Wilgotność Względna i Strefy Klimatyczne w Polsce: Komfort Cieplny w Budynkach
- Szczegóły
W naszym cyklu artykułów „Chłodno, cieplej, komfortowo - komfort cieplny w pomieszczeniach” przedstawiamy zarówno kluczowe parametry komfortu cieplnego, jak i metodykę ich wyznaczania. Odnosimy się również do obowiązujących przepisów prawa w omawianym zakresie oraz wytycznych normowych. W tej części omówimy komfort cieplny z punktu widzenia jego definicji i metodyki obliczania parametrów kryterialnych.
Komfort cieplny (nazywany także „komfortem termicznym”) to stan, w którym dane środowisko jest dla człowieka obojętne pod względem odczucia cieplnego - nie odczuwa on zimna czy ciepła, ani globalnie na całym ciele, ani lokalnie na wybranych częściach ciała. Oprócz warunku równowagi cieplnej odczucie komfortu cieplnego oznacza, że dana osoba nie doznaje przeciągu czy zbytniej suchości lub wilgotności powietrza.
Z tego powodu nie jest możliwe sformułowanie kompletu wartości parametrów komfortu cieplnego, który będzie gwarantem zadowolenia dla wszystkich osób przebywających w danym pomieszczeniu. Pierwsze badania odczucia komfortu cieplnego na szeroką skalę Badania takie jako pierwszy przeprowadził duński naukowiec Ole Fanger w latach 60. i 70. ubiegłego wieku.
Zespół tych czynników ujął w dwóch parametrach kryterialnych, będących podstawą oceny komfortu cieplnego w pomieszczeniu i służących do porównywania różnych pomieszczeń ze sobą. Prace Fangera stały się także podstawą opracowania norm międzynarodowych z zakresu komfortu cieplnego w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi, m.in. normy PN-EN ISO 7730:2006. Norma ta jest obecnie podstawowym dokumentem z zakresu metod oceny komfortu cieplnego pomieszczeń o umiarkowanym mikroklimacie. Definiuje ona sposoby obliczania i wyznaczania parametrów PMV i PPD, zarówno dla warunków ustalonych, jak i zmiennych w czasie.
Wyszczególnione w normie kategorie pomieszczeń i wymagane dla nich wartości parametrów komfortu cieplnego zestawiono w tabeli 1.
Przeczytaj także: Charakterystyka stref klimatycznych
Obliczanie wartości wskaźnika PMV. Wskaźnik PMV, odzwierciedlający średnią ocenę danego środowiska cieplnego przez oceniającą grupę osób, podaje się w skali liczbowej z przyporządkowaniem odpowiedniego, subiektywnego odczucia cieplnego. Środowisko o umiarkowanym mikroklimacie, którego dotyczy norma, to takie, w którym: -2 < PMV < 2.
Po obliczeniu wartości PMV można określić wartość PPD, czyli procentowy udział osób, które będą niezadowolone z panujących w badanym środowisku warunków cieplnych.
W oparciu o przytoczone zależności obliczeniowe i zakładając, że parametr PMV = 0, można wyznaczyć optymalne wartości temperatury w pomieszczeniu dla różnych wartości met i clo. Jeśli dodatkowo założy się określone wartości tych dwóch ostatnich parametrów, np. odpowiadające pracy biurowej danej osoby, ubranej typowo do tego rodzaju pracy i wykonującej pracę w środowisku o typowej wartości wilgotności względnej, to otrzyma się jedną, optymalną wartość temperatury operatywnej. Na przykład, jeśli clo = 1,0, met = 1,1-1,2, var < 0,1 m/s, φi = 50%, wartość temperatury operatywnej kształtuje się na poziomie około 22°C.
Na przykład, biorąc za punkt odniesienia kategorię B pomieszczenia (tabela 1), dla której -0,5 < PMV < 0,5, dopuszczalne wahania temperatury operatywnej to ±2,0°C w stosunku do temperatury wymaganej. Jeśli ta wynosi np. 22°C, to dopuszczalna wartość temperatury operatywnej mieści się w zakresie 20-24°C. W oparciu o ten przedział i zgodnie ze wzorem (6), można utworzyć zestaw dopuszczalnej zmienności temperatury promieniowania i temperatury powietrza.
Znając już te wszystkie zależności i optymalne zakresy parametrów komfortu cieplnego, warto sobie zadać pytanie, na ile słuszne jest np. twierdzenie, że optymalna temperatura w pomieszczeniu np.
