Sisekliima (0)

EESTI PÕLLUMAJANDUSÜLIKOOL
PÕLLUMAJANDUSENERGEETIKA INSTITUUT
Matti Liiske
SISEKLIIMA
Tartu 2002 Liiske, M. Sisekliima. ­ Trt.: EPMÜ, 2002. ­ 188 lk.
Käesolevas väljaandes käsitletakse elamute, äriruumide ja loomapidamishoonete sisekliima küsimusi. On antud ülevaade sisekliimanäitajatest ja sellega seotud hubasusest. Esitatakse operatiivtemperatuuri toime inimesele ja loomale. On toodud Rahvusvahelise Põllumajandusinseneride Komisjoni ( CIGR ) poolt soovitatud koduloomade ja -lindude soojus -, niiskus- ning gaasieritusnormid valemite kujul.
Käsitletakse hoonete piirete soojuskadu ja soojuslevi piiretes. Tutvustatakse looma- pidamishoone kütte, õhuvahetuse ning soojus - ja niiskusolukorra analüüsi arvutiprogrammi. Vaadeldakse loomapidamishoonete staatilist ja dünaamilist soojus- ning niiskusbilanssi.
On toodud õhustustorustike arvutus. Antakse ülevaade kütte- ja õhuvahetusseadmetest, soojussõlmede ehitusest ning nende automatiseerimisest. Selgitatakse soojusprotsesside automaatjuhtimise üldküsimusi. Käsitletakse elekterkütte ning soojavee varustuse võimalusi ja seadmeid.
ISBN 9985-816-23-4
© Eesti Põllumajandusülikooli põllumajandusenergeetika instituut Kreutzwaldi 56 51014 Tartu Tel. 7313 321, faks 7313 334, [email protected] Eesti Põllumajandusülikooli kirjastus Keeletoimetaja: S. Seesmaa Trükk: Trükipunkt
6 1. SISEKLIIMA 1.1. Üldmõisted
Ruumis valitsev ja meid ümbritsev keskkond mõjutab inimese ning teiste elusorganismide elutegevust. See keskkond on sõltuv paljudest teguritest ja moodustab sisekliima (indoor climate) [1, 2]. Samas mõistes kasutatakse veel termineid ruumikliima [3] või mikrokliima [4]. Mikrokliima on üldisem mõiste, seda kasutatakse välistingimuste ja ka muid nähtusi, näiteks kollektiivi psühholoogilist seisundit , paikkonna kliimaolusid jmt., iseloomustava terminina peale ruumikliima. Seetõttu viitab sisekliima küllalt üheselt ruumi keskkonnale. Sisekliima peamised tegurid on · õhutemperatuur, · õhuniiskus, · õhu koostis (gaasid, tolm, aurud ), · piirete pinnatemperatuur, · õhu liikumiskiirus , · müra, elektromagnetväljad jmt.
Sisekliima peamiseks kvaliteedinäitajaks on hubasus (comfort) (inimese hea enesetunne) [3]. Seda nimetatakse ka mugavustundeks [1, 5]. Hubasus on suhteline, mõned hubasuse mõjurid on küll mõõdetavad, nagu temperatuur, suhteline niiskus, gaasi koostis, müra valjus jt., kuid nende toime sõltub inimesest.
Hubasuse ( mugavuse ) mõjurid võiksid olla järgmised [3]. 1. Soojuslikud mõjurid: · operatiivtemperatuur (õhutemperatuur), · õhuniiskus, · piirdepinna temperatuur, · õhu liikumiskiirus. 2. Keemilised mõjurid: · süsinikdioksiidi sisaldus, · aerosoolide ja gaaside kogus ning omadused, · ebameeldivad lõhnad. 3. Füüsikalised mõjurid: · ruumi ehituslik kuju, · ruumi akustika , · ruumi müra, · ruumi väljad, õhu ionisatsioon, staatiline ja vahelduvelektriväli jm. elektromagnetkiirgused. 4. Optilised mõjurid: · valgustus (intensiivsus, värvus), 6 · vaateväli, · ümbruse värvus, esemete värvus. 5. Inimesest endast tulenevad mõjurid: · tegevus, vaimne või füüsiline töö, · üldine psüühiline ja füüsiline seisund, · tervislik seisund, · rõivastus, · vanus, · sugu.
Hubasust mõjutavad veel ruumis viibimise kestus, inimeste paigutustihedus ja ruumi koormatus. Eelpool toodud ruumikeskkonna soojuslikud ja keemilised mõjurid moodustavad sisekliima.
1.2. Temperatuur
Olulisim sisekliima parameeter on ruumi õhutemperatuur. Ruumi õhutempera- tuuriga kohaneb soojavereline elusorganism, seega ka inimene termoregulatsiooni abil. Optimaalse õhutemperatuuri juures on termoregulatsioon minimaalne. Optimaalne temperatuur, °C on selline temperatuur, mis rahuldab enamikku (95%) inimesi teatud riietuse ja kehalise aktiivsuse juures [1].
Rahuolekus alasti inimesele on optimaalne õhutemperatuur 28...30 °C, kerges rõivas inimese jaoks 22...25 °C, tavalises rõivas (ülerõivasteta) kerget tööd tegeva inimese jaoks 18...20 °C. Mida raskem on kehaline tegevus, seda madalam on optimaalne õhutemperatuur. Õhutemperatuuri mõju organismi ja keskkonna soojusvahetusele sõltub veel ka kiirgussoojusvahetusest ümbritseva keskkonnaga, õhuniiskusest ja õhu liikumisest. Joonisel 1.1 on näidatud hubase ruumi õhutemperatuuri piirkond sõltuvalt välistemperatuurist [3]. Joonisel näidatud piirkond
s,°C 27 26 25 24 23 22 21 20 20 22 24 26 28 30 32 34 v,°C
Joonis 1.1. Hubase ruumi sisetemperatuuri sõltuvus välistemperatuurist 7 kehtib keskmiselt või kergelt riietatud inimese jaoks ruumis, kus õhutemperatuur ja ümbritsevate pindade temperatuur on ligikaudu võrdsed. On teada, et mida madalam on ümbritsevate pindade temperatuur inimkeha temperatuuriga võrreldes, seda rohkem eritab inimkeha vabasoojust, eriti suureneb aga kiirgussoojusülekanne. Mida suurem see temperatuuride erinevus on, seda suurem on ebamugavustunne, s.t. seda enam mõjutatakse hubasust negatiivses suunas.
Ruumi või keskkonna hubasust väljendatakse ka ühe kompleksse näitajaga, mis peale temperatuuri arvestab õhu niiskust ja liikumiskiirust, seda nimetatakse efektiivtemperatuuriks. Ruumi õhutemperatuuri ja piirete temperatuuri arvestamisel kasutatakse resulteeriva temperatuuri mõistet [5] või õhutemperatuuri ja konvektiivse- ning kiirgussoojusülekande koosmõju arvestamiseks on enam levinud operatiivtemperatuuri mõiste [1, 6, 7], kuigi normatiivis [1] märgitakse mõiste operatiivtemperatuur defineerimisel ainult kiirgustemperatuuri mõju.
Kiirguse mõju mõõtmiseks kasutatakse Vernoni õõneskera. See kujutab endast musta pinnaga, kuue tollise läbimõõduga (152,4 mm) õõnsat kera, mille tsentrisse on paigutatud termomeeter ( termopaar ). Selline kera summeerib õhu temperatuuri ja ümbritseva keskkonna ning keravahelise konvektiivse ja kiirgussoojuse. Need komponendid võetakse kokku keskmiseks kiirgustemperatuuriks ki, K valemiga [6]
ki = 4 mk 4 + cv 0 ,5 (mk - kk ) , (1.1)
kus mk on musta kera sisetemperatuur , K, kk ­ ümbritseva õhu temperatuur, K, v ­ õhu liikumiskiirus, m/s, c ­ konvektiivset ja kiirgussoojusülekannet arvestav tegur, c=0,247·109.
2,0 Rõivaste soojuspidavusaste
1 1,5 3 2 1,0
0,5
20 25 30 op,°C
Joonis 1.2. Rõivastuse vajaliku soojapidavuse sõltuvus operatiivtemperatuurist op vähe- aktiivse istuva tegevuse juures, kui õhu niiskus on 50% ja õhu liikumiskiisus 0,15 m/s [5]: 1 ­ ülemine vastuvõetav temperatuuripiir, 2 ­ optimaalne hubasus, 3 ­ alumine vastuvõetav temperatuuripiir
8 Operatiivtemperatuur arvutatakse valemiga [1] op = (kk + ki ) / 2. (1.2)
Joonisel 1.3 on kujutatud hd-diagrammil USA standardiga ASHRAE 55-92 soovitatavad operatiiv - ja efektiivtemperatuuri muutused talvises ja suvises rõivastuses istuvas olekus inimesele [7].
30% 40% 50% 60% op,°C
70% 80% 30 1 90% 100% 25 60 2 20 suvine rõivastus talvine rõivastus 15 40 20
2 4 6 8 10 12 14 d, gn/kgkõ
0 5 10 15 20 kp,°C
Joonis 1.3. Hubane operatiiv- ja efektiivtemperatuur ning õhu niiskus suvises ja talvises rõivastuses väheaktiivse või istuva tegevusega inimesele [6]: 1 ­ suvine maksimaalne efektiivtemperatuuripiir, 2 ­ talvine minimaalne efektiivtemperatuuripiir
Joonisel 1.3 on minimaalne ja maksimaalne õhuniiskus valitud sellistes piirides, et see tagaks inimesel kuiva naha, silmad ei oleks ärritatud, hingamine oleks optimaalne ja ei esineks mikroobide vohamist . Joonisel on näha ka suvise ja talvise hubasuspiirkonna kattumine. Selle ala kliimaparameetrite juures võib kergetes suverõivastes inimene tajuda kerget külmatunnet või talverõivastes inimene liigset soojustunnet. Tegelikkuses ei ole märgata teravat üleminekut talvepiirkonnast suvepiirkonda.
Talvises rõivastuses istuva inimese jaoks on joonise 1.3 järgi operatiivtemperatuur vahemikus 20...23,5 ºC 60% õhuniiskuse korral ja 20,5...24,5 ºC kastepunkti kp väärtusel 2 K [6]. Efektiivtemperatuuride vahemik on joonisel kujutatud kald- punktiirjoontega 1 ja 2. Liikudes hd-diagrammil mööda efektiivtemperatuuri joont, saame püsiva hubasuse ehk ühtlase soojusaistingu tingimused. Efektiivtemperatuur on talverõivastes inimese jaoks vahemikus 20...23,5 ºC.
9 Suvises rõivastuses istuva inimese jaoks on operatiivtemperatuur 22,5...26 ºC 60% õhuniiskuse korral ja 23,5...27 ºC kastepunkti väärtusel 2 K. Efektiivtemperatuur on suverõivastes inimese jaoks vahemikus 23...26 ºC.
Tabel 1.1. Operatiivtemperatuur istuva inimese jaoks, kui õhuniiskus on 50% ja õhu liikumiskiirus 0,15 m/s
Aastaaeg Rõivastus Rõivaste Optimaalne Operatiivtempera- soojapidavuse operatiivtem- tuuri lubatav aste, clo* peratuur vahemik Talv Pikad püksid, pikkade käistega 0,9 22,0 20,0...23,5 särk, kampsun Kerged püksid, Suvi lühikeste käistega 0,5 24,5 23,0...26,0 särk Minimaalne 0,05 27,0 26,0...29,0
*Märkus: clo ( clothing ) on rõivaste soojapidavuse aste, mis on kasutusel USA-s [6]
, ºC 5 30 v, m/s 6 1 1,2 25 2 3 4 1 7 0,9 20 2 5 3 0,6 15 4 0,3 8 9 10 1,0 2,0 3,0 4,0 , K 5
150 300 450 P, W
Joonis 1.4. Õhu temperatuuri tõusu Joonis 1.5. Optimaalne õhutemperatuur sõl- kompenseerimiseks vajalik liikumiskiirus v tuvalt töö raskusest (inimese soojuseritusest P): hubasuse saavutamiseks, punktiirjoonega 1 ­ istumistöö, 2 ­ kerge töö, 3 ­ keskmise piiratud ala on kehtiv vähese aktiivsusega raskusega töö, 4 ­ raske töö, 7 ja 8 ­ soovitatud või istuva tegevuse korral: 1 ­ kui optimaal - temperatuur, 9 ­ alampiir . Maksimaalne lubatud se ja tegeliku õhutemperatuuri vahe on sisetemperatuur: 5 ­ kui välistemperatuur on üle -10 K, 2 ­ -5 K, 3 ­ 0 K, 4 ­ 5 K, 5 ­ 10 K 27 ºC, 6 ­ kui välistemperatuur on alla 15 ºC
10 Jooniselt 1.4 on näha õhu liikumiskiiruse ja -temperatuuri kombineeritud efekt joonise 1.3 hubasuspiirkonna jaoks. Hubasuse tagamiseks võib õhutemperatuur suvel olla optimaalsest kõrgem, kui samal ajal suureneb õhu liikumiskiirus vastavalt joonisel kujutatud graafikutele [6].
Hubane temperatuuripiirkond sõltub oluliselt inimese töö raskusest [7]. Joonisel 1.5 on toodud optimaalne temperatuur ja lubatud kõrvalekalded sellest vastavalt tehtava töö raskusele ja välistemperatuurile.
Soojusliku mugavuse indeks PMV (Predicted Mean Vote ) on määratud normiga [1] vastavalt soojustundele seitsme astmega väärtuste vahemikus +3 kuni ­3 järgmiselt. Kuum +3, soe +2, kergelt soe +1, mugav 0, kergelt jahe ­1, jahe ­2, külm ­3. Ruumid on kolme klassi soojusliku mugavuse nõuete täitmise järgi [1].
Tabel 1.2. Ruumide klassid soojusliku mugavuse järgi
Soojus- Soojusliku Prognoosi- Õhu liiku- Õhu verti - Sooja või Kiirgus- liku mugavuse tud soojus- miskiiru- kaalse tem- külma tempera - muga- indeks, lik eba- sega peratuuri- põrandaga tuuri vahe- vuse PMV mugavus, rahulole- jaotusega rahul- ga rahul- klass % matud , % rahulole- olematud, olematud, matud, % % % A PMV ±0,2