powietrza), co spowoduje spadek tego

stężenia po upływie czasu τ w do poziomu s 0 . Po przerwaniu wentylacji stan

powietrza ponownie się pogorszy tak, więc cały proces trzeba będzie powtórzyć

od początku. Ten rodzaj wentylacji nie nadaje się jednak do pomieszczeń,

w których jest wymagany ustabilizowany stan powietrza. Najczęściej stosuje się

go w mieszkaniach, klasach, salach szpitalnych.

− W pomieszczeniu działa wentylacja ciągła – ilustruje to krzywa AC. Parametry

procesu wentylacji zostały tak dobrane, że na skutek odpowiednio dużego

przepływu powietrza przez pomieszczenie (pomimo dość gwałtownego wzrostu

stężenia zanieczyszczeń lub temperatury na początku rozpatrywanego okresu),

po pewnym czasie stężenie (lub temperatura) stabilizuje się poniżej granicy s max .

11. Specyficzne pojęcia termodynamiczne: wielkość właściwa, strumień wielkości, pojemność cieplna właściwa (ciepło właściwe), średnia pojemność cieplna właściwa, przemiana politropowa, indywidualna i uniwersalna stała gazowa, równanie stanu gazu, entalpia właściwa.

Wielkość właściwa –???

Strumień wielkości –???

Pojemność cieplna właściwa (ciepło właściwe) - ciepło właściwe rozumiemy jako stosunek ilości ciepła pobranego przez jednostkową masę substancji do zmiany temperatury wywołanej pobraniem tego ciepła.

gdzie:

•  - zmiana ciepła

•  - zmiana temperatury

Średnia pojemność cieplna właściwa –???

Przemiana politropowa - charakteryzuje się stałym ciepłem właściwym przemiany. Przemiana ta dotyczy gazów doskonałych, nie dotyczy półdoskonałych.

Indywidualna i uniwersalna stała gazowa:

Stała gazowa (uniwersalna stała gazowa) (oznaczana jako R) – stała fizyczna równa pracy wykonanej przez 1 mol gazu doskonałego podgrzewanego o 1 kelwin (stopieńCelsjusza) podczas przemiany izobarycznej.

Uniwersalna stała gazowa jest stałym współczynnikiem w równaniu stanu gazu doskonałego:

gdzie:

• p - ciśnienie gazu (w Pa),

• T - temperatura gazu (w K),

• V - objętość zajmowana przez gaz podlegający przemianie (w m³),

• n - liczba moli gazu podlegającego przemianie.

Indywidualna stała gazowa (oznaczana jako r) – stała fizyczna równa pracy wykonanej przez 1 kg gazu podgrzewanego o 1 kelwin (stopień Celsjusza) podczas przemiany izobarycznej.

Również indywidualna stała gazowa jest stałym współczynnikiem w równaniu stanu gazu doskonałego:

gdzie:

• p - ciśnienie gazu (w Pa),

• T - temperatura gazu (w K),

• v - objętość właściwa gazu podlegającego przemianie (w m³/kg).

Równanie stanu gazu - Równanie Clapeyrona, równanie stanu gazu doskonałego to równanie stanu opisujące związek pomiędzy temperaturą, ciśnieniem i objętością gazu doskonałego, a w sposób przybliżony opisujący gazy rzeczywiste. Sformułowane zostało w 1834 roku przez Benoîta Clapeyrona. Prawo to można wyrazić wzorem

gdzie:

• p – ciśnienie

• V – objętość

• n – liczba moli gazu (będąca miarą liczby cząsteczek (ilości) rozważanego gazu)

• T – temperatura (bezwzględna), T [K]  = t [°C] + 273,15

• R – uniwersalna stała gazowa: R = N_Ak_B, gdzie: N_A – stała Avogadra (liczba Avogadra), k_B – stała Boltzmanna, R = 8,314 J/(mol·K)

Entalpia właściwa -???

Entalpia - to wielkość termodynamiczna określająca stan termodynamiczny układu i równa jest sumie energii wewnętrznej U układu oraz iloczynowi jego objętości i ciśnienia. Zmiana entalpii przy stałym ciśnieniu jest miarą ilości ciepła wymienionego przez układ z otoczeniem. I – entalpia, U – energia wewnętrzna, p – ciśnienie statyczne bezwzgl., V – objętość całkowita ciała. I = U + p V. Entalpia jest funkcją tych samych parametrów stanu co energia wewnętrzna.

12. Powietrze wilgotne – prawo Daltona, wilgotność właściwa – x, zawartość wilgoci w powietrzu w stanie nasycenia – x, wilgotność bezwzględna (gęstość) p, wilgotność względna powietrza – q, entalpia właściwa powietrza wilgotnego – i.

Właściwości fizyczne powietrza wilgotnego – prawo Daltona - inaczej prawo ciśnień cząstkowych (J. Dalton, 1810 r.), mówi że: "Ciśnienie wywierane przez mieszaninę gazów jest równe sumie ciśnień wywieranych przez składnikimieszaniny, gdyby każdy z nich był umieszczany osobno w tych samych warunkach objętości itemperatury (suma ciśnień cząstkowych)." Prawo Daltona jest słuszne dla gazów doskonałych nie reagujących z sobą. Dla gazów rzeczywistych jest słuszne jedynie dla gazów rozrzedzonych i w wysokiej temperaturze (znacznie powyżej punktu krytycznego). 

Wilgotność właściwa – x - to ilość pary wodnej - wyrażona w kilogramach - przypadająca na 1kg powietrza suchego, będącego składnikiem powietrza wilgotnego.

 

Zawartość wilgoci w powietrzu w stanie nasycenia – x - jest to stosunek istniejącej wilgotności do maksymalnie możliwej w danej temperaturze – przed osiągnięciem stanu nasycenia. Istotniejsze rozbieżności pomiędzy wartościami stopniem nasycenia ψ i wilgotnością względną φ występują tylko przy wysokich temperaturach i małych wartościach wilgotności względnej .

Wilgotność bezwzględna (gęstość) p - jest stosunkiem masy pary do objętości powietrza wilgotnego, czyli jest gęstością pary wodnej przy jej ciśnieniu składnikowym i temperaturze powietrza wilgotnego.

Wilgotność względna powietrza – ϕ - jest stosunkiem wilgotności bezwzględnej do

maksymalnej wilgotności bezwzględnej dla tej samej temperatury.

Entalpia właściwa powietrza wilgotnego – i – odnosi się do 1 kg powietrza suchego, czyli do (1+x)kg powietrza wilgotnego.