Przeczytaj także: Znaczenie wilgotności powietrza
Optymalne Temperatury w Pomieszczeniach a Krajowe Wymagania Prawne
Krajowe wytyczne wskazujące wartości temperatury, jakie muszą być zapewnione w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi (w tym - pomieszczeniach mieszkalnych), zapisane są w popularnych Warunkach Technicznych. Norma PN-82/B-02402 wskazuje ponadto konieczność uwzględniania wpływu temperatury promieniowania na temperaturę odczuwaną. Optymalne przedziały temperatury były podane także w archiwalnej polskiej normie PN-B-03421:1978.
Jak można wywnioskować z danych zawartych w tabeli 2, najczęściej występujące wartości temperatury to 20 i 24°C, odnoszące się do pomieszczeń typu pokój, salon, sypialnia, kuchnia, łazienka. Jednak wartości te zmieniły się na przestrzeni lat - wzrosły.
Dysproporcje wobec warunków optymalnych
Analizując polskie regulacje prawne i zapisy normowe, widać, że wymagane i zalecane wartości temperatury nie korespondują z optymalnymi temperaturami komfortu cieplnego i są od nich niższe. Ponadto zapisy te nie rozróżniają temperatury operatywnej, powietrza czy promieniowania, i zwykle odnoszą się do temperatury powietrza.
Przykładowo, jeżeli założymy, jak poprzednio, że clo = 1,0, met = 1,0, var < 0,1 m/s i φi = 50%, co odpowiada sytuacji osoby odpoczywającej w pozycji siedzącej i przeciętnie ubranej, a na to nałożymy warunek przebywania w pokoju, to - zgodnie z polskim prawem - wymagana temperatura wynosi ti = 20°C. Obliczając w oparciu o te parametry wskaźniki PMV i PPD, uzyskuje się wartości PMV = -0,85 i PPD = 20,25%, czyli dalekie od warunków optymalnych.
Taki stan rzeczy ma swoje konsekwencje, ale nie tylko negatywne. ekonomiczne (w tym przypadku - pozytywne), czyli: - obniżenie kosztów inwestycyjnych instalacji - niższa temperatura wewnętrzna skutkuje mniejszym projektowym obciążeniem cieplnym, a zatem także mniejszą wymaganą mocą cieplną źródła ciepła (np.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Ile można zaoszczędzić na redukcji temperatury?
Na ten temat można znaleźć sporo informacji w internecie i prasie branżowej, najczęściej wskazujących, że oszczędności wynoszą kilka procent na każdy 1°C obniżenia temperatury. Czasem pojawiają się wartości nawet powyżej 10%, chociaż nie są one poparte obliczeniami czy choćby szacunkami. Aby określić całościowe oszczędności, tj. zarówno inwestycyjne, jak i eksploatacyjne, należy wykonać indywidualne obliczenia dla danego obiektu.
Co naturalne, oszczędności takie wynikają z tego, jakie są temperatury zewnętrze. Już choćby z tego wynika, że oszczędności będą różne dla różnych lokalizacji budynku (nawet takiego samego), czyli będą zależeć m.in.
Strefa klimatyczna warunkuje zarówno wartość tzw. temperatury projektowej, tj. najniższej temperatury zewnętrznej przyjmowanej do obliczeń, jak i średniosezonowej temperatury zewnętrznej, tj. wartości uśrednionej dla całego sezonu ogrzewczego. Koszty inwestycyjne zależą przede wszystkim od temperatury projektowej, gdyż do niej dopasowuje się wielkość/ moc urządzeń (kotły, grzejniki, pompy), a tym samym ich koszt.
Koszty te są w przybliżeniu proporcjonalne do różnicy temperatur projektowych - zewnętrznej i wewnętrznej. Na przykład dla III strefy klimatycznej w Polsce (strefa pośrednia) i lokalizacji krakowskiej, dla której temperatura projektowa to te = -20°C, a średnioroczna temperatura w sezonie ogrzewczym to tem = 3,12°C (obliczona zgodnie z danymi meteorologicznymi zawartymi w archiwalnej polskiej normie PN-B-02025:2001), redukcja projektowej temperatury wewnętrznej o 2°C, z ti = 22°C do ti = 20°C, skutkuje redukcją kosztów eksploatacyjnych na poziomie: {[(22 - 3,12) - (20 - 3,12)]/(22 - 3,12)}∙100% = 10,6%. Jest to około 5%/°C.
