Wpływ ekwiwalentnej częstotliwości na odczucie przeciągu

Dla sprawdzenia znaczenia i możliwości zastosowania częstotliwości ekwiwalentnej do oszacowania wpływu ruchu powietrza o przypadkowych fluktuacjach na odczucia ludzi przeprowadzono eksperyment z udziałem 40 osób (2 0 kobiet i 20 m ężczyzn). Każdy z badanych brał udział w trzech dwugodzinnych sesjach eksperymentalnych. W każdej sesji badano odczucia ludzi przy przepływie powietrza o 6-ciu różnych częstotliwościach:

praktycznie zerowej (przepływ laminamy), 0,2, 0.4, 0,6, 1 i 2 Hz w losowo wybranej kolejności. Intensywność turbulencji zawierała się w przedziale od 30 do 40%. Średnia prędkość powietrza była utrzymywana na stałym poziomie w trakcie każdej z trzech sesji i wynosiła odpowiednio: 0,1, 0,2, i 0,3 m/s. W ten sposób każdy z badanych był poddany był działaniu do 18-to różnych kombinacji średniej prędkości przepływu oraz częstotliwości fluktuacji. Badani ubrani byli w typową odzież stosowaną wewnątrz pomieszczeń, jednak z wyłączeniem ubrań, zasłaniających szyję jak np. swetry z wysokim golfem. Eksperyment prowadzono w pomieszczeniu badawczym o wymiarach 3x5x2,5 m ulokowanym w centralnej części dużej hali. Temperatura hali była utrzymywana na poziomie 19±1°C. Badani siedzieli przy biurkach na ażurowych krzesłach, które nie blokowały przepływu powietrza. Przepływ powietrza był generowany przez tunel o przekroju 0,62x0,66 m i kierowany na tylna stronę głowy, kark oraz plecy badanych.

Strumień powietrza był ogrzewany lub chłodzony za pom ocą wymiennika ciepła, znajdujący się wewnątrz tunelu. Temperatura pomieszczenia w trakcie badań wynosiła 20+0,3°C. Temperatura powietrza i średnia temperatura promieniowania w pokoju badawczym były stałe. Tunel wytwarzający przepływ powietrza został dokładnie opisany w pracy (Kruger i in.1996).

Prędkość przepływu, intensywność turbulencji oraz temperatura powietrza były mierzone wewnątrz tunelu na wysokości 1,1 m nad podłogą w odległości 0,2 m od karków badanych osób. Pomiary wykonywano przy użyciu wielokierunkowych termoanemometrów z kompensacją temperatury oraz czasem odpowiedzi na impuls równym 0,2 s. Prędkość powietrza była próbkowana 20 razy na sekundę przez kolejne 180 s. Na podstawie zapisanych wartości w czasie 180 s obliczano średnią prędkość powietrza oraz intensywność turbulencji. Pomiary były monitorowane przez komputer znajdujący się poza pomieszczeniem badawczym. Zarejestrowane przebiegi prędkości powietrza o podobnych średnich wartościach lecz różnych częstotliwościach fluktuacji wygenerowane w trakcie eksperymentu pokazano na rys. 3.19. Porównując uzyskane wyniki z zarejestrowanymi w warunkach rzeczywistych przebiegami chwilowych prędkości wykazano, że laboratoryjnie wygenerowany przepływ powietrza o częstotliwościach 0,4, 0,6 oraz 1 Hz najbardziej odpowiada przepływowi powietrza w rzeczywistych pomieszczeniach wentylowanych. Przepływ generowany z częstotliwością 0,2 oraz 0,05 Hz składał się głównie z fluktuacji o charakterze sinusoidalnym.

52 ŚRODOWISKO WEWNĘTRZNE

0.4 - 0.2

0

0.05 Hz

0.4 - 0.2

-0.4 - 0.2

-0 .4 H z

AMAAAAA /1

5 0 8 0 70 80

Czas (s)

00 100

Rys. 3.19 Zarejestrowane podczas badań z udziałem ludzi przebiegi chwilowych prędkości o różnych ekwiwalentnych częstotliwościach

Przez pierwsze 30 minut badane osoby poddane były oddziaływaniu ruchu powietrza o stałej ekwiwalentnej częstotliwości 0,6 Hz i zostały poproszone o wyrażenie swoich odczuć cieplnych według siedmiopunktowej skali ASHRAE. Przez ten okres badani byli zachęcani do zmiany odzieży według własnych upodobań tak, aby osiągnąć termiczną neutralność. W pomieszczeniu były dostępne dodatkowe ubrania. Ekwiwalentną częstotliwość 0,6 Hz wybrano w badaniach gdyż była ona średnią z częstotliwości przez pozostałe 90 min. Przez pozostałe 90 min. eksperymentu badani poddani byli oddziaływaniu sześciu różnych częstotliwości: 0, 0,2, 0,4, 0,6, 1 i 2 Hz, każdej przez czas 5 min w losowo dobieranej kolejności. Dla każdej z częstotliwości badani mieli wypełniać kwestionariusz w celu oszacowania ich odczuć cieplnych, czy w ogóle odczuwali ruch powietrza przez ostatnie 5 minut a jeżeli tak, to czy był on dla nich nieprzyjemny i jak go odczuwali (którą częścią ciała). Pod koniec eksperymentu badani zostali poproszeni o opisanie ubrań, które mieli na sobie. Dane te posłużyły do oszacowania oporu cieplnego ubrań badanych. Badani mieli zezwolenie na zmiany ubrania jeżeli uważali to za konieczne w okresie 90 minut. Przez pierwsze 30 minut aklimatyzacji kwestionariusz wypełniano co 10 minut i badani wyrażali jedynie swoje ogólne odczucia cieplne.

Głównym celem badań było określenie, czy ekwiwalentna częstotliwość fluktuacji prędkości miała wpływ na odczucie przeciągu. Analizę wyników odnośnie dyskomfortu spowodowanego przeciągiem opracowano w oparciu o dwa podstawowe pytania: ”czy odczuwałeś ruch powietrza przez ostatnie 5 minut oraz jeżeli tak, to czy ten ruch

powodował dyskomfort” Dla jednakowych częstotliwości ¿ , średnich prędkości w oraz intensywności turbulencji Tu, określono przepływ powietrza, przy którym odczuwano przeciąg jeśli dwa z tych trzech parametrów były powodem dyskomfortu.

Na rys. 3.20 przedstawiono procentowy udział badanych osób odczuwających ruch powietrza na jednej lub więcej części ciała jako funkcję ekwiwalentnej częstotliwości oraz porównano wyniki uzyskane dla trzech wartości średniej prędkości: 0,1, 0,2 i 0,3 m/s.

Procent badanych, którzy odczuwali przeciąg osiągnął maksimum przy częstotliwości w granicach od 0,2 do 0,6 Hz i zwiększał się ze wzrostem średniej prędkości przepływu.

Częstotliwość ekwiwalentna, Hz

Rys. 3.20 Procentowy udział odczuwających dyskomfort z powodu przeciągu w zależności od ekwiwalentnej częstotliwości i porównanie wskaźnika przeciągu określonego w oparciu o obowiązujący model wskaźnika przeciągu i model opracowany w wyniku prezentowanych badań

Najbardziej w rażliw ą częścią ciała badanych osób na odczucie przeciągu była odsłonięty kark. W badaniach nie uwzględniono wyników uzyskanych przy ekwiwalentnej częstotliwości 2 H z ze względu na hałas, wytwarzany w generatorze turbulencji powodujący dodatkowe odczucie dyskomfortu badanych osób.

Analizy wykazały znaczący wpływ (p<0,05) ekwiwalentnej częstotliwości przepływu powietrza na odczucia przeciągu przy średnich prędkościach powietrza 0,2 i 0,3 m/s. Przy tych średnich prędkościach odsetek niezadowolonych ze względu na przeciąg był znacznie (p<0,05) niższy przy ¿< 0 ,0 5 Hz oraz ¿ > 0 ,6 Hz niż uzyskany przy częstotliwościach w zakresie od 0,2 do 0,6 Hz. Przy średniej prędkości wynoszącej 0,1 m/s wpływ ekwiwalentnej częstotliwości na odczucia przeciągu był mniejszy, ponieważ badani wykazali m niejszą wrażliwość na ruch powietrza o tak niskiej prędkości.

Przy średniej prędkości powietrza wynoszącej 0,2 m/s, odsetek niezadowolonych przy częstotliwości 1 H z był niższy niż przy częstotliwości 0 Hz. Nie przewidywano uzyskania takich wyników a dokładna analiza danych eksperymentalnych nie wyjaśniła ich przyczyn. Niemniej powodem uzyskania zaskakujących wyników mógł być różny dla obu częstotliwości charakter ruchu powietrza. Przy częstotliwości 0 Hz przepływ był praktycznie laminamy, skierowany bezpośrednio na kark badanych. Przy częstotliwości 1 Hz turbulentny przepływ był dwuwymiarowy i główny przepływ powietrzą mógł nie być

54 ŚRODOWISKO WEWNĘTRZNE

skierowany bezpośrednio na kark badanych a składowa średniej prędkości powietrza skierowana na kark badanych mogła być mniejszy od 0,2 m/s. Stosowane do pomiaru prędkości wielokierunkowe czujniki prędkości mogły jednak nie wykryć tego zjawiska. W ten sposób niższa średnia prędkość przepływu mogła obniżyć efekt chłodzący ruchu powietrza a tym samym odsetek osób odczuwających dyskomfort mógł się obniżyć.

Przypadek ten pozostaje do ponownego przeanalizowania.

Porównanie wyników eksperymentu z obowiązującym modelem wskaźnika przeciągu (ISO1994 A SHRAE1992) przedstawiono na rys. 3.20. Dwie krzywe ciągłe wyznaczono w na podstawie wyniku zanotowanej ilości niezadowolonych z powodu odczucia przeciągu podczas eksperymentu, a linie przerywane pokazują przewidywany w oparciu model ryzyka przeciągu odsetek niezadowolonych. Obliczenia w oparciu o model wskaźnika przeciągu zostały przeprowadzone przy założonej temperaturze powietrza 20°C i dla czterech kombinacji średniej prędkości oraz intensywności turbulencji, tj: 0,2 m/s i 5%, 0,2 m/s i 35%, 0,3 m/s i 5% oraz 0,3 m/s i 35%. Porównanie wykazało, że zachodzi duża zgodność pomiędzy wynikami eksperymentu przy niskich oraz wysokich częstotliwościach : f e<0,05 Hz i f<>0,8 Hz, a istniejącym modelem wskaźnika przeciągu przy niskiej intensywności turbulencji (rw=5%). Jednak porównanie pokazane na rys. 3.20 wykazało również, że wyniki uzyskane za pom ocą modelu bez uwzględnienia wpływu ekwiwalentnej częstotliwości na odczucie przeciągu m ogą zawyżać lub zaniżać odsetek niezadowolonych. Ekwiwalentna częstotliwość ruchu powietrza w pomieszczeniach praktycznie może się wahać od wartości mniejszej niż 0,1 Hz doi Hz. Dlatego istotne jest włączenie ekwiwalentnej częstotliwości do modelu wskaźnika przeciągu.

Badania (Zhao i X ia19 8), w których grupa osób poddana była nawiewowi powietrza z różnymi częstotliwościami fluktuacji, wykazały, że opinie badanych dotyczące odczuć cieplnych były różne w zależności od częstotliwości fluktuacji przepływu. Różne częstotliwości fluktuacji uzyskano poprzez zmianę prędkości obrotowej wentylatora.

Prezentowane badania prowadzono przy stałej temperaturze powietrza równej 20°C i intensywności turbulencji utrzymywanej w zakresie 20 +45%. Konieczne są badania wpływu ekwiwalentnej częstotliwości na odczucie przeciągu przy różnych temperaturach powietrza i intensywności turbulencji. Pozwolą one określić wzajemne oddziaływanie ekwiwalentnej częstotliwości, temperatury powietrza oraz intensywności turbulencji na odczucie przeciągu.

3.7 Symulacja odczuć cieplnych człowieka dla oceny lokalnego dyskomfortu