Badanie komfortu cieplnego w salach dydaktycznych przed modernizacją Cz. 2. Eksperyment
The thermal comfort in classrooms before thermal modernization. Part. 2. Experiment
Badanie komfortu cieplnego w salach dydaktycznych
http://www.sxc.hu
Komfort cieplny w pomieszczeniach definiowany jest jako stan, w którym człowiek przebywający w pomieszczeniu nie odczuwa ani ciepła, ani zimna.
W poprzednim artykule (RI 10/2013) opisano parametry komfortu, poniżej omówione zostały wyniki badań parametrów jakości powietrza wewnętrznego w obiekcie szkolnym: temperatury, wilgotności względnej i stężenia CO2.
Zobacz także
REGULUS-system Wójcik s.j. Grzejniki do pompy ciepła?
Jeśli Twój klient zmienia ogrzewanie na pompę ciepła, nie zapomnij zaproponować mu wymiany grzejników na nowoczesne, sterowalne, niskotemperaturowe. Jeśli inwestor nie dokonał gruntownej termomodernizacji...
Jeśli Twój klient zmienia ogrzewanie na pompę ciepła, nie zapomnij zaproponować mu wymiany grzejników na nowoczesne, sterowalne, niskotemperaturowe. Jeśli inwestor nie dokonał gruntownej termomodernizacji swojego domu, pozostawienie dotychczasowych grzejników jest „błędem w sztuce”. Inwestorzy mają potem żal, że nikt ich o tej konieczności nie poinformował.
REGULUS-system Wójcik s.j. Jak podwyższyć moc grzejników? Dostępne są dwie drogi
Gdy dysponujemy łatwo sterowalnym źródłem ciepła z dużym zakresem dostępnej mocy grzewczej, takim jak kocioł elektryczny, olejowy czy też gazowy, odpowiedź na zadane pytanie jest prosta: należy podwyższyć...
Gdy dysponujemy łatwo sterowalnym źródłem ciepła z dużym zakresem dostępnej mocy grzewczej, takim jak kocioł elektryczny, olejowy czy też gazowy, odpowiedź na zadane pytanie jest prosta: należy podwyższyć temperaturę czynnika grzewczego.
REGULUS-system Wójcik s.j. REGULUS-SYSTEM – optymalne grzejniki remontowe i do pompy ciepła
Jeśli decydujemy się na wymianę czegokolwiek, to na coś co jest lepsze, bardziej ekonomiczne, funkcjonalne, ładniejsze, a czasem także modne. Pamiętajmy jednak, że moda przemija…
Jeśli decydujemy się na wymianę czegokolwiek, to na coś co jest lepsze, bardziej ekonomiczne, funkcjonalne, ładniejsze, a czasem także modne. Pamiętajmy jednak, że moda przemija…
Powietrze atmosferyczne, którym oddychają organizmy żywe, jest w głównej mierze mieszaniną azotu (78% objętości) i tlenu (21%). W skład pozostałego 1% wchodzą przede wszystkim: dwutlenek węgla, para wodna i argon, poza tym również hel, neon, krypton, ksenon i wodór.
Najważniejszym z punktu widzenia życia składnikiem powietrza jest tlen – jego ilość we wdychanym powietrzu może spaść z 21 do 16% bez odczuwalnego pogorszenia samopoczucia. Azot w normalnych warunkach jest obojętny dla organizmu ludzkiego, gdyż nie bierze udziału w procesach biologicznych.
Dwutlenek węgla to gaz bezbarwny i bezwonny. Jego zawartość w pomieszczeniach, w których przebywa człowiek, jest większa niż w powietrzu atmosferycznym, gdyż wydychane przez ludzi powietrze zawiera ok. 4% tego gazu.
Ilość wydychanego CO2 przez osoby dorosłe (dzieci: 70–80%) [14]:
- w czasie odpoczynku w pozycji leżącej 10–12 l/h,
- w pozycji siedzącej 12–15 l/h,
- lekka praca biurowa 19–24 l/h,
- praca średnio ciężka, gimnastyka 33–43 l/h,
- taniec, tenis 55–70 l/h.
Dopuszczalne stężenie dwutlenku węgla w pomieszczeniach zamkniętych wynosi 1000 ppm – jest to minimum higieniczne zalecane przez WHO [15].
Klasyfikację jakości powietrza w pomieszczeniach znaleźć można w PN-EN 13779:2008 [10]. Norma ta obowiązuje w UE, jest również zbieżna z normami amerykańskimi [1, 2]. Wprowadzono w niej cztery główne kategorie jakości powietrza wewnętrznego, którym odpowiada stosowne stężenie dwutlenku węgla, podany został również minimalny strumień powietrza wentylacyjnego przypadający na jedną osobę.
W tabeli 1 podano wartość strumienia powietrza przypadającą na jedną osobę w pomieszczeniach, w których nie wolno palić, w budynkach o niskiej emisyjności zanieczyszczeń, takich jak m.in. szkoły.
Temperatura to jeden z podstawowych parametrów powietrza wewnętrznego, decydujący o naszym samopoczuciu, wydajności w pracy i nauce, zapewniający tzw. komfort cieplny [4]. Zalecane w normach parametry cieplno-wilgotnościowe gwarantujące w pomieszczeniach odczuwanie komfortu cieplnego przez ludzi to [9]:
- temperatura powietrza: 20–26°C;
- prędkość ruchu powietrza w strefie przebywania ludzi: 0,15–0,2 m/s, latem nawet do 0,6 m/s;
- wilgotność względna powietrza przy zalecanej temperaturze: 40–60%;
- średnia temperatura promieniowania cieplnego pomieszczenia utożsamiona z temperaturą zewnętrznych przegród budowlanych: o 2–3°C mniejsza niż temperatura otoczenia.
Optymalna temperatura zależy (oprócz indywidualnych odczuć) od pory roku i aktywności fizycznej.
Wilgotność względna powietrza wewnętrznego zgodnie z normami [9, 10, 12] powinna współzależeć od temperatury. W lecie przy temperaturze powietrza w pomieszczeniu 23–25°C wilgotność względna powinna się zawierać w zakresie 40–60%, natomiast zimą przy temperaturze w pomieszczeniu 19–22°C wilgotność względna powinna wynosić 35–55%.
Badania eksperymentalne
Badania w budynku przed termomodernizacją przeprowadzono w dwóch grupach podczas zajęć projektowych, w sali na 40 osób na II piętrze. Wykonano badania ankietowe [16] oraz za pomocą miernika jakości powietrza – temperatury, wilgotności względnej i stężenia CO2.
Mierzono również parametry powietrza zewnętrznego – temperaturę, wilgotność względną i stężenie CO2 (tabela 2). Parametry środowiska wewnętrznego mierzono na wysokości 1,2 m nad podłogą, zalecanej w literaturze.
Na podstawie analizy rys. 1–3 stwierdzić można dokładnie, kiedy i na jak długo otwierane było okno – za pomocą wietrzenia okresowo zwiększano wentylację naturalną, która poza tym przebiegała jedynie na zasadzie infiltracji powietrza zewnętrznego przez nieszczelności w obrębie okien.
Przed rozpoczęciem zajęć stężenie CO2 w sali przekraczało o 150% zalecenia norm [1, 2, 10, 12, 15] i wynosiło 2500 ppm, a temperatura i wilgotność względna wynosiły odpowiednio 20,5°C i 43,5%.
Po 10 min otworzono okno, które po kolejnych 25 min zamknięto (parametry powietrza wewnętrznego przedstawiały się wtedy następująco: stężenie CO2 – 1872 ppm; temperatura – 19,8°C; wilgotność względna – 36,3%).
Po kolejnych 30 min okno ponownie zostało otwarte (odpowiednio: 2244 ppm; 21,0°C; 39%) i pomieszczenie wietrzono przez 35 minut (1594 ppm; 19,9°C; 34,7%).
Po 40 minutach znowu otworzono okno (2379 ppm; 20,8°C; 44,9%) i wietrzono salę przez 25 minut (1070 ppm; 19,4°C; 30,5%). Do końca zajęć (20 minut) okno było już zamknięte (1611 ppm; 20,4°C; 37,5%).
Rys. 1 przedstawia stężenie CO2 w pomieszczeniu.Po krótkim czasie osoba prowadząca zajęcia podejmuje decyzję o otwarciu okna. Na zewnątrz pada śnieg, wieje wiatr i panuje niska temperatura – otwieranie okien w tym okresie może spowodować spadek komfortu cieplnego osób przebywających w jego najbliższym otoczeniu, gdyż wyraźnie odczuwana jest różnica temperatury pomiędzy strumieniem nawiewanym i powietrzem w pomieszczeniu.
Sala do końca pomiarów jest okresowo wietrzona. Wietrzenie to nie jest wystarczające, choć podczas ostatniej godziny zajęć stężenie CO2 spada do maksymalnej podanej w normach wartości.
Stężenie dwutlenku węgla podczas badań wynosiło 1070–2522 ppm. Średnie wartości stężenia CO2 uzyskane podczas badań prowadzonych w Wielkiej Brytanii [3] wyniosły zależnie od szkoły od 644 do 2833 ppm, maksymalnie było to 5000 ppm. Z kolei podczas badania szkół w Danii stężenie dwutlenku węgla wynosiło 920–1280 ppm [3].
Temperatura powietrza wewnętrznego podczas pomiarów (rys. 2) wynosiła 19,6–21°C, czyli mieściła się w zakresie przewidzianym dla budynków kategorii A i B (tabela 1). Niestety, wraz z doprowadzeniem zimnego, świeżego powietrza do pomieszczenia, temperatura w sali spada, powodując dyskomfort termiczny osób przebywających w pomieszczeniu.
Wilgotność względna przez większą część pomiarów była zbyt niska (rys. 3): 30,5–44,9%. Okresowo tylko wzrastała ponad dolną granicę normy [10].
Wartości wszystkich mierzonych parametrów jakości powietrza wewnętrznego spadały, gdy otwierane było okno, i rosły, kiedy okno zamykano.
Podsumowanie
Porównując wyniki ankiet przeprowadzonych wśród studentów oraz pomiarów środowiska wewnętrznego, można zaobserwować pewne rozbieżności. Warto zwrócić uwagę na to, że temperaturę wahającą się w zakresie 19,6–20,9°C ankietowani oceniali na 15–24°C.
Pokazuje to, jak bardzo indywidualne i subiektywne jest odczuwanie parametrów komfortu oraz jak trudno zaprojektować i wykonać instalacje wewnętrzne tak, by jak najwięcej przebywających w pomieszczeniu osób odczuwało komfort. Pomimo że temperatura panująca w sali była zbliżona do projektowej i zalecanej w salach lekcyjnych, wiele osób uważało, że jest ona zbyt niska.
Analizując rys. 1–3, można stwierdzić z dużą dokładnością, kiedy i na jak długo otwierane było okno. Otwieranie okna należy w tym przypadku traktować jako wentylację naturalną. Niestety wentylacja taka, poza jedną podstawową zaletą – brakiem kosztów eksploatacyjnych – ma wiele wad.
W klimacie Polski przewietrzanie pomieszczeń wiąże się z wprowadzaniem do nich od jesieni do wiosny, czyli przez ponad 10 miesięcy, powietrza o zbyt niskiej temperaturze w stosunku do panującej w pomieszczeniu, co może wpływać na dyskomfort osób w nich przebywających. Nie umożliwia także oczyszczenia powietrza, zarówno z grubszych cząstek zanieczyszczeń, jak i alergizujących pyłków.
Energooszczędność i termomodernizacja to pojęcia, które w dzisiejszych czasach nabierają nowego znaczenia. Inwestorzy liczą głównie na obniżenie kosztów eksploatacji.
Uzyskanie oszczędności w skali roku i prostego okresu zwrotu nakładów SPBT dla poszczególnych przedsięwzięć zależy nie tylko od strefy klimatycznej, w której położony jest obiekt, ale też od jego dokładnej lokalizacji, gdyż liczba stopniodni w różnych miejscowościach tej samej strefy może być bardzo zróżnicowana [7]. Oszczędzając ciepło, należy zawsze pamiętać o zapewnieniu użytkownikom odpowiedniego komfortu, wynikającego z właściwej temperatury i wilgotności powietrza w pomieszczeniu.
Badania zostaną powtórzone po przeprowadzeniu termomodernizacji obiektu.
Praca finansowana w ramach programu OZE 1.1 „Badanie skuteczności aktywnych i pasywnych metod poprawy efektywności energetycznej infrastruktury z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii”
Literatura
1. ASHRAE Standard Ventilation for acceptable Indoor Air Quality, 1989.
2. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Guidelines for Design and Constructions of Health Care Facilities, 2006.
3. Bakó-Biró Z., Clements-Croome D.J., Kochhar N., Awbi H.B., Williams M.J., Ventilation rates in schools and pupils’ performance, „Building and Environment” Vol. 48, 2012.
4. Chojnacka A., Sudoł-Szopińska I., Komfort termiczny w pomieszczeniach biurowych w aspekcie norm, „Bezpieczeństwo Pracy” nr 6/2007.
5. Directive 2002/91/EC of European Parliament and the Council of 16 December 2002 on the Energy Performance of the Buildings.
6. Gładyszewska-Fiedoruk K., Badania stężenia dwutlenku węgla w sali dydaktycznej, „COW” nr 5/2009.
7. Krawczyk D.A., Optymalne warianty termomodernizacyjne w typowym obiekcie szkolnym w zależności od jego położenia, „Instal” nr 10/2004.
8. Nowak B., Kryteria środowiska wewnętrznego wg PN-EN 15251, „Rynek Instalacyjny” nr 3/2008.
9. PN-78/B-03421 Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi.
10. PN-EN 13779:2008 Wentylacja budynków niemieszkalnych. Wymagania dotyczące właściwości instalacji wentylacji i klimatyzacji.
11. PN-EN ISO 7730:2006 Ergonomia środowiska termicznego. Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem obliczenia wskaźników PMV i PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego.
12. PN-EN 15251:2007 Kryteria środowiska wewnętrznego, obejmujące warunki cieplne, jakość powietrza wewnętrznego, oświetlenie i hałas.
13. PN-EN ISO 6946:2008 Komponenty budowlane i elementy budynku. Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła. Metoda obliczania.
14. Recknagel H., Sprenger E., Hörmann W., Schramek E.R., Ogrzewnictwo + Klimatyzacja z uwzględnieniem chłodnictwa i zaopatrzenia w ciepłą wodę. Poradnik, EWFE, Gdańsk 1999.
15. WHO, Air Quality Guidelines for Europe, Second Edition, WHO Regional Office for Europe Copenhagen, European Series, No. 91/2000.
16. Gładyszewska-Fiedoruk K., Krawczyk D.A., Wiater J., Gajewski A., Badanie komfortu cieplnego w salach dydaktycznych przed modernizacją. Cz. 1. Badania ankietowe, „Rynek Instalacyjny” nr 10/2013.