MICROCLIMATUL INTERIOR AL UNEI CLADIRI

1.1. Importanta realizarii confortului termic

Confortul termic este definit de ASHRAE* (Standard ANSI/ASHRAE 55-2004) si de standardul ISO 7730:2005 ca fiind acea stare a mintii care exprima satisfactie in raport cu mediul inconjurator. Confortul termic se refera la suma de conditii ale mediului inconjurator, in cadrul carora perceptia mentala si fizica este de confort, fara eforturi din partea organismului pentru compensarea termica. Din punct de vedere al studiului notiunii de confort termic, se urmareste raspunsul uman la impactul climatic (O'Callaghan, P.W., 1978)

Datorita faptului ca majoritatea oamenilor isi petrece mai mult de 70% in cladiri (incinte inchise), realizarea si mentinerea confortului termic reprezinta sarcinile de baza pentru inginerii specialisti in microclimat interior. Cladirile de locuit si cele din sectorul tertiar trebuie sa asigure posibilitatea efectuarii in conditii optime a muncii fizice, cele intelectuale, a recrearii, odihnei, in general a activitatilor pentru care sunt destinate cladirile respective cu o eficienta energetica ridicata.

Cladirile, indiferent de destinatia lor, sunt mari consumatoare de energie si in acelasi timp ofera oportunitati mari pentru ridicarea eficientei energetice, problema de mare actualitate in actualul context mondial. Imbunatatirea eficientei energetice atrage dupa sine si reducerea facturii energetice, o cerinta foarte importanta din punct de vedere economic.

Din cele enuntate mai sus rezulta ca microclimatul interior al unei cladiri trebuie sa fie rezultatul unei optimizari multicriteriale, avand in vedere atat confortul termic cat si economia de energie.

1.2. Notiuni introductive de confort termic

Notiunea de confort termic implica atat microclimatul dintr-o incapere, cat si factori de natura psihologica si mentala. Realizarea unui confort termic adecvat este foarte importanta, deoarece afecteaza intregul moral uman. Chiar daca organismul uman se adapteaza la mediul inconjurator prin strategii adaptive de genul imbracare, dezbracare, schimbare de pozitie, mutarea in alte zone din incinta de alt nivel termic, etc., acestea nu sunt de durata. Se defineste confortul termic rezonabil (reasonable confort) atunci majoritatea este satisfacuta. HSE considera 80% dintre ocupantii unei incinte o limita rezonabila pentru un numar minim de oameni care trebuie multumiti de confortul termic creat. Din aceste considerente, in proiectarea cladirilor, principalul factor de care se tine seama este realizarea confortului termic pentru factorul uman. Evaluarea confortului este subiectiva si include satisfactia, acceptarea, caracterul placut sau reactii negative.

Obs. - * ASHRAE - American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers

Confortul termic este afectat de procesele de conductie, convectie, radiatie, precum si de pierderile de caldura prin evaporare. Mediul termic interior este influentat de sase parametrii, denumiti factori de confort termic:

Temperatura aerului interior T_i, care reprezinta cel mai comun indicator al confortului termic. Se defineste ca temperatura aerului din jurul corpului uman, la distanta fasa de radiatia surselor de caldura. Variatiile chiar foarte reduse ale acestei temperaturi sunt sesizate imediat de organismul uman. Aceasta temperatura este considerata ca valoare medie, ce trebuie reconsiderata in functie de cazul analizat. Pentru un individ normal imbracat, cu o activitate fizica usoara este prezentata in figura 1 o zona de confort admisa. (Manual ventilare). In functie de valoarea acesteia se determina consumurile de energie pentru incalzire, respectiv racire. Temperatura aerului interior trebuie sa fie mai ridicata in incaperile in care oamenii se gasesc in repaus sau desfasoara o activitate usoara si trebuie sa fie mai scazuta acolo unde activitatea desfasurata este mai intensa;

Figura 1.1. Zona de confort admisibila in functie de temperatura aerului interior (DIN 1946/72)

Temperatura medie de radiatie a suprafetelor delimitatoare T_mr are o influenta mai mare decat temperatura aerului interior asupra modului in care persoanele pierd dau primesc caldura din mediul inconjurator. Pielea omului absoarbe aproape la fel de multa energie ca un obiect negru mat. Valoarea temperaturii medie de radiatie determina marimea schimbului radiant de caldura al omului cu mediul ambiant. Se poate calcula ca media ponderata a temperaturilor peretilor, ferestrelor, plafonului, pardoselii si a corpurilor de incalzire din incinta cu formula (manual de ventilare):

, [^oC], (1.1)

unde T_i - temperatura fiecarei suprafete luate in considerare in ^oC, i=1..n, S_n - suprafata luata in considerare in m², n - numarul de suprafete radiante. Temperatura medie a peretilor incintei trebuie sa fie apropiata de temperatura aerului interior. Temperatura medie de radiatie este in mod indirect influentata de tipul de sistem de incalzire utilizat. Aceasta inseamna, ca pentru o anume incinta, echipata cu sisteme de incalzire diferite, temperatura rezultanta va fi diferita.

Viteza aerului interior w. Este un factor foarte important pentru organismul uman, deoarece aerul stagnant intr-o incinta creeaza o senzatie inabusitoare. Activitatea fizica poate creste deplasarea aerului, astfel incat viteza aerului poate fi corectata pentru a tine cont de nivelul confortului termic personal prin activitate fizica. Sensibilitatea la viteza aerului interior este foarte diferita la oameni si dependenta de starea sanatatii, sex, varsta, imbracaminte, anotimp;

Umiditatea relativa a aerului interior φ_i se defineste ca raportul dintre presiunea partiala a vaporilor de apa si presiunea de saturatie la o anumita temperatura si presiune. φ_i influenteaza schimbul de caldura al unei persoane cu mediul inconjurator prin evaporarea transpiratiei la suprafata pielii. La temperaturi ale aerului interior mici, cedarea de caldura prin evaporare este mai scazuta, deci umiditatea relativa a aerului interior are o influenta mai mica. La temperaturi ale aerului mai mari si la activitati fizice intense, cresterea umiditatii relative are o influenta mare asupra schimbului de caldura intre om si mediul ambiant. Umiditati relative ale aerului interior mai mari de 70%, la temperaturi coborate ale aerului exterior, favorizeaza aparitia condensatului pe suprafata interioara a peretilor exteriori, in lipsa unei izolari termice corespunzatoare.

Productia de caldura a corpului uman, caldura metabolica, caldura cedata, termoreglarea reprezinta factorii de baza care influenteaza echilibrul termic al corpului uman. Caldura produsa de corp depinde de nivelul activitatii depuse si este influentata de varsta, sex, etc. Caldura cedata de corp depinde de imbracaminte si de ceilalti factori termici.

Imbracamintea are o influenta deosebita asupra senzatiei de confort. Izolatia termica data de o tinuta vestimentara se caracterizeaza prin rezistentele termice ale elementelor imbracamintei, care variaza in limite foarte largi. In tabelul 1.1 sunt prezentate rezistentele termice pentru diferite combinatii de haine (ASHRAE).

Tabel 1.1. Valori ale rezistentei termice pentru haine R_h

Obs Clo este reprezentarea numerica a rezistentei termice a ansamblului de haine 1 clo = 0,155 m²K/W=0,18 m²h^oC/kcal.

1 clo reprezinta o persoana in repaus care se simte confortabil la 21C (50% umiditate relativa a aerului, viteza aerului fiind de 0,01 m/s). Exemplu de calcul a rezistentei termice a ansamblului de haine: camasa cu maneca scurta 0,19 clo + lenjerie 0,04 clo + pantaloni scurti 0,11 clo + sosete 0,02 clo + incaltaminte usoara 0,02 clo = 0,38 clo.

Primii patru factori sunt factori de mediu, ultimii doi factori sunt parametrii legati de capacitatea de acomodare a corpului uman in vederea mentinerii echilibrului termic. Omul nu resimte fiecare factor in parte, ci doar actiunea compusa a tuturor factorilor. Sistemul senzorial al omului nu permite estimarea valorii temperaturii, ci doar constatarea existentei senzatiei de frig sau de cald (S.Dumitrescu).

In normative sunt prezentate influente combinate ale factorilor de confort termic. Influenta temperaturii aerului si a temperaturii medie de radiatie este prezentata in figura 1.2 a. Perechile de valori T_i si T_mr din zona hasurata corespund conditiilor de confort termic. In figura 1.2 b. este prezentata influenta combinata a vitezei aerului interior si a temperaturii aerului interior, iar in figura 1.2 c. cea a temperaturii aerului interior impreuna cu cea a umiditatii relative (Sajin).

Figura 1.2. Influenta factorilor de confort asupra mediului ambiant : a. T_i si T_mr, b. T_i si w, c. T_i si φ_i

In diagrama i x din figura 1.3 se arata ca, la valori ale entalpiei aerului i > kJ/kg, activitatea de durata a omului nu se mai poate desfasura (Sajin).

Figura 1.3. Delimitarea in diagrama i-x pentru aer umed a zonei de confort

Valorile parametrilor de confort pentru cladiri, conform SR 1907-2, sunt date in tabelul 1.2(Indrumar de efic):

Tabel 1.2. Parametrii de confort pentru cladiri

1.3. Schimbul de caldura intre corpul uman si mediul ambiant

Pentru a evidentia schimbul de caldura realizat intre corpul uman si mediu, in vederea realizarii confortului termic, se poate scrie ecuatia de bilant termic:

Q_i=Q_s [W], (1.2)

unde Q_i -caldura generata de corpul uman (energia interna) si Q_s - cantitatea totala de caldura schimbata de om cu mediul ambiant.

Senzatia de frig apare atunci cand Q_i< Q_s, iar senzatia de cald apare atunci cand Q_i> Q_s. Pentru remedierea acestor senzatii, apare raspunsul uman prin activarea mecanismului termoregulator, fie in primul caz, prin generarea de mai multa caldura de catre organism - intensificarea activitatii musculare, tremurat sau in al doilea caz, prin marirea caldurii evacuate in mediu - transpiratie si respiratie.

Cantitatea totala de caldura schimbata de om cu mediul ambiant se defineste:

Q_s= Q_cv+ Q_r+Q_c+Q_ev+Q_res [W],    (1.3)

unde: Q_cv- caldura schimbata prin convectie cu mediul ambiant, Q_r - caldura schimbata prin radiatie cu elementele de constructie care marginesc incaperea, Q_c - caldura de contact cu podeaua sau cu mobilierul, Q_ev - caldura schimbata prin evaporare, Q_res - caldura transmisa prin respirare. Valorile caldurilor schimbate prin convectie si radiatie pot fi pozitive sau negative, dupa cum sunt temperaturile elementelor din incapere in raport cu temperatura corpului uman.

Caldura sensibila schimbata de om prin convectie cu aerul din mediul inconjurator se poate determina cu relatia:

, [W] (1.4)

unde: α_cv- coeficientul de schimb de caldura prin convectie de la suprafata imbracamintei la mediul ambiant in W/m^2oC, S- suprafata imbracamintei in m², T_o - temperatura la suprafata exterioara a imbracamintei in ^oC, T_i - temperatura aerului din incapere in ^oC.

Caldura sensibila schimbata de om prin radiatie cu elementele de constructie se poate exprima cu urmatoarea relatie:

[W] (1.5)

unde: α_r- coeficientul de schimb de caldura prin radiatie de la suprafata imbracamintei la suprafetele delimitatoare in W/m^2oC, T_mr - temperatura medie a suprafetelor de radiatie in ^oC.

Coeficientul de schimb de caldura prin radiatie este dat de relatia:

(1.6)

unde: T_o,a si T_mr,a - temperaturile absolute exprimate in K, C - coeficientul de radiatie al celor doua suprafete, ε - coeficientul de absorbtie a radiatiilor calorice de catre stratul de aer dintre om si elementele de constructie radiante.

Valorile coeficientilor de schimb de caldura prin radiatie si prin convectie sunt aproximativ egale, acest lucru rezultand din faptul ca temperatura aerului interior si a peretilor sunt apropiate ca valoare. Acest lucru implica egalitatea dintre cantitatea de caldura schimbata prin convectie si cea schimbata prin radiatie, in cazul in care organismul uman se afla in repaus. Daca organismul uman nu se afla in repaus, atunci coeficientul de schimb de caldura prin convectie creste, in acelasi timp coeficientul de schimb de caldura prin radiatie ramane constant.

Se poate evalua efectul global al radiatiei si al convectiei si se determina cantitatea totala de caldura sensibila schimbata de organismul uman prin radiatie si convectie:

, [W] (1.7)

unde: [W/m^2oC] (1.8)

[^oC] (1.9)

- coeficientul global de transfer termic prin convectie si radiatie, T_sz - temperatura medie resimtita, care mai poarta denumirea de temperatura senzoriala.

Temperatura senzoriala sau temperatura medie resimtita este o temperatura ipotetica a aerului interior dintr-o incapere in care schimbul de caldura dintre om si mediul inconjurator se face doar prin convectie. (S. Dumitrescu) Plaja de confort a temperaturilor resimtite este intre 20 si 24C, in functie de activitatea depusa in acea camera. Cu cat efortul depus de ocupanti este mai mare, cu atat va scadea valoarea temperaturii de confort (pentru starea de repaus temperatura de confort este in jurul valorii de 22-23C, pentru starea de activitate usoara, munca de birou, valoarea acesteia este de aproximativ 21C, pentru munca fizica grea temperatura de confort este de cca 17-18C, iar in cazurile de munca fizica grea valoarea poate fi chiar de 10C).

Cantitatea de caldura schimbata de om prin convectie si radiatie este aceeasi cu cea transmisa prin conductie de la nivelul pielii la suprafata exterioara a imbracamintei omului considerat: (Modele de eval _Sarbu)

, [W] (1.10)

unde; T_p - temperatura pielii corpului uman in ^oC, I_cl - rezistenta termica a hainelor in clo (vezi tabelul 1.3).

Caldura sensibila de contact cu podeaua sau mobilierul se determina cu relatia:

, [W] (1.11)

unde: λ -coeficientul de conductivitate mediu al incaltamintei in W/m^2oC, (λ= 10,25 W/m^2oC), S_t - suprafata talpilor in m², T_t - temperatura talpilor in ^oC, T_pd - temperatura podelei in ^oC. In general, aceasta cantitate de caldura are o valoare foarte mica, care poate fi neglijata.

Cantitatea de caldura latenta schimbata de om prin evaporarea umiditatii depinde de diferenta dintre presiunea partiala a vaporilor de apa la nivelul pielii si cea a aerului din mediul ambiant.

, [W] (1.12)

in care: c - coeficientul de evaporare, de viteza aerului interior, r - caldura latenta de vaporizare a apei la temperatura medie a suprafetei corpului uman in J/kg, p_s - presiunea partiala a vaporilor de apa la nivelul pielii, p - presiunea partiala a vaporilor de apa din aerul interior, p_B - presiunea barometrica, p_Bo - presiunea barometrica normala , p_Bo= 760 mmHg=1,013 bar.

Caldura transmisa prin respiratie are doua componente: caldura sensibila pierduta prin respiratie Q_cres si caldura latenta continuta in vaporii expirati Q_vap.

Q_res=Q_cres+Q_vap , [W]    (1.13)

Unde: , (1.14)

- debitul de aer expirat in J/kg, c_i - caldura specifica la presiune constanta a aerului interior in J/kg^oC, T_ex - temperatura aerului expirat in ^oC, i_i - entalpia aerului expirat in J/kg, x_ex - umiditatea absoluta a aerului expirat, x_o - umiditatea absoluta a aerului interior, F_c - portiunea din suprafata corpului uman aflata in contact cu mediul.

Ca o concluzie legata de modalitatile de transfer de caldura intre om si mediul ambiant dintr-o incinta, se poate spune ca transferul de caldura intre om si mediul inconjurator se realizeaza prin:

. Conventie si conductie (42.44%),

. Radiatie (32.35%),

. Evaporare (21..26%).

Caldura generata de corpul uman (energia interna) este in functie de gradul activitatii musculare, de conditiile date de mediul inconjurator precum si de marimea corpului. Temperatura corpului este mentinuta constanta la ^oC, de un sistem de reglare complex, condus de un centru termoregulator situat in hipotalamus. Pentru a usura transferul termic si a resimti senzatia de confort, cu cat activitatea musculara este mai intensa, cu atat temperatura aerului interior trebuie sa fie mai scazuta . Energia interna produsa pe unitatea de suprafata poate sa varieze de la 45W/m² pentru un om odihnit pana la 500 W/m² pentru un om alergand. Energia interna se determina ca diferenta intre caldura metabolica si energia consumata in unitatea de timp pentru efectuarea diferitelor activitati mecanice (mers, miscare, munca, etc.).

, [W] (1.15)

unde: M - caldura metabolica, iar Q_L - energia consumata in unitatea de timp pentru efectuarea unui lucru mecanic de catre om . Randamentul mecanic al corpului uman se defineste cu relatia:

. (1.16)

Ca ordin de marime, Q_L este mult mai mica decat M, de aceea se poate considera egala cu 0 pentru majoritatea activitatilor.

In tabelul 1.3 sunt prezentate cateva valori ale vitezei metabolismului organismului uman (metabolism energetic, conform GT-039-02), caracteristice diverselor activitati ale omului (ASHRAE). Viteza metabolismului este definita ca raportul dintre caldura metabolica si suprafata totala a corpului uman. Valorile medii pentru adulti ale suprafetei totale a corpului uman sunt cuprinse intre 1,6 si 2 m².

Tabel 1.3 Valori ale vitezei metabolismului pentru diverse activitati fizice

Obs -*Met este unitate de masura derivata pentru caldura specifica metabolica, 1 met = 58,2 W/m²

Se poate determina si temperatura la suprafata imbracamintei in functie de viteza metabolismului M/S exprimata in kcal/hm² si de rezistenta termica a imbracamintei si anume:

(1.17)

unde f_i - factorul imbracamintei care indica cresterea relativa de caldura a corpului in raport cu corpul neimbracat.

1.4. Indici de confort termic

Evaluarea nivelului de confort printr-un indicator global este foarte dificil de realizat, deoarece trebuie sa fie cuantificate influentele tuturor parametrilor de confort. La ora actuala, aprecierea confortului se face prin masurarea fiecarui parametru sau prin intermediul indicilor de confort. Indicii de confort sunt marimi complexe care tin seama de influenta combinata a unora dintre parametrii de mediu enuntati la subcapitolul anterior.

Realizarea confortului termic impune ca temperatura senzoriala sa ia o anumita valoare denumita temperatura de confort sau temperatura operativa (operative temperature) T_c. Temperatura operativa se defineste, conform GT-039-02, ca fiind temperatura uniforma a unei incinte radiante negre, in care un ocupant schimba aceeasi cantitate de caldura prin radiatie si prin convectie ca intr-o ambianta neuniforma. In (S Dumitrescu) sunt date relatii din literatura de specialitate care permit determinarea temperaturii de confort in functie de factorii de confort termic:

,[^oC](1.18)

Se poate neglija efectul umiditatii relative (in cazul incaperilor de locuit) si atunci T_c se determina cu relatia 1.18, stabilita de Bedford:

,[^oC] (1.19)

Conform SR EN ISO 7730 se poate utiliza o formula simplificata pentru calculul temperaturii operative:

,[^oC] (1.20)

unde A - coeficient in functie de viteza curentilor de aer interior (tabelul 1.4).

Tabelul 1.4. Valoarea coeficientului A in functie de viteza aerului interior

Temperatura operativa sau temperatura de confort reprezinta efectul complex al temperaturii aerului interior si al temperaturii suprafetelor inconjuratoare. In figura 1.4 este prezentata o diagrama in care sunt aratate limitele de confort termic pentru temperatura operativa, in functie de intensitatea activitatii depuse si de imbracaminte. (Sotir Dumitrescu) Diagrama este valabila pentru umiditati ale aerului de aproximativ 50% , pentru viteze ale aerului foarte mici.

Figura 1.4. Limite de confort pentru temperatura operativa

Se defineste temperatura efectiva ET(conform ASHRAE) ca si temperatura distribuita uniform pe suprafata unei anvelope imaginare la o valoare a umiditatii relative de 50%, la care o persoana ar schimba aceeasi cantitate de caldura ca cea din mediul considerat.     Se stabilesc zonele de confort termic ca fiind acele zone care asigura un mediu termic acceptabil (de care sunt multumiti cel putin 80% dintre persoanele aflate in interior) pentru ocupanti imbracati adecvati anotimpului si efectuand o activitate fizica foarte usoara (aproximativ sedentara).

22,8 ^oC < ET < 26,1 ^oC vara

20 ^oC < ET<23,9 ^oC iarna

In literatura de specialitate se defineste si indicele de confort termic B, care se determina cu urmatoarea relatie;

(1.19)

unde. C = -9,2 (iarna) si C = -10,6 (vara), iar x_i - continutul de umiditate al aerului interior in g/kg aer uscat.

Pentru valori ale umiditatii relative φ_i =45% si ale vitezei aerului w=0,2 m/s indicele de confort termic B se poate determina din diagrama din figura 1.5.

Figura 1.5. Variatia indicelui de confort termic B, in functie de temperatura aerului interior T_i si temperatura medie de radiatie T_mr, pentru umiditatea relativa φ_i =45% si viteza aerului interior w=0,2 m/s

Pentru alte valori ale vitezei aerului interior si ale umiditatii relative, se determina o temperatura corectata T_mrc cu urmatoarea relatie:

, [^oC] (1.21)

unde - coeficient de corectie in functie de umiditatea relativa reala, - coeficient de corectie in functie de viteza reala a aerului. Cei doi coeficienti se citesc din diagramele indicate in figura 1.6(Incalzirea cladirilor ind).

Figura 1.6.Variatia factorilor de corectie a temperaturii medii radiante functie de temperatura aerului interior : a. -, b. -

Fanger (Fanger, 1970) stabileste o relatie generala de determinare a legaturii dintre factorii de confort, cunoscuta sub numele de ecuatia lui Fanger, de forma:

f(M/S, I_cl, w, T_mr, T_i, p)=0, (1.22)

unde: M/S - viteza metabolismului in kcal/h*m², I_cl - indicele hainelor in m²*^oC/W, w- viteza aerului interior in m/s, T_i - temperatura aerului interior in ^oC, T_mr - temperatura medie de radiatie in ^oC, p- presiunea vaporilor de apa in mediul ambiant in Pa.

Ecuatia lui Fanger poate fi prelucrata pentru a obtine harti de confort termic, ca cea din figura 1.7:

Figura 1.7. Harta de confort termic Fanger

Standardele SR EN ISO 7730:2006 , CR 1752 si ASHRAE 55-92 cuantifica confortul termic si prin indicii:

PMV - Predicted Mean Vote,

PPD - Predicted Percent of Dissatisfaction.

PMV - vot mediu previzibil - un indice care reprezinta optiunea medie previzibila a unui grup numeros de persoane, asupra senzatiei termice produse de un anumit mediu. Se calculeaza din bilantul termic al corpului uman. In vederea evaluarii senzatiei de confort termic se utilizeaza scara subiectiva de confort (conform ASHRAE) cu sapte nivele, bazata pe modelul Fanger, care exprima o clasificare in functie de valorile pe care le ia indicele global de confort termic PMV:

Ø      + 3 (foarte cald);

Ø      + 2 (cald);

Ø      + 1 (caldut);

Ø      0 (neutru);

Ø      - 1 (racoros);

Ø      - 2 (rece);

Ø      - 3 (foarte rece).

PPD -procent previzibil de nemultumiti - reprezinta, procentual, o valoare admisa de indivizi nemultumiti de o stare a parametrilor de confort interior.

Matematic, Fanger a definit PMV astfel:

(1.23)

unde M/S - viteza metabolismului in W/m², L - sarcina termica a corpului uman definita ca diferenta dintre productia interna de caldura si pierderea de caldura in mediul ambient real pentru o persoana aflata ipotetic in confort termic si cu un anume nivel de activitate fizica aflata intr-un anumit punct al incaperii in W/m².

Pastrand aceleasi unitati de masura ca in cazul ecuatiei lui Fanger (1.19), se obtine pentru determinarea indicelui PMV urmatoarea relatie (conform GT-039-02):

unde f_i - factorul imbracamintei care este raportul dintre suprafata corpului imbracat si suprafata corpului dezbracat: f_i= 1 pentru sort, f_i= 1,1 pentru imbracaminte usoara de vara, f_i= ,15 pentru costum, f_i= 1,3 pentru imbracaminte de iarna, p - presiunea partiala a vaporilor de apa , in Pa, M - viteza metabolismului in W/m².

Indicele PPD este dat de relatia:

In aceasta expresie se observa ca in cazul in care in care PMV=0 (situatie de confort termic total) exista un minim procent de persoane nesatisfacute de 5%. Pentru procentajul maxim de 10% (PPD<10%) de nesatisfacere, PMV are valori de +0,5 si -0,5 (conform ISO 7730), deci -0,5 <PMV<+0,5.

Relatia dintre PMVsi PPD se poate vizualiza si pe diagrama din figura 1.8:

Figura 1.8 PPD in functie de PMV

Indicele LPPD - lowest possible percentage dissatisfied index - este o masura cantitativa a confortului termic al unei incaperi vazuta ca un intreg pentru un grup de persoane intr-un mediu termic neuniform. Se utilizeaza in general pentru incaperi mari, fiind mult mai util in acest caz. Se recomanda ca LPPD<6%.

Indicele DR - draught rating - , conform ASHRAE Standard 55 si ISO EN 7730, cuantifica disconfortul produs de curentii de aer prin urmatoarea relatie:

(1.26)

unde T_w - intensitatea locala a curentilor de aer - valoarea procentuala a raportului dintre abaterea standard a vitezei aerului interior si valoarea medie a acesteia, in %.

1.5. Confortul termic local

Atunci cand, de exemplu, o parte a corpului este rece si o parte este calda, chiar daca ecuatia de confort termic este satisfacuta, exista totusi un disconfort local. Acesta apare fie datorita unui camp de radiatie asimetric, contactului cu o pardoseala calda sau rece, datorita unui gradient de temperatura vertical sau senzatiei de curent (racire convectiva a corpului).

1.5.1. Radiatia termica asimetrica

Aceasta apare datorita ferestrelor reci, plafoanelor incalzite, corpurilor de incalzire cu infrarosii, echipamentelor fierbinti, etc., dupa cum se observa in figura 1.9. Asimetria radiatiei poate fi descrisa de un parametru denumit temperatura asimetrica de radiatie, definita ca diferenta dintre temperaturile radiante a doi pereti plani opusi unui element mic plan.

Ta = Trad,1 − Trad,2, [^oC]    (1.27)

unde Trad,1 si Trad,2 - temperaturile radiante a doua semispatii - temperaturi plane radiante. Diferenta intre temperatura plana radianta si temperatura medie radianta este ca temperatura plana radianta descrie efectul temperaturii intr-o singura directie, spre deosebire de temperatura medie radianta care descrie efectul temperaturii in toate directiile.

Figura 1.9. Pierderile/castigurile de caldura ale unei incaperi pe timp de vara

Temperatura radianta plana se determina cu relatia:

, [^oC]    (1.28)

unde T_j - temperatura suprafetei j in K, φ_i,j - factor de forma al suprafetei i pe suprafata j.

Valorile recomandate pentru radiatiile termice asimetrice, in timpul activitatilor usoare, conform cu ISO 7730, sunt urmatoarele:

Temperatura radiatiilor asimetrice cauzata de structurile verticale < 10 ºC,

Temperatura radiatiilor asimetrice ale tavanelor calde <5ºC.

1.5.2. Gradient vertical de temperatura al aerului

In mod normal, temperatura aerului intr-o incapere nu este constanta, ci creste pe verticala sau variaza orizontal. Gradientul de temperatura vertical se in cazul unei incinte se defineste ca scaderea pe care o sufera temperatura aerului in ^oC pentru o diferenta de nivel de la 1,1 m la 0,1 m deasupra pardoselii (nivelul capului si nivelul gleznelor). Acesta poate reprezenta o sursa de disconfort atata timp cat depaseste anumite valori.

In perioada de iarna, atunci cand se utilizeaza aparate de incalzire, datorita fenomenului de convectie naturala care apare, repartitia aerului din interiorul unei incinte pe verticala nu este uniforma, conform figurii 1.10 (S.Dumitrescu).

Figura 1.10. Variatia temperaturii pe verticala pentru: a. incalzire cu aer cald, b. incalzire cu sobe de teracota, c. incalzire centrala, d. incalzirea prin plafon, e. incalzirea prin pardoseala

Recomandarea pentru gradientul termic vertical data de ISO 7730 este ca valoarea maxima a acestuia sa fie de 3^oC la o inaltime deasupra solului intre 0,1 si 1,1 m pentru o persoana asezata, iar ASHRAE recomanda o aceeasi valoare a gradientului, la o inaltime intre 0,1 si 1,7 m, pentru o persoana in picioare (Instalatii de ventilare).

1.5.3. Pardoseala calda sau rece

Materialul din care este facuta pardoseala nu are o influenta deosebita asupra piciorului incaltat, insa influenteaza atunci cand o persoana este descaltata. Temperatura optima a pardoselii este de 25^oC pentru persoane asezate si 23^oC pentru persoane in miscare. ISO 7730 recomanda o temperatura a pardoselii intre 19 si 26 ^oC si ASHRAE intre 18 si 29 ^oC.

1.5.4. Viteza locala a curentilor de aer

Curentii de aer sunt motivele cele mai des intalnite ale unei situatii de disconfort in interiorul unei incinte. In ISO 7730 este prezentata o diagrama (figura 1.11) in care este prezentata legatura dintre viteza medie, temperatura aerului interior, activitatea fizica desfasurata si indicele imbracamintei (Instalatii de ventilare).

Figura 1.11. Viteza medie a aerului in functie de temperatura aerului interior, activitatea fizica desfasurata, rezistenta termica a imbracamintei

1.6. Confortul vizual si fonic

1.6.1  Confortul vizual

Iluminatul dintr-o incapere trebuie sa asigure confortul vizual al persoanelor prin inducerea unor senzatii pozitive in timpul activitatii acestora. Pentru realizarea unui sistem de iluminat care sa ofere in incapere un mediu luminos confortabil este necesar sa se acorde atentie urmatorilor factori pentru alegerea sursei de lumina si anume parametrilor luminotehnici ai acesteia:

culoarea aparenta;

temperatura de culoare;

redarea culorii caracterizata prin indicele de redare a culorilor, Ra;

durata de functionare;

durata de punere in functiune;

geometrie si dimensiuni ale corpurilor de iluminat.

Nivelul de iluminat trebuie sa fie in concordanta cu specificul activitatii desfasurate in incapere; el trebuie sa fie asigurat pe suprafata de referinta - planul util - care poate fi orizontala (masa, birouri), verticala (raft, oglinda) sau inclinata (pupitru, planseta). In functie de specificul incaperilor, se recomanda realizarea nivelurilor de iluminare prezentate in tabelul 1.5 (indrumar cladiri), unde, pentru comparatie, sunt incluse si nivelurile de lumina realizate natural. Valorile corespund standardului DIN 5035.

Tabelul 1.5.Nivelul de iluminare functie de destinatia incaperii, in comparatie cu lumina naturala

1.6.2  Confortul fonic

Zgomotul este o suprapunere de sunete, avand frecvente si amplitudini variabile, producand o senzatie auditiva considerata jenanta sau dezagreabila. Arunci cand intensitatea sa este importanta, zgomotul are efecte notabile asupra metabolismului si activitatii intelectuale. Nivelul intensitatii unui zgomot se masoara in decibeli, dB. O modificare a nivelului sonor cu 10 dB corespunde aproximativ cu dublarea intensitatii sonore percepute.

Zgomotul resimtit intr-o incapere poate proveni din exterior sau poate fi generat in interiorul incaperii. In Tabelul 1.6 sunt date valorile admisibile ale zgomotelor exterioare.

Tabelul 1.6.Nivelul de zgomot exterior admisibil

1.7. Consideratii despre sanatate si siguranta

Diverse studii au aratat ca aerul din interiorul cladirilor poate fi chiar mai poluat decat aerul exterior. Cativa factori obisnuiti ai poluarii aerului din interior sunt urmatorii:

• Spori de mucegai;
• Ciuperci;
• Polen;
• Acarieni;
• Resturi de animale ;
  (par, piele, pene.)
• Produse de curatat;
• Vapori de vopsea;
• Fum de tigara;
• Aburi de la incalzire sau gatire (ulei, gaz, combustibil solid).

Efectele adverse ale poluarii aerului din interior asupra sanatatii sunt:

• Durere de cap,
• Congestie nazala,
• Ochi iritati,
• Boli asemanatoare gripei ("sindromul cladirii bolnave"),
• Stranut,
• Cai respiratorii inflamate,
• Dificultati respiratorii.

O alta clasificare ,in functie de tipul surselor de poluare, prezinta 5 tipuri de poluare a aerului din interiorul incaperilor:

1. arderea combustibilului in incaperi pentru incalzire si prepararea hranei. Problemele care pot apare includ dureri de cap, ameteala, somnolenta, ochi aposi, respiratie greoaie sau chiar moarte. Substantele poluante asociate cu procesele de ardere sunt gaze si particule de praf si/sau funingine. Tipurile de poluanti si cantitatea in care sunt produsi depind de tipul instalatiei, cat de bine este ea montata, operata si intretinuta, de tipul combustibilului ars, precum si de gradul de ventilare a spatiului interior. Poluantii cei mai comuni produsi in instalatiile de ardere din cladiri sunt:

o       Monoxidul de carbon,

o       Dioxid de carbon,

o       Dioxidul de azot,

o       Dioxidul de sulf,

o       Particule cu sau fara produsi chimici atasati,

o       Hidrocarburi nearse,

o       Aldehide.

Procesul de ardere este insotit intotdeauna de producerea de vapori de apa. Acestia nu sunt considerati in general un poluant dar pot actiona ca unul prin efectele lor secundare; de exemplu, umiditatea ridicata si suprafetele umede favorizeaza aparitia unor bacterii si a mucegaiului. Pentru reducerea expunerii la poluantii din produsele de ardere, este deosebit de important ca  instalatiile de ardere sa fie bine alese, instalate, utilizate, inspectate si intretinute. O ventilare corespunzatoare a cladirii micsoreaza de asemenea riscul de expunere la astfel de poluanti. In ultima vreme au aparut pe piata dispozitive detectoare de monoxid de carbon; este obligatorie utilizarea lor acolo unde gradul de ventilare este redus.

2. materialele de constructie, mobila. Casele mai vechi pot contine izolatii care sunt partial sau total realizate din asbest, de obicei de culoare alb sau alb-gri, sub forma de pudra sau semi-poros. Asbestul, folosit ca material de constructie din cauza proprietatilor lui de rezistenta termica, poate elimina fibre de asbest in aer interior daca materialul nu este bine izolat. Inhalarea de fibre de asbest poate cauza cancer pulmonar si azbestoza (cicatrizarea tesutului pulmonar). Chiar si materialele naturale de tipul rumegusului sau prafului de tencuiala pot fi daunatoare. Deseori pericolul nu provine din materialul primar ci din lianti, solventi, stabilizatori sau alti aditivi. Mobilierul poate la randul sau reprezenta o sursa de poluare prin substantele volatile eliberate de lacuri si vopsele.

3. gazele toxice eliminate de sol pe care este situata cladirea. Radonul este un gaz incolor, inodor si radioactiv care poate patrunde in casa prin crapaturile din peretii sau podelele de beton si prin tevile de drenaj din podele. Cea mai comuna sursa de radon e uraniul care exista in mod normal in unele terenuri pe care au fost construite case. Problemele apar cand concentratiile de radon cresc in interiorul caselor sau a cladirilor.

4. produsele de gospodarie. Substantele utilizate la curatenie sunt de cele mai multe ori dizolvanti cu continut ridicat de substante volatile (alcooli, esente parfumate etc.). 

5. fumul de tigara. Fumul de tigara cauzeaza mai mult de 87% din cancerele de plamani, dupa parerea specialistilor. Fumatul activ sau pasiv (inhalarea fumului) creste riscul de atac de cord si de accident vascular cerebral. Fumatul cauzeaza intre 15000 si 300000 de infectii ale tractului respirator inferior in fiecare an la copii mai mici de 18 luni, ducand la 7500 pana la 15000 spitalizari. Fumul de tigara poate determina aparitia astmului la copii.

Conform (Sajin) concentratia maxima admisa de dioxid de carbon intr-o incinta este data in tabelul 1.7:

Tabelul 1.7. Concentratia maxima admisa de CO₂ in aerul unei incaperi

In tabelul 1.8 sunt prezentate surse, concentratii admise si raportul "interior/exterior" pentru principalii poluanti interiori cladirilor.

Tabelul 1.8.Surse, concentratii admise si raportul "interior/exterior"

1.8.Masurarea confortului termic

Amplasarea senzorilor de masurare a parametrilor de confort ai unei ambiante se face, de regula, in centrul incaperii, la diverse inaltimi, conform, GT-039-02 ( tabelul 1.9).

Tabelul 1.9. Inaltimi recomandate pentru masurarea confortului termic

Temperatura aerului interior se masoara cu senzori de temperatura de tipul:

o       termometru cu dilatare de lichid (figura 1.12)sau cu dilatare de solid;

o       termometru cu rezistenta electrica;

Figura 1.12. Termometru cu mercur

La masurarea temperaturii aerului senzorul trebuie sa fie protejat impotriva influentei radiatiei termice provenite din vecinatati. Tipurile de protectie utilizate:

acoperirea senzorului cu vopsea reflectorizanta;

lustruirea senzorului, in cazul celor metalici;

interpunerea unor ecrane reflectante intre pereti si senzorul de temperatura.

Datorita inertiei termice a senzorilor de temperatura, se recomanda ca masurarea sa se efectueze intr-un interval de timp de cel putin 1,5 ori timpul de raspuns al acestora.

Termometrele de contact sau pirometrele masoara temperatura superficiala a unui corp care are o valoare diferita fata de temperatura ambientului cu care comunica suprafata respectiva. Valoarea sa depinde de coeficientul de transfer termic al corpului, de temperatura exterioara si cea interioara. Media ponderata a valorilor temperaturilor superficiale pe suprafetele limitrofe incintei ofera valoarea temperaturii medii radiante.

Temperatura medie radianta (T_mr) poate fi masurata cu un termometru Vernon - Jokl (figura 1.13) (Instalatii incalzire leonardo cluj). Acesta consta dintr-o sfera cu diametrul de 152 mm, acoperita cu un strat de vopsea neagra si avand in centru un termometru cu mercur, termorezistenta sau un termocuplu sferic. Temperatura globului la echilibru este data de bilantul intre cantitatea de caldura castigata sau pierduta prin radiatie sau convectie(Brujan).

Figura 1.13. Termometru cu glob Vernon - Jokl. 1 - corpul termometrului, 2 - extensia termometrului, 3 - invelis din poliuretan, 4 -element de fixare

Umiditatea relativa (φ_i) reprezinta raportul dintre umiditatea aerului nesaturat si umiditatea de saturatie la temperatura respectiva si se exprima in procente. Valoarea acesteia se masoara cu higrometre. Higrometrele cu clorura de litiu sunt instrumente care indica in mod direct presiunea partiala a vaporilor de apa.

Viteza curentilor de aer (w) trebuie sa fie de 0,1 - 0,2 m/s, nu mai mari de 0,5 m/s. Pentru valori sub 0.1 m/s se va crea senzatia de  atmosfera statica . Valorile acestei marimi se pot determina cu ajutorul anemometrelor. Anemometrele care pot masura viteze atat de mici sunt cele cu fir cald si nu cu elice.

Camerele in infrarosu pot fi utilizate intr-o analiza calitativa, de vizualizare a gradientilor termici). Acestea identifica rapid, eficient si cu mare succes toate puntile termice ale anvelopei cladirii. Cu ajutorul lor se poate determina daca montajul tamplariei a fost facut corespunzator sau nu, daca exista zone neizolate termic intre tamplarie si perete sau zone neetanse intre partile fixe si cele mobile ale acesteia, etc. Tot cu ajutorul camerelor IR, utilizand regimul termic nestationar dintre noapte si zi, se pot detecta eventualele infiltratii de apa in pereti, datorita capacitatii calorice masice mult mai mari ale apei fata de elementele de zidarie :c_apa = 4180 J/kg K fata de c_zidarie = 840 J/kg K. De aceea, odata cu variatiile relativ bruste ale temperaturii exterioare, apa isi va modifica mai lent temperatura fata de restul materialelor, devenind vizibila in fotografiile in infrarosu