A sugárzási hőmérséklet aszimmetria és a meleg padló együttes hatása a hőérzetre

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR ÉPÜLETGÉPÉSZETI ÉS GÉPÉSZETI ELJÁRÁSTECHNIKA TANSZÉK Pattantyús - Ábrahám Géza Gépészeti Tudományok Doktori Iskola

A sugárzási hőmérséklet aszimmetria és a meleg padló együttes hatása a hőérzetre

PhD értekezés 2012

Készítette:

Barna Edit okl. gépészmérnök

Témavezető: Prof. Bánhidi László Prof. Emeritus

Nyilatkozat Alulírott Barna Edit kijelentem, hogy ezt a doktori értekezést magam készítettem és abban csak a megadott forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, amelyet szó szerint, vagy azonos tartalomban, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem.

Budapest, 2012. január 12.

.................................................. Barna Edit

Köszönetnyilvánítás Ezúton szeretnék köszönetet mondani mindenekelőtt témavezetőmnek, Prof. Bánhidi Lászlónak, az elmúlt években nyújtott szakmai támogatásáért és segítségéért. Mellette köszönettel tartozom az Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék munkatársainak, hogy segítették munkámat. Láng Péter és Garbai László professzor úrnak a disszertációval és publikációkkal kapcsolatos tanácsaiért, Csoknyai Istvánnak és Alexa Gábornak a mérésekhez és mérőlaborhoz nyújtott ötletekért és segítségért, valamint Goda Róbertnek a mérési eszközökkel és CFD szimulációval kapcsolatos tanácsaiért. Hálás köszönettel tartozom Dr. Láng Eszternek önzetlen segítségéért. Eszenciális információkkal látott el az ember fiziológiai működésével kapcsolatban, támogatott és öteleteket adott a mérési eredmények statisztikai feldolgozásával kapcsolatban, és a kapott eredményeket orvosi szempontból ellenőrizte. Köszönet illeti a Rehau Kft-t és a Duoplan Kft-t, hogy a témában fantáziát látva anyagilag és egyéb erőforrásokkal támogattak, így lehetővé téve az élőalanyos méréseket. Köszönöm az élőalanyos méréseken résztvevő hallgatóknak kitartásukat és válaszaikat. Köszönettel tartozom Fabó Lászlónak, aki segített a termikus műember végtagjainak "újraélsztésében" és Dr. Frohner Ilonának, aki hasznos tanácsokkal látott el mérési munkám elején. Nagyon hálás köszönettel tartozom szeretett kollégámnak, Édesapámnak, Dr. Barna Lajosnak, hogy végig támogatott és mellettem állt. Csakúgy, mint Családom többi tagja és Férjem is, akiknek a segítsége és biztatása nélkül a dolgozatot nem tudtam volna elkészíteni.

Tartalomjegyzék 1 Bevezetés ................................................................................................................. 2 2 Szakirodalmi összefoglaló ...................................................................................... 5 2.1 A hőérzeti komfort alapfogalmai ........................................................................................... 5 2.2 A sugárzási hőmérséklet aszimmetria fogalma, meghatározása, szabványokban való megjelenése ................................................................................................................................... 8 2.2.1

A sugárzási hőmérséklet aszimmetria definíciója ............................................................................ 8

2.2.2

A sugárzási hőmérséklet aszimmetria számítása .............................................................................. 9

2.2.3

A sugárzási hőmérséklet aszimmetria meghatározása más módszerek és ismeretek alapján .. 11

2.2.4

A sugárzási aszimmetriával kapcsolatos múltbéli kutatások eredményeinek összefoglalója ... 13

2.2.5

A közepes sugárzási hőmérséklet szögtényezőinek meghatározásával kapcsolatos kutatási

eredmények összefoglalója ............................................................................................................................. 16 2.3 Meleg és hideg padlók okozta helyi diszkomfort................................................................ 18 2.3.1

A meleg és hideg padlók okozta helyi diszkomfort fogalma és meghatározása........................ 18

2.3.2

A meleg és hideg padló okozta diszkomforttal kapcsolatos kutatások eredményeinek

összefoglalója .................................................................................................................................................... 19 2.4 Élőalanyos laboratóriumi mérések a hőérzeti komfort kutatásban .................................... 21 2.5 Termikus műemberek alkalmazása a hőérzeti komfort kutatásában ................................. 23 2.5.1

A magyar termikus műember ........................................................................................................... 23

2.5.2

A termikus műember helye a kutatásban ........................................................................................ 24

2.5.3

A termikus műemberek alkalmazási területei ................................................................................. 24

2.5.4

Műemberrel mért értékek és értelmezésük ..................................................................................... 25

2.6 Számítógépes szimulációs program (CFD –Computational Fluid Dynamics) alkalmazása a hőérzeti méretezésben, diszkomfort tényezők vizsgálatában .................................................. 27 2.6.1

Az épületgépészeti rendszerekkel és emberi hőérzettel foglalkozó kutatások bemutatása ..... 27

2.7 A feldolgozott szakirodalommal kapcsolatos főbb megállapítások, elvégzendő kutatási feladatok ...................................................................................................................................... 29

3 Mérési metodikák ................................................................................................. 31 3.1 A hőérzeti laboratórium általános leírása ............................................................................ 31 3.2 Környezeti paraméterek mérése általánosan ....................................................................... 32 3.3 A műemberes mérésekhez kapcsolódó mérési módszerek ismertetése ............................. 32 3.3.1

A műemberrel végzett mérések peremfeltételei............................................................................. 33

3.3.2

Környezeti paraméterek mérése ....................................................................................................... 33

3.4 Az élőalanyos mérésekhez kapcsolódó mérési módszerek ismertetése.............................. 34 3.4.1

1. élőalanyos mérés ............................................................................................................................ 34

3.4.1.1

Környezeti paraméterek mérése ................................................................................................................ 34

3.4.1.2

A mérési terv ................................................................................................................................................ 35

3.4.1.3

Résztvevő alanyok ....................................................................................................................................... 35

3.4.1.4

Szubjektív értékelés ..................................................................................................................................... 36

3.4.1.5

Objektív fiziológiai mérések ...................................................................................................................... 36

3.4.1.6

A kísérlet menete ......................................................................................................................................... 37

3.4.2

2. élőalanyos mérés ............................................................................................................................ 37

3.4.2.1

Környezeti paraméterek mérése ................................................................................................................ 38

3.4.2.2

A mérési terv ................................................................................................................................................ 38

3.4.2.3

Résztvevő alanyok ....................................................................................................................................... 39

3.4.2.4

Objektív fiziológiai mérések ...................................................................................................................... 39

3.4.2.5

A kísérlet menete ......................................................................................................................................... 39

3.4.3

Adatfeldolgozás és statisztikai analízis az élőalanyos mérések esetében .................................... 39

3.5 A numerikus szimulációhoz (CFD) alkalmazott beállítások és paraméterek .................... 40 3.5.1

A geometriai modell felépítése ......................................................................................................... 40

4 A mérési eredmények............................................................................................ 46 4.1 A termikus műemberrel végzett mérések eredményei ........................................................ 46 4.1.1

Az 1. műemberes mérés eredményei - Próbakísérlet .................................................................... 46

4.1.2

A 2. műemberes mérés eredményei ................................................................................................. 53

4.1.2.1

1. grafikon sorozat ....................................................................................................................................... 54

4.1.2.2

2. grafikon sorozat ....................................................................................................................................... 60

4.1.2.3

3. grafikon sorozat ....................................................................................................................................... 63

4.1.3

A termikus műemberrel végrehajtott kísérletek eredményeinek összefoglalása és értékelése 64

4.2 Az élőalanyos mérések eredményei és értékelésük ............................................................. 65 4.2.1

1. élőalanyos mérés eredményei ....................................................................................................... 65

4.2.1.1

Környezeti paraméterek mérési eredményei ........................................................................................... 65

4.2.1.2

Objektív fiziológiai mérések eredményei ................................................................................................. 67

4.2.1.2.1 A bőrhőmérsékletek vizsgálatának eredménye ........................................................................................... 68 4.2.1.2.2 A szubjektív hőérzeti szavazatok elemzése és eredményei ........................................................................... 72 4.2.1.2.3 Az általános hőérzeti szavazatok elemzése ................................................................................................ 74 4.2.1.2.4 Korreláció vizsgálata a mérési pontok átlagolt hőmérsékletei és általános hőérzeti szavazatok között .......... 77 4.2.1.3 Az 1. élőalanyos mérés eredményeinek összegzése és értékelése ........................................................ 77

4.2.2

2. élőalanyos mérés eredményei ....................................................................................................... 79

