Turbulencja a zjawisko przeciągu

Przeciąg jest powszechnie definiowany jako niepożądane lokalne ochłodzenie ludzkiego ciała wywołane ruchem powietrza. Występowanie przeciągów stanowi poważny problem w wielu wentylowanych i klimatyzowanych budynkach. Jest to również częsta niedogodność w autobusach, pociągach i samolotach. Nie jest wystarczające, aby ludzie oceniali wrażenia cieplne jako obojętne jak np. opisuje to wskaźnik PMV (Fanger1982, ISO1984). Dla ludzi wykonujących pracę w pozycji siedzącej, konieczne są dodatkowe wymagania wobec ruchu powietrza, żeby zmniejszyć ryzyko przeciągu. Przez wiele lat było oczywiste, że ryzyko przeciągu wzrasta wraz ze wzrostem średniej prędkości powietrza i wraz ze spadkiem temperatury powietrza. Badania Fangera i Pedersena wykazały, że wpływ na odczucie przeciągu mają także fluktuacje prędkości. Fluktuacje prędkości m ogą być scharakteryzowane przez intensywność turbulencji, zdefiniowaną jako stosunek odchylenia standardowego do wartości średniej prędkości powietrza (rys. 3.8).

’ Fanger P O M elikov A K Hanzawa H Ring J thim. Kuciel A red. Humik M

32 ŚRODOWISKO WEWNĘTRZNE

Rys. 3.8 Fluktuacje prędkości powietrza w strefie przebywania ludzi typowej wentylowanej przestrzeni. Intensywność turbulencji je s t to odchylenie standardowe podzielone przez wartość średnią prędkości powietrza.

Badania „in situ” (Thorshauge1982, Hanzawa i in.1987) wykazały, że w pomieszczeniach z tradycyjną wentylacją mieszającą intensywność turbulencji wynosi około 30-60%. W pracy Fangera i Christensena1 opublikowano wykres przewidujący ryzyko przeciągu jako funkcję średniej prędkości i temperatury w takich pomieszczeniach.

W pomieszczeniach z wentylacją wyporową lub w pomieszczeniach z wentylacją naturalną turbulencja często może być niższa. Przedstawione poniżej badania wpływu intensywności turbulencji na ryzyko przeciągu szczegółowo opisano w pracy Fangera i in.1988

Badania wpływu intensywności turbulencji na ryzyko przeciągu

W badaniach uczestniczyło 150 osób, ubranych tak by uzyskać neutralne odczucia cieplne. Badane osoby w trzech eksperymentach poddane były oddziaływaniu przepływu powietrza o różnym poziomie intensywności turbulencji (0-^70%) i temperaturze w zakresie 20%ł6°C. W każdym eksperymencie osoba wykonująca pracę w pozycji siedzącej poddana była oddziaływaniu nawiewu powietrza o sześciu różnych średnich prędkościach w zakresie 0,05^-0,40 m/s. Uczestnicy badań byli pytani czy i gdzie odczuwają ruch powietrza i czy czują się komfortowo czy nie.

Model wskaźnika przeciągu

Badania wykazały, że intensywność turbulencji ma znaczący wpływ na odczucie przeciągu. W oparciu o uzyskane wyniki badań ustalono matematyczny model opisujący wskaźnik przeciągu. Model wskaźnika przeciągu przewiduje odsetek ludzi niezadowolonych ze względu na przeciąg DR jako funkcję temperatury powietrza ta, średniej prędkości powietrza w i intensywności turbulencji Tu zgodnie z równaniem:

DR = {34 - t a\ w - 0 ,0 5 f62 {0,37 w - T u + 3,14) (3.1) dla w <0,05 m/s przyjmuje się >v =0,05 m/s, dla DR>\00% przyjmuje się DR=\00% . Model stosuje się do osób wykonujących pracę w pozycji siedzącej.

Niektóre zastosowania modelu wskaźnika przeciągu pokazano na rys. 3.9 i rys. 3.10.

Rys. 3.9 przedstawia wskaźnik przeciągu jako funkcję średniej prędkości powietrza oraz intensywności turbulencji przy stałej temperaturze 23°C. Na rys. 3.10 przedstawiono wszystkie kombinacje średniej prędkości, intensywności turbulencji i temperatury, przy których 15% osób odczuwa przeciąg.

Intensyw ność turbulencji (%)

Rys. 3.9 Odsetek ludzi niezadowolonych w zależności od intensywności turbulencji oraz średniej prędkości powietrza na obliczony na podstawie modelu wskaźnika przeciągu

T e m p e ra tu ra p o w ie trza (oC)

Rys. 3.10 Kombinacje średniej prędkości powietrza, temperatury powietrza i intensywności turbulencji, które spowodują że 15% osób będzie niezadowolonych. Obliczenia wykonane na podstawie modelu wskaźnika przeciągu.

34 ŚRODOWISKO WEWNĘTRZNE

Dlaczego turbulencja jest odczuwana w nieprzyjemny sposób? Prawdopodobnie dlatego, ponieważ ludzkie zmysły są szczególnie wrażliwe na zmiany. Wrażliwość ta jest na przykład wykorzystywana w ambulansach, w których dźwiękowe i świetlne sygnały pulsują, żeby zwrócić uwagę. W podobny sposób fluktuacje prędkości generują sygnały z termoreceptorów w skórze do mózgu wyznaczając początek odczuwania chłodu za każdym razem kiedy prędkość wzrasta. Takie sygnały ostrzegawcze postrzegane są jako niedogodność, tj. jako przeciąg. Próbę wyjaśnienia tego zjawiska podjęto w rozdz. 3.7.

Nieosłonięte ubraniem części ciała, szczególnie rejon głowy, są najbardziej wrażliwe na przeciąg dla osób noszących normalną codzienną odzież. Model wskaźnika przeciągu może być stosowany dla wszystkich wysokości w strefie przebywania ludzi, chociaż może mieć tendencję do przeceniania wskaźnika przeciągu w okolicy ramion i stóp, ponieważ te części ciała są okryte ubraniem (np. długie rękawy, spodnie, skarpetki). W praktyce model może być stosowany do określenia wskaźnika przeciągu w rzeczywistych pomieszczeniach poprzez pomiary średniej prędkości powietrza, intensywności turbulencji oraz temperatury powietrza w strefie przebywania ludzi. Model może również oszacować wskaźnik przeciągu na podstawie komputerowych przewidywań średniej prędkości, intensywności turbulencji i temperatury powietrza w wentylowanych pomieszczeniach.

Dla oceny działania systemów rozdziału powietrza w pomieszczeniach często jest stosowany Wskaźnik Dyfuzji Powietrza (Air Diffusion Performance Index ADPI) (Miller i Nevins , M iller1977). Model wskaźnika przeciągu oferuje uaktualnioną metodę oceniania działania systemów rozdziału powietrza. Systemy powinny być porównywane przy ustalonej temperaturze w strefie przebywania ludzi, np. 22°C dla danej wysokości nad podłogą. Zastosowanie modelu powinno korzystnie wpłynąć na rozwój systemów rozdziału powietrza z niskim ryzykiem przeciągu.

Wpływ intensywności turbulencji na odczucie przeciągu może tłumaczyć wiele skarg pojawiających się w praktyce, w warunkach gdy średnia prędkość powietrza i temperatura powietrza odpowiadają normom dotyczące komfortu cieplnego (Fanger1982, ASHRE 1984).

Norma może definiować realistyczny akceptowalny odsetek niezadowolonych ze względu na przeciąg, np. 15%, a model identyfikuje granice dla akceptowalnego ruchu powietrza jak pokazuje rys. 3.10.