Średnia Wilgotność Względna Powietrza Zewnętrznego: Dane Klimatyczne do Projektowania
- Szczegóły
Wilgotność powietrza w pomieszczeniach jest często związana z różnymi problemami oraz wysokimi kosztami eksploatacji i serwisu. Kontrola wilgotności jest często związana z usuwaniem wilgoci z budynku, a nie kontrolowaniem jej. W niektórych specyficznych zastosowaniach konieczne jest utrzymanie wilgotności na określonym poziomie, zdefiniowanym przez wymagania dotyczące użytkowania budynku, np. w przemyśle spożywczym czy farmaceutycznym.
Inżynierowie i naukowcy zajmujący się jakością powietrza skłaniają się do stwierdzenia, że wilgotność ma niewielki wpływ na samopoczucie człowieka i postrzeganą jakość powietrza w pomieszczeniach (IAQ). Środowiska naukowe rzadko skupiają się na wilgotności powietrza wewnątrz budynków. Często wilgotność jest nawet traktowana tylko jako aspekt komfortu cieplnego w ocenach IAQ. Wilgotność rzeczywiście ma pewien wpływ na komfort cieplny, ale jej znaczenie w ogólnym IAQ jest większe niż tylko jako elementu komfortu cieplnego.
Wpływ Wilgotności na Zdrowie i Komfort
Wszyscy znają nieprzyjemne skutki zbyt suchego powietrza: skóra łuszczy się i jest popękana, błony śluzowe nosa i gardła, ale także oczy wysychają i stają się podrażnione. To sprawia, że czujemy się niekomfortowo i jesteśmy bardziej podatni na choroby układu oddechowego. Aby uniknąć niskiej wilgotności powietrza w pomieszczeniu i zapobiec wysychaniu błon śluzowych oraz zmniejszyć ryzyko dla zdrowia należy ją utrzynywać na poziomie 40-60%.
Szczególnie w sezonie grzewczym wśród pracowników biurowych pojawiają się skargi na pieczenie oczu, suchość błon śluzowych, trudności w połykaniu, zaburzenia głosu, efekty elektrostatyczne i suchość skóry. W prawie wszystkich przypadkach przyczyną tego jest zbyt suche powietrze w pomieszczeniu.
Ponadto ostatnie badania wykazały skutki niewystarczającej wilgotności powietrza w pomieszczeniach w suchych i chłodnych miesiącach zimowych. Ważne wyniki i ustalenia z tych badań podsumowano poniżej:
Przeczytaj także: Penis - statystyki
- Niska wilgotność względna utrzymuje cząsteczki pyłu oraz mikroorganizmy i aerozole na nich zawieszone przez dłuższy czas.
- Przy wyższej wilgotności względnej bakterie są zamknięte w wodzie. Zwiększa to ich wagę, dzięki czemu cząsteczki szybciej opadają na ziemię, a tym samym penetracja cząstek do dróg oddechowych zmniejsza się.
Amerykańscy naukowcy Lowen, Mubareka, Steel i Palese odkryli w 2007 r., że wilgotność ma znaczący wpływ na szybkość przenoszenia wirusów grypy. W zakresie od 20 do 30% wilgot. ryzyko zakażenia jest około 3 razy wyższe niż 50% wilgot.względnej. Przy wilgotności 43% zakaźność wirusów wynosiła 15% i wzrosła między wilgotnością względną od 7% do 23% do 77%!
Komórki nabłonkowe dróg oddechowych mają rzęski, które są pokryte warstwą śluzu. Duża część wdychanych wirusów, bakterii i zanieczyszczeń powietrza przylega do tego śluzu. Mikroorganizmy, które pokonały pierwszą linię obrony, są rozpoznawane i zjadane przez białe krwinki, policjantów wrodzonej odporności. W późnej fazie stanu zapalnego, gdy pierwsze dwie bariery zostały pokonane, powstają przeciwciała specyficzne dla patogenu. W środowisku, w którym wilgotność jest zbyt niska, te trzy bariery stają się nieskuteczne. Nasilenie choroby pogarsza się, gdy wilgotność względna jest niska, niezależnie od miana wirusa.