4.2.2.1

Környezeti paraméterek mérési eredményei ........................................................................................... 79

4.2.2.2

Objektív fiziológiai mérések eredményei ................................................................................................. 83

4.2.3

4.2.2.2.1 4.2.2.2.2 4.2.2.2.3 4.2.2.2.4 4.2.2.2.5

A bőrhőmérsékletek vizsgálatának eredménye ........................................................................................... 83 Szubjektív hőérzeti szavazatok elemzése és eredményei .............................................................................. 88 Korreláció vizsgálata a mért bőrhőmérsékletek és hőérzeti szavazatok között ............................................. 91 Az általános hőérzeti szavazatok elemzése ................................................................................................ 92 Korreláció vizsgálata a mérési pontok átlagolt hőmérséklete és az általános hőérzeti szavazatok között ...... 94

A 2. élőalanyos mérés eredményeinek összegzése és értékelése .................................................. 94

4.3 A CFD szimuláció eredményei ............................................................................................ 96 4.3.1

A CFD szimulációk és a kapott eredmények értékelése ............................................................. 101

5 A kutatómunka eredményeinek összefoglalása ................................................. 102 5.1 Az eredmények összefoglaló értékelése ............................................................................. 102 5.2 A kezdeti hipotézisek és célkitűzések vizsgálata a mérési eredmények ismeretében ....... 104 5.2.1

Hipotézisek ....................................................................................................................................... 104

5.2.2

Célkitűzések ...................................................................................................................................... 105

5.3 Az eredmények hasznosítása - ajánlás ............................................................................... 105 5.4 További kutatási lehetőségek ............................................................................................. 105

6 Összefoglalás....................................................................................................... 107 7 Summary ............................................................................................................. 108 A tézisek ismertetése................................................................................................ 109 Irodalomjegyzék ....................................................................................................... 111 Saját közlemények.....................................................................................................115 Jelölésjegyzék ............................................................................................................117 Ábrajegyzék ...............................................................................................................118 Táblázatjegyzék ........................................................................................................119 Grafikonjegyzék ....................................................................................................... 120

Barna Edit

1

PhD értekezés

Bevezetés

A napjainkban alkalmazott épületszerkezetek és épületgépészeti rendszerek feladata a komfort, valamint a hatékony munkavégzéshez szükséges környezet biztosítása. A tervezett rendszereknek ezeket a feltételeket kell teljesíteniük úgy, hogy kevesebb energiát használnak és kevesebb szennyezőt juttatnak a környezetbe. Az energia kérdése ezen a területen kulcsfontosságú, mivel Európában a primer energia felhasználás kb. 40%-át teszi ki az épületek üzemeltetésére fordított energia. Emiatt az Európai Unió különösen nagy hangsúlyt fektet az épületek energiafelhasználásának csökkentésére olyan követelmények alkalmazásával, amelyeket a tagállamoknak teljesíteniük kell. Fontos tehát, hogy az energia felhasználás csökkentése ne járjon a megkívánt komfort csökkenésével. Ezért az lenne ideális, ha a tervező már az épület tervezésekor meg tudná becsülni a különböző épületgépészeti megoldások hatását a benntartózkodókra. Ennek a nehéz feladatnak a megoldásához, a komfortos környezet további vizsgálatára és modellezésére van szükség. A jelenlegi ismeretek szerint az ember hőérzetre vonatkozó komfortját, valamint teljesítőképességét a következő tényezők befolyásolják a belső térben: levegőhőmérséklet, közepes sugárzási hőmérséklet térbeli eloszlása, relatív levegősebesség, relatív nedvességtartalom, az aktivitási szint és a ruházat hőszigetelő képessége. A fenti tényezőket vették figyelembe annak a hőérzeti modellnek a kidolgozásakor, amely alkalmas a várható hőérzet, valamint a hőkörnyezettel várhatóan elégedetlenek arányának megbecsülésére. Számos hőérzeti kutatás eredményét összegezve a modell alapjait P. O. Fanger és kutatótársai már az 1970-es években lefektették. Később a hőérzeti modell több európai és amerikai leíró jellegű szabványban is megjelent, így lehetővé téve az egész testre vonatkozó hőérzeti komfort számítására vonatkozó összefüggések széleskörű ismertetését és alkalmazását. Az egész testre vonatkozó hőérzet mellett a kutatók definiálták azokat az ún. helyi diszkomfort tényezőket, amelyek csak bizonyos testrészeken, helyileg fejtik ki negatív hatásukat, de amelyek kihatással lehetnek az egész testre vonatkozó hőérzetre. Ezek a tényezők a következők: – huzat, – függőleges hőmérséklet különbség, – meleg és hideg padlók, – sugárzási hőmérséklet aszimmetria. A helyi diszkomfort tényezők hatását a hőérzetre a múltban külön-külön vizsgálták és számos laboratóriumi mérést követően kidolgozták a hozzájuk tartozó méretezési diagramokat. Ezeket, az egész testre vonatkozó hőérzeti modellhez hasonlóan, később szabványokban is megjelenítették és tervezési követelménnyé alakították. Ki kell azonban emelni, hogy a kutatók a komfortot befolyásoló tényezőket (hőérzet, helyi diszkomfort tényezők, levegőminőség, zaj stb.) legtöbbször csak külön-külön vizsgálták és nem vették figyelembe az egyes tényezők együttes hatását az emberi érzékelésre. A valóságban a tényezők kölcsönhatásban állnak egymással és a belső térben tartózkodó emberrel. Eddig csupán néhány kutatás célozta meg a helyi diszkomfort tényezők együttes- (kölcsön-) hatásának vizsgálatát. Például Berglund és Fobelets (1987) a kis levegősebesség és az aszimmetrikus sugárzás együttes hatását vizsgálták ülő munkát végző emberre, míg Beier és Kuszon (1992) a levegőmozgás és a függőleges hőmérséklet különbség együttes hatását elemezték. Mások azonban nem foglalkoztak ezzel a területtel egészen 2005-ig, amikor a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen több ilyen irányú kutatás is indult PhD témák keretében. A témák megjelenésekor az épületgépészeti szakma számos képviselője, tervezők és forgalmazók egyaránt, nagy érdeklődéssel fordultak a témák felé, és a velük folytatott konzultációk és beszélgetések eredményeként kirajzolódott, milyen irányban érdemes a kutatást végezni, hogy a felmerülő igényekre és kérdésekre választ lehessen adni (Bánhidi és mtársai, 2007). PhD kutatási munkám célkitűzéseit ezekkel az igényekkel összhangban fogalmaztam meg, szem előtt tartva a tudományos megközelítés fontosságát. 2

