išt Zaključna naloga Univerzitetnega študijskega programa I. stopnje Strojništvo

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Lokalno - osebno ogrevanje in toplotno ugodje

Vid Brodnik

Zaključna naloga Univerzitetnega študijskega programa I. stopnje

Strojništvo - Razvojno raziskovalni program

(2)

(3)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Lokalno - osebno ogrevanje in toplotno ugodje

Zaključna naloga Univerzitetnega študijskega programa I. stopnje Strojništvo - Razvojno raziskovalni program

Vid Brodnik

Mentor: izr. prof. dr. Matjaž Prek, univ. dipl. inž. str.

(4)

(5)

Zahvala

Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr. Matjaž Prek za pomoč pri izdelavi zaključne naloge.

Zahvalil bi se rad tudi družini in prijateljem, ki so mi ob študiju stali ob strani , me spodbujali in mi pomagali.

(6)

(7)

Izvleček

UDK 628.87:697.1:536.5(043.2) Tek. štev.: UN I/1591

Lokalno - osebno ogrevanje in toplotno ugodje

Vid Brodnik

Ključne besede: lokalno-osebno ogrevanje toplotno ugodje

HVAC sistemi temperatura okolja grelne naprave lokalno neugodje

V zaključni nalogi je predstavlja raziskava lokalno - osebnih ogrevalnih naprav in kakšen vpliv imajo na toplotno ugodje. Razlog za razvijanje lokalnih – osebnih ogrevalnih naprav se nahaja v želji po povečanju toplotnega ugodja ljudi in zmanjšanju porabe energije stavb.

Tradicionalni HVAC sistemi namreč ne morejo zagotoviti toplotnega ugodja vsem ljudem,

(8)

Abstract

UDC 628.87:697.1:536.5(043.2) No.: UN I/1591

Local – personal heating and thermal comfort

Vid Brodnik

Key words: local-personal heating thermal comfort HVAC systems ambient temperature heating devices local discomfort

This final task presents a study of local – personal heating devices and the impact they have on thermal comfort. The reason for the development of local - personal heating devices lies in the desire to increase the thermal comfort of people and reduce the energy consumption of buildings. Traditional HVAC systems fail to provide thermal comfort to all of the people, while operating they are also energy consuming. This problem of heating can be solved with the advancement of science, the scientists believe that the solution lies in bringing the thermal environment closer to the body. Almost all heating systems have been found to have a positive effect on thermal comfort. They also proved themselves at lower ambient temperatures.

(9)

Kazalo

Kazalo slik ... xi

Kazalo preglednic ... xii

Seznam uporabljenih simbolov ... xiii

Seznam uporabljenih okrajšav ... xiv

1 Uvod ... 1

1.1 Ozadje problema ... 1

1.2 Cilji. ... 1

2 Teoretične osnove in pregled literature ... 2

2.1 Toplotno ugodje ... 2

Notranja proizvodnja toplote ... 2

Izgube skozi dihanje ... 2

Izgube skozi površino telesa ... 3

Dejavniki, ki vplivajo na toplotno ugodje ... 3

2.2 Metode vrednotenja toplotnega ugodja ... 6

Indeks pričakovane presoje toplotnega občutja PMV (Predicted Mean Vote) . 7 Pričakovan odstotek nezadovoljenih ljudi PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied People) ... 7

Prilagodljiva metoda ... 8

2.3 Lokalno neugodje ... 8

2.4 Ogrevanje, prezračevanje in ventilacija (HVAC sistemi) ... 9

Proces klimatizacije ... 10

Vpliv atributov na ugodje ... 11

3 Lokalni-osebni ogrevalni sistemi ... 12

(10)

4 Diskusija ... 25

5 Zaključki ... 27

Literatura ... 28

(11)

Kazalo slik

Slika 2.1: Sedem stopenjska lestvica [3] ... 7

Slika 2.2: Pričakovan odstotek nezadovoljenih (PPD) v odvisnosti od pričakovanje presoje (PMV)[3] ... 8

Slika 3.1: Primer merilne sobe [6] ... 13

Slika 3.2: Naprave uporabljene v raziskavi [6] ... 14

Slika 3.3: Rezultati toplotnega ugodja [6] ... 14

Slika 3.4: Aktivni stol [7] ... 15

Slika 3.5: Toplotno ugodje (M: navaden stol, C: oblazinjen stol, A: aktivni stol) [7] ... 15

Slika 3.6: Grelno hladilni stol (a – brez prevleke, b – s prevleko) [8] ... 16

Slika 3.9: Vodno ogrevan in hlajen stol [10]... 18

Slika 3.10: Sistem ogrevanja [11] ... 18

Slika 3.11: Rezultati meritev toplotnega ugodja [11] ... 19

Slika 3.12: Sistem ogrevanja nog [12] ... 19

Slika 3.13: Naprave za lokalno ogrevanje a) ogrevalni stol , b) ogrevalna zapestna blazina, c) ogrevalni vložek [13] ... 20

Slika 3.14: Grelne naprave [14] ... 21

Slika 3.15: Rezultati toplotnega ugodja v odvisnosti od časa [14]... 21

Slika 3.16: Grelne naprave: Ogrevan stol, ogrevana namizna in ogrevana talna podloga [15] ... 22

Slika 3.17: Prikaz namestitve sevalnih plošč [17] ... 22

Slika 3.18: Prikaz rezultatov [17] ... 23

Slika 3.19: Postavitev sevalnih plošč [18]... 23

Slika 3.20: Ogrevanje s sevalno ploščo pod mizo in podlogo na mizi [19] ... 24

Slika 3.21: Rezultati meritev toplotnega ugodja a) [19] ... 24

(12)

Kazalo preglednic

Preglednica 2.1: Vrednosti metabolizma M (met) za različne aktivnosti [3] ... 4 Preglednica 2.2: Izolativnost Icl in faktor oblečenosti fcl različnih oblek [3]... 5 Preglednica 3.1: Pregled študij o osebnem ogrevanju ... 122

(13)

Seznam uporabljenih simbolov

Oznaka Enota Pomen

I clo izolativnost

M met metabolizem

T °C, K temperatura

v ms^-1 hitrost

Indeksi

(14)

Seznam uporabljenih okrajšav

Okrajšava Pomen

PMV Indeks pričakovane presoje toplotnega občutja PPD Pričakovan odstotek nezadovoljenih ljudi HVAC Ogrevanje, prezračevanje in ventilacija

(15)

1 Uvod

1.1 Ozadje problema

V današnjem času se soočamo z dvema velikima problemoma. Težnja po zmanjševanju porabe energije ter hkrati zagotavljanje in izboljševanje toplotnega ugodja. Klimatizacija je dandanes glavna metoda za zagotavljanje toplotnega ugodja v notranjih prostorih, hkrati pa je zelo energijsko ne učinkovita, saj so izgube toplote, ki nastanejo pri ogrevanju stavbe zelo velike. Kljub veliki porabi energije za zagotavljanje toplotnega ugodja, je slabo toplotno ugodje ena izmed najbolj pogostih pritožb v delavnem okolju. Čeprav naj bi bile stavbe zasnovane tako, da je 80% ljudi v njih zadovoljnih, pa to ne drži v večini primerov [1]. Ti problemi so vodili mnoge raziskovalce do snovanja osebnih ogrevalnih naprav. Z osebnim ogrevanjem ustvarjamo lokalizirano mikro klimatsko okolje okoli človeškega telesa. Tako je energija uporabljena samo tam, kjer jo potrebujemo.

1.2 Cilji.

Cilj zaključne naloge je preučiti vrste in lastnosti lokalnih - osebnih ogrevalnih naprav, ter kako vplivajo na toplotno ugodje v prostoru. Zato bomo morali najprej preučiti osnove toplotnega ugodja in tradicionalnih HVAC sistemov. Zanima nas tudi kako poteka izvajanje poskusa, ki je potreben, da se toplotno ugodje lahko oceni. Različne sisteme bomo nato primerjali in ugotovili kateri bi bili najbolj primerni za dejansko uporabo in ali bi bila uporaba takega sistema sploh lahko implementirana.

(16)

2 Teoretične osnove in pregled literature

2.1 Toplotno ugodje

Toplotno ugodje je definirano kot subjektivni občutek, ki izraža zadovoljstvo glede toplotnega okolja. Opredeljeno je po standardu SIST EN ISO 7730, izraz ’’toplotno ugodje’’

pa nam podaja psihofizičen občutek posameznika, torej ali je osebi mrzlo ali vroče. Toplotno ugodje je težko opredeliti. Potrebno je določiti vrsto okolijskih in osebnih dejavnikov, da se lahko odločamo, kdaj se bodo ljudje počutili ugodno v prostoru, kjer se nahajajo. Telo s pomočjo kompleksnih mehanizmov za uravnavanje temperature pride do toplotnega ravnovesja z okolico. To je doseženo takrat, ko je poraba energije v jedru telesa enaka nič.

Izmenjava toplote med človekom in okoljem je enaka razliki pridobljene toplotne energije skozi hrano in toplotnim izgubam skozi dihanje in površino kože [2].

Notranja proizvodnja toplote

Energijo človek pridobi, ko zaužije hrano in pijačo. Skozi procese prebavljanja hrane se večina njene potencialne energije pretvori v toplotno energijo. Del te energije porabi telo za vzdrževanje jedra telesa pri normalni temperaturi pa tudi, da organi dobijo vse kar je potrebno za njihovo delovanje. Ta poraba energije se imenuje bazalni metabolizem, ki pa se razlikuje glede na višino in telesno težo človeka, meri pa se z enoto (met). Drugi del energije pa se porabi za aktivnosti ki jih opravlja človek. Skozi normalne aktivnosti se del potencialne energije pretvori v mehanično moč [2].

Izgube skozi dihanje

Skozi dihanje se vdihne in izdihne veliko zraka. Ta zrak ima načeloma drugačno temperaturo in vlažnost kot jedro telesa. Pri dihanju se del toplotne energije prenese na zrak. Ta poraba energije je sorazmerna s stopnjo aktivnosti dihanja, ki se opravlja. Torej je izguba zaradi dihanja odvisna od stopnje aktivnosti, temperature in vlažnosti zraka v okolici [2].

(17)

Teoretične osnove in pregled literature

Izgube skozi površino telesa

Zaradi karakteristik površine človeškega telesa, ki so drugačne od okolja v katerem se človek nahaja, pride do veliko možnosti za izgubo toplote, kot so izgube zaradi konvekcije, sevanja, prevoda toplote v okolje, ter izgub zaradi izhlapevanja znoja. Izmenjava toplote zaradi konvekcije je odvisna od relativne hitrosti zraka, od razlike med temperaturama površin oblečenega dela telesa vključno z nepokritimi deli, ter od temperature zraka. Izmenjava toplote z okolico zaradi sevanja je odvisna od razlike med temperaturama oblečenih površin in povprečne temperature sevanja. Obe te izmenjave toplote sta odvisni od toplotne izolacije oblačil. Izmenjava toplote zaradi prevoda se zgodi, ko stopimo v kontakt z drugimi predmeti in je običajno zanemarjena zaradi manjšega vpliva. Izmenjava toplote zaradi izhlapevanja znoja pa je odvisna od odpornosti oblačil proti izhlapevanju in vlažnosti kože. Vse pa je odvisno tudi od velikosti površine kože na telesu [2].

Dejavniki, ki vplivajo na toplotno ugodje

Vsak človek ima izkušnje z šestimi dejavniki, ki vplivajo na vsakdanje počutje v prostoru.

Fizični napor nas naredi vroče in prepotene. V hladnejšem prostoru se bomo počutili bolj ugodno, če nosimo več oblačil ali toplejša oblačila. Vemo da je temperatura zraka pomembna in da nam lahko sevalna toplota radiatorja pomaga ohraniti toploto in ugodje. V zelo vlažnem prostoru se počutimo vroče. V prostoru se tudi zavedamo hladnega prepiha.

Posledično imamo vsi osebne izkušnje s šestimi dejavniki, ki vplivajo na toplotno ugodje.

[5]

Aktivnost

Človeško telo nenehno proizvaja toploto s postopkom, imenovanim "metabolizem". To toploto je treba oddajati iz telesa, da se ohrani dokaj konstantna temperatura jedra in v idealnem primeru ugodna temperatura kože. Med spanjem proizvajamo toploto po najnižji hitrosti. S povečanjem aktivnosti, od sedenja do hoje do teka, se poveča tudi presnovna toplota. Standardno merilo stopnje aktivnosti je "met". En met je presnova (toplotna moč na enoto površine kože) za posameznika, ki sedi ali miruje. Tipične ravni aktivnosti in ustrezne vrednosti meta so prikazane v tabeli 2.1.

(18)

Preglednica 2.1: Vrednosti metabolizma M (met) za različne aktivnosti [3]

Oblečenost

V zasedenih prostorih oblačila delujejo kot izolator in upočasnijo izgubo toplote iz telesa.

Kot veste iz izkušenj, če nosite oblačila, ki učinkovito izolirajo, lahko vzdržite in se počutite ugodno pri nižjih temperaturah. Za napoved toplotnega ugodja moramo imeti predstavo o oblačilih, ki jih bodo nosili ljudje v prostoru. Zaradi velike raznolikosti materialov, teže in tkanja tkanin so ocene oblačil le grobe ocene. Vsak izdelek ima izolacijsko vrednost, enota

"clo". Na primer: trenirka z dolgimi rokavi je 0,31 clo, ravne hlače (tanke) so 0,17 clo, svetlo spodnje perilo je 0,05 clo, atletske nogavice do gležnjev so 0,03 clo in sandali so 0,03 clo.

Te vrednosti clo lahko dodate, da dobite splošno izolacijsko vrednost oblačil. V tem primeru ima prejšnji komplet oblačil vrednost celotne izolacije oblačil 0,59 clo. Tipične vrednosti za oblačila so prikazane v tabeli 2.2.

(19)

Preglednica 2.2: Izolativnost Icl in faktor oblečenosti fcl različnih oblek [3]

(20)

Hitrost zraka

Višja kot je hitrost zraka po telesu osebe, večji je hladilni učinek. Hitrost , ki presega 0,2 m/s, ali hladne temperature v kombinaciji s kakršnim koli gibanjem zraka, lahko povzročijo nelagodje - prepih. Prepih je najbolj opazen, ko piha po nogah in/ali v višini glave, ker imajo posamezniki na teh področjih telesa najmanj zaščite z oblačili.

Srednja sevalna temperatura

Srednja sevalna temperatura je toplota, ki se prenaša iz vročega telesa na hladnejše telo brez vpliva na vmesni prostor. Primer sevalnega prenosa toplote se pojavi, ko na vas sije sonce.

Srednja sevalna temperatura je temperatura, pri kateri bi črna krogla oddajala toliko sevalne toplote, kot jo je prejela iz okolice. V zasedenem prostoru so lahko tla, stene in strop pri temperaturi, ki je zelo blizu temperaturi zraka. Za notranje prostore, kjer je temperatura sten, tal in stropa skoraj enaka temperaturi zraka, bo temperatura sevanja konstantna v vseh smereh in skoraj enaka kot temperatura zraka. Ko oseba sedi blizu velikega okna na hladen, oblačen, zimski dan, je lahko povprečna temperatura sevanja bistveno nižja od temperature zraka. Podobno bo v prostorih s sevalnimi tlemi ali drugimi oblikami sevalnega segrevanja povprečna temperatura sevanja v ogrevalni sezoni bo večja kot temperaturo zraka.

Vlažnost zraka

Nizka vlažnost: Vemo, da lahko pri nekaterih ljudeh nizka vlažnost povzroči posebne težave, kot so suha koža, suhe oči in statična elektrika. Vendar pa nizka vlažnost na splošno ne povzroča toplotnega nelagodja. Standard 55 ne opredeljuje minimalne vlažnosti kot vprašanja toplotnega nelagodja, niti ne obravnava tistih posameznikov, ki imajo hude odzive na nizko vlažnost.

Visoka vlažnost: Standard 55 določa največje razmerje vlažnosti za ugodje pri 0,012 g/g. Ta raven vlage v zraku lahko povzroči tudi resne težave z obliko v stavbi in njeni vsebini, saj je enakovredna 100% relativni vlažnosti pri 16,7 °C.

2.2 Metode vrednotenja toplotnega ugodja

Za vrednotenje toplotnih razmer v okolju so bili vzpostavljeni različni koristni indeksi. Te se razdelijo v dve glavni kategoriji: indeksi temperature in indeksi občutljivosti.

Indeksi temperature izražajo toplotni odziv človeka glede na tako imenovane ekvivalentne temperature, to so temperature namišljenih okolij v katerih bi človek občutil enak toplotni občutek kot v resničnih okoljih. Indeksi občutljivosti temeljijo na lestvici toplotnih občutkov, ki jih je izrazila velika skupina ljudi izpostavljena istim mikro klimatskim

(21)

Indeks pričakovane presoje toplotnega občutja PMV (Predicted Mean Vote)

Najbolj razširjen indeks za ocenjevanje notranjih toplotnih razmer je metoda pričakovane presoje toplotnega občutja. Ta indeks občutljivosti, ki ga je najprej predstavil Fanger temelji na podlagi vrste eksperimentalnih študij. Podaja pričakovano povprečno oceno toplotnega okolja večjega števila ljudi s pomočjo sedem stopenjske lestvice [2,3].

Slika 2.1: Sedem stopenjska lestvica [3]

Glavni fizikalni parameter na katerem temelji PMV indeks je toplotna obremenitev človeškega telesa. Definiramo jo lahko tudi kot razliko med proizvedeno in oddano toploto v določenem toplotnem okolju [2,3].

Pričakovan odstotek nezadovoljenih ljudi PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied People)

PMV predstavlja povprečno vrednost glasov velike skupine ljudi. Čeprav bi to glasovanje lahko nakazovalo na dosežene pogoje toplotnega ugodja, lahko nekateri ljudje v toplotnem okolju občutijo mrzle ali pa vroče občutke. Da bi lahko upoštevali ta odstopanja od povprečnih, je bil uveden dodaten indeks, pričakovan odstotek nezadovoljenih ljudi PPD.

Nezadovoljena oseba je definirana kot nekdo, ki bi pod določeno toplotno obremenitvijo glasoval +3, +2, -2 ali -3 na lestvici, ki je prikazana na sliki 2.1. Ta indeks torej oceni procent ljudi, ki bi se opredelili kot toplotno nezadovoljeni s toplotnim okoljem. PPD je torej funkcija PMV, njuna povezava pa je pokazana na spodnjem grafu – Slika 2.2 [2,3].

(22)

Slika 2.2: Pričakovan odstotek nezadovoljenih (PPD) v odvisnosti od pričakovanje presoje (PMV)[3]

Prilagodljiva metoda

PMV in PPD sistema sta zelo dobra za oceno toplotnega občutka v notranjem okolju, opremljenim s klimatskim in prezračevalnim sistemom. Povezava med glasovanjem ljudi in ostalimi indeksi pa ni tako očitna v okolju, ki je naravno prezračevan brez mehanske opreme.

V takšnem okolju stanovalci upoštevajo širši razpon sprejemljivih toplotnih pogojev s temperaturami, ki se razlikujejo od tistih katere nam predvideva uporaba PMV indeksa.

Zaradi tega so morali razviti alternativni pristop k oceni toplotnega ugodja.

Tako so predlagali razvoj prilagodljive metode vrednotenja toplotnega ugodja. Po tej metodi ne obstaja fiksnih vrednosti temperatur, ki bi jih lahko uporabljali v vsaki dani situaciji. Kot posledica naj bi se moralo upoštevati samo optimalno vrednost podnebnih razmer na katero se lahko stanovalci prilagodijo. To naj bi bila tako imenovana temperatura ugodja, ki je funkcija zunanjih podnebnih razmer [2].

2.3 Lokalno neugodje

Z PMV in PPD integralnim vrednotenjem toplotnega okolja vrednotimo toplotne občutke celega telesa. Do težav pride saj s takimi modeli ne moremo vrednotiti toplotnega ugodja oziroma neugodja v lokalnih delih telesa. Beseda lokalno neugodje označuje nezaželeno segrevanje ali ohlajanje določenega dela telesa. Fizikalni parametri, ki vplivajo na lokalno neugodje so zapisani v standardu SIST EN ISO 7730:2006. Z metodami vrednotenja lokalnega neugodja torej vrednotimo vplive okolja na določene dele telesa, ki odstopajo od povprečne vrednosti toplotnega ugodja celega telesa. Te fizikalni parametri pa so: gradient

(23)

Gradient temperature zraka po višini

Gradient temperature zraka po višini se izraža kot vpliv na pričakovan odstotek nezadovoljenih ljudi. Do neugodja pride zaradi razslojenosti temperature po višini, to pomeni, da kljub temu, da je temperatura prostora npr. 22 °C je lahko pri tleh v višini gležnjev temperatura zraka hladnejša npr. 21,4 °C pri glavi pa toplejša npr. 22,5 °C, ta razlika privede do lokalnega neugodja. Gradient se torej meri v višini gležnjev 0.1 m in v višini glave 1,1 m, saj na teh dveh delih največkrat pride do neugodja zaradi pomankanja izolacije oblačil. Temperaturna razlika parametrov mora biti manjša od 4 K.

Neugodne temperature tal

Do neugodja zaradi temperature tal privede zaradi konstantnega kontakta, ki ga ima človek z njimi. Tla se od ostalih parametrov, ki povzročajo lokalno neugodje razlikujejo po tem, da toploto na nogo prevajajo (za razliko od ostalih, ki sevajo). Vpliv temperature tal na toplotno ugodje je manjši, če je noga izolirana/obuta.

Občutek prepiha

Zaradi gibanja zraka po prostoru se človeško telo nezaželeno lokalno ohlaja, to predstavlja prepih. Za občutek prepiha so glavni povzročitelji lokalna temperatura zraka, lokalna povprečna hitrost zraka in intenzivnosti turbulence. Prepih se najbolj občuti pri nevtralnem toplotnem ugodju, najmanj pa med povečano aktivnostjo. Na prepih najbolj občutljiv del telesa je glava, bolj specifično vrat.

Asimetrija sevanja

Asimetrija sevanja se pojavi zaradi različnih temperatur sevalnih površin v prostoru. Ker površine sevajo različno temperaturo, lahko pride do lokalnega neugodja. Različne temperature površine, ki se jih upošteva so: hladen strop, tople stene, hladne stene, topel strop. Največji vpliv na neugodje povzročajo hladne stene ali topel strop. Na asimetrijo toplotnega sevanja lahko vpliva temperatura tal, sten, stropa ali oken, pa tudi različnih ogreval ali sončnega sevanja. Največji vpliv na neugodje povzroča sevanje, ki deluje na stranske dele telesa.

2.4 Ogrevanje, prezračevanje in ventilacija (HVAC

(24)

uporabljajo v industrijskih procesih. Odvisno od zahtev, mora oblikovalec HVAC razmisliti o veliko več vprašanjih kot le o ohranjanju ugodnih temperatur. [4]

Klimatizacija prostorov, kot jo poznamo danes, je ključna za nadaljnji razvoj človeštva.

Čeprav je sistem HVAC dosegel velik napredek, obstaja nekaj področij, kjer se aktivne raziskave in razprava nadaljujejo. V mnogih državah po svetu hitro narašča število astmatikov in nezadovoljstvo s kakovostjo zraka v prostorih. Za raziskovanje in reševanje teh problemov se je razvilo pomembno znanstveno in inženirsko področje: emisije toplogrednih plinov in uničenje ozonskega plašča so zaskrbljujoče. Razvijajo se nove zakonodaje in smernice, ki spodbujajo: recikliranje, uporabo novih oblik energije, manjšo porabo energije in manjšanje uporabe onesnažujočih materialov, zlasti hladilnih sredstev.

Vsi ti problemi imajo pomemben vpliv na oblikovanje stavb, vključno s sistemi HVAC in pravili načrtovanja. Varčevanje z energijo je stalen izziv pri iskanju novih načinov za zmanjšanje porabe v novih in obstoječih stavbah brez ogrožanja ugodja in kakovosti zraka v zaprtih prostorih. Varčevanje z energijo zahteva pomembno sodelovanje med disciplinami.

Ko je sistem v načinu hlajenja, je ta toplota dodatna hladilna obremenitev. Nasprotno, ko je sistem v načinu ogrevanja, toplota od drugih naprav zmanjša obremenitev ogrevalnega sistema stavbe. [4]

Proces klimatizacije

Izraz "klimatska naprava" ob pravilni uporabi pomeni popolno kontrolo temperature, vlage v zraku (vlažnost), dovajanje zunanjega zraka za prezračevanje, filtriranje delcev v zraku in gibanje zraka v zasedenem prostoru. Za popolno klimatizacijo je potrebnih sedem glavnih procesov, ki so navedeni in pojasnjeni spodaj [4]:

Procesi so:

1. Ogrevanje - postopek dodajanja toplotne energije (toplote) v prostor za namene zvišanja ali vzdrževanja temperature prostora.

2. Hlajenje - postopek odstranjevanja toplotne energije (toplote) iz prostora za znižanje ali vzdrževanje temperature prostora.

3. Vlaženje - postopek dodajanja vodne pare (vlage) v zrak v prostoru.

4. Razvlaževanje - postopek odstranjevanja vodne pare (vlage) iz zraka v prostoru za zmanjšanje ali vzdrževanje vsebnosti vlage v zraku.

5. Čiščenje - postopek odstranjevanja delcev (prah itd.) in bioloških onesnaževal (žuželke, cvetni prah itd.) iz zraka, ki se dovaja v klimatiziran prostor za namene izboljšanja ali vzdrževanja o kakovosti zraka.

6. Prezračevanje - postopek izmenjave zraka med zunanjostjo in klimatiziranim prostorom za namene redčenja plinastih onesnaževal v zraku ter izboljšanja ali ohranjanja kakovosti, sestave in svežine zraka. Prezračevanje je mogoče doseči z naravnim ali mehanskim prezračevanjem. Naravno prezračevanje poganja naravna prepih, na primer, ko odprete okno. Mehansko prezračevanje je mogoče doseči z uporabo ventilatorjev za dovod zraka od zunaj ali z ventilatorji, ki odvajajo zrak iz prostora navzven.

7. Gibanje zraka - proces kroženja in mešanja zraka skozi klimatizirane prostore v stavbi za doseganje ustreznega prezračevanja in olajšanje prenosa toplotne energije.

(25)

Zahteve in pomen sedmih procesov se razlikujejo glede na prostor nahajanja. V podnebju, kjer je toplo vse leto, ogrevanje morda sploh ni potrebno. Nasprotno, pa so lahko v hladnem podnebju obdobja vročine poleti tako redka, da hlajenje ni potrebno. V suhem puščavskem podnebju je lahko razvlaževanje odveč, v vročem in vlažnem podnebju pa je razvlaževanje najpomembnejši vidik klimatske naprave. [4]

Vpliv atributov na ugodje

Kot lahko vidite, šest lastnosti prostora vpliva na ugodje: toplotna, kakovost zraka, zvok, svetlobna, fizično in psihosocialno počutje. Od teh lastnosti lahko s sistemom HVAC neposredno nadzorujemo samo toplotne pogoje in kakovost zraka. Na zvočno (hrupno) okolje lahko vplivamo samo do neke mere. Razsvetljava in arhitekturni vidiki so drugo področje, ki pa lahko vplivajo na dojemanje HVAC. Psihosocialno okolje (kako ljudje medsebojno ali družabno komunicirajo!) V prostoru je v veliki meri odvisno od stanovalcev in ne od zasnove prostora. Na kratko bomo obravnavali teh šest vidikov prostora in njihov vpliv na ugodje. [4]

1. Toplotni pogoji ne vključujejo le temperature zraka. Če je hitrost zraka previsoka, se bo v prostoru nastajal prepih. Če ni zračnega gibanja, lahko ljudje menijo, da je prostor "zamašen". Hitrost zraka v mehansko pogojenem prostoru v veliki meri nadzoruje zasnova sistema. Po drugi strani pa recimo, da človek sedi ob velikem nezasenčenem oknu. Če temperatura zraka ostane konstantna, se bodo počutili zelo toplo, ko na njih sije sonce, in hladnejše, ko oblaki sonce skrijejo. To je situacija, ko arhitekturna zasnova prostora vpliva na toplotno ugodje ljudi, ne glede na temperaturo prostora.

2. Na kakovost zraka v prostoru vplivajo ljudje, ki zrak onesnažujejo pa tudi druge stvari v prostoru. To onesnaževanje je odvisno v večji ali manjši meri od količine zunanjega zraka, ki se vnese v prostor za redčenje onesnaževal. Običajno gosto zasedeni prostori, kot so kinodvorane, in težke onesnaževalne dejavnosti, kot je kuhanje, zahtevajo veliko večjo količino zunanjega zraka kot poslovna stavba ali stanovanje.

3. Na zvok v okolju lahko vpliva zunanji prometni hrup, drugi ljudje, oprema in sistem HVAC. Oblikovalske zahteve sistema so odvisne od prostora. Oblikovalec bo morda moral biti zelo previden pri oblikovanju skoraj tihega sistema za snemalni studio. Po drugi strani pa oblikovanje sistema za hrupne livarne morda ne bo zahtevalo razmišljanja o akustični zasnovi.

4. Razsvetljava vpliva na zasnovo HVAC, saj vse luči oddajajo toploto. Osvetlitev vpliva tudi na dojemanje ugodja ljudi. Če so luči preveč svetle, se lahko človek počutijo neugodno.

(26)

3 Lokalni-osebni ogrevalni sistemi

V tem poglavju sem preveril opravljene študije na različnih osebnih ogrevalnih sistemih, ki se jih uporablja za ogrevanje, ter njihov vpliv na toplotno ugodje. Za začetek je bilo potrebno narediti raziskavo študij. Za raziskavo sem uporabljal zbirke znanstvenih publikacij ScienceDirect, ReserchGate in PubMed. Za iskanje člankov sem uporabil naslednje ključne besede: lokalno ogrevanje, toplotno ugodje, individualno gretje, osebno toplotno ugodje, osebni nadzor ogrevanja, preference ogrevanja, individualno ugodje, nadzor ogrevanja, notranje ogrevanje okolja, ogrevanje stavb, percepcija toplotnega ugodja, lokalno neugodje.

Najdene raziskave sem razporedil v spodnjo preglednico 3.1. Študije pa sem razporedil v skupine, ki se mi zdijo smiselne, glede na tipe uporabljenih sistemov lokalnega – osebnega ogrevanja. Iz raziskav sem povzel, kako sistemi delujejo, ter glavne ugotovitve znanstvenikov, ki so raziskave izvajali.

Preglednica 3.1: Pregled študij o osebnem ogrevanju

Študija Tip sistema Temperature testiranja (°C)

Študija 1 [6] Ogrevanje s stolom 14, 16, 18 Študija 2 [7] Ogrevanje s stolom 16, 18 Študija 3 [8] Ogrevanje s stolom 16, 18 Študija 4 [9] Ogrevanje s stolom 14, 16, 18 Študija 5 [10] Ogrevanje s stolom 15, 18, 22 Študija 6 [11] Ogrevanje stopal in rok 18, 20 Študija 7 [12] Ogrevanje stopal in rok 18.9, 19.4, 20 Študija 8 [13] Kombiniranje tehnik 18

Študija 9 [14] Kombiniranje tehnik 14, 16, 18, 22 Študija 10 [15] Kombiniranje tehnik 18

Študija 11 [16] Ogrevanje s sevanjem 18 Študija 12 [17] Ogrevanje s sevanjem 14, 17, 20

(27)

Lokalni-osebni ogrevalni sistemi

3.1 Potek poskusov

Na začetku vsake raziskave so bili udeleženci (teh je bilo od 15-30) seznanjeni s postopki testiranja. Postopek je potekal tako, da so subjekti prebili med 15 in 30 minut v pripravljalni sobi, kjer so se prilagodili referenčni temperaturi okolice, ter si nadeli obleke predpisane za vsak posamezen poskus. Temperatura pripravljane sobe je bila odvisna od raziskave. Ko so zaključili s preparacijo so odšli v sobo, kjer se je poskus izvajal. Poskusi so bili razdeljeni na več delov, odvisno je bilo od vrste temperatur, ki so jih raziskovalci hoteli testirati. Lahko pa je bilo število testov odvisno tudi od tega, koko so znanstveniki kombinirali grelne naprave v drugačne vrste ogrevalnih sistemov. Vsak sistem je imel lahko več grelnih naprav, te pa se je dalo, glede na željene ugotovitve, kombinirati. Tako so lahko prišli do zaključka, kaj in pri kateri temperaturi, najbolj ugaja toplotnemu ugodju udeležencev in ali je sistem za zagotavljanje toplotnega ugodja sploh zadosten. Med vsakim delom testirana je sledil počitek 10-15 minut. Med počitkom so lahko raziskovalci sobi spremenili temperaturo, subjekti pa so se lahko spočili. Pri vsaki temperaturi ali kombinaciji sistema je celoten poskus trajal od 60 do 180 minut. Na začetku vsakega dela poskusa so bili subjekti 15-20 minut poseden na navadnem stolu, da se je lahko prilagodil toplotnemu okolju. Po tem postopku se je presedel na poskusni stol, na katerem so testirali različne ogrevalne sisteme.

Med izvajanjem poskusa je moral subjekt reševati več vprašalnikov, ki so ga spraševali po njegovem toplotnem ugodju. Vprašalniki so bili sestavljeni na kratko in daljšo različico.

Kratke je moral reševati vsakih 5-10 minut, dolge pa na koncu vsakega dela testiranja.

Ogrevalne sisteme so lahko udeleženci uravnavali sami, če jim je bilo to dovoljeno pri raziskavi. Upravljali so lahko moč posameznih ogrevalnih naprav. Pri nekaterih raziskavah pa so znanstveniki uporabljali termične lutke. Na lutkah so lahko merili in beležili temperaturo na več delih telesa. Poskusi z lutkami pa so potekali po podobnem postopku kot z ljudmi. Primer merilne sobe je prikazan na sliki 3.1.

(28)

3.2 Ogrevanje s stolom

Pri študiji 1 [6] so na naslonjalo in sedež pritrdili dve rjavi blazini. Vsaka blazina je bila napolnjena s tremi kosi 1 cm debele pene, ki je zagotavljala toplotno izolacijo. Stol so ogrevali z žico, ki je bila razporejena na vrhu pen, ta pa je bila pokrita s folijo, da bi skrbela za boljšo razporeditev toplote po površini. Temperaturo blazin se je dalo nadzorovati na nadzorni plošči. Raziskovalci so z uporabo ogrevanega stola ocenil toplotno ugodje, pri treh različnih temperaturah okolja in ga primerjal z ugodjem pri istih temperaturah, vendar brez lokalnega ogrevanja. Temperature okolja, ki so jih uporabljali pri študiji so bile 14, 16 in 18

°C.

Pri temperaturi 14 °C je bil rezultat povprečnega toplotnega ugodja -1,4, ko stol ni bil ogrevan in -1,0, ko je bil. Pri 16 °C je bil rezultat -0,7 za obe obdobji. Pri 18 °C pa je bil rezultat brez ogrevanja -0.2 in -0.1 z ogrevanjem.

Ugotovili so torej, da dodatno ogrevanje s stolom ni imelo velikega vpliva na toplotno ugodje pri 16 °C in 18 °C. Pri 14 °C se je toplotno ugodje precej izboljšalo, ampak je bilo subjektom še vedno neprijetno. Ugotovili so tudi, da stol ni imel vpliva na segrevanje okončin človeka, torej rok in nog. Roke in noge so bile izmerjen, kot najhladnejši deli telesa med raziskavo.

Slika 3.2: Naprave uporabljene v raziskavi [6]

Slika 3.3: Rezultati toplotnega ugodja [6]

(29)

V študiji 2 [7], so primerjali tri vrste pisarniških stolov: dva navadna stola (en z blazino, drugi pa brez) in enega aktivnega (grelni in hladilni). Aktivni stol je opremljen z električnim grelcem, ki ogreva naslonjalo in sedež. Prekrit je z tkanino, ki naj bi bila zelo prevodna, ta poveča prevod toplote med stolom in telesom. Poskuse so izvajali pri temperaturah okolice 16 in 18 °C.

Slika 3.4: Aktivni stol [7]

Rezultati kažejo, da bi preizkušance najbolj zadovoljil aktivni stol. Če rezultate pregledamo, je aktivni stol daleč najboljši, med oblazinjenim in navadnim stolom pa ni velike razlike. V tej raziskavi so ugotovili, da lahko ogrevan stol v veliki meri pripomore k toplotnem ugodju pri temperaturi okolja 16 in 18 °C. Z aktivnim stolom so se pri temperaturi 18 °C skoraj vsi subjekti počutili ugodno, samo en je glasoval, da se počuti nevtralno.

(30)

Pri študiji 3 [8] so uporabljali sol, ki je izdelan iz običajnega mrežastega stola, v katerega so v sedež in hrbet vgrajeni trije ventilatorji, v mrežo pa sta všita dva električna grelna elementa. Ventilatorji so nameščeni v plenumih, obloženih z odbojno folijo, ki obdajata sedež in naslonjalo. Stol ima stikalo z nastavitvami za ogrevanje, hlajenje ali izklop, moč pa nadzoruje z gumbom. Udeleženci so lahko osebno ogrevanje prilagodili svojim željam. V temperaturnih razmerah 16 °C, so lahko poleg ogrevanega stola preizkušanci povečali tudi izolacijo svojih oblačilih. Poskus so izvajali pri temperaturah okolja 16 °C in 18 °C.

Slika 3.6: Grelno hladilni stol (a – brez prevleke, b – s prevleko) [8]

Pokazali so, da lahko stol vpliva na toplotni občutek, kar za eno do dve enoti pri obeh temperaturnih pogojih. Dodaten sloj oblačil se je pri 16 °C izkazal za koristnega, a ne za prav veliko enot. Med eksperimentom ni bilo zabeležene nobene statistično pomembne razlike med stolom s prevleko in brez prevleke. Stol je v vseh preskusnih pogojih učinkovito izboljšal toplotno ugodje celotnega telesa. Pri 16 °C je stol povečal odstotek oseb, ki so glasovale v ugodnem območju, iz 18% brez ogrevanja na 74% z ogrevanjem. Pri 18 ° C se je odstotek glasovanja dvignil, iz 31% brez ogrevanja na 91% z ogrevanjem.

(31)

Pri študiji 4 [9] so raziskavo osredotočili na vpliv lokalnega ogrevanja pri nižjih temperaturah okolice 16 °C in rezultate primerjali s toplotnim občutkom pri višjih temperaturah 18 °C, a brez lokalnega ogrevanja. Pri tej raziskavi si posameznik ni mogel prilagajati ogrevanja glede na svoje želje.

Pri primerjanju rezultatov med referenčno temperaturo okolice brez ogrevanja 18 °C in ogrevanjem pri 16 °C so pokazali, da stol v sobi s temperaturo 16 °C lahko izboljša toplotni občutek iz nekoliko hladnega do nevtralnega, tako se izboljša tudi toplotno ugodje od malo neprijetnega do rahlo ugodnega. Toplotno ugodje se je izboljšalo iz -0,10 pri 18 °C do 0.19 pri 16 °C.

Ugotovljeno je bilo tudi, da ima gretje sedeža boljši vpliv na toplotno ugodje, kot gretje naslonjala za hrbet. Saj na bi imelo tako ogrevanje, učinek tudi na gretje rok in nog.

Slika 3.8: Rezultati toplotnega ugodja [9]

V študiji 5 [10], je bil preizkušen sedež za vozila, ki so ga ogrevali z vodo. Uporabljen je bil navaden sedež za avto, ki so ga obdali s plastičnimi cevmi, po katerih je tekla voda. Poskus so izvajali pri temperaturah okolice 15, 18 in 22 °C. Med poskusom so bile uporabljene različne temperature vode, te so kombinirali in ugotovili katera kombinacija najbolj vpliva na toplotno ugodje.

Ugotovili so, da bi se v optimalni preskusni situaciji (temperatura okolice in temperatura vode) lahko temperatura okolice, od referenčne temperature brez ogrevanja, znižala za 5,5

°C ob ohranjanju 90 odstotnega toplotnega ugodja in celo znižanju temperature za 9,3 °C z odstotkom zadovoljstva 80%. Referenčna temperatura je bila 22 °C. Med uporabo ogrevanega stola je bila torej ugotovljena visoka stopnja zadovoljstva uporabnikov.

Ugotovili so tudi, da lahko hitro delujoče ogrevanje zadovolji potrebe ugodja uporabnikov z

(32)

Slika 3.9: Vodno ogrevan in hlajen stol [10]

3.3 Ogrevanje stopal in rok

V študiji 6 [11] so bili cilji raziskati zmogljivost nizko energijskega ogrevalnega sistema za vzdrževanje ugodja pri različnih sobnih temperaturah. Ugotoviti kakšen vpliv ima tak sistem na produktivnost in kako na ugodje vpliva samo kontrola sistema. Uporabljali so grelec za roke in noge, ter ventilator za glavo, ki je skrbel za ohlajanje pri višjih temperaturah. Sistem so testirali v treh kombinacijah ogrevanja, brez sistema, s sistemom in samo kontrola sistem.

Slika 3.10: Sistem ogrevanja [11]

Prevodni grelniki dlani in konvekcijski grelniki stopal so bili testirani pri temperaturah okolja od 18 in 20 °C, referenčna temperatura pa je bila 24,5 °C, ta je bila brez ogrevanja izglasovana, kot rahlo hladna ali v večini primerov nevtralna.

Ta sitem ogrevanja dlani in stopal je pri obeh testiranih temperaturah izboljšal toplotno ugodje celega telesa. To pomeni, da ima ogrevanje dlani in stopal velik vpliv na počutje celotnega telesa v toplotnem okolju.

Rezultati te raziskave kažejo, da samo prilagajanje ogrevanja pri 18 °C zagotovi malo boljše temperaturno ugodje, kot če je ogrevanje ne prilagodljivo, torej pri izboljšavi toplotnega ugodja pri temperaturi 18 °C, samo kontrola ni imela pomembnega vpliva. To pa ni držalo

(33)

Ugotovili so tudi, da je bil pri tej temperaturi grelec dlani odveč, saj je lahko subjektom povzročal nelagodje, v dlaneh jim je bilo lahko prevroče.

Slika 3.11: Rezultati meritev toplotnega ugodja [11]

Pri študiji 7 [12] so preučevali grelnik stopal narejen iz štirih žarnic z žarilno nitko, kot vir toplote. Gretje je bilo usmerjeno v zgornji del stopal in gležnjev, saj je tam najmanjša stopnja izolacije. Sistem so testirali pri temperaturah 18,9; 19,4; 20 °C v obdobju šestih mesecev.

Ugotovili so, da je bilo toplotno ugodje pri normalnih temperaturnih razmerah 21,1 °C enako, kot če so uporabljali grelnik za noge pri 18,9 °C. Pokazali so tudi, da je sistem lahko deloval dolgoročno v pisarniškem okolju.

(34)

3.4 Kombinacija tehnik (stoli, grelniki za stopala in zapestja)

Študija 8 [13] je preizkušala ogrevanje z vložki stopal, ogrevanje zapestja, kombinacija obojega in kombinacija z ogrevanim stolom. Uporabljali so temperaturo okolice 18 °C. Teste so izvajali s termičnimi lutkami in z ljudmi.

Pri temperaturi 18 °C, se je toplotno ugodje izboljšalo iz 65% stopnje zadovoljstva, brez ogrevanja na 97.5%, ko so bile vklopljene vse naprave. Vložki in zapestna blazina sta bili manj učinkoviti, pri zviševanju stopnje zadovoljstva toplotnega ugodja, kot ogrevalni stol.

Slika 3.13: Naprave za lokalno ogrevanje a) ogrevalni stol , b) ogrevalna zapestna blazina, c) ogrevalni vložek [13]

V študiji 9 [14], je bil cilj raziskave doseči boljše toplotno ugodje s kombiniranjem grelnega stola z grelcem za noge. Teste so izvedli pri štirih temperaturah 14 °C, 16 °C, 18 °C in 22

°C, ki je bila referenčna temperatura, kjer so se vsi subjekti počutili nevtralno brez prižiga grelcev. Skupaj so izvedli 9 testov za vsako temperaturo 3 (prižgan samo stol, oboje prižgano, nič prižgano).

(35)

Slika 3.14: Grelne naprave [14]

Rezultati so pokazali, da je bilo v mrzlih temperaturah najbolj neugodno subjektom, ki niso imeli vključenega ogrevanja. Samo s prižigom stolov se je povprečen glas za toplotno ugodje zvišal za 1,5; 0,5 in 0,5 pri 14, 16 in 18 °C. Ko je bilo vključeno gretje za noge so se vrednosti povečale še za 2 1 in 0,5. To pomeni, da je za toplotno ugodje uporaba grelnega stola in grelcev za noge skupaj bol učinkovita kot uporaba stola samega, čeprav je bila razlika pri temperaturi 18 °C, med samim stolom in kombinacijo obeh naprav majhna. Kombinacija takega ogrevanja, je pokazale boljše izboljšanje rezultata, pri bolj hladnih temperaturah.

Slika 3.15: Rezultati toplotnega ugodja v odvisnosti od časa [14]

V študiji 10 [15], so bil testirani ogrevan stol, ogrevana namizna in ogrevana talna podloga.

(36)

drugimi študijami ta študija ni našla pomembne razlike med samodejnim in fiksnim prilagajanjem ogrevanja.

Slika 3.16: Grelne naprave: Ogrevan stol, ogrevana namizna in ogrevana talna podloga [15]

3.5 Ogrevanje s sevanjem

V študiji 12 [17], so bile lokalne sevalne plošče testirane pri temperaturah okolice 23, 20, 17 in 14 °C. Subjekti so bili ogrevani s štirimi sevalnimi ploščami, ki so bile nameščene kot je prikazano na sliki 3.17. Sevalne plošče so testirali v različnih kombinacijah. Pri prvem se je uporabljala samo plošča za gretje hrbta. Za drugi poskus se je uporabljala plošča za hrbet in stegna. Tretji poskus pa je uporabljal vse tri sevalne plošče.

Slika 3.17: Prikaz namestitve sevalnih plošč [17]

Na sliki 3.8 so prikazani rezultati. Predstavljajo procent ljudi zadovoljenih s toplotnim ugodjem pri določeni temperaturah 23, 20, 17 in 14 °C. Pri temperaturi 23 °C se ogrevanja ni uporabljalo, pri tej temperaturi so si subjekti lahko prilagodili obleke tako, da so bili zadovoljeni s toplotnim ugodjem. Vidno je, da se je s spuščanjem temperature zmanjšalo tudi toplotno ugodje posameznikov. Pri temperaturi 17 °C, ni moglo toplotnega ugodja, s

(37)

uporabljalo lokalno ogrevanje, so se subjekti počutili hladneje z nižanjem temperature.

Toplotno ugodje subjektov je bil pri temperaturi 20 °C nevtralno, malo pod nevtralnim, pa pri temperaturi 17 °C, ko so se uporabljale 4 sevalne plošče. Pri vseh temperaturah so imeli subjekti hladen občutek v rokah in dlaneh. Najbolj uporabljana plošča je bila tista, ki je grela hrbet, najmanj pa se je uporabljal panel pod stolom.

Slika 3.18: Prikaz rezultatov [17]

Ugotovili so torej, da lahko lokalno ogrevanje s pomočjo sevalnih plošč zagotavlja toplotno ugodje pri temperaturi 20 °C, če se pravilno kombinira tudi z oblačili. Pri temperaturi 17 °C pa je zadostno samo, če so v uporabi vse 4 plošče, te pa niso zadosti pri 14 °C, saj je bilo zadovoljenih manj kot 50% subjektov.

V kombinaciji z ogrevanim stolom so v študija 13 [18] preučil tudi sevalno grelno ploščo, nameščeno pod mizo, in sevalno talno ploščo, pri temperaturi okolice 20 °C. Teste so izvajali na termični lutki, ki meri ohlajanje in ogrevanje telesa. Rezultati so pokazali, da uporaba ogrevanega stola samega, deluje na toplotno počutje celotnega telesa, kot da bi bila temperaturo okolja 5,2 K višja. Uporaba talne plošče ima na zvišanje toplotnega počutja vpliv za 2,1 K, plošča nameščena pod miz pa za 2,8 K. Ob uporabi vseh grelnih naprav skupaj se toplotno počutje zviša za 5,9 K.

(38)

V študiji 14 [19] so preizkusili sevalno grelno ploščo v kombinaciji z ogrevano podlogo za mizo pri temperaturi okolice 15 °C in 18 °C. Sevalna plošča je bila postavljena na spodnji del mize, kot je prikazano na sliki. Spodnji del subjektov je bil direktno izpostavljen sevalni plošči. Podloga je bila nameščena na mizo, tako da so subjekti lahko nanjo položili podlakti in dlani. Subjekti so lahko prosto upravljali s sevalno ploščo in ogrevalno podlogo.

Slika 3.20: Ogrevanje s sevalno ploščo pod mizo in podlogo na mizi [19]

Slika 3.16 prikazuje povprečno toplotno ugodje ogrevalnega sistema, na tem grafu nas zanimajo samo meritve a). Na grafu število 0 prikazuje najbolj ugodno, 3 pa najbolj neugodno. Rezultati se pri temperaturi 15 °C nahajajo v območju med 0 do 0,67. Subjekti so se nagibali med rahlo hladnim in nevtralnim občutkom toplotnega ugodja. Pri temperaturi 18 °C, pa so se rezultati nahajali med 0 do 0,26, med nevtralnim in rahlo toplim občutkom toplotnega ugodja. Ugotovljeno je bilo tudi, da sistem lahko zagotavlja zadosten tok toplote, da se uporabnikom ne niža temperatura telesa.

Slika 3.21: Rezultati meritev toplotnega ugodja a) [19]

(39)

4 Diskusija

Pri raziskavi vpliva lokalnega ogrevanja s stolom na toplotno ugodje, so v prvi študiji odkrili, da razlike med ogrevanjem in brez ogrevanja pri temperaturah 16 in 18 °C ni bilo. Pri temperaturi 14 °C, pa se razlika pokaže a še vedno ne dosega kriterija ugodja. To se ne sklada z ugotovitvami ostalih študij ogrevanega stola, kjer so ugotovili, da ima lokalno ogrevanje s stolom na toplotno ugodje pozitiven učinek pri 14, 16 in 18 °C. Odkrili smo tudi, da ima lokalno ogrevanje s stolom, pri nižjih temperaturah večji vpliv na višanje toplotnega ugodja, ta vpliv pa se z višanjem temperatur niža. To pomeni, da višja kot je temperatura, manjša razlika se pokaže med toplotnim ugodjem, brez lokalnega ogrevanje in z lokalnim ogrevanjem pri isti temperaturi okolice. Ugotovljeno je bilo tudi, da bi samo z ogrevanim stolom pri temperaturi okolja 18 °C, lahko uspešno ohranjali toplotno ugodje subjektov pri 90 % zadovoljivosti. Edina skrb je bila, da so imeli nekateri subjekti mrzle občutke v rokah in nogah.

Pri ogrevanju samo rok in nog so znanstveniki ugotovili, da pri temperaturah okolice 18 in 20 °C, poveča toplotno ugodje celega telesa. Pri nižjih temperaturah pa tako ogrevanje ni zadostovalo, saj so se subjekti počutili mrzlo. V sedmi študiji so ugotovili tudi, da bi se tak sistem dalo implementirati v pisarniško okolje za daljši čas, poskus so izvajali namreč 6 mesecev.

To nas privede do kombiniranja ogrevalnih naprav v sisteme. Pri teh poskusih so znanstveniki v bistvu potrdili, da se z lokalnim ogrevanjem s stolom in ogrevanjem udov dosegla najboljše toplotno ugodje. Najboljše rezultate je pokazal sistem, kjer so kombinirali ogrevalni stol, vložke za čevlje in ogrevanje zapestji. Pri temperaturi okolice 18 °C so dosegli toplotno ugodje 97 % zadovoljenih subjektov. S kombiniranimi sistemi so pokazali tudi, da toplotno ugodje lahko dosežejo tudi pri nižjih temperaturah okolice 14 °C.

Pri uporabi sevalnih naprav so se najbolj izkazale študije, pri katerih so uporabljali tudi grelec stola. Sevalne naprave se niso izkazale pri nizkih temperaturah, pri temperaturi 14 °C toplotno ugodje ni bilo doseženo tudi, če so bile prižgane vse sevalne naprave. Sevanje je

(40)

Diskusija

hoteli. Vpliv na toplotno ugodje s prilagajanjem se je pokazal od 18 °C naprej, najbolje pa je deloval pri 20 °C, kjer so imeli subjekti več možnosti prilagajanja ogrevalne temperature.

V tej zaključni nalogi nismo pregledali, kako bi se takšni sistemi odzvali v realnih okoljih, večina študij se je osredotočila na testiranje v pisarniškem okolju. Poskusi pa so se izvajali v kontroliranem toplotnem okolju laboratorijev. Te zaključke težko apliciramo, na dogajanje v realnem svetu. So pa dobri pokazatelj kaj bi se dalo narediti, če bi se znanstveniki usmerili v nadaljnje raziskovanje lokalnih ogrevalnih sistemov.

Še ena stvar, ki bi jo lahko raziskovalci vključili v svoje poskuse je, kombiniranje različnih vrst ogrevalnih oblačil. Obleke so namreč najbolj učinkovite pri izoliranju in zadrževanju temperature blizu človeškega telesa. Če bi imeli ljudje na primer v pisarnah na voljo več vrst ogrevanih oblačil, ki bi si jih lahko prilagajali glede na njihove potrebe , bi bili rezultati sigurno zanimivi. Primeri oblačil bi bili lahko, ogrevani puloverji, ogrevane rokavice, ogrevani vložki za čevlje itd. Takšna oblačila bi lahko uporabljali tudi v bivalnem okolju in ne samo v pisarnah v katerih so bile narejene raziskave.

Osebno – lokalno ogrevanje ima zagotovo velik potencial. Znanstveniki so se v te raziskave napotili zaradi želje po zmanjšanju porabe toplotne energije. Raziskave kažejo, da bi se lokalnim – osebnim ogrevanjem to dalo izvest. Če bi se raziskave nadaljevale bi znanstveniki sigurno prišli do zelo zanimivih idej in ugotovitev. Seveda pa bi morali v take raziskave, da bi bilo to možno narediti, nameniti več denarja in časa.

(41)

5 Zaključki

Pri vseh razen v prvi študiji so prišli do zaključka, da imajo osebni – lokalni ogrevalni sistemi pozitiven učinek pri zagotavljanju toplotnega ugodja od temperature 14 °C do 21°C.

Kot posamezna naprava, je na toplotno ugodje naj bolje vplival ogrevalni stol, saj je sam po sebi lahko toplotno ugodje vzdrževal, v sprejemljivem območju, tudi pri temperaturi 18 °C.

Kombiniran sistem, ki je zagotavljal najboljše toplotno ugodje, je bil sistem iz študije osem, ki je uporabljal ogrevalni stol, ogrevanje zapestij in ogrevanje z vložki.

Ogrevalne naprave so bile zmožne toplotno ugodje izboljšati tudi pri nizkih temperaturah okolja

Taki sistemi, bi tako lahko prihranili veliko energije, če porabo energije primerjamo s tradicionalnimi HVAC sistemi, ki obratujejo pri temperaturah okolice 22 °C.

Osebni – lokalni ogrevalni sistemi imajo velik potencial, pri zagotavljanju toplotnega ugodja in s tem zmanjševanju porabe energije, a bi morali na to temo opraviti še malo več znanstvenih raziskav.

Za nadaljnje delo, bi se lahko osredotočili na delovanje osebnih ogrevalnih sistemov v bivalnem okolju, kjer se dogaja več aktivnosti in ne samo sedenje. Raziskali bi lahko vpliv oblačil, ki jih razvijajo za osebno ogrevanje in kako v takšnem okolju delujejo v kombinaciji z različnimi vrstami sistemov. Zanimivo bi bilo videti tudi kako osebni ogrevalni sistemi vplivajo na toplotno ugodje v daljšem časovnem obdobju in ne smo v nekaj urah.

(42)

Literatura

[1] Charlie Huizenga, Sohiel Abbaszadeh, L Zagreus, Edward Arens: Air quality and thermal comfort in office buildings. Results of a large indoor environmental quality survey, 2006., str. 393-397.

[2] Gianfranco Rizzo, Marco Beccali, Antonino Nucara: Thermal comfort. Encyclopedia of Energy, Volume 6, 2004, str. 55-64.

[3] Toplotno okolje in ugodje v prostoru I – predloga laboratorijske vaje. Laboratorij za ogrevalno, sanitarno in solarno tehniko ter klimatizacijo, doc. dr. Matjaž Prek, Ljubljana, 2013.

[4] Robert McDowall: Chapter 1 - Introduction to HVAC. Fundamentals of HVAC IP Book, 2006, str. 1-9.

[5] Robert McDowall: Chapter 3 – Thermal comfort. Fundamentals of HVAC IP Book, 2006, str. 32-42.

[6] Yang, H.; Cao, B.; Zhu, Y Study on the effects of chair heating in cold indoor environments from the perspective of local thermal sensation. Energy Build. 2018, 180, 16–28.

[7] Pasut, W.; Zhang, H.; Arens, E.; Kaam, S.; Zhai, Y.: Effect of a heated and cooled office chair on thermal comfort. HVAC R Res. 2013, 19, 574–583.

[8] Pasut, W.; Zhang, H.; Arens, E.; Zhai, Y.: Energy-efficient comfort with a

heated/cooled chair: Results from human subject tests. Build. Environ. 2015, 84, 10–

21.

[9] Deng, Q.; Wang, R.; Li, Y.; Miao, Y.; Zhao, J.: Human thermal sensation and comfort in a non-uniform environment with personalized heating. Sci. Total.

Environ. 2017, 578, 242–248.

[10] Zhang, Y.F.; Wyon, D.P.; Fang, L.; Melikov, A.K.: The influence of heated or cooled seats on the acceptable ambient temperature range. Ergonomics 2007, 50, 586–600.

[11] Zhang, H.; Arens, E.; Kim, D.; Buchberger, E.; Bauman, F.; Huizenga, C.: Comfort,

(43)

Literatura

[12] Zhang, H.; Arens, E.; Taub, M.; Dickerhoff, D.; Bauman, F.; Fountain, M.; Pasut, W.; Fannon, D.; Zhai, Y.; Pigman, M.: Using footwarmers in offices for thermal comfort and energy savings. Energy Build. 2015, 104, 233–243.

[13] Luo, M.; Arens, E.; Zhang, H.; Ghahramani, A.; Wang, Z.: Thermal comfort

evaluated for combinations of energy-efficient personal heating and cooling devices.

Build. Environ. 2018, 143, 206–216.

[14] He, Y.; Wang, X.; Li, N.; He, M.; He, D.: Heating chair assisted by leg-warmer: A potential way to achieve better thermal comfort and greater energy conservation in winter. Energy Build. 2018, 158, 1106–1116.

[15] Veselý, M.; Molenaar, P.; Vos, M.; Li, R.; Zeiler, W.: Personalized heating- Comparison of heaters and control modes. Build. Environ. 2017, 112, 223–232.

[16] Lodi, C.; Magli, S.; Contini, F.M.; Muscio, A.; Tartarini, P.: Improvement of thermal comfort and energy efficiency in historical and monumental buildings by means of localized heating based on non-invasive electric radiant panels. Appl.

Therm. Eng. 2017, 126, 276–289.

[17] Melikov, A.K.; Langkilde, G.; Rasmussen, L.W.: Human response to local heating for use in connection with low enthalpy ventilation. Proc. ROOMVENT 1998, 315321, 315–322.

[18] Watanabe, S.; Melikov, A.K.; Knudsen, G.L.: Design of an individually controlled system for an optimal thermal microenvironment. Build. Environ. 2010, 45, 549–

558.

[19] Li, Z.; Ke, Y.; Wang, F.; Yang, B.: A study of thermal comfort enhancement using three energy-efficient personalized heating strategies at two low indoor temperatures. Build. Environ. 2018, 143, 1–14.

[20] Toplotno okolje in ugodje v prostoru II – predloga laboratorijske vaje. Laboratorij za ogrevalno, sanitarno in solarno tehniko ter klimatizacijo, doc. dr. Matjaž Prek, Ljubljana, 2013.

(44)

(45)