Wpływ Wilgotności na Rozprzestrzenianie się Wirusów
Kropelki zarodkowe to najmniejsze pływające kropelki zawierające patogeny. Wchodzą w powietrze przez drogi oddechowe podczas oddychania, kichania lub kaszlu i mogą przenosić patogeny, takie jak wirusy grypy, na inne osoby. Wilgotność powietrza w pomieszczeniu odgrywa decydującą rolę w przetrwaniu drobnoustrojów i zachowaniu kropelek.
W suchym powietrzu w pomieszczeniu kropelki zarazków kurczą się i pozostają zawieszone przez kilka dni. W rezultacie znacznie zwiększa się przeżywalność patogenów wewnątrz, a jednocześnie zdolność kropelek do unoszenia. Zarazki mogą wtedy „przetrwać” przez wiele godzin.
W 2019 r. Naukowcy z renomowanego amerykańskiego Uniwersytetu Yale z powodzeniem przedstawili dowody w swoich badaniach „Niska wilgotność otoczenia zaburza funkcję bariery i wrodzoną odporność na zakażenie grypą”. Najważniejsze ustalenia to:
Przeczytaj także: Jaka woda do parzenia kawy?
- Związek między niską wilgotnością powietrza, a przeżywalnością i rozprzestrzenianiem się wirusów grypy istnieje i został wyraźnie wykazany.
- Zbyt niska wilgotność powietrza zmniejsza mechanizm samooczyszczania się dróg oddechowych, a zatem prowadzi do obniżenia odporności układu odpornościowego.
- Kiedy wirus przebija warstwę śluzu oddechowego jako pierwsza bariera immunologiczna, uwalniany jest interferon w celu aktywacji genów, które walczą i blokują wirusa. Jeśli wirusowi uda się przebić przez ten drugi poziom obrony, trzeci poziom aktywuje układ odpornościowy, który wyzwala specyficzne dla wirusa odpowiedzi immunologiczne. W środowisku, w którym wilgotność jest zbyt niska, te trzy bariery stają się nieskuteczne i prowadzą do grypy.
- Nasilenie choroby pogarsza się, gdy wilgotność względna jest niska, niezależnie od miana wirusa. Ponadto niewystarczająca wilgotność hamuje naprawę tkanki komórkowej.
Koszty Związane z Niewłaściwą Wilgotnością
Roczny dodatkowy koszt energii związany z kontrolą wilgotności szacuje się na 20-50 €/osobę w biurze, przy dzisiejszym koszcie energii. Według analiz BAUA choroby układu oddechowego stanowią 13,9% wszystkich chorób. Odpowiada to około 93 milionom utraconych dni lub około 250 000 lat utraconych.
Jeśli weźmiesz pod uwagę dalszą utratę koncentracji i wydajność ludzi (z powodu podrażnienia błony śluzowej nosa i gardła, suchych oczu i swędzącej skóry) na samym biurowym stanowisku roboczym, zachowawczo można założyć roczną utratę produkcji o 2,5 dnia na osobę. Te 2,5 dni nieobecności odpowiadają około 1,2% rocznego czasu pracy.
Na podstawie wartości BAUA wynoszącej średnio 97 500 EUR wartości dodanej brutto na stanowisko pracy biurowej w sektorze usług finansowych, wynajmu i świadczenia usług biznesowych, strata chorobowa dla pracodawców wynosi 1,2% z 97 500 EUR, co daje 1170 EUR na osobę rocznie.