Barna Edit

PhD értekezés

A dolgozat két helyi diszkomfort tényező együttes hatásának vizsgálatát tartalmazza. A két, egyidejűleg fennálló tényező a meleg padló okozta meleg láb diszkomfort, valamint a hideg felület okozta sugárzási hőmérséklet aszimmetria. A témához tartozó átfogó hipotéziseket a következők szerint fogalmaztam meg:  Irodai környezetben, rossz minőségű ablakok cseréjekor, vagy külső fal szigetelésekor, tehát amikor a felület belső hőmérséklete nő jelentősen javul a benntartózkodók hőérzeti komfortja.  További hipotézis, hogy a hideg felület okozta aszimmetria semlegesíti a meleg láb okozta diszkomfort érzetet, amelyet az egyidejűleg fennálló padlófűtés okoz. Feltételezésem szerint a meleg láb érzet csak abban az esetben alakul ki, ha nincs jelen a sugárzó hideg falfelület. Célkitűzéseimet, a hipotézisek és a szakmai igények alapján, az alábbiakban részletezem: 1. Célul tűztem ki, hogy többféle, rendelkezésre álló, egymást kiegészítő módszer segítségével a lehető legpontosabban megmérjem, megvizsgáljam a két helyi diszkomfort tényező együttes hatását az ember élettani folyamataira (hőháztartás, keringés), valamint szubjektív helyi és egész testre vonatkozó hőérzetére. Fontosnak tartottam az együttes hatás nemek szerinti vizsgálatát is a korábbi tapasztalatok alátámasztására vagy cáfolására (pl. sugárzási hőmérséklet aszimmetria esetében nem tapasztaltak nemek közötti jelentős eltérést a hőérzet tekintetében.) 2. Mivel eddig nem végeztek a két diszkomfort tényezővel ilyen irányú kísérleteket, nem volt ismert, hogy a tényezők együttesen additívan, vagy egymást gyengítve fejtik ki hatásukat. Emiatt az is a céljaim közé tartozott, hogy a diszkomfort tényezők kölcsönhatását megállapítsam és megvizsgáljam, hogy a vizsgált komfort hőmérséklet tartományokhoz képest mennyire általánosítható a mérések tapasztalata. 3. Célul tűztem ki azt is, hogy a két vizsgált tényezőhöz kapcsolódó irodalmak, valamint a mérési eredmények alapján egy ajánlást állítsak össze, amellyel ki lehet egészíteni a felületi fűtésekhez/hűtésekhez kapcsolódó eddigi hőérzeti témájú tapasztalatokat, így segítve a sugárzásos elven működő rendszerek minél komfortosabb és korszerűbb kialakítását. A célkitűzések megvalósítása érdekében végzett kutatásaimat bemutató dolgozatot az alábbiak szerint építettem fel. A dolgozat második fejezetében a szakirodalom részletes áttekintése található, amelyben bemutatom:  az általános hőérzeti komfortot befolyásoló tényezőket, a köztük fennálló összefüggéseket és alkalmazásukat és a helyi diszkomfort tényezők fogalmát,  a sugárzási hőmérséklet aszimmetria fogalmát, meghatározási módját, a jelenleg alkalmazott határértékeket, valamint a múltbéli kutatások eredményeit, tapasztalatait,  a meleg és hideg padlók okozta diszkomfort fogalmát, meghatározási módját, a jelenleg alkalmazott határértékeket, valamint a múltbéli kutatások eredményeit, tapasztalatait.  azokat a módszereket, előnyeikkel és hátrányaikkal, amelyeket a hőérzeti komfort kutatásában alkalmaznak, és amelyeket saját kísérleteimhez is alkalmaztam. A dolgozat következő, harmadik fejezetében a választott vizsgálati módszereket és a mérések körülményeit mutatom be a következők szerint:  a hőérzeti laboratórium leírása,  a műemberes mérésekhez kapcsolódó mérési módszerek ismertetése,  az élőalanyos mérésekhez kapcsolódó mérési módszerek ismertetése. A negyedik fejezet a műemberrel végzett mérések eredményeit tartalmazza a fejezet végén értékeléssel. Ugyanez a fejezet tartalmazza az élőalanyos mérési sorozatok eredményeit, és hasonlóan az előző fejezet részhez az eredmények értékelésével zárul. Ezek mellett a fejezet a laboratóriumi mérések alapján létrehozott virtuális térben végzett kísérletet, a CFD (Computational Fluid Dynamics) szimulációt és eredményeit s bemutatja. 3

Barna Edit

PhD értekezés

Az ötödik fejezetben ezt követi, a három vizsgálati módszer eredményeinek és értékeléseinek összehasonlítása és együttes áttekintése, majd a végső következtetések levonása. Ez a fejezet tartalmazza a kutatómunka elején felállított hipotézis vizsgálatát az eredmények tükrében, valamint a célkitűzések alapján az eredmények összefoglalását. A dolgozat zárásaként a kapott új tudományos eredményeket tézispontokban mutatom be.

4

Barna Edit

2

PhD értekezés

Szakirodalmi összefoglaló

A következőkben dolgozatom kísérleti részeihez illeszkedve a hőérzeti komforthoz kapcsolódó szakirodalmat tekintem át, úgymint  az általános hőérzeti komfortot befolyásoló tényezőket, a köztük fennálló összefüggéseket és alkalmazásukat és a helyi diszkomfort tényezők fogalmát,  a sugárzási hőmérséklet aszimmetria fogalmát, meghatározási módját, a jelenleg alkalmazott határértékeket, valamint a múltbéli kutatások eredményeit, tapasztalatait,  a meleg és hideg padlók okozta diszkomfort fogalmát, meghatározási módját, a jelenleg alkalmazott határértékeket, valamint a múltbéli kutatások eredményeit, tapasztalatait.  azokat a módszereket, előnyeikkel és hátrányaikkal, amelyeket a hőérzeti komfort kutatásában alkalmaznak, és amelyeket saját kísérleteimhez is alkalmasnak gondoltam. 2.1

A hőérzeti komfort alapfogalmai

Zárt terek hőkomfortjának vizsgálatával már az 1950-es évek óta foglalkoznak kutatók. A hőkomfort paramétereket Prof. Ole Fanger dolgozta ki az 1970-80-as években sokszáz laboratóriumi mérés eredményei alapján. Az általa és kutatótársai által kidolgozott hőkomfort paramétereket, amelyekkel hőkomfort szempontjából megfelelő minőségű tér tervezhető, azóta számos leíró jellegű szabvány (ISO 7730, Ashrae 55-2010, MSZ CR 1752, CEN 15251-2007, ISO 7726) és műszaki előírás hordozza. Az eltelt évek során azonban szerte a világon végeztek olyan kutatásokat és fejlesztéseket, amelyekkel a fent említett, Fanger-féle módszer tovább tökéletesíthető és pontosítható. A tudományos kutatások eredményeként létrehozott hőkomfortot leíró alapfogalmak ismerete elengedhetetlen a komfortos zárt terek méretezéséhez és tervezéséhez, illetve az ilyen irányú további kutatások megalapozásához. A következőkben a szakirodalom segítségével összefoglalom a legfontosabb hőkomforthoz kapcsolódó alapfogalmakat. Zárt terekben az ember hőérzetét és komfortját hat tényező befolyásolja Fanger elmélete szerint (Fanger, 1982): - a levegő hőmérséklete és annak térbeli eloszlása (ta) - a határolószerkezetek közepes sugárzási hőmérséklete (tks) - a levegő relatív sebessége (vr) - a levegőben lévő vízgőz parciális nyomása (p), illetve a levegő relatív nedvesség-tartalma (φ) - a végzett tevékenység folytán az emberben fejlődő ún. fajlagos metabolikus hő (M/FDu) - a ruházat szigetelőképessége (clo). Fanger ezt a hat tényezőt vette figyelembe komforttal kapcsolatos elméletének kidolgozásakor. Emellett azt vette még alapul, hogy az emberben fejlődő metabolikus hő- és az emberi test hőleadása egyensúlyban kell, hogy legyen a komfort eléréséhez. Az emberi test hőleadása három módon és a következő százalékos arányban valósul meg a komforttartományban (Bánhidi és Kajtár, 2000): - sugárzás: 42 – 44%, - konvekció+hővezetés: 32 – 35%, - párolgás 21 – 26%. A fenti hat paramétert, a hőegyensúlyi egyenletet és számos élőalanyos laboratóriumi mérés eredményeit figyelembe véve, Fanger létrehozta a zárt térben tartózkodó ember várható hőérzetére vonatkozó ún. PMV-PPD modellt. A modell alkalmas arra, hogy még a tervezés fázisában meg lehessen becsülni egy adott térben a benntartózkodók várható hőérzeti értékét (PMV) és a környezettel 5

Barna Edit

PhD értekezés

A HŐKÖRNYEZETTEL VÁRHATÓAN ELÉGEDETLENEK SZÁZALÉKOS ÉRTÉKE [PPD]

várhatóan elégedetlenek százalékos arányát (PPD). A PMV-, valamint a PPD érték összefüggését tartalmazó diagram a 2.1. ábrán látható. % 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -3

-2

-1

0

1

2

3

AZ ÁTLAGOS HŐÉRZÉSI SZAVAZATOK VÁRHATÓ ÉRTÉKE [PMV]

2.1. ábra. PMV – PPD diagram A diagram jelentőségét – amelynek lényege eltér a korábbi „statikus‖ léghőmérsékletre való méretezéstől – feltétlenül hangsúlyozni kell, mert - bizonyítja, hogy olyan belső környezet nem képzelhető el, amellyel mindenki elégedett, - eleve rögzíteni lehet – sőt kell – a tervezés megkezdése előtt a megrendelővel az általa megkívánt PPD értéket. Fontos megjegyezni, hogy a magasabb megengedhető PPD érték költség- és energia-megtakarítást eredményezhet. Mivel a megengedhető PPD érték költség- és energia-megtakarítást eredményezhet, ezért a tervezési munkához szükség volt a megengedhető elégedetlenségi szintek rögzítésére és ennek alapján a tervezett belső tér kategóriákba való sorolása. A rögzített értékeket és kategóriákat a magyar szabványként is érvényes MSZ CR 1752:2000-ben foglalták össze. Szemléltetésül az egyes épület kategóriák követelményeit a 2.1. táblázat szemlélteti.

Kategória

A B C

2.1. táblázat. Az MSZ-CR-1752 szerinti három kategória követelményei Az egész test Helyi diszkomfort komfortja DR – Meleg és Vertikális huzat hideg padlók PPD levegőhőmérséklet PMV miatt okozta (%) különbséggel elégedetelégedetelégedetlenek %-a lenek %-a lenség <6 -0,2
Sugárzási hőmérséklet aszimmetria miatti elégedetlenség <5 <5 <10

Meg kell említeni, hogy a hőérzeti méretezés módját elsőként megfogalmazó CR 1752 szabványhoz képest a később közreadott CEN 15251:2004 európai szabvány abban jelent újdonságot, hogy megkülönbözteti a gépi szellőzéssel és természetes szellőzéssel rendelkező épületeket a tervezési alapértékek szempontjából. A betűvel jelölt kategóriákat itt római számok jelölik a következőknek megfelelően: I – Magas elvárási szint: olyan zárt terekre vonatkozik, ahol nagyon érzékeny, törékeny emberek (öregek, betegek, gyermekek, fogyatékkal élők) tartózkodnak. II – Normál elvárási szint: a normál, vagy általános szint új építésű és felújított épületekre vonatkozik. III – Elfogadható, közepes elvárási szint: az elfogadható szint a már létező épületekre vonatkozik. IV – A fenti kategóriákon kívül eső értékekkel rendelkező épületekre vonatkozik. Ez a kategória csak az év egy időszakára fogadható el. 6

Barna Edit

PhD értekezés

A kategóriák szerint megengedhető elégedetlenségi szinteket gépi szellőztetésű és hűtésű épületekre a 2.2. táblázat tartalmazza. 2.2. táblázat. A CEN 15251:2004 szerinti négy kategória követelményei Az egész test komfortja Kategória PPD (%) PMV I <6 -0,215 PMV<-0,7 vagy +0,7
2.2. ábra. Az operatív hőmérséklet (Θrm) ábrázolása az exponenciálisan súlyozott külső hőmérséklet mozgóátlagának (Θo) függvényében A korábban ismertetett PMV-PPD modell a test egészére nézve adja meg a várható hőérzeti értéket, azonban a hőérzettel kapcsolatos kutatások kimutatták, hogy van négy olyan tényező – az ún. helyi diszkomfort tényezők –, amelyek diszkomfort érzetet okozhatnak, mégpedig a test bizonyos részein. Helyi diszkomfort érzet kialakulhat akkor is, ha az egész testre nézve a komfort biztosított. A négy diszkomfort tényező a következő (Bánhidi és Kajtár, 2000): - az aszimmetrikus sugárzás, - meleg és hideg padlók, - a vertikális hőmérséklet különbség és - a huzathatás. A helyi diszkomfort tényezők tulajdonságait, hatásukat az emberi hőérzetre és határértékeiket, az egész testre vonatkozó hőérzethez hasonlóan, számos laboratóriumi vizsgálat keretében állapították meg, amelyek eredményeit a már korábban említett szabványok (CR 1752:2000; CEN:15251) is tartalmazzák. A következőkben a két vizsgálni kívánt helyi diszkomfort tényezőhöz (az aszimmetrikus sugárzás, meleg és hideg padló) kapcsolódó szakirodalmak megállapításait mutatom be. 7

Barna Edit 2.2

PhD értekezés

A sugárzási hőmérséklet aszimmetria fogalma, meghatározása, szabványokban való megjelenése

2.2.1 A sugárzási hőmérséklet aszimmetria definíciója A sugárzási hőmérséklet aszimmetria a helyiségben elhelyezett felületelem ellentétes oldalain kialakult sík sugárzási hőmérsékletek különbsége (MSZ CR 1752:2000): Δt pr  t pr1  t pr2 (1) ahol, Δtpr – sugárzási hőmérséklet aszimmetria (°C), tpr1 – sík sugárzási hőmérséklet a felületelem egyik oldalán (°C), tpr2 – sík sugárzási hőmérséklet a felületelem másik oldalán (°C). Az összefüggésben a sík sugárzási hőmérséklet definíciója: a helyiség egységes (homogén) hőmérséklete, amely mellett a felületelem egyik oldalára jutó sugárzás megegyezik a valós/nem egységes környezetben fellépő sugárzással (Fanger és mtársai, 1980). A sugárzási hőmérséklet definícióját a 2.3. ábra magyarázza. A felületelem a teret két féltérre osztja. Az egyik féltérben található egyes felületek miatt a felületelem féltér felé eső oldalán kialakul egy sík sugárzási hőmérséklet. Ezt az értéket a másik féltér okozta sík sugárzási hőmérséklettel kell összevetni és így meghatározható az aszimmetria nagysága.

2.3. ábra. Magyarázó ábra a sugárzási hőmérséklet definíciójához A Fanger és mtársai (1985) által végzett kutatások szerint az emberek leginkább a meleg mennyezet, valamint a hideg falak (ablakok) okozta sugárzási aszimmetriára érzékenyek, ezért ezekre vonatkozó követelmények jelentek meg a tervezési szabványokban. A sugárzási hőmérséklet aszimmetria okozta helyi diszkomfort hatást, a környezettel elégedetlenek százalékában kifejezve, az MSZ-CR-1752: 2000 szabvány szerint a 2.4. ábra mutatja, míg a helyiségek három kategóriájára megengedett sugárzási hőmérséklet aszimmetria értékeit a szabvány alapján a 2.3. táblázatban foglaltam össze.

8

Barna Edit

PhD értekezés

2.4. ábra. Sugárzási hőmérséklet aszimmetria miatt kialakult helyi diszkomfort az MSZ CR 1752 szerint 2.3. táblázat. Megengedett sugárzási hőmérséklet aszimmetria három kategóriára Sugárzási hőmérséklet aszimmetria [°C] Kategória Meleg Hideg Hideg fal Meleg fal mennyezet mennyezet A <5 <10 <14 <23 B <5 <10 <14 <23 C <7 <13 <18 <35 Az ábrával és a táblázattal kapcsolatban ki kell emelni, hogy a meleg vagy hideg padló sugárzási hatására közvetlenül nincs kritérium, csak a sík sugárzási hőmérsékletek meghatározásánál játszik szerepet. 2.2.2 A sugárzási hőmérséklet aszimmetria számítása A sugárzási hőmérséklet aszimmetria meghatározásával és alkalmazásával kapcsolatban az MSZ EN ISO 7726 szabvány tartalmaz részletes megállapításokat. Az ISO 7726 szerint a sugárzási hőmérséklet aszimmetria fogalmát akkor alkalmazzuk, amikor a közepes sugárzási hőmérséklet nem írja le megfelelően a sugárzási környezetet, például ha a sugárzás a helyiség ellentétes oldalairól érkezik, számottevő hőmérséklet-különbséggel. Az aszimmetrikus sugárzási mezőt a referenciaként használt felületelem elhelyezkedésével összefüggésben kell definiálni. A felületelem helyzetét a felületelem normálisának irányával határozzuk meg. A sík sugárzási hőmérséklet kiszámítható: - a helyiség felületeinek hőmérsékleteivel, valamint - a felületelem és a helyiség felületei közötti besugárzási tényezőkkel, amelyek a felület alakjának, méretének és relatív helyzetének függvényei. Mivel az építési anyagoknak nagy fajlagos emissziós tényezőjük van (ε), megengedhető a visszaverődések figyelmen kívül hagyása, azaz a helyiségben fekete testnek tekinthető az összes fal. Ekkor a sík sugárzási hőmérséklet meghatározására a következő összefüggés írható fel: Tpr4  T14 Fp1  T24 F p2      TN4 FpN (2) ahol, Tpr – a sík sugárzási hőmérséklet (K), TN – az N felület hőmérséklete (K), Fp-N – a felületelem és az N felület közötti besugárzási tényező. 9

Barna Edit

PhD értekezés

Azaz, mivel a besugárzási tényezők összege egy(ségnyi), a sík sugárzási hőmérséklet negyedik hatványa egyenlő lesz a féltér felületi átlaghőmérsékletének negyedik hatványával, amely az adott besugárzási tényező nagyságával súlyozott. A besugárzási tényezők négyszög alakú felületek és rá merőleges, illetve vele párhuzamos felületelem esetén a következők szerint határozhatók meg; általánosságban a besugárzási tényezők meghatározása bonyolultabb. A besugárzási tényező számítása négyszögletes felület és rá merőleges sík felületelem között:

Fd1– 2 

1  1 1 Y  tan  tan 1  2 2 2π  Y X Y

   X2  Y2  1

(3)

ahol

X

a c , Y b b

A besugárzási tényező négyszögletes felület és vele párhuzamos sík felületelem között az alábbi összefüggéssel számítható:

Fd1– 2 

1  X Y Y X  tan 1  tan 1  2 2 2 2π  1  X 1 X 1 Y 1 Y2

  (4)  

ahol,

a b X , Y c c

Diagramok is rendelkezésre állnak, amelyekkel bonyolult számítás nélkül is megállapítható a besugárzási tényező (2.5. ábra). (MSZ EN ISO 7726:2003)

10

Barna Edit

PhD értekezés

2.5. ábra. A besugárzási tényező meghatározására szolgáló diagramok az ISO 7726 szerint Ha a helyiség felületei közötti hőmérsékletkülönbségek viszonylag kicsik, akkor a sík sugárzási hőmérséklet számítására az előzőekben a hőmérséklet negyedik hatványával felírt összefüggés lineáris alakra egyszerűsíthető: Tpr  T1 Fp1  T2 Fp2      TN FpN

(5)

Azaz, a sík sugárzási hőmérséklet a felületi hőmérsékletek megfelelő besugárzási tényezők nagyságával súlyozott átlagával számítható. Ez az összefüggés mindig kicsit kisebb sík sugárzási hőmérsékletet ad. Például, ha egy helyiség két féltere között 10 K különbség van, a (3) és (5) egyenlet között 0,2°C különbség adódik a számítások elvégzése után. (MSZ EN ISO 7726:2003) 2.2.3

A sugárzási hőmérséklet aszimmetria meghatározása más módszerek és ismeretek alapján Frohner értekezésében (2006) több, a német irodalomban előforduló sugárzási aszimmetria meghatározására alkalmas modellt ismertet. Ezek a következők szerint foglalhatók össze: Bernd Glück, Warmetechnische Raummodell (1997) könyvében a következők szerint határozta meg az ember és a határoló felületek között kialakuló sugárzási hőmérséklet aszimmetria fogalmát: A szerző a vizsgálóelemet elemi kockának tekintette, amely a padlótól 1,3 m magasságra helyezkedik el, így modellezve az ülő ember fejét. Mivel a törzs felé a fejnek nincs sugárzásos hőleadása, ezért a kocka 5 oldalát vizsgálta. Glück szerint a sugárzási hőmérséklet aszimmetria a legnagyobb különbséget adó sugárzási hőmérsékletek különbsége, amelyet úgy kell számítani, hogy először a helyiség határoló felületeivel párhuzamos oldallapokkal helyezi el az elemi oldalakkal rendelkező kockát, majd függőleges tengelye körül 45°-al elforgatva számolja a sugárzási hőmérséklet különbséget. A két hőmérsékletkülönbség 11

Barna Edit

PhD értekezés

közül a nagyobbik adja a mértékadó sugárzási aszimmetria értéket. Ez a módszer pontosabban határozza meg az egymásra merőleges, erősen eltérő hőmérsékletű felületek okozta aszimmetriát. A Glück módszerével számított hőmérséklet aszimmetria határértékei: hideg fal esetén ≤ 8,4 K, meleg falnál ≤ 11,1 K, hideg mennyezetnél ≤ 14,3 K és meleg mennyezet esetén ≤ 8,1 K. A német DIN 1946/2 szabvány (1994) szerinti aszimmetria számítási eljárásban elemi felület helyett elemi gömböt alkalmaznak vizsgálóelemnek. A megfogalmazott definíció szerint az aszimmetria „Annak a két féltérnek a sugárzási hőmérséklete, amelyek elválasztó felülete párhuzamos a maximális hőmérséklet különbségekkel rendelkező felületekkel.‖ A DIN szabvány szerint számított hőmérséklet aszimmetria határértékei: hideg fal esetén ≤ 8 K, meleg falnál ≤ 19 K, hideg mennyezetnél ≤ 17 K és meleg mennyezet esetén pedig ≤ 3,5 K. Meg kell jegyezni, hogy a két fent ismertetett megfontolás és módszer nem szerepel az európai szinten elfogadott szabványokban. Frohner szerkesztéses módszert alkalmazott a besugárzási tényezők meghatározására és azokat vette figyelembe a sugárzási aszimmetria számításakor. A korábbiakhoz képest az aszimmetria számításkor eltérő módon vette fel a vizsgálni kívánt féltereket is. A Frohner módszerével számított hőmérséklet aszimmetria határértékei: hideg fal esetén ≤ 10,5 K, meleg falnál ≤ 15 K, hideg mennyezetnél ≤ 14,5 K és meleg mennyezet esetén ≤ 6,5 K. Meg kell jegyezni, hogy a fent ismertetett megfontolások és módszerek még nem szerepelnek az európai szinten elfogadott szabványokban. Olesen és mtársai (1983) egyszerűsített számítási módszert mutatnak be a sugárzási hőmérséklet aszimmetria meghatározására. A cikkben a szerzők mintapéldát oldanak meg az egyszerűsített hőkörnyezeti komfort vizsgálatok segítségével. Az ellenőrző számítások között a sugárzási aszimmetria számítása is szerepel. Eszerint a sugárzási aszimmetriát ablakok vagy más hideg felületek közelében kell vizsgálni kis, hideg felülettel párhuzamos, padlótól 0,6 m magasságban található felületelem segítségével. Azt a pontot kell vizsgálni a térben, ahol a legnagyobb aszimmetria várható. Ha a mennyezet a fűtött felület, akkor a felületelemnek 0,6 m-re a padlótól, azzal párhuzamosan kell elhelyezkednie. A módszer szerint, ha nincsenek nagy eltérések a felületi hőmérsékletekben, nem szükséges a T4es összefüggéssel számolni. A mintapéldában (2.6. ábra) két pontban (a legmelegebb és leghidegebb pontban) számítanak sugárzási hőmérséklet aszimmetriát a következő egyszerűsítéseket alkalmazva: az ablak hideg felületén kívül, az összes határoló felület hőmérséklete megegyezik a tervezési operatív hőmérséklettel – így a sík sugárzási hőmérséklet számítás jelentősen egyszerűsödik. Az egyszerűsítésnek köszönhetően a sík sugárzási hőmérséklet egyenlete a következő formát veszi fel: t pr  Fe w  t w  1  Fe w   t o (6) ahol, Fe-w – az ablak besugárzási tényezője; tw – az ablak hőmérséklete, to – operatív hőmérséklet

2.6. ábra. Az egyszerűsített számításhoz kidolgozott mintapéldában vizsgált leghidegebb és legmelegebb pontok 12

Barna Edit

PhD értekezés

Az operatív hőmérséklet számításához ismerni kell a levegő- és közepes sugárzási hőmérsékletet. Az operatív hőmérséklet meghatározásához használt egyenlet a következő: t t (7) t o  a mrt 2 ahol, ta – a levegő hőmérséklet; tmrt – a közepes sugárzási hőmérséklet. A számításhoz szükséges a közepes sugárzási hőmérséklet ismerete, amely szögtényezők meghatározását követeli meg. (A besugárzási tényező és a szögtényező meghatározásának kérdésével a 2.2.5. alfejezet, illetve az 1. melléklet foglalkozik részletesen). 2.2.4

A sugárzási aszimmetriával kapcsolatos múltbéli kutatások eredményeinek összefoglalója Ebben az alfejezetben az irodalomkutatás eredményeit, a sugárzási hőmérséklet aszimmetriával és sugárzásos hőcserével kapcsolatos legfontosabb megállapításokat összegzem. Az ember sugárzásos hőcseréje az őt körülvevő belső térrel és az őt érő sugárzási hőmérséklet aszimmetria már a múlt század közepén érdekelte a kutatókat. Komfortelméleti szempontból átfogóbb tanulmányokat Fanger és munkatársai végeztek az 1970-es és 80-as években. A szabványokban található diagramok és határértékek jórészt ezeknek a kutatóknak a nevéhez fűződik. A kutatók figyelme azért fordult a sugárzás hatásainak vizsgálatára abban az időszakban, mert ipari és kommunális területen egyaránt kezdtek elterjedni a sugárzó fűtések. Hatékonyabb és komfortosabb fűtési megoldást kerestek az akkori rendszerekhez képest. Mivel a sugárzásos fűtési móddal kapcsolatban nem álltak rendelkezésre a használat hőmérsékleti határai komfort szempontjából, ezért élőalanyos vizsgálatokat végeztek. Fanger és mtársai (1980) élő alanyai helyi diszkomfortot tapasztaltak a fejnél és a lábfejnél vagy egyszerre mindkettő területen, amikor a fej felett elhelyezett sugárzó fűtés hatását vizsgálták a kutatók. Az eredmények alapján az volt látható, hogy 5% elégedetlen, kiváló minőségű térben, 4 K sugárzási aszimmetriának felel meg. Az alanyok általában a meleg fej panasz mellett a hideg lábfejet is megjelölték, mint problémás területet. Ugyanezt a kutatók műemberes kísérletekkel is igazolták. 1985-ben Langkilde és mtársai (1985) gázégős infravörös sugárzók hatását vizsgálták ipari környezetben. A sugárzásos hőmérséklet aszimmetria és PD (Percentage of Dissatisfied – elégedetlenek aránya) értékek között állítottak fel összefüggést. Azt tapasztalták, hogy az akkor érvényes szabványtól eltérően, a 10-14°C-os aszimmetria megengedhető. Yost és mtársai (1995) két fűtési rendszert hasonlítottak össze kutatásaik során egy teszt épületben. A levegő-levegő hőszivattyús rendszert sugárzó panelekkel hasonlították össze. Két lakója volt a teszt épületnek, akiknek a következő véleménye alakult ki a sugárzó panelekkel kapcsolatban: A lakók a sugárzásos rendszert érezték megfelelőbbnek a flexibilitás, szobáról-szobára való könnyű szabályozhatóság és a halk működés miatt. Inkább a rendszer üzeme alapján döntöttek, mint a hőérzeti komfort alapján. Bizonyos esetben az a lakó, amelyik pontosan a sugárzó felület alatt foglalt helyet diszkomfortot ―jelzett‖, amikor a panel fűtési ciklusa véget ért. Tehát az alany elégedett volt környezetével, amíg a panel működött, de leállás után a gyors és éles operatív hőmérséklet esés diszkomfortot okozott (csak akkor, amikor az alany közvetlen a panel alatt volt). La Gennusa és mtársai (2005) kihangsúlyozzák, hogy a fűtési rendszeren kívül figyelmet kell fordítani olyan nagy intenzitású sugárzó forrásokra is, mint például a Nap, amelyek jelentősen befolyásolhatják a sugárzási mezőt a helyiségben. Atamaca és mtársai (2007) a határoló felületek belső felületi hőmérsékletének hőérzetre gyakorolt hatásának vizsgálatakor kihangsúlyozták, hogy a közepes sugárzási hőmérséklet nagyon fontos tényező különösen olyan esetben, ha az épületszerkezetet erős sugárzás éri. Ekkor a belső levegő és páratartalom szabályozása nem jelent megoldást. Azt is megállapították, hogy a korábbi irodalmakban és kutatásokban sokszor feltételezték, hogy a közepes sugárzási hőmérséklet azonos a környezeti levegő hőmérsékletével, holott ez a legtöbbször nem igaz. A sugárzó fűtési rendszerek hatásának vizsgálatán túl a kutatók rendkívül nagy figyelmet fordítottak arra, hogy a személyt fiziológiai szempontból is vizsgálják, remélve, hogy így még közelebb 13

Barna Edit

PhD értekezés

lehet kerülni az ideális fűtési rendszer kialakításához. A kutatásokat élő alanyok bevonásával és vizsgálásával végezték. Yao és mtársai (1993) kísérleteket hajtottak végre annak megfigyelésére, hogy a falak, mennyezet és padló hőmérsékleti sugárzása, milyen termo-fiziológiás választ vált ki az emberből a huszonnégy órás bioritmusra, az évszakokra és két ruházatra tekintettel. Az eredmények azt mutatták, hogy tisztán kivehető huszonnégy órás hatás létezett a mag-, közepes- és ruházati mikroklíma hőmérsékletek terén. A délutáni órákban ezek a hőmérsékletek nagyobbak voltak, mint délelőtt. A ruházat jelentős hatással bírt a mag és ruházati mikroklíma hőmérsékletre. Mindhárom tényezőt figyelembe kell venni, amikor a sugárzás hatását vizsgáljuk a termofiziológiai válaszokra. Huizenga és mtársai (2004) az alanyokat részleges vagy teljes testet érintő fűtésnek vagy hűtésnek tették ki laboratóriumi körülmények között, hogy megállapíthassák a termikus aszimmetria és hőmérséklet tranziensek fiziológiai és szubjektív hatását az emberre nézve. Céljuk az volt, hogy komplex környezeti körülmények esetében kapcsolatot találjanak a helyi és teljes hőérzet és komfort, illetve a bőr- valamint maghőmérsékletek között. A vizsgálatok eredményéül azt találták, hogy a helyi hűtés nagyobb választ vált ki, mint a helyi fűtés, amely igazolja azt a feltevést, hogy a test jobban védekezik a hideg ellen, mint a meleg ellen. Arens és munkatársai (2006a, 2006b) kétrészes tanulmányukban azokról a kutatásokról számolnak be, amelyeket azért végeztek, hogy megállapíthassák a személyek közötti különbségeket hőés komfortérzettel kapcsolatban az egyes testrészekre, illetve az egyes testrészek és a teljes testre való tekintettel. Emellett a tanulmány kitért arra, hogyan változott a hő- és komfortérzet a környezet gyors változásának hatására. A tanulmány első része az egységes/uniform környezet hatását tekintette át (stabil és tranziens állapotokat vizsgált). A második rész a helyileg és időben inhomogén környezeti eseteket vizsgálta, amelyben az egyes testrészeket külön-külön hidegnek vagy melegnek tették ki. A cél hő- és komfortérzeti modell kidolgozása volt a bőr- és maghőmérsékletek és változásaik alapján. Tesztjeikben a szerzők azt tapasztalták, hogy meleg környezetben a hőérzet szintén meleg és a fej kellemetlenebbnek érzi környezetét, mint az egész test, amely viselkedési módosulást kívánna meg. Amikor a környezet hideg, az egész test kényelmetlennek érzi ezt; a fej környéke komfortosabbnak és melegebbnek érzi környezetét, mint az egész test. Minden homogén környezetben a lábfej hidegebb volt, mint a többi testrész, ezért hűvös környezetben a lábfejek a diszkomfort érzet forrásainak tekinthetők. Ezért a szerzők szerint az olyan épületgépészeti rendszerek, mint pl. a padlófűtés, joggal plusz előnyként könyvelhetik el ennek a diszkomfort tényezőnek a kiiktatását. A szerzők azt tapasztalták vizsgálataikban, hogy a teljes testre vonatkozó hőérzet szoros összefüggésben állt azzal a helyi hőérzettel, amely a neutrálistól legtávolabb esett, és a teljes testre vonatkozó komfortérzet is a legkellemetlenebb érzet helyét/testrészét követte. Éppen ezért a szerzők úgy döntöttek, hogy a teljes testre vonatkozó hő- és komfort érzetet legjobban ―panasz‖-modellel tudják leírni. Ilyen modellekben a kialakult érzetet egy vagy két legkedvezőtlenebb helyen kialakuló helyi érzet határozza meg. A vizsgálatok során a szerzők azt is tapasztalták, hogy a neutrális környezetet az alanyok csak kellemesnek, soha nem nagyon kellemesnek írták le, továbbá a hőérzetben tapasztalható ―túlértékelés‖ kis mértékű volt, ha a teljes test ugrásszerű hőmérséklet változásnak volt kitéve. A vizsgálat második részében az alanyok bizonyos testrészeit tették ki hűtési és fűtési periódusok sorozatának. Azt tapasztalták, hogy a hő- és komfortérzethez kapcsolódó ―túllövés‖ (átlagon felüli értékelés) erősebb, amikor csak egyes testrészek kapnak hűtést vagy fűtést, ahhoz képest, ha az egész testet ugrásszerű hőmérséklet változásnak teszik ki. A szerzők tapasztalatai azt mutatják tehát, hogy az emberek a neutrális környezetet csak kellemesnek, nem nagyon kellemesnek írják le. Nagyon kellemesnek csak akkor ítélték az alanyok a környezetet, ha aszimmetria volt jelen, tehát amikor a helyi fűtés vagy hűtés ellensúlyozni tudta az egész testre ható hő stresszt és/vagy olyan tranziens esetben, amikor a komfortérzet szempontjából az ember előre számít a változásra és az érzet nagyobb mértékben változik a valós bőrhőmérséklethez képest. 14

Barna Edit

PhD értekezés

Ezek a megoldások azt mutatják lehet, hogy egy új szemléletet kell alkalmazni az aszimmetriák és tranziensek tekintetében, ahol nem feltétlenül kell diszkomfort tényezőkként tekinteni rájuk. A helyesen tervezett aszimmetriával és tranziensekkel, talán kifizetődőbb és komfortosabb környezetet lehet kialakítani, mint eddig volt lehetséges. Az aszimmetria (mind állandósult és tranziens állapotban) nagyobb komfort szintet adott, mint az egységes környezetben kialakított tranziensek (amelyben a testet ugrásszerű változásnak tették ki). A szerzők szerint a következő tapasztalatok fontosak lehetnek tervezési fázisban: - Tranziens és állandósult állapotban az alanyok a hűvöset kedvelték a légzési zónában. - A légzési zóna helyi fűtése csökkenti a komfortot, még hideg környezetben is. - A lábfej melegítése nagyon hatékony módszer a komfort javítására. - Hirtelen tranziens változások esetén a bőr hőmérséklet változásának nagyobb hatása van, mint a bőr hőmérsékletének. Más kutatócsoportok is foglalkoztak még az ember fiziológiás válaszainak vizsgálatával sugárzó felületek esetén. Az egyik csoport Sakoi és mtársai (2007), szintén a bőrhőmérséklet változásait valamint az érezhető hőveszteséget kutatták az egész testre, illetve bizonyos testrészekre nézve számos, sugárzási aszimmetriát okozó kialakítás esetében. Azt tapasztalták, hogy a helyi bőrhőmérsékletek attól függően változtak, hogy milyen homogén a környezet, míg eközben az átlag bőrhőmérséklet közel állandó volt. Éppen ezért a szerzők szerint elengedhetetlen, hogy az átlagos bőrhőmérséklet mellett a bőrhőmérséklet eloszlást is figyelembe vegyük, amikor hőérzeti komfortot fejezünk ki nem egységes hőkörnyezetben. A bőrhőmérséklethez hasonlóan a helyi hőleadás is az aszimmetria függvényében változott, míg az átlag hőleadás állandó értéket mutatott. A kutatók azt tapasztalták, hogy nem hozható egyszerűen összefüggésbe a bőrhőmérséklet változása a hőladás értékeivel, mivel azok az aszimmetriától függően változnak. A fejnél a helyi meleg diszkomfort függvénye volt a helyi hőleadásnak és bőrhőmérsékletnek is. A lábfejnél a helyi hideg diszkomfort azonban csak a helyi bőrhőmérséklettel volt kapcsolatba hozható. A fűtési rendszerek emberre gyakorolt hatása, és ennek a hatásnak az emberben kiváltott fiziológiai reakcióinak vizsgálata mellett több tanulmány foglalkozik azzal a ténnyel, hogy a szabványokban rögzített tényezők, indexek lehet, hogy nem megfelelőek a valóságban előforduló folyamatok leírására. Madsen már 1980-ban megfogalmazta azt, hogy nem áll rendelkezésre olyan tényező vagy kritérium, amellyel leírható lenne a helyi diszkomfort tényezők hatására kialakuló hőérzeti diszkomfort/elégedetlenség. A valóságban a hatások együtt lépnek fel ezért szerinte szükség lenne egy PMV-hez hasonló index létrehozására. (Például a sugárzásos és konvektív aszimmetria együtt jelentkezik a valóságban). Ilyen indexet azóta se hoztak létre, viszont volt néhány kísérlet arra, hogy helyi diszkomfort tényezők együttes hatását vizsgálják. Berglund és Fobelets (1987) a huzat és a hőmérséklet aszimmetria együttes hatását vizsgálták. Azt találták, hogy az operatív hőmérséklet hatékony módja a komplex környezet leírásának. Az operatív hőmérsékletre, 0,25 m/s-os vagy kisebb sebességeknél, nincs hatással a10 K-es vagy kisebb sugárzási hőmérséklet aszimmetria. A sugárzási hőmérséklet aszimmetria helyi lehűlést okozott, amely független volt a levegősebességtől. Ebben a tanulmányban a levegősebesség és a sugárzási aszimmetria nem hatott egymásra, ezért a kutatók megállapították, hogy a kettő egymástól független és additív hatás. Loveday és mtársai (1998) hűtött mennyezet és kiszorításos szellőzés együttes jelenlétének hatását vizsgálták. Felmerült bennük a kérdés, hogy az ISO 7730-ban szereplő értékek valóban igazak-e kombinált fűtési, hűtési és levegőellátási megoldásoknál. A szerzők azt tapasztalták, hogy a megnövekedett aszimmetriának nem volt hatása az íróasztal mellett ülő személyek hőérzeti szavazatára. Éppen ezért szerintük nem kell megállapítani új tervezési határértékeket a mennyezet esetében, amelyek nagyobbak lennének a gyakorlatban elterjedt értékeknél. Toftum (2002) összegyűjtötte azokat a tanulmányokat, amelyek igazolják, hogy a helyi diszkomfort tényezők együttes jelenléte nem volt hatással a hőérzetre (ld. Berglund és Loveday). Jelenleg kevés információ áll rendelkezésre a helyi diszkomfort tényezők együttes hatásával kapcsolatban nem semleges hőkörnyezetben vagy nem ülő testhelyzetben végzett munka esetében. 15

Barna Edit

PhD értekezés

2.2.5

A közepes sugárzási hőmérséklet szögtényezőinek meghatározásával kapcsolatos kutatási eredmények összefoglalója Ahogy ezt Olesen és munkatársai cikkének leírásakor már bemutattam (2.2.3. alfejezet), a sugárzási hőmérséklet aszimmetria témaköre olykor összeér a közepes sugárzási hőmérséklet kérdéskörével. A közepes sugárzási hőmérséklet definíciója: egységes felületi hőmérsékletű helyiség, amelyben a benntartózkodó személy sugárzásos hőcseréje ugyanakkora, mint a valós, nem egységes felületi hőmérsékletű helyiségben (Fanger és mtársai, 1985). Tehát a közepes sugárzási hőmérséklet az egész testre vonatkozó komfort, vagyis a PMV-PPD indexek számításakor bír nagy jelentőséggel, ugyanakkor a helyiségben kialakuló lokális hatások egyszerűsített elemzésekor is szerephez jutnak. A közepes sugárzási hőmérséklet számítása formailag azonos a sík sugárzási hőmérséklet meghatározásával:

Tr 4  T14 Fp1  T24 F p2      TN4 FpN

(8)

Ez az egyenlet is használható egyszerűbb alakban, ha nem nagy a felületek közötti hőmérséklet különbség: Tr  T1 Fp1  T2 Fp2      TN FpN (9) ahol, Tr – a közepes sugárzási hőmérséklet K-ben, TN – az N-edik felület felületi hőmérséklete K-ben, Fp-N – az ember és az N-edik felület közötti szögtényező.

A közepes sugárzási hőmérséklet számításában a bonyolultságot ismételten a szögtényezők meghatározása jelenti. Mint látható, a szögtényező kifejezést használtam besugárzási tényező helyett, amely nemcsak szóhasználati fordulat, hanem fontos tartalom-béli különbséget jelent. ―... szögtényező tulajdonképpen besugárzási tényező, amely azonban nem egy fél- hanem az egész gömbfelületre vonatkozik. Éppen ezért, hogy a két különböző meghatározásra elnevezést adjunk; a félgömb esetében besugárzási, a gömbfelület esetében pedig szögtényezőről beszélünk.‖ (Macskásy és Bánhidi, 1985). A szögtényező a besugárzási tényezővel ellentétben nem felületelem és félgömb, vagy felület kapcsolatát írja le, hanem az emberi test és az őt körülvevő felületek közötti összefüggést határozza meg. Az ISO 7726 szabványban is megjelenő szögtényező meghatározást segítő nomogramokat és összefüggéseket ugyancsak Fanger és munkatársai határozták meg több esetre, számos végrehajtott mérés segítségével (Fanger, 1982). A nomogramokra egy példát a 2.7. ábra mutat.

16

Barna Edit

PhD értekezés

2.7. ábra. Szögtényező meghatározása a személy és egy függőleges felület között, ha az ülő személy helye ismert, de iránya nem (Fanger, 1982) Az analitikus számításhoz használt összefüggés a következőképpen néz ki: (10) Szögtényező  Fmax 1  e a c τ 1  e b c γ  τ  A  Ba c  γ  C  Db c   Ea c  ahol, és Fmax és az A, B, C, D, E konstansok értékeit Fanger különböző esetekre (ülő, álló, ismert irány stb.) kidolgozta. A Fanger-féle nomogramok és számítási összefüggések kidolgozása óta folyamatosan vannak olyan törekvések és kutatások, amelyek a rögzített értékeket pontosítják, illetve más esetekre átdolgozzák. Ezeket a törekvéseket a következőkben csak címszavakban mutatom be; a részletes tanulmányt az 1. melléklet tartalmazza. A Fanger által kidolgozott besugárzási tényezők pontosítását több oldalról közelítették meg a kutatók. Horikoshi és mtársai (1990) felismerték, hogy a technika, amellyel Fanger dolgozott, csak nagy helyiségek esetén ad pontos szögtényezőket, ezért kísérleti úton meghatározták a szögtényezőket, amelyek kis távolságok, kis helyiségek esetén pontosabb eredményt nyújtottak. Az eltérés a padló esetében volt a legnagyobb Fanger eredményeihez képest. A szögtényezők meghatározásához használható pontos analitikus összefüggés létrehozásán dolgoztak Martinho és mtársai is (2007), aki már kihasználta a napjainkban rendelkezésre álló numerikus feldolgozást lehetővé tevő fejlett számítógépes technikákat is. Numerikus integráló módszerrel határoztak meg szögtényezőket Ozeki és mtársai (2000), akik jó egyezést találtak a kísérleti úton meghatározott értékekkel, kivéve a személy és az előtte lévő padló esetében. Ez összhangban van Horikoshi eredményeivel. Nucara és mtársai (2000) a szögtényezők meghatározását lehetővé tevő összefüggéseket olyan speciális estre dolgozták ki, amikor a határoló felületek nem paralelepipedon alapúak.

17

Barna Edit 2.3

PhD értekezés

Meleg és hideg padlók okozta helyi diszkomfort

2.3.1 A meleg és hideg padlók okozta helyi diszkomfort fogalma és meghatározása A 2.1. alfejezetben említett négy helyi diszkomfort tényező következő tagja a tanulmányban a meleg és hideg padlók okozta helyi diszkomfort tényező. A hideg és meleg padlók okozta helyi diszkomfort hatást illetően - a környezettel elégedetlenek százalékában kifejezve – az MSZ CR 1752 jelű szabvány a 2.8. ábrán és 2.4. táblázatban látható követelmény értéket állítja fel.

2.8. ábra. Elégedetlenek százalékos aránya a padlóhőmérséklet függvényében 2.4. táblázat. A helyiségek három kategóriájára megengedett padlóhőmérséklet értékhatárok, valamint megengedhető elégedetlenek százalékos aránya Megengedhető Elégedetlenek százalékos Kate- padlóhőmérséklet tartományok aránya meleg vagy hideg padló gória (°C) következtében (%) A

19-29

<10

B

19-29

<10

C

17-31

<15

Az ábrával és a táblázattal kapcsolatban fontos megjegyezni, hogy a hideg vagy meleg padlók sugárzását nem veszi közvetlenül figyelembe. Az aszimmetria számításakor a padló befolyásolhatja a hideg/meleg fal vagy mennyezet okozta aszimmetriát, de nem jelenik meg a padló okozta aszimmetria, önálló tényezőként. A szabvány a következő megállapításokat teszi a padlóhőmérséklet hatásával kapcsolatban: - Túl meleg, illetve túl hideg padló esetén a benntartózkodók kellemetlenül érezhetik magukat hideg vagy meleg lábfej érzet miatt. - Lábbelit viselő személyeknél inkább a padló hőmérséklete a meghatározó, nem pedig annak anyaga. - Kiszorításos szellőzés alkalmazásakor a padlófelületek lehűlhetnek, amely diszkomfortot okozhat. - A szabvány szerint a meleg padlók klimatizált helyiségekben csak ritkán okoznak diszkomfort érzetet. - A 26°C-nál nagyobb padlóhőmérsékleteket legtöbbször kerülendőnek tekinti a szabvány.

18

Barna Edit

PhD értekezés

2.3.2

A meleg és hideg padló okozta diszkomforttal kapcsolatos kutatások eredményeinek összefoglalója Huizenga és mtársai (2006) a UC Berkley Egyetemről, ablakokkal kapcsolatos tanulmányukban a helyi diszkomfort tényezőkkel kapcsolatban áttekintették az elérhető irodalmakat. Így többek között a meleg és hideg padlóval kapcsolatos kutatások eredményeit is összefoglalták. Ezért ebben az alfejezetben az általuk készített tanulmány e témakörre vonatkozó részének kivonatát mutatom be. A Huizenga és munkatársai által végzett irodalmi áttekintés szerint már az 1950-es években vizsgálták élő alanyok segítségével a meleg padlók hatását a komfortra. Munro, Chrenko 1948-ban és később Muncey és Hutson (1953) is vizsgálta a levegőhőmérséklet és a padló anyagának hatását a hőérzetre. Ezek a kutatások azt mutatták, hogy a padló anyagának nincs jelentős hatása a komfortra, ha az alanyok cipőt viseltek, sokkal inkább a levegőhőmérséklet volt meghatározó. Nevins és mtársai a padlóhőmérsékletet és az egész testre vonatkozó komfortot vizsgálták az 1950-es 1960-a években. A különböző felületi hőmérsékletek (15,5°C – 29,4°C) nem okoztak különösebb diszkomfort érzetet, amikor a levegő hőmérséklete 24°C volt. A 29°C-nál nagyobb hőmérsékleteket csak a női alanyok találták kellemetlennek, feltehetőleg azért, mert vékony munkaruhát viseltek, amely szabadon hagyta a lábszárukat és lábfejüket, így a padlóról nagyobb hősugárzás érte őket. Továbbá az is lehetséges, hogy az ülő munka következtében lecsökkent az alanyok lábában a vérkeringés, így nem tudta a test elvezetni erről a területről a sugárzott hőmennyiséget. Később a kutatók (Springer, 1966) azt vizsgálták, hogy az idős emberek hogyan reagálnak a meleg padlóra. Azt tapasztalták, hogy az idősebb nők melegebbnek érzik a felületi hőmérsékletet, mint a férfiak. Az irodalmi áttekintés tartalmazza Olesen 1977-es mezítlábas élő alanyokkal végrehajtott vizsgálatainak eredményeit is, amely ebben a tanulmányban részletesebben szerepel (2. számú melléklet). Kísérleteiben Olesen megállapította, így alátámasztva a korábbi kutatásokat, hogy általános, belső térben használt lábbeli viselése esetén a padló anyagának nincs hatása a komfortérzetre. Ülő tevékenységhez 25°C-os padlóhőmérsékletet, álló és járással járó tevékenységhez 23°C-os padlóhőmérsékletet ajánl vizsgálatai alapján. Megállapította, hogy 20-22°C között gyorsan nő a hideg lábfejet érző személyek száma. A padlófűtés kis-energiafelhasználású fűtési rendszer, amely növeli a komfort szintet, mivel lecsökkenti a huzatérzetet. Eijdems, Boerstra (1994) és Watanabe (2001) vizsgálatai azt mutatják, hogy a benntartózkodók kellemesnek találják a padlóból érkező közvetlen sugárzást. Hashiguchi 2004-ben azt találta, hogy az alanyok kellemesebbnek találták a padlófűtéses megoldást (levegő 21°C, padló 29°C), mint egy semleges hőmérsékletű helyiséget (25°C). Zhang (1998) irodalmi áttekintés után 2630°C-os padlóhőmérsékletet tart követendőnek Japánban. (Ez magasabb alsó határt jelent a szabványokhoz képest.) Katahira (2005) 18, 20 és 22ºC–os levegőhőmérsékletű padlófűtéses helyiségeket és 20, 22 és 24°C-os levegőhőmérsékletű légkondicionált helyiségeket vizsgált hőkomfort szempontjából. Az eredmények szerint többen kívántak nagyobb padlóhőmérsékletet a légkondicionált helyiségben, mint a padlófűtéses helyiségben. Terano és munkatársai (1997, 2000) hűvös környezetben próbáltak egész testre vonatkozó hőkomfortot kialakítani a lábszár és a lábfejek sugárzásos melegítésével. Vizsgálataikban azt találták, hogy teljes komfort hozható létre hideg (18°C-os) környezetben padló és oldalpanel fűtéssel. A padlók hűtése csak az utóbbi időben jelent meg, mint alternatív kisenergiájú technológia. Ezzel Olesen (1997) foglalkozott részletesebben. Padlóhűtés esetében a hőátadási tényező sokkal kisebb, mint padlófűtés esetében. Vannak azonban komfort szempontjából meghatározó tényezők, amelyek csökkenthetik a padlóhűtési rendszer teljesítményét. Ezek a padló felszíni hőmérséklete, függőleges levegőhőmérséklet különbség, sugárzási aszimmetria és harmatponti hőmérséklet. A hűtött padlófelület a levegővel konvekció útján, a környező felületekkel pedig sugárzással cserél hőt, így képes a közepes sugárzási hőmérséklet és a levegőhőmérséklet csökkentésére. A 18°C és 19

Barna Edit

PhD értekezés

29°C közötti padlóhőmérsékletek alkalmasak ülő vagy álló tevékenységet végző, lábbelit viselő személyek komfortjának biztosítására. Sajnos nem áll rendelkezésre még olyan tanulmány, amely a hideg padlókat sugárzási aszimmetria szempontjából vizsgálja. A következőkben részletesen ismertetem a meleg padló okozta diszkomfort érzet, valamint a sugárzási hőmérséklet aszimmetria együttes hatásának vizsgálatához alkalmