Odczucia cieplne i komfort przy zmiennym metabolizm ie

Aktywność fizyczna osób pracujących w typowym biurze wielokrotnie zmienia się w ciągu dnia pracy. Zmiany aktywności ludzi dotyczą zresztą wszystkich typów środowiska wewnętrznego - miejsca pracy, mieszkania, środków transportu. Jednakże, aktywność prawdopodobnie jest ze wszystkich znanych, jednym z najmniej rozpoznanych parametrów, które m ają wpływ na odczucia cieplne, komfort i preferencje odnośnie temperatury wewnątrz pomieszczeń. Aktywność zależy od kondycji fizycznej i masy ciała i jest przyczyną różnic w indywidualnych odczuciach środowiska cieplnego. Z modeli stanu ustalonego wynika, że zmiana aktywności z pozycji siedzącej do stojącej/chodzącej przeciętnie zwiększa metabolizm o około 0,3 met, co jest równoznaczne ze zmianą preferowanej temperatury o około 2,4°C (Olsen2000). Nie wiadomo jednak po jakim czasie zmiany aktywności wpływają na zmianę odczuć cieplnych i komfort. Prezentowane w niniejszym rozdziale badania przeprowadzone w Duńskim Uniwersytecie Technicznym miały na celu określenie wpływu zmiennego metabolizmu wynikającego z różnej intensywności i czasu trwania zajęć fizycznych na odczucia cieplne i preferencje badanej grupy osób. Badani na przemian wykonywali ćwiczenia na bieżni i odpoczywali w pozycji siedzącej. Podczas eksperymentu utrzymywano stałe warunki cieplne a temperatura powietrza odpowiadała temperaturze równowagi termicznej dla pozycji siedzącej.

Metoda badań wpływu zmian metabolizmu na odczucia cieplne

Wpływ zmian metabolizmu na całkowite odczucia cieplne najprawdopodobniej związany jest z temperaturą wnętrza ciała i reakcją termoreceptorów. Efekty zmian

♦autorzy: Goto T, Toftum J, de Dear R, Fänger P O tłum. Hum ik M red. Humik M Popiołek Z

metabolizmu są osłabione i spowolnione z powodu bezwładności cieplnej ciała. Według Saltina i Hermansena1966 temperatura wnętrza ciała zależy od indywidualnej względnej intensywności pracy, natomiast nie jest związana z całkowitą wykonaną pracą. Dlatego w omawianych badaniach intensywność ćwiczeń była kontrolowana zgodnie ze względną intensywnością pracy każdego uczestnika eksperymentu wynoszącą 20%, 40% i 60%

maksymalnej intensywności pracy.

W badaniach wstępnych dla wszystkich uczestników określono zależność pomiędzy tętnem a szybkością chodzenia po bieżni. Dodatkowo, zgodnie z procedurą zaproponowaną w pracy Andersena199 wyznaczono maksymalną moc wyjściową, w celu powiązania prędkości bieżni ze względną intensywnością pracy. W zględna intensywność pracy została określona w oparciu o tętno zarejestrowane przy każdej intensywności ćwiczeń. Tętno osoby odpoczywającej w pozycji siedzącej na krześle odpowiadało względnej intensywności pracy 0%, podczas gdy względna intensywność pracy 100%

odpowiada ćwiczeniom wykonywanym przez badaną osobę z maksymalną dla niej intensywnością. W każdej z trzech sesji osoby uczestniczące w eksperymencie były przypadkowo wybierane do trzech faz ćwiczeń, których celem była analiza zaniku ciepła metabolicznego (tablica 3.3), i jednej fazy w celu zbadania akumulacji ciepła. Czas trwania fazy akumulacji był zawsze stały i wynosił 30 min. Faza akumulacji zawsze kończyła sesję ćwiczeń. Harmonogram badań przedstawiono na rys. 3.2. Wszystkie ćwiczenia odbywały się na bieżni. Pomiędzy kolejnymi seriami ćwiczeń badani wykonywali pracę w pozycji siedzącej ( czytanie, pisanie).

Tablica 3.3 Wartości względnej intensywności pracy i czasu trwania ćwiczeń przyjęte w badaniach zaniku ciepła metabolicznego. studenci uniwersytetu. Przeciętny wiek badanych wynosił 24,3 lat. Z założenia, każda

28 ŚRODOWISKO WEWNĘTRZNE

osoba miała uczestniczyć w trzech sesjach eksperymentalnych jednak zarejestrowano odczucia tylko 22 osób. Podczas eksperymentu badani ubrani byli standardowo, ubranie składało się z cienkiej bawełnianej koszuli, spodni i bielizny osobistej. Oporność cieplna odzieży wynosiła około 0,6 clo, włączając izolację cieplną krzesła, określoną za pomocą manekina cieplnego. Wszystkie badania przeprowadzono w komorze klimatycznej znajdującej się w Duńskim Uniwersytecie Technicznym. Średnia temperatura promieniowania w komorze była równa temperaturze powietrza a prędkość powietrza była mniejsza niż 0,2 m/s. Badania prowadzono w temperaturze 26°C, która odpowiadała wartości wskaźnika PMV= 0 (aktywność w pozycji siedzącej i oporność cieplna 0,6 clo).

Wilgotność względna podczas badań zmieniała się w zakresie 15+50%. Przed wejściem do komory klimatycznej badanym osobom przyłączano do klatki piersiowej czujniki tętna.

Podczas pierwszych 30 m in eksperymentu poprzedzających pierwszą fazę ćwiczeń badani dostosowywali się do warunków środowiska wykonując czynności w pozycji siedzącej.

Podczas pozostałych faz eksperymentu łącznie z fazą akumulacji badani odpowiadali na pytania dotyczące odczuć cieplnych określanych w 9-cio stopniowej skali (7-punktowa skala ASHRAE oraz dodatkowo „bardzo gorąco” i „bardzo zimno”), komfortu cieplnego, cieplnej akceptacji i preferencji odnośnie temperatury. W czasie pierwszych 6 min po skokowej zmianie metabolizmu badani udzielali odpowiedzi co minutę, w pozostałym czasie po upływie każdych 3 min. zarejestrowanym przy maksymalnej intensywności pracy (Andersen1995). Z danych zamieszczonych w tabeli wynika, że trudno było precyzyjnie utrzymać względną intensywność pracy na założonym poziomie, zwłaszcza na poziomie 40%.

Tablica 3.4 Przeciętne dane badanych osób: wzrost, waga, założona i zaobserwowana względna intensywność pracy oraz przybliżona wartość metabolizmu

Przeciętne odczucia cieplne zaobserwowane podczas fazy zaniku dla 9 kombinacji intensywności ćwiczeń i czasu ich trwania pokazano na rys. 3.3. Na każdym poziomie względnej intensywności pracy przeciętne odczucia cieplne badanych były osób wyraźnie wyższe niż przed rozpoczęciem ćwiczeń. Przy każdej względnej intensywności pracy dłuższy czas ćwiczeń był powodem cieplejszych odczuć w końcu fazy ćwiczeń. Pomimo krótszego czasu trwania ćwiczeń przy wysokiej względnej intensywności pracy przeciętne odczucia cieplne, obserwowane zaraz po ich zakończeniu, były wyższe niż przy niższej względnej intensywności pracy. Niezależnie od czasu trwania ćwiczeń i ich intensywności przeciętne odczucia cieplne w dłuższym okresie po ćwiczeniu były przybliżone do odczuć po około 15 minutach odpoczynku w pozycji siedzącej.

Względna Intensywność pracy - 20%

Czas trwania ćwiczeń:

— 10 min

- o - 20

Względna Intensywność pracy - 40%

Czas trwania ćwiczeń:

—4— 5 min 10

3 Względna intensywność pracy - 60%

Czas trwania ćwiczeń:

3.3 mm

Ćwteenia

C zas (min)

9 12 15

C z a s (min) Względna Intensywność pracy (%)

I czas trwania ćwiczeń (min):

- o - 20 / 30 -a- 40 / 15 - o - 60 / 10

Rys, 3.3 Przeciętne odczucia cieplne podczas fa zy zaniku. (Oś Y: -4: bardzo zimno, -3: zimno, -2: chłodno, -l: dość chłodno, 0: neutralnie, 1: dość ciepło, 2: ciepło,

3: gorąco, 4: bardzo gorąco)

Z rys. 3.4 wynika, że po 1 min ćwiczeń przeciętne odczucie cieplne zawsze było wyższe niż przed rozpoczęciem ćwiczeń, nawet przy 20% względnej intensywności pracy.

Niezależnie od intensywności ćwiczeń odczucia cieplne w fazie akumulacji po około 15 min ćwiczeń były w przybliżeniu stałe. N a rys. 3.5 przedstawiono porównanie przeciętnych odczuć cieplnych z przewidywanymi w oparciu o model PMV, którego podstawę stanow ią oceny odczuć w stanie ustalonym zarejestrowane po 3 godz. stałej aktywności (Fanger1970). M ożna zaobserwować, że po 15 min ćwiczeń przy względnej intensywności pracy do 40%, model P M V przewiduje odczucia cieplne z dużą dokładnością. Ponadto, przy wartościach względnej intensywności pracy 40% i 60%, które

30 ŚRODOWISKO WEWNĘTRZNE

są poza zalecanym zakresem stosowania modelu PM V (46 W/m2<M<232W/m2, PMV<±2), zaobserwowano odczucia cieplne niższe od przewidywanych przy zastosowaniu modelu PMV. Obie krzywe akumulacji i zaniku są przybliżone do krzywych wykładniczych.

Zaobserwowano również nieznaczne różnice w odczuciach cieplnych kobiet i mężczyzn pomimo tego, że dla uzyskania tej samej względnej intensywności pracy utrzymywano metabolizm różny dla każdej płci.

Odczucie komfortu podczas ćwiczeń nieco pogarszało się, jednak po około 15 min odpoczynku w pozycji siedzącej powracało do poziomu z przed ćwiczeń (rys. 3.5).

Ponadto, po ćwiczeniach przy 20% względnej intensywności pracy znaczna grupa osób preferowała niższą temperaturę. Po 7-9 minutach odpoczynku w pozycji siedzącej preferencje odnośnie temperatury zdawały się Być prawie stałe.

Rys. 3.4 Przeciętne odczucia cieplne Rys. 3.5 Porównanie P M V i odczuć obserwowane podczas ćwiczeń cieplnych serwowanych

w fa zie akumulacji. p o 15 min.

Względna Intensywność pracy (%) i czas trwania ćwlczert

Czas (min)

Rys. 3.6 Przeciętny komfort cieplny podczas fa zy zaniku p o ćwiczeniach p rzy 20%

względnej intensywności ćwiczeń (3: nieznacznie niekomfortowo, 4: komfortowo)

Względna Intensywność pracy {%) I czas trwania ćwiczeń

10 min

Czas (min) Rys. 3.7 Procentowy udział osób

preferujących niższą temp.

podczas fa z y zaniku p rzy 20%

względnej intensywności pracy.

W czasie pierwszej minuty wzrostu aktywności od odpoczynku w pozycji siedzącej do 20% względnej intensywności pracy przeciętne odczucia cieplne wzrosły w

przybliżeniu o 0,3 jednostki skali. W praktyce takiej intensywności ćwiczeń odpowiada powolny chód lub lekka praca w pozycji stojącej. W warunkach laboratoryjnych zaobserwowano różnice w preferencjach odnośnie temperatury rzędu 1,15°C, co odpowiada APMV=0,3 u osób odpoczywających, ubranych w odzież o oporności cieplnej 0,6 clo (Fanger i Langkilde1975). Zatem, nawet niewielkie zmiany aktywności w krótkim czasie, które niewątpliwie m ają miejsce w rzeczywistości, wpływają na odczucia cieplne w stopniu, który odpowiada zakresowi indywidualnych różnic w odczuciach cieplnych ludzi.

Wnioski te są szczególnie istotne dla badań odczuć cieplnych użytkowników budynków prowadzonych „in situ”. W takich badaniach często przeciętny metabolizm z ostatniej godziny jest szacowany na podstawie określenia w ankiecie procentowego udziału czasu, w którym badana osoba siedziała, stała bądź chodziła. Czas ten jest daną wejściową do przewidywania odczuć cieplnych, które ostatecznie m ogą być porównywane z wartościami zaobserwowanymi. Szczegółowy opis aktywności z ostatnich 15 minut może poprawić dokładność przewidywań odczuć cieplnych. Ten sam wniosek może być zastosowany gdy korzysta się z norm, takich jak: ISO 4 i ASHRAE1992.

Modele stanu ustalonego do przewidywania odczuć cieplnych m ają zastosowanie po około 15 min stałej aktywności. Jednak prezentowane badania wykazały pewne rozbieżności pomiędzy oczekiwaniami i obserwacjami, zwłaszcza przy wysokiej intensywności pracy. Rozbieżności te, wynikały z zastosowania do przewidywania odczuć cieplnych modelu P M V poza zalecanym zakresem. Podczas badań w komorze klimatycznej nie przebiegała prawidłowo kontrola wilgotności i w konsekwencji wilgotność powietrza podczas niektórych badań nie była utrzymana na stałym poziomie.

Zaobserwowana podczas badań zmienność wilgotności w zakresie 15-^50%

korespondowała ze zmianami P M V o około 0,3.

Z zaprezentowanych w niniejszym podrozdziale badań wynika następujący wniosek:

Nawet małe zmiany aktywności w ciągu krótkiego czasu powodują zmianę odczuć cieplnych i preferencji ludzi. Jednak po około 15 min stałej aktywności subiektywne odczucia cieplne były przybliżone do modelu stanu ustalonego zarówno po podwyższeniu jak i obniżeniu aktywności.