Inwestycja w Nawilżanie Powietrza
Nowy budynek biurowy w okolicach Monachium dla 100 pracowników zostanie wyposażony w system wentylacji o wydatku powietrza zewnętrznego 50 m3 / na osobę = 5000 m3 / h dla dobrej jakości powietrza w pomieszczeniu w celu zapewnienia odpowiedniej dla zdrowia wilgotności powietrza wynoszącej co najmniej 40% w chłodnych porach roku w pokojach w temperaturze pokojowej 22 ° C przez pięć dni roboczych w tygodniu.
Koszty inwestycyjne instalacji wybranego tutaj nawilżania powietrza w oparciu o opalany gazem system nawilżania parą Condair GS, w tym niezbędne uzdatnianie wody nawilżacza, stanowią jednorazową opłatę w wysokości około 29 000 EUR. Roczne koszty operacyjne systemu nawilżania wynikające ze zużycia gazu, wody i energii elektrycznej, a także koszty konserwacji wynoszą około 3600 euro.
Przeczytaj także: Wpływ wilgotności na samopoczucie
Przy 100 pracownikach odpowiada to wartości 117 000 EUR rocznie, czyli łącznie 1 755 mln EUR w ciągu 15 lat. Aby uniknąć tych strat, nawilżanie kosztuje go 29 000 EUR jako jednorazową inwestycję i 3600 EUR rocznie w kosztach operacyjnych x 15 lat = 54 000 EUR. Daje to w sumie około 83 000 EUR na 15 lat.
Metody Utrzymywania Odpowiedniej Wilgotności
W budynkach mieszkalnych mamy pewne naturalne źródła wilgoci (gotowanie, pranie, prysznic itp.), które zwiększają poziom wilgotności i rozwiązują problem skrajnej suchości w domu. W budynkach niemieszkalnych jedynymi źródłami wilgoci są ludzie, rośliny i ewentualna wilgoć zgromadzona we wnętrzu i w materiałach budowlanych, ale to zwykle za mało.
Można też zwiększyć wilgotność za pomocą roślin. W budynkach coraz częściej instaluje się tzw. żywe ściany, czyli ogrody wertykalne. Ściana roślinna o wielkości 1,5-3% powierzchni podłogi może zwiększyć wilgotność powietrza wewnętrznego o 6-12% RH przy zastosowaniu odzysku wilgoci.
Dalszym rozwinięciem ogrodów wertykalnych są urządzenia, w których powietrze jest cyrkulowane przez korzenie. Jeden element ściany roślinnej o powierzchni 2,3 m2 może odparować do 400 g/h wody. Systemy te mogą być stosowane jako nawilżacze z własną regulacją wilgotności.
Odzysk wilgoci za pomocą rotorów sorpcyjnych (wysokowydajny rotor odzyskujący wilgoć) ma sprawność odzysku wilgoci na poziomie 60-90%. Pozostaje ona dość stała w każdych warunkach. Wilgotność może być odzyskiwana nawet przy bardzo małych różnicach poziomu wilgotności. Najczęściej koła sorpcyjne są używane w gorącym i wilgotnym środowisku do odzyskiwania chłodu, ale ma on duże zalety również w zimnym klimacie. Odzysk wilgoci może znacznie obniżyć koszty operacyjne i inwestycyjne związane z nawilżaniem. Przy efektywnym odzysku wilgoci, zostanie ona ponownie wykorzystana 3-10 razy zanim zostanie utracona w powietrzu wylotowym.
W ramach krótkiego podsumowania można stwierdzić, że odzysk wilgoci jest kluczową technologią dla efektywnej kosztowo kontroli wilgotności. Każda dodatkowa wilgoć będzie efektywnie wykorzystana i recyrkulowana w systemie wentylacyjnym. Technologia ta jest dostępna już dziś.
Typowe Lata Meteorologiczne w Polsce
Zamieszczone poniżej pliki zawierają typowe lata meteorologiczne oraz opracowane na ich podstawie statystyczne dane klimatyczne dla obszaru Polski. Z bazy danych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej wygenerowane zostały zbiory danych niezbędne do wyznaczenia typowych lat meteorologicznych i zagregowanych danych klimatycznych dla potrzeb analiz i symulacji energetycznych budynków.
W Polsce TRM został wyznaczony w 2004 roku przez dr inż. Piotra Narowskiego z Politechniki Warszawskiej. Lata typowe powstały na bazie danych źródłowych Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej PIB z okresu trzydziestu lat (od roku 1971 do roku 2000) dla 61 stacji meteorologicznych (w tym 43 stacje z pełnymi danymi). W skład Typowego Roku Meteorologicznego wchodzą rzeczywiste miesiące (pochodzące z różnych lat), w których średnie wartości zmiennych, ich rozkład częstości i wzajemne korelacje są jak najbliższe średnim wieloletnim.
Typowe lata meteorologiczne dla 61 miast Polski są powszechnie dostępne na stronie internetowej Ministerstwa Infrastruktury i Rozwoju. Jak wynika z opisu na stronie Ministerstwa Inwestycji i Rozwoju - w wyniku przetworzenia danych źródłowych za pomocą programu TMY.EXE autorstwa dr inż. Piotra Narowskiego otrzymano 61 plików z typowymi latami meteorologicznymi obliczonymi według standardu ISO, w których zapisano statystyki, na podstawie których dokonano wyboru poszczególnych miesięcy lub lat dla typowych lat meteorologicznych.
Poniżej w tabeli zestawiono typowe lata meteorologiczne opracowane na podstawie normy EN ISO 15927:4 dla 61 stacji meteorologicznych Polski w postaci pliku tekstowego TXT oraz w postaci spakowanego archiwum ZIP. Ze względu na znacznie mniejszą objętość zaleca się pobieranie plików w postaci spakowanej.
Aktualizacja Danych Klimatycznych
Podczas projektowania systemów ogrzewania czy klimatyzacji w budynkach oraz doborze wielkości urządzeń ogromne znaczenie mają precyzyjne dane. Tymczasem w zakresie parametrów obliczeniowych klimatu Polski projektanci wciąż są zmuszeni bazować na wartościach sprzed blisko 50 lat, obliczonych na podstawie jeszcze starszych danych - nawet z lat 60. ubiegłego wieku, do tego zawartych w już wycofanych normach. Jak naprawić tę sytuację?
W ramach prac związanych z aktualizacją danych zostały określone nowe wartości parametrów obliczeniowych klimatu Polski aż dla 56 stacji meteorologicznych. Uwzględniono przy tym dane meteorologiczne z lat 1991-2020 (okres 30 lat). Podstawą obliczeń było sześć części normy PN-EN ISO 15927 Cieplno-wilgotnościowe właściwości użytkowe budynków - Obliczanie i prezentacja danych klimatycznych oraz wytyczne ASHRAE.
Jednym z głównych wniosków podsumowujących prace realizowane w ramach projektów SKP2000 i TLM2000 jest konieczność aktualizacji warunków technicznych i załącznika krajowego do normy PN-EN 12831 lub też opracowanie nowych norm, tak aby nowe parametry obliczeniowe były formalnie uwzględniane. Należy również przewidzieć okresowe aktualizacje parametrów obliczeniowych, aby nie dopuścić do powtórki z obecnej sytuacji, w której parametry obliczeniowe klimatu Polski nie były aktualizowane od niemal pół wieku.
Tabela: Koszty związane z niezdolnością do pracy (BAUA 2014 i 2017)
| Rok | Średni urlop chorobowy na pracownika | Całkowita liczba dni zwolnienia chorobowego | Koszty strat dla pracodawców | Koszty utraty produktywności |
|---|---|---|---|---|
| 2014 | [Dane z BAUA 2014] | [Dane z BAUA 2014] | [Dane z BAUA 2014] | [Dane z BAUA 2014] |
| 2017 | 16,7 dni | 669 milionów dni | 76 mld EUR | 136 mld EUR |
tags: #średnia #wilgotność #względna #powietrza #zewnetrznego #dane