Rzeczywiste różnice w danym roku będą zależeć od aktualnych warunków pogodowych i faktycznej średniorocznej temperatury w danym sezonie ogrzewczym. Przyjęte do obliczeń wartości są zgodne z obowiązującym stanem prawnym, ale - co jest zauważalne w ostatnich latach - średnioroczne i minimalne temperatury, nie tylko w Polsce, rosną.
Strefy klimatyczne w Polsce w okresie letnim:
- strefa I (nadmorska) - jej temperatura zewnętrzna wynosi 28˚C, a wilgotność ustalona jest na poziomie 52%.
- Pozostała część Polski jest strefą II, w której zewnętrzna temperatura wynosi 30˚C, a wartość wilgotności to 45%.
Strefy klimatyczne w okresie zimowym. Jest ich pięć i każda z nich charakteryzuje się inną wartością temperatury zewnętrznej, natomiast wilgotność przyjęto tu na 100%.
Podczas projektowania istotną rolę gra również wymagana temperatura wewnętrzna. Jej wysokość określa wspomniana wcześniej norma PN-EN 12831:2006 oraz Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 17 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
| Przeznaczenie lub sposób wykorzystania pomieszczenia | Przykład pomieszczenia | Temperatura [°C] |
|---|---|---|
| nieprzeznaczone na pobyt ludzi, przemysłowe | Magazyny, garaże, hale, maszynownie | 5 |
| pobyt ludzi w okryciu zewnętrznym nie większy niż 1h | Klatki schodowe, pompownie, kuźnie | 8 |
| przeznaczone do pobytu ludzi, którzy ubrani są w odzież zewnętrzną lub którzy wykonują pracę fizyczną o wysokim wydatku energetycznym (Powyżej 300 W) | Magazyny i składy, które wymagają stałej obsługi, kościoły, hale pracy fizycznej, hale targowe, sklepy mięsne, sklepy rybne | 12 |
| przeznaczone do pobytu ludzi w okryciach zewnętrznych (siedzących lub stojących) lub bez okryć (jeżeli wykonują pracę fizyczną) w których ciepło pozyskiwane jest od urządzeń, które w nim pracują | Sale widowiskowe, hale produkcyjne, sale gimnastyczne, kuchnie wyposażone w paleniska węglowe | 16 |
| przeznaczone na stały pobyt ludzi bez okrycia zewnętrznego | kotłownie i węzły cieplne, Pokoje mieszkalne, pokoje biurowe, muzea, audytoria, sale posiedzeń | 20 |
| przeznaczone do rozbierania i na pobyt ludzi bez odzieży | Łazienki, szatnie, umywalnie, część gabinetów lekarskich, sale niemowląt, sale operacyjne | 24 |
Tabela Projektowana temperatura wewnętrzna
Ogrzewanie powietrzne i systemy klimatyzacji
Ogrzewanie powietrzne, w którym czynnikiem grzewczym jest powietrze, jest jednym ze sposobów utrzymywania odpowiedniej temperatury w pomieszczeniach. Ten nowoczesny sposób ogrzewania, zapewniający wysoką sprawność energetyczną i automatyczną oraz precyzyjną pracę jest coraz częściej stosowanym rozwiązaniem do ogrzewania pomieszczeń. Za pomocą tych samych kanałów jest możliwość ogrzewania pomieszczeń oraz ich wentylacja i klimatyzacja.
W instalacji ogrzewania powietrznego niemal cała ilość ciepła idzie bezpośrednio na ogrzewanie budynku, nie ma czynników pośrednich, takich, jak: woda, grzejniki, podłoga. Zaletą systemu jest także brak zamarzania nośnika ciepła. Mała bezwładność cieplna umożliwia błyskawiczne rozgrzanie wyziębionych pomieszczeń.
Nagrzewnice kanałowe, inaczej zwane nagrzewnice strefowe, pozwalają na uzyskanie wymaganych, różnych parametrów powietrza w wielu pomieszczeniach, strefach dużych pomieszczeń, o innych obciążeniach cieplnych. Czynnikiem grzewczym może być gorąca woda lub para, energia elektryczna lub spaliny ze spalania gazu i oleju.
tags: #wilgotność #względna #strefa #klimatyczna #II #Polska
