Deze praktijken en informatie worden meestal gebruikt voor risico-analyses luchtkwaliteit binnenmilieu voor bedrijfsgebouwen/kantoren.
airvisor
Neem contact op voor meer informatie of voor een risicoanalyse binnenluchtkwaliteit in uw bedrijf.
Algemene info:
Thermisch comfort is de geestesgesteldheid die tevredenheid uitdrukt met de thermische omgeving en wordt beoordeeld door subjectieve evaluatie ( ANSI / ASHRAE-norm 55 ). Het menselijk lichaam kan worden gezien als een warmtemotor waar voedsel de input-energie is. Het menselijk lichaam geeft overtollige warmte af aan de omgeving, zodat het lichaam kan blijven functioneren. De warmteoverdracht is evenredig met het temperatuurverschil. In koude omgevingen verliest het lichaam meer warmte aan de omgeving en in warme omgevingen geeft het lichaam niet genoeg warmte af. Zowel de warme als koude scenario’s leiden tot ongemak. Het handhaven van deze norm van thermisch comfort voor bewoners van gebouwen of andere behuizingen is een van de belangrijke doelen van HVAC- ontwerpingenieurs.
Thermische neutraliteit wordt gehandhaafd wanneer de warmte die door het menselijk metabolisme wordt gegenereerd, wordt afgevoerd, waardoor het thermisch evenwicht met de omgeving wordt gehandhaafd. De belangrijkste factoren die het thermisch comfort beïnvloeden, zijn die die de warmtetoename en -verlies bepalen, namelijk stofwisseling , kledingisolatie , luchttemperatuur, gemiddelde stralingstemperatuur , luchtsnelheid en relatieve vochtigheid . Psychologische parameters, zoals individuele verwachtingen, hebben ook invloed op het thermisch comfort. De thermische comfort-temperatuur kan sterk variëren van persoon tot persoon en is afhankelijk van factoren zoals activiteitsniveau, kleding en vochtigheid.
Het Predicted Mean Vote (PMV) -model behoort tot de meest erkende thermische comfortmodellen. Het werd ontwikkeld met behulp van principes van warmtebalans en experimentele gegevens verzameld in een gecontroleerde klimaatkamer onder stabiele omstandigheden. Aan de andere kant is het adaptieve model ontwikkeld op basis van honderden veldstudies met het idee dat bewoners dynamisch omgaan met hun omgeving. Bewoners regelen hun thermische omgeving door middel van kleding, bedienbare ramen, ventilatoren, persoonlijke verwarmingstoestellen en zonneschermen. Het PMV-model kan worden toegepast op gebouwen met airconditioning, terwijl het adaptieve model alleen kan worden toegepast op gebouwen waar geen mechanische systemen zijn geïnstalleerd. Er bestaat geen consensus over welk comfortmodel moet worden toegepast voor gebouwen die gedeeltelijk ruimtelijk of tijdelijk geklimatiseerd zijn.
Betekenis
Tevredenheid met de thermische omgeving is belangrijk omdat thermische omstandigheden mogelijk levensbedreigende voor de mens als de kern lichaamstemperatuur bereikt omstandigheden van hyperthermie boven 37,5-38,3 ° C (99,5-100,9 ° F), of hypothermie hieronder 35,0 ° C (95,0 ° F). Gebouwen veranderen de omstandigheden van de externe omgeving en verminderen de inspanning die het menselijk lichaam moet doen om stabiel te blijven bij een normale lichaamstemperatuur , wat belangrijk is voor het correct functioneren van menselijke fysiologische processen .
De Romeinse schrijver Vitruvius bracht dit doel feitelijk in verband met de geboorte van architectuur. David Linden suggereert ook dat de reden waarom we tropische stranden met het paradijs associëren, is dat in die omgevingen het menselijk lichaam minder metabolische inspanningen hoeft te doen om hun kerntemperatuur te behouden. Temperatuur ondersteunt niet alleen het menselijk leven; koelte en warmte zijn ook in verschillende culturen een symbool geworden van bescherming, gemeenschap en zelfs het heilige.
Bij het bouwen van wetenschappelijke studies wordt thermisch comfort in verband gebracht met productiviteit en gezondheid. Kantoormedewerkers die tevreden zijn met hun thermische omgeving, zijn productiever. De combinatie van hoge temperatuur en hoge relatieve vochtigheid vermindert het thermisch comfort en de kwaliteit van de binnenlucht .
Hoewel een enkele statische temperatuur comfortabel kan zijn, worden mensen aangetrokken door thermische veranderingen, zoals kampvuren en koele zwembaden. Thermisch genot wordt veroorzaakt door verschillende thermische sensaties, van een staat van onaangenaamheid tot een staat van aangenaamheid, en de wetenschappelijke term ervoor is positieve thermische alliesthesie . Vanuit een staat van thermische neutraliteit of comfort zal elke verandering als onaangenaam worden ervaren. Dit vormt een uitdaging voor de veronderstelling dat mechanisch gestuurde gebouwen uniforme temperaturen en comfort moeten bieden, als dit ten koste gaat van het uitsluiten van thermisch plezier.
Beïnvloedende factoren
Omdat er van persoon tot persoon grote verschillen zijn in termen van fysiologische en psychologische bevrediging, is het moeilijk om voor iedereen in een bepaalde ruimte een optimale temperatuur te vinden. Er zijn laboratorium- en veldgegevens verzameld om omstandigheden te definiëren die voor een bepaald percentage inzittenden prettig zullen zijn.
Er zijn zes hoofdfactoren die rechtstreeks van invloed zijn op thermisch comfort die in twee categorieën kunnen worden gegroepeerd: persoonlijke factoren – omdat het kenmerken van de bewoners zijn – en omgevingsfactoren – die de omstandigheden van de thermische omgeving zijn. De eerste zijn stofwisseling en kledingniveau, de laatste zijn luchttemperatuur, gemiddelde stralingstemperatuur, luchtsnelheid en vochtigheid. Zelfs als al deze factoren in de loop van de tijd kunnen variëren, verwijzen normen meestal naar een stabiele toestand om thermisch comfort te bestuderen, waarbij alleen beperkte temperatuurvariaties worden toegestaan.
Metabolisme
Mensen hebben verschillende stofwisselingssnelheden die kunnen fluctueren als gevolg van activiteitsniveau en omgevingsomstandigheden. De ASHRAE 55-2010-standaard definieert metabolische snelheid als het niveau van omzetting van chemische energie in warmte en mechanisch werk door metabolische activiteiten in een organisme, meestal uitgedrukt in termen van eenheidsoppervlak van het totale lichaamsoppervlak. . De stofwisseling wordt uitgedrukt in met-eenheden, die als volgt worden gedefinieerd:
1 met = 58,2 W / m² (18,4 Btu / h · ft²), wat gelijk is aan de energie die wordt geproduceerd per oppervlakte-eenheid van een gemiddelde zittende persoon. De oppervlakte van een gemiddeld persoon is 1,8 m² (19 ft²).
ASHRAE 55-2010
ASHRAE Standard 55 biedt een tabel met behaalde tarieven voor een verscheidenheid aan activiteiten. Enkele veel voorkomende waarden zijn 0,7 gehaald voor slapen, 1,0 gehaald voor een zittende en rustige positie, 1,2-1,4 gehaald voor lichte activiteiten in staan, 2,0 voldaan of meer voor activiteiten waarbij beweging, lopen, tillen van zware lasten of het bedienen van machines betrokken is. Voor intermitterende activiteit stelt de norm dat het toegestaan is om een tijdgewogen gemiddelde stofwisseling te gebruiken als individuen activiteiten uitvoeren die variëren over een periode van een uur of minder. Voor langere periodes moet rekening worden gehouden met verschillende stofwisselingssnelheden.
Volgens “ASHRAE Handbook of Fundamentals” is het schatten van stofwisselingssnelheden complex, en voor niveaus boven de 2 of 3 gehaald – vooral als er verschillende manieren zijn om dergelijke activiteiten uit te voeren – is de nauwkeurigheid laag. Daarom is de norm niet van toepassing op activiteiten met een gemiddeld niveau hoger dan 2 gehaald. Met-waarden kunnen ook nauwkeuriger worden bepaald dan de getabelleerde waarden, met behulp van een empirische vergelijking die rekening houdt met de snelheid van respiratoir zuurstofverbruik en koolstofdioxideproductie. Een andere fysiologische maar minder nauwkeurige methode heeft betrekking op de hartslag, aangezien er een verband bestaat tussen deze laatste en zuurstofverbruik.
Het Compendium of Physical Activities wordt door artsen gebruikt om fysieke activiteiten vast te leggen. Het heeft een andere definitie van metabool, namelijk de verhouding tussen de stofwisseling van de activiteit in kwestie en de stofwisseling in rust. Aangezien de formulering van het concept verschilt van het concept dat ASHRAE gebruikt, kunnen deze behaalde waarden niet rechtstreeks worden gebruikt in PMV-berekeningen, maar het opent een nieuwe manier om fysieke activiteiten te kwantificeren.
Eet- en drinkgewoonten kunnen een invloed hebben op de stofwisseling, wat indirect invloed heeft op thermische voorkeuren. Deze effecten kunnen veranderen afhankelijk van de inname van voedsel en drank. De lichaamsvorm is een andere factor die het thermisch comfort beïnvloedt. Warmteafvoer hangt af van het lichaamsoppervlak. Een lang en mager persoon heeft een grotere oppervlakte / volume-verhouding, kan gemakkelijker warmte afvoeren en kan hogere temperaturen meer verdragen dan een persoon met een ronde lichaamsvorm.
Kledingisolatie
De hoeveelheid thermische isolatie die door een persoon wordt gedragen, heeft een aanzienlijke invloed op het thermisch comfort, omdat het het warmteverlies en daarmee de thermische balans beïnvloedt. Lagen isolerende kleding voorkomen warmteverlies en kunnen een persoon warm houden of tot oververhitting leiden. Over het algemeen geldt dat hoe dikker het kledingstuk is, hoe groter het isolerend vermogen is. Afhankelijk van het soort materiaal waaruit de kleding is gemaakt, kunnen luchtbeweging en relatieve vochtigheid het isolerend vermogen van het materiaal verminderen.
1 clo is gelijk aan 0,155 m² · K / W (0,88 ° F · ft² · h / Btu). Dit komt overeen met een broek, een overhemd met lange mouwen en een jas. Isolatiewaarden voor kleding voor andere gangbare ensembles of losse kledingstukken zijn te vinden in ASHRAE 55
Luchttemperatuur
De luchttemperatuur is de gemiddelde temperatuur van de lucht rondom de bewoner, naar plaats en tijd. Volgens de ASHRAE 55-norm houdt het ruimtelijke gemiddelde rekening met de enkel-, taille- en hoofdniveaus, die variëren voor zittende of staande inzittenden. Het tijdgemiddelde is gebaseerd op intervallen van drie minuten met ten minste 18 gelijkmatig verdeelde punten in de tijd. De luchttemperatuur wordt gemeten met een droge-bolthermometer en wordt daarom ook wel droge-boltemperatuur genoemd .
Gemiddelde stralingstemperatuur
De stralingstemperatuur is gerelateerd aan de hoeveelheid stralingswarmte die van een oppervlak wordt overgedragen en hangt af van het vermogen van het materiaal om warmte te absorberen of af te geven, of het emissievermogen ervan . De gemiddelde stralingstemperatuur hangt af van de temperaturen en emissiviteit van de omringende oppervlakken, evenals de kijkfactor , of de hoeveelheid van het oppervlak dat door het object wordt “gezien”. Dus de gemiddelde stralingstemperatuur die iemand ervaart in een kamer met het zonlicht dat binnenstroomt, varieert afhankelijk van hoeveel van zijn / haar lichaam in de zon is.
Luchtsnelheid
In HVAC wordt luchtsnelheid gedefinieerd als de snelheid van luchtbeweging op een punt, ongeacht de richting. Volgens ANSI / ASHRAE-norm 55 is dit de gemiddelde snelheid van de lucht waaraan het lichaam wordt blootgesteld, met betrekking tot locatie en tijd. Het temporele gemiddelde is gelijk aan de luchttemperatuur, terwijl het ruimtelijk gemiddelde is gebaseerd op de aanname dat het lichaam wordt blootgesteld aan een uniforme luchtsnelheid, volgens het thermofysiologische model van SET. Sommige ruimtes kunnen echter sterk ongelijkmatige luchtsnelheidsvelden opleveren en daaruit voortvloeiende warmteverliezen van de huid die niet als uniform kunnen worden beschouwd. Daarom moet de ontwerper de juiste middeling bepalen, vooral met inbegrip van luchtsnelheden die op ongeklede lichaamsdelen vallen, die een groter koelend effect en potentieel voor plaatselijk ongemak hebben
Relatieve vochtigheid
Relatieve vochtigheid (%RH) is de verhouding tussen de hoeveelheid waterdamp in de lucht en de hoeveelheid waterdamp die de lucht zou kunnen vasthouden bij de specifieke temperatuur en druk. Hoewel het menselijk lichaam sensoren in de huid heeft die redelijk efficiënt warmte en koude voelen, wordt relatieve vochtigheid indirect gedetecteerd. Zweten is een effectief mechanisme voor warmteverlies dat berust op verdamping van de huid. Bij hoge RV heeft de lucht echter bijna de maximale waterdamp die het kan vasthouden, dus verdamping en dus warmteverlies wordt verminderd. Aan de andere kant zijn zeer droge omgevingen (RV <20-30%) ook oncomfortabel vanwege hun effect op de slijmvliezen. De aanbevolen luchtvochtigheid binnenshuis ligt tussen 30-60% in gebouwen met airconditioning maar nieuwe normen zoals het adaptieve model laten lagere en hogere luchtvochtigheid toe, afhankelijk van de andere factoren die een rol spelen bij thermisch comfort.
Onlangs zijn de effecten van lage relatieve vochtigheid en hoge luchtsnelheid getest op mensen na het baden. Onderzoekers ontdekten dat een lage relatieve vochtigheid zowel thermisch ongemak veroorzaakte als het gevoel van uitdroging en jeuk. Voor optimale omstandigheden wordt aanbevolen om de relatieve vochtigheid in een badkamer hoger te houden dan in andere kamers in huis.
Natte huid
Huidvochtigheid wordt gedefinieerd als “het deel van het totale huidoppervlak van het lichaam dat bedekt is met zweet”. [33] De vochtigheid van de huid in verschillende gebieden heeft ook invloed op het ervaren thermisch comfort. Vochtigheid kan de vochtigheid in verschillende delen van het lichaam vergroten, wat leidt tot een perceptie van ongemak. Dit is meestal gelokaliseerd in verschillende delen van het lichaam, en de lokale thermische comfortlimieten voor vochtige huid verschillen per locatie van het lichaam. De ledematen zijn veel gevoeliger voor thermisch ongemak door nattigheid dan de romp van het lichaam. Hoewel lokaal thermisch ongemak kan worden veroorzaakt door nattigheid, wordt het thermisch comfort van het hele lichaam niet beïnvloed door de nattigheid van bepaalde delen.
Interactie van temperatuur en vochtigheid
Er zijn verschillende soorten schijnbare temperaturen ontwikkeld om luchttemperatuur en luchtvochtigheid te combineren. Voor hogere temperaturen zijn er kwantitatieve schalen, zoals de warmte-index . Voor lagere temperaturen werd een gerelateerd samenspel alleen kwalitatief geïdentificeerd:
Hoge luchtvochtigheid en lage temperaturen zorgen ervoor dat de lucht kil aanvoelt.
Koude lucht met een hoge relatieve vochtigheid “voelt” kouder aan dan droge lucht van dezelfde temperatuur, omdat een hoge vochtigheid bij koud weer de warmtegeleiding van het lichaam verhoogt.
Er is controverse over waarom vochtige koude lucht kouder aanvoelt dan droge koude lucht. Sommigen denken dat dit komt doordat wanneer de luchtvochtigheid hoog is, onze huid en kleding vochtig worden en betere warmtegeleiders zijn, dus er is meer koeling door geleiding
Natuurlijke ventilatie
Veel gebouwen gebruiken een HVAC-unit om hun thermische omgeving te regelen. Andere gebouwen worden van nature geventileerd en zijn niet afhankelijk van mechanische systemen om thermisch comfort te bieden. Afhankelijk van het klimaat kan dit het energieverbruik drastisch verminderen. Het wordt echter soms als een risico gezien, aangezien de binnentemperaturen te extreem kunnen zijn als het gebouw slecht is ontworpen. Goed ontworpen, natuurlijk geventileerde gebouwen houden de binnenomstandigheden binnen het bereik waar het openen van ramen en het gebruik van ventilatoren in de zomer en het dragen van extra kleding in de winter mensen thermisch comfortabel kunnen houden.
Modellen
Bij het bespreken van thermisch comfort zijn er twee verschillende hoofdmodellen die kunnen worden gebruikt: het statische model (PMV / PPD) en het adaptieve model.
PMV / PPD-methode
Het PMV / PPD-model is ontwikkeld door PO Fanger met behulp van warmtebalansvergelijkingen en empirische studies over huidtemperatuur om comfort te definiëren. Standaard thermisch comfortonderzoeken vragen proefpersonen naar hun thermische sensatie op een zevenpuntsschaal van koud (-3) tot heet (+3). De vergelijkingen van Fanger worden gebruikt om de Predicted Mean Vote (PMV) van een groep proefpersonen te berekenen voor een bepaalde combinatie van luchttemperatuur , gemiddelde stralingstemperatuur , relatieve vochtigheid , luchtsnelheid, stofwisseling en kledingisolatie . PMV gelijk aan nul vertegenwoordigt thermische neutraliteit, en de comfortzone wordt bepaald door de combinaties van de zes parameters waarvoor de PMV binnen de aanbevolen limieten ligt (-0,5 <PMV <+0,5). Hoewel het voorspellen van de thermische sensatie van een populatie een belangrijke stap is om te bepalen welke omstandigheden comfortabel zijn, is het nuttiger om te overwegen of mensen al dan niet tevreden zullen zijn. Fanger ontwikkelde een andere vergelijking om de PMV te relateren aan het Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD). Deze relatie was gebaseerd op onderzoeken waarbij proefpersonen werden onderzocht in een kamer waar de binnenomstandigheden nauwkeurig konden worden gecontroleerd.
Het PMV / PPD-model wordt wereldwijd toegepast, maar houdt niet direct rekening met de aanpassingsmechanismen en de thermische omstandigheden buitenshuis.
ASHRAE Standard 55-2017 gebruikt het PMV-model om de eisen voor thermische omstandigheden binnenshuis vast te stellen. Het vereist dat minimaal 80% van de bewoners tevreden is.
Met de CBE Thermal Comfort Tool voor ASHRAE 55 kunnen gebruikers de zes comfortparameters invoeren om te bepalen of een bepaalde combinatie voldoet aan ASHRAE 55. De resultaten worden weergegeven op een psychrometrische of een temperatuur-relatieve vochtigheidsgrafiek en geven het temperatuurbereik aan. en relatieve vochtigheid die comfortabel zal zijn met de gegeven waarden die zijn ingevoerd voor de resterende vier parameters.
Het PMV / PPD-model heeft een lage voorspellingsnauwkeurigheid. Met behulp van ’s werelds grootste thermisch comfort-veldonderzoekdatabase -was de nauwkeurigheid van PMV bij het voorspellen van de thermische sensatie van de bewoner slechts 34%, wat betekent dat de thermische sensatie één op de drie keer correct wordt voorspeld. De PPD overschatte de thermische onaanvaardbaarheid van de proefpersoon buiten de thermische neutraliteitsbereiken (-1≤PMV≤1). De nauwkeurigheid van PMV / PPD varieert sterk tussen ventilatiestrategieën, gebouwtypes en klimaten.
Verhoogde luchtsnelheidsmethode
ASHRAE 55 2013 houdt afzonderlijk rekening met luchtsnelheden van meer dan 0,2 meter per seconde (0,66 ft / s) dan het basismodel. Omdat luchtbeweging mensen directe koeling kan bieden, vooral als ze niet veel kleding dragen, kunnen hogere temperaturen comfortabeler zijn dan het PMV-model voorspelt. Luchtsnelheden tot 0,8 m / s (2,6 ft / s) zijn toegestaan zonder lokale bediening en 1,2 m / s is mogelijk met lokale bediening. Deze verhoogde luchtbeweging verhoogt de maximumtemperatuur voor een kantoorruimte in de zomer tot 30 ° C van 27,5 ° C (86,0–81,5 ° F).
Virtuele energie voor thermisch comfort
“Virtuele energie voor thermisch comfort” is de hoeveelheid energie die nodig is om een gebouw zonder airconditioning relatief even comfortabel te maken als een gebouw met airconditioning . Hierbij wordt ervan uitgegaan dat de woning uiteindelijk airconditioning of verwarming zal installeren. Passief ontwerp verbetert het thermisch comfort in een gebouw, waardoor de vraag naar verwarming of koeling afneemt. In veel ontwikkelingslanden de meeste bewoners verwarmen of koelen momenteel echter niet, vanwege economische beperkingen en vanwege klimatologische omstandigheden die grenzen aan comfortomstandigheden zoals koude winternachten in Johannesburg (Zuid-Afrika) of warme zomerdagen in San Jose, Costa Rica. Tegelijkertijd is er naarmate de inkomens stijgen, een sterke tendens om koel- en verwarmingssystemen in te voeren. Als we passieve ontwerp kenmerken die het thermisch comfort vandaag de dag verbeteren erkennen en belonen, verkleinen we het risico dat we in de toekomst HVAC-systemen moeten installeren, of zorgen we er in ieder geval voor dat dergelijke systemen kleiner zullen zijn en minder vaak worden gebruikt. Of in het geval dat het verwarmings- of koelsysteem niet is geïnstalleerd vanwege de hoge kosten, dan mogen mensen in ieder geval binnenshuis geen hinder ondervinden. Om een voorbeeld te geven: in San Jose, Costa Rica, als een huis zou worden ontworpen met een hoog glasniveau en kleine openingsmaten, zou de binnentemperatuur gemakkelijk boven de 30 ° C (86 ° F) stijgen en zou natuurlijke ventilatie niet voldoende zijn om de interne warmte- en zonnewinsten te verwijderen. Daarom is Virtual Energy for Comfort belangrijk.
Het beoordelingsinstrument van de Wereldbank , de EDGE-software ( Excellence in Design for Greater Efficiencies ), illustreert de mogelijke problemen met ongemak in gebouwen en heeft het concept van virtuele energie voor comfort gecreëerd dat een manier biedt om potentieel thermisch ongemak te voorkomen. Deze aanpak wordt gebruikt voor het toekennen van prijzen voor ontwerp oplossingen die het thermisch comfort verbeteren, zelfs in een volledig vrijlopend gebouw. Ondanks het opnemen van vereisten voor oververhitting in CIBSE, is overkoeling niet beoordeeld. Overkoeling kan echter een probleem zijn, vooral in de derde wereld, bijvoorbeeld in steden als Lima (Peru), Bogota en Delhi, waar vaak koelere binnentemperaturen kunnen voorkomen. Dit kan een nieuw gebied zijn voor onderzoek en ontwerp begeleiding om ongemak te verminderen.
Standaard effectieve temperatuur
Standaard effectieve temperatuur (SET *) is een model van menselijke reactie op de thermische omgeving. Ontwikkeld door AP Gagge en geaccepteerd door ASHRAE in 1986, wordt het ook wel het Pierce Two-Node-model genoemd. De berekening is vergelijkbaar met PMV omdat het een uitgebreide comfortindex is die is gebaseerd op warmtebalansvergelijkingen waarin de persoonlijke factoren kleding en stofwisseling zijn opgenomen. Het fundamentele verschil is dat er een tweeknoops-methode nodig is om de menselijke fysiologie weer te geven bij het meten van de huidtemperatuur en de natheid van de huid.
ASHRAE 55-2010 definieert SET als ‘de temperatuur van een denkbeeldige omgeving bij 50% relatieve vochtigheid , <0,1 m / s [0,33 ft / s] gemiddelde luchtsnelheid en gemiddelde stralingstemperatuur gelijk aan gemiddelde luchttemperatuur, waarbij totaal warmteverlies van de huid van een denkbeeldige bewoner met een activiteitsniveau van 1,0 gehaald en een kledingniveau van 0,6 clo is hetzelfde als dat van een persoon in de werkelijke omgeving, met feitelijk kleding- en activiteitenniveau “.
Onderzoek heeft het model getoetst aan experimentele gegevens en gevonden dat het de neiging heeft om de huidtemperatuur te overschatten en de natheid van de huid te onderschatten. Fountain en Huizenga (1997) ontwikkelden een voorspellingstool voor thermische sensaties die SET berekent.
Koeleffect
ASHRAE 55-2017 definieert het koeleffect (CE) bij verhoogde luchtsnelheid (boven 0,2 meter per seconde (0,66 ft / s)) als de waarde die, indien afgetrokken van zowel de luchttemperatuur als de gemiddelde stralingstemperatuur, dezelfde SET oplevert waarde onder stilstaande lucht (0,1 m / s) zoals in de eerste SET-berekening onder verhoogde luchtsnelheid.
De CE kan worden gebruikt om de PMV die is aangepast voor een omgeving met verhoogde luchtsnelheid te bepalen met behulp van de aangepaste temperatuur, de aangepaste stralingstemperatuur en stilstaande lucht (0,2 meter per seconde (0,66 ft / s)). Waarbij de ingestelde temperaturen gelijk zijn aan de oorspronkelijke lucht en gemiddelde stralingstemperaturen minus de CE.
Asymmetrie van stralingstemperatuur
Grote verschillen in de thermische straling van de oppervlakken rondom een persoon kunnen plaatselijk ongemak veroorzaken of de acceptatie van de thermische omstandigheden verminderen. ASHRAE Standard 55 stelt grenzen aan de toegestane temperatuurverschillen tussen verschillende oppervlakken. Omdat mensen gevoeliger zijn voor sommige asymmetrieën dan andere, bijvoorbeeld dat van een warm plafond versus dat van warme en koude verticale oppervlakken, zijn de limieten afhankelijk van welke oppervlakken het betreft. Het plafond mag niet warmer zijn dan +5 ° C (9,0 ° F), terwijl een muur tot +23 ° C (41 ° F) warmer mag zijn dan de andere oppervlakken.
Ontwerp
Hoewel luchtbeweging in sommige omstandigheden aangenaam kan zijn en comfort kan bieden, is het soms ongewenst en veroorzaakt het ongemak. Deze ongewenste luchtbeweging wordt “tocht” genoemd en komt het meest voor wanneer het thermische gevoel van het hele lichaam koel is. Mensen voelen het meest waarschijnlijk tocht op onbedekte lichaamsdelen zoals hun hoofd, nek, schouders, enkels, voeten en benen, maar het gevoel hangt ook af van de luchtsnelheid, luchttemperatuur, activiteit en kleding.
Verticaal luchttemperatuurverschil
Thermische stratificatie die ertoe leidt dat de luchttemperatuur op hoofdniveau hoger is dan op enkelniveau, kan thermisch ongemak veroorzaken. ASHRAE Standard 55 beveelt aan dat het verschil niet groter is dan 3 ° C (5,4 ° F) voor zittende inzittenden of voor staande inzittenden 4 ° C (7,2 ° F).
Vloeroppervlaktetemperatuur
Vloeren die te warm of te koud zijn, kunnen ongemak veroorzaken, afhankelijk van het schoeisel. ASHRAE 55 raadt aan om de vloertemperaturen binnen het bereik van 19–29 ° C (66–84 ° F) te houden in ruimtes waar inzittenden lichtgewicht schoenen dragen.
Adaptief comfortmodel
Het adaptieve model is gebaseerd op het idee dat het buitenklimaat het binnencomfort beïnvloedt omdat mensen zich kunnen aanpassen aan verschillende temperaturen gedurende verschillende periodes van het jaar. De adaptieve hypothese voorspelt dat contextuele factoren, zoals toegang tot omgevingscontroles en thermische geschiedenis in het verleden, de thermische verwachtingen en voorkeuren van gebouwgebruikers kunnen beïnvloeden. Talloze onderzoekers hebben wereldwijd veldstudies uitgevoerd waarin ze de bewoners van gebouwen onderzoeken over hun thermisch comfort en tegelijkertijd omgevingsmetingen uitvoeren. Uit analyse van een database met resultaten van 160 van deze gebouwen bleek dat gebruikers van natuurlijk geventileerde gebouwen een groter temperatuurbereik accepteren en zelfs de voorkeur geven dan hun tegenhangers in afgesloten gebouwen met airconditioning, omdat hun voorkeurstemperatuur afhankelijk is van de buitenomstandigheden. Deze resultaten zijn verwerkt in de ASHRAE 55-2004-norm als het adaptieve comfortmodel. De adaptieve grafiek relateert de comforttemperatuur binnenshuis aan de heersende buitentemperatuur en definieert zones van 80% en 90% tevredenheid.
De ASHRAE-55 2010-norm introduceerde de heersende gemiddelde buitentemperatuur als de invoervariabele voor het adaptieve model. Het is gebaseerd op het rekenkundig gemiddelde van de gemiddelde dagelijkse buitentemperaturen over niet minder dan 7 en niet meer dan 30 opeenvolgende dagen voorafgaand aan de betreffende dag. Het kan ook worden berekend door de temperaturen te wegen met verschillende coëfficiënten, waarbij steeds meer belang wordt gehecht aan de meest recente temperaturen. Als deze weging wordt gebruikt, hoeft de bovengrens voor de volgende dagen niet te worden gerespecteerd. Om het adaptieve model toe te passen, mag er geen mechanisch koelsysteem voor de ruimte zijn, moeten inzittenden sedentaire activiteiten uitvoeren met stofwisselingssnelheden van 1-1,3 met en een heersende gemiddelde temperatuur van 10-33,5 ° C (50,0-92,3 ° F).
Dit model is vooral van toepassing op door bewoners gecontroleerde, natuurlijk geconditioneerde ruimtes, waar het buitenklimaat de binnenomstandigheden en dus de comfortzone daadwerkelijk kan beïnvloeden. Studies door de Dear en Brager toonden zelfs aan dat bewoners in natuurlijk geventileerde gebouwen tolerant waren voor een breder temperatuurbereik. Dit komt door zowel gedrags- als fysiologische aanpassingen, aangezien er verschillende soorten adaptieve processen zijn. ASHRAE-norm 55-2010 stelt dat verschillen in recente thermische ervaringen, veranderingen in kleding, beschikbaarheid van bedieningsopties en verschuivingen in de verwachtingen van de bewoners de thermische reacties van mensen kunnen veranderen.
Adaptieve modellen van thermisch comfort zijn geïmplementeerd in andere normen, zoals de Europese norm EN 15251 en ISO 7730. Hoewel de exacte afleidingsmethoden en resultaten enigszins verschillen van de ASHRAE 55 adaptieve standaard, zijn ze in wezen hetzelfde. Een groter verschil zit in de toepasbaarheid. De adaptieve standaard ASHRAE is alleen van toepassing op gebouwen zonder geïnstalleerde mechanische koeling, terwijl EN15251 kan worden toegepast op gebouwen met gemengde modus , op voorwaarde dat het systeem niet draait.
Er zijn in principe drie categorieën van thermische aanpassing, namelijk: gedragsmatig, fysiologisch en psychologisch.
Psychologische aanpassing
Het comfortniveau van een persoon in een bepaalde omgeving kan door psychologische factoren in de loop van de tijd veranderen en zich aanpassen. Subjectieve perceptie van thermisch comfort kan worden beïnvloed door de herinnering aan eerdere ervaringen. Gewenning vindt plaats wanneer herhaalde blootstelling de toekomstige verwachtingen en reacties op sensorische input matigt. Dit is een belangrijke factor bij het verklaren van het verschil tussen veldwaarnemingen en PMV-voorspellingen (gebaseerd op het statische model) in natuurlijk geventileerde gebouwen. In deze gebouwen is de relatie met de buitentemperaturen twee keer zo sterk als voorspeld.
Psychologische aanpassing is subtiel verschillend in de statische en adaptieve modellen. Laboratoriumtests van het statische model kunnen niet-warmteoverdrachts (psychologische) factoren identificeren en kwantificeren die het gerapporteerde comfort beïnvloeden. Het adaptieve model is beperkt tot het rapporteren van verschillen (psychologisch genoemd) tussen gemodelleerd en gerapporteerd comfort.
Thermisch comfort als een ‘geestesgesteldheid’ wordt in psychologische termen gedefinieerd . Factoren die de conditie van de geest (in het laboratorium) beïnvloeden, zijn onder meer het gevoel van controle over de temperatuur, kennis van de temperatuur en het uiterlijk van de (test) omgeving. Een thermische testkamer die er woonachtig uitzag, ‘voelde’ warmer aan dan een die eruitzag als de binnenkant van een koelkast.
Fysiologische aanpassing
Het lichaam heeft verschillende thermische aanpassingsmechanismen om te overleven in omgevingen met drastische temperaturen. In een koude omgeving maakt het lichaam gebruik van vasoconstrictie ; die de bloedtoevoer naar de huid, huidtemperatuur en warmteafvoer vermindert. In een warme omgeving zal vaatverwijding de bloedtoevoer naar de huid, warmtetransport en huidtemperatuur en warmteafvoer verhogen. Als er ondanks de bovengenoemde vasomotorische aanpassingen een onbalans is, zal in een warme omgeving de zweetproductie beginnen en zorgen voor verdampingskoeling. Als dit onvoldoende is, treedt hyperthermie op, kan de lichaamstemperatuur oplopen tot 40 ° C (104 ° F) en een zonnesteek kan gebeuren. In een koude omgeving begint rillingen, waardoor de spieren onwillekeurig aan het werk worden gezet en de warmteproductie met een factor 10 toeneemt. Als het evenwicht niet wordt hersteld, kan onderkoeling optreden, wat fataal kan zijn. Langdurige aanpassingen aan extreme temperaturen, van enkele dagen tot zes maanden, kunnen cardiovasculaire en endocriene aanpassingen tot gevolg hebben. Een warm klimaat kan een groter bloedvolume veroorzaken, waardoor de effectiviteit van vasodilatatie, verbeterde prestaties van het zweetmechanisme en de aanpassing van thermische voorkeuren worden verbeterd. In koude of onderverhitte omstandigheden kan vasoconstrictie permanent worden, wat resulteert in een verminderd bloedvolume en een verhoogde stofwisseling.
Gedragsaanpassing
In natuurlijk geventileerde gebouwen ondernemen bewoners tal van maatregelen om zich op hun gemak te houden wanneer de binnenomstandigheden naar ongemak afdrijven. Het bedienen van ramen en ventilatoren, het aanpassen van jaloezieën / zonwering, het omkleden van kleding en het nuttigen van eten en drinken zijn enkele van de meest voorkomende aanpassingsstrategieën. Onder deze is het aanpassen van vensters de meest voorkomende. De inzittenden die dit soort acties ondernemen, hebben de neiging zich koeler te voelen bij hogere temperaturen dan degenen die dat niet doen.
De gedragsacties hebben een aanzienlijke invloed op de input van energiesimulatie, en onderzoekers ontwikkelen gedragsmodellen om de nauwkeurigheid van simulatieresultaten te verbeteren. Er zijn bijvoorbeeld tot nu toe veel raamopeningsmodellen ontwikkeld, maar er is geen consensus over de factoren die het openen van een raam activeren.
Mensen kunnen zich aanpassen aan seizoenswarmte door meer nachtelijk te worden, aan lichaamsbeweging te doen en zelfs ’s nachts zaken te doen.
Specificiteit en gevoeligheid
Individuele verschillen
e thermische gevoeligheid van een individu wordt gekwantificeerd door de descriptor F S , die hogere waarden aanneemt voor individuen met een lagere tolerantie voor niet-ideale thermische omstandigheden. Deze groep omvat zwangere vrouwen, gehandicapten en personen met een leeftijd onder de veertien of boven de zestig, wat wordt beschouwd als volwassenen. De bestaande literatuur levert consistent bewijs dat de gevoeligheid voor warme en koude oppervlakken gewoonlijk afneemt met de leeftijd. Er zijn ook aanwijzingen voor een geleidelijke vermindering van de effectiviteit van het lichaam bij thermoregulatie na de leeftijd van zestig. Dit komt voornamelijk door een tragere reactie van de tegenwerkende mechanismen in lagere delen van het lichaam die worden gebruikt om de kerntemperatuur van het lichaam op ideale waarden te houden. Senioren geven de voorkeur aan warmere temperaturen dan jonge volwassenen (76 versus 72 graden F).
Situationele factoren zijn onder meer de gezondheid, psychologische, sociologische en beroepsactiviteiten van de personen.
Biologische genderverschillen
Hoewel de voorkeuren voor thermisch comfort tussen seksen klein lijken te zijn, zijn er enkele gemiddelde verschillen. Studies hebben aangetoond dat mannen gemiddeld veel eerder ongemak als gevolg van temperatuurstijgingen melden dan vrouwen. Mannen schatten gemiddeld ook hogere niveaus van hun gevoel van ongemak in dan vrouwen. Een recente studie testte mannen en vrouwen in dezelfde katoenen kleding, waarbij ze mentale taken uitvoerden terwijl ze een stem gebruikten om hun thermisch comfort aan de veranderende temperatuur te melden. Vaak geven vrouwtjes de voorkeur aan hogere temperaturen. Maar terwijl vrouwtjes de neiging hebben om gevoeliger te zijn voor temperaturen, zijn mannetjes meestal gevoeliger voor relatieve vochtigheidsniveaus.
Er is een uitgebreide veldstudie uitgevoerd in natuurlijk geventileerde woongebouwen in Kota Kinabalu, Sabah, Maleisië. Dit onderzoek onderzocht de thermische gevoeligheid van het geslacht voor het binnenmilieu in niet-geklimatiseerde woongebouwen. Meerdere hiërarchische regressie voor categorische moderator werd geselecteerd voor data-analyse; het resultaat toonde aan dat vrouwtjes als groep iets gevoeliger waren dan mannetjes voor de binnenluchttemperaturen, terwijl onder thermische neutraliteit werd gevonden dat mannetjes en vrouwtjes een vergelijkbare thermische sensatie hebben.
Regionale verschillen
In verschillende delen van de wereld kunnen de behoeften op het gebied van thermisch comfort variëren afhankelijk van het klimaat. In China het klimaat heeft hete, vochtige zomers en koude winters, waardoor er behoefte is aan efficiënt thermisch comfort. Energiebesparing in relatie tot thermisch comfort is de afgelopen decennia een groot probleem geworden in China vanwege de snelle economische groei en bevolkingsgroei. Onderzoekers onderzoeken nu manieren om gebouwen in China te verwarmen en te koelen tegen lagere kosten en ook met minder schade aan het milieu.
In tropische gebieden van Brazilië creëert verstedelijking stedelijke hitte-eilanden (UHI). Dit zijn stedelijke gebieden die door een grote toestroom van mensen boven de thermische comfortgrenzen zijn gestegen en pas tijdens het regenseizoen binnen het comfortabele bereik vallen. Stedelijke hitte-eilanden kunnen voorkomen boven elke stedelijke stad of bebouwd gebied met de juiste omstandigheden.
In de hete, vochtige regio van Saoedi-Arabië is de kwestie van thermisch comfort belangrijk geweest in moskeeën , omdat het zeer grote open gebouwen zijn die slechts met tussenpozen worden gebruikt (erg druk voor het middaggebed).op vrijdag) is het moeilijk om ze goed te ventileren. Door de grote afmeting is er veel ventilatie nodig, wat veel energie vergt aangezien de gebouwen maar voor korte tijd gebruikt worden. Temperatuurregeling in moskeeën is een uitdaging vanwege de intermitterende vraag, waardoor veel moskeeën te warm of te koud zijn. Ook het stapeleffect komt door hun grote formaat om de hoek kijken en zorgt voor een grote laag hete lucht boven de mensen in de moskee. Nieuwe ontwerpen hebben de ventilatiesystemen lager in de gebouwen geplaatst om meer temperatuurbeheersing op grondniveau te bieden. Er worden ook nieuwe monitoringmaatregelen genomen om de efficiëntie te verbeteren
Thermische spanning
Niet te verwarren met thermische spanning op objecten, die de verandering beschrijft die materialen ondergaan bij blootstelling aan extreme temperaturen.
Het concept van thermisch comfort hangt nauw samen met thermische belasting. Hiermee wordt geprobeerd de impact van zonnestraling , luchtbeweging en vochtigheid te voorspellen voor militair personeel dat trainingsoefeningen of atleten ondergaat tijdens competitieve evenementen. Waarden worden uitgedrukt als de nattebolboltemperatuur of de ongemakindex . Over het algemeen presteren mensen niet goed onder thermische belasting. De prestaties van mensen onder thermische belasting zijn ongeveer 11% lager dan hun prestaties onder normale thermische natte omstandigheden. Ook de menselijke prestaties met betrekking tot thermische belasting variëren sterk door het soort taak dat het individu uitvoert. Enkele van de fysiologische effecten van thermische hittestress zijn onder meer een verhoogde bloedtoevoer naar de huid, zweten en verhoogde ventilatie.
Onderzoek
De factoren die het thermisch comfort beïnvloeden, werden in de jaren zeventig experimenteel onderzocht. Veel van deze onderzoeken hebben geleid tot de ontwikkeling en verfijning van ASHRAE Standard 55 en werden uitgevoerd aan de Kansas State University door Ole Fanger en anderen. Het ervaren comfort bleek een complexe interactie van deze variabelen te zijn. Er werd vastgesteld dat de meerderheid van de individuen tevreden zou zijn met een ideale reeks waarden. Naarmate het waardenbereik geleidelijk van het ideaal afweken, waren steeds minder mensen tevreden. Deze waarneming zou statistisch kunnen worden uitgedrukt als het percentage personen dat tevredenheid uitsprak over de comfortomstandigheden en het voorspelde gemiddelde aantal stemmen(PMV). Deze aanpak werd uitgedaagd door het adaptieve comfortmodel, ontwikkeld op basis van het ASHRAE 884-project, waaruit bleek dat inzittenden comfortabel waren in een breder temperatuurbereik.
Dit onderzoek wordt toegepast om Building Energy Simulation (BES) -programma’s voor woongebouwen te maken. Vooral woongebouwen kunnen veel meer verschillen in thermisch comfort dan openbare en commerciële gebouwen. Dit komt door hun kleinere formaat, de variaties in gedragen kleding en het verschillende gebruik van elke kamer. De belangrijkste kamers van zorg zijn badkamers en slaapkamers. Badkamers moeten een temperatuur hebben die comfortabel is voor een mens met of zonder kleding. Slaapkamers zijn van belang omdat ze verschillende kledingniveaus nodig hebben en ook verschillende metabolische snelheden van slapende of wakkere mensen. Ongemakuren is een veelgebruikte maatstaf die wordt gebruikt om de thermische prestaties van een ruimte te evalueren.
Thermisch comfortonderzoek in kleding wordt momenteel gedaan door het leger. Er wordt onderzoek gedaan naar nieuwe luchtgeventileerde kledingstukken om de verdampingskoeling in militaire omgevingen te verbeteren. Sommige modellen worden gemaakt en getest op basis van de hoeveelheid koeling die ze bieden.
In de afgelopen twintig jaar hebben onderzoekers ook geavanceerde thermische comfortmodellen ontwikkeld die het menselijk lichaam in vele segmenten verdelen en lokaal thermisch ongemak voorspellen door rekening te houden met de warmtebalans. Dit heeft een nieuwe arena geopend voor thermische comfortmodellering die gericht is op het verwarmen / koelen van geselecteerde lichaamsdelen.
Medische omgevingen
Telkens wanneer de onderzoeken waarnaar wordt verwezen, probeerden de thermische omstandigheden voor verschillende groepen inzittenden in één kamer te bespreken, bleken de onderzoeken eenvoudigweg vergelijkingen te presenteren van tevredenheid over thermisch comfort op basis van de subjectieve onderzoeken. Geen enkele studie probeerde de verschillende thermische comfortvereisten van verschillende typen bewoners die verplicht in één kamer moeten verblijven, te verzoenen. Daarom lijkt het nodig om de verschillende thermische omstandigheden te onderzoeken die verschillende groepen bewoners in ziekenhuizen nodig hebben om hun verschillende vereisten in dit concept te verzoenen. Om de verschillen in de vereiste thermische comfortcondities te verzoenen, wordt aanbevolen om de mogelijkheid te testen om verschillende bereiken van lokale stralingstemperatuur in één ruimte te gebruiken via een geschikt mechanisch systeem.
Hoewel er verschillende onderzoeken worden gedaan naar thermisch comfort voor patiënten in ziekenhuizen, is het ook nodig om de effecten van thermische comfortcondities op de kwaliteit en kwantiteit van genezing voor patiënten in ziekenhuizen te bestuderen. Er zijn ook originele onderzoeken die het verband aantonen tussen thermisch comfort voor personeel en hun productiviteitsniveaus, maar er zijn geen individuele onderzoeken uitgevoerd in ziekenhuizen op dit gebied. Daarom wordt aanbevolen om voor dit onderwerp onderzoek te doen naar dekking en methoden afzonderlijk. Ook onderzoek op het gebied van koel- en verwarmingssystemen voor patiënten met een lage mate van immuunsysteembescherming (zoals HIV-patiënten, patiënten met brandwonden, enz.) Wordt aanbevolen. Er zijn belangrijke gebieden waarop nog aandacht moet worden besteed, waaronder thermisch comfort voor personeel en de relatie met hun productiviteit,
Ten slotte is de interactie tussen mensen, systemen en architectonisch ontwerp in ziekenhuizen een gebied waarop verder werk nodig is om de kennis te verbeteren over het ontwerpen van gebouwen en systemen om veel tegenstrijdige factoren voor de mensen die deze gebouwen bezetten met elkaar te verzoenen.
Persoonlijke comfortsystemen
Persoonlijke comfortsystemen (PCS) verwijzen naar apparaten of systemen die een gebruiker van een gebouw persoonlijk verwarmen of koelen. Dit concept wordt het best gewaardeerd in tegenstelling tot centrale HVAC-systemen die uniforme temperatuurinstellingen hebben voor uitgestrekte gebieden. Persoonlijke comfortsystemen omvatten ventilatoren en luchtverspreiders van verschillende soorten (bijv. Bureauventilatoren, mondstukken en gleufroosters, plafondventilatoren, hoogvolume-ventilatoren met lage snelheidenz.) en gepersonaliseerde bronnen van stralings- of geleidende warmte (voetwarmers, beenwarmers, warmwaterkruiken enz.). PCS heeft het potentieel om veel beter aan individuele comfortvereisten te voldoen dan huidige HVAC-systemen, aangezien interpersoonlijke verschillen in thermische sensatie als gevolg van leeftijd, geslacht, lichaamsgewicht, stofwisseling, kleding en thermische aanpassing kunnen oplopen tot een equivalente temperatuurvariatie van 2-5 K , wat onmogelijk is voor een centraal, uniform HVAC-systeem. Bovendien heeft onderzoek aangetoond dat het waargenomen vermogen om iemands thermische omgeving te beheersen de neiging heeft om iemands bereik van aanvaardbare temperaturen te vergroten. Traditioneel werden PCS-apparaten afzonderlijk van elkaar gebruikt. Het is echter voorgesteld door Andersen et al. (2016) dat een netwerk van PCS-apparaten die goed verbonden microzones van thermisch comfort genereren en realtime informatie over bewoners rapporteren en reageren op verzoeken om programmatische activering (bijv. Een feestje, een conferentie, een concert enz.) Kan worden gecombineerd met bewoner- bewuste bouwtoepassingen om nieuwe methoden voor comfortmaximalisatie mogelijk te maken.