dr inż. Andrzej Grzegorczyk

KOMFORT CIEPLNY. OBLICZENIOWE TEMPERATURY WEWNĘTRZNE.

Organizm człowieka jest organizmem stałocieplnym, niezależnie od wahań temperatury otoczenia. Ośrodek termoregulacji znajduje się w mózgu a mechanizmy termoregulacji dostosowują ilość ciepła wytwarzanego w organizmie oraz wymienianego (pozyskiwanego lub oddawanego) z otoczeniem do potrzeb aktualnego bilansu cieplnego pomiędzy człowiekiem a otoczeniem. Zyskami w bilansie cieplnym organizmu są: energia powstała z przemiany chemicznej produktów żywnościowych, ciepło przyjęte drogą promieniowania i ciepło gorących potraw. Uzyskana energia jest zużytkowana w części na różne procesy życiowe i na wykonanie określonej pracy ale większość musi być w postaci ciepła usuwana z ciała.

Podstawowy metabolizm człowieka (zależny nieco od płci i wieku) wynosi ok. 45 W/m² powierzchni ciała, zatem przyjmując powierzchnię ok. 1,7 m² wynosi on ok. 77 W. W literaturze podawane są zarówno wartości bezwzględne jak i względne wprowadzające skalę aktywności (metabolic rate, 1 met = 58 W na m² powierzchni skóry czyli 100 W z powierzchni ciała, siedzenie bezczynne). Inne przykładowe wartości wg PN-85/N-08013 (ISO 7730-1984) [1]:

Aktywność	W/m^2	W	met
Wypoczynek w pozycji półleżącej	46	80	0,8
Pozycja siedząca, lekkie zajęcie (mieszkanie, biuro, szkoła)	70	125	1,2
Pozycja stojąca, aktywność niewielka (zakupy, laboratorium)	93	170	1,6
Pozycja stojąca, aktywność średnia (w domu, sprzedawca)	116	200	2,0
Ciężka praca fizyczna (bez przerwy)	174	315	3,0

Temperatura wewnętrzna ludzi wynosi średnio 37°C a termoregulacja działa sprawnie w zakresie ok. 35,5°C - 39°C; temperatura 44 - 45°C powoduje uszkodzenie mózgu i śmierć a temperatura 24°C - 27°C określa dolną granicę przeżycia.

Ciepło mające być usunięte z ciała jest transportowane przez krew (i częściowo przewodzone przez tkanki) do skóry i oddawane do otoczenia.

Przy aktywności 1 met, 88% ciepła jest oddawane przez skórę a 12% przez płuca. Jeżeli chodzi o sposób oddawania ciepła to 45% jest oddawane przez promieniowanie a 34% przez konwekcję i przewodzenie; razem 79% stanowi ciepło suche (jawne, odczuwalne).

Przez odparowanie oddawane jest 19% a przez oddychanie 2%; razem 21% stanowi ciepło wilgotne (utajone). W bilansie cieplnym pomieszczenia ciepło suche zwiększa zyski ciepła (podnosi temperaturę powietrza) w pomieszczeniu, a ciepło wilgotne zwiększa zyski wilgoci w pomieszczeniu.

Oddawanie ciepła i pary wodnej przez człowieka zależy od temperatury powietrza w pomieszczeniu; przykładowo (wg VDI 2078 z 1977r.):

	Temperatura powietrza	°C	18	20	22	23	24	25	26
Człowiek nie pracujący fizycznie	Qs (suche)	W	100	95	90	85	75	75	70
		Qw (wilgotne)	W	25	25	30	35	40	40	45
		Oddawanie pary wodnej	g/h	35	35	40	50	60	60	65
		Qc (całkowite)	W	125	120	120	120	115	115	115
	Praca średnio ciężka	Qs (suche)	W	155	140	120	115	110	105	95
		Qc (całkowite)	W	270	270	270	270	270	270	270

Zatem np. stojący człowiek, przy braku ruchu powietrza, będzie w zakresie temperatur powietrza otaczającego od 18°C do 30°C oddawał stale ok. 120 W do otoczenia: wraz ze wzrostem temperatury będzie malał udział promieniowania i konwekcji a wzrastał udział odparowania. Dlatego też mniej uciążliwy dla człowieka jest klimat kontynentalny suchy (np. 45°C i wilgotność względna φ = 15%) a znacznie bardziej uciążliwy jest klimat gorący i wilgotny. W pierwszym przypadku człowiek może oddać ciepło drogą intensywnego odparowania (musi jedynie uzupełniać brak wody w organizmie) a w drugim, np. przy temperaturze powietrza 37°C i φ = 90% praktycznie nie może oddawać ciepła do otoczenia i dla przeżycia muszą być stworzone sztuczne warunki mikroklimatu (intensywny ruch powietrza albo klimatyzacja).

Oddawanie ciepła zależy także od oporu cieplnego odzieży (clothes, 1 clo odpowiada oporności cieplnej odzieży równej 0,155 m²K/W - zestaw typowej odzieży zimowej noszonej w domu).

Podstawowe parametry otoczenia:

• temperatura powietrza w strefie przebywania ludzi;

• wilgotność względna powietrza; (wykres i-X: entalpia - zawartość wilgoci);

• prędkość ruchu powietrza w strefie przebywania ludzi;

• średnia temperatura powierzchni otaczających.

PN-82/B-02402 - temp. ogrzewanych pomieszczeń w budynkach (obliczeniowe; przy odbiorze).

Pionowy rozkład temperatury powietrza w zależności od rodzaju ogrzewania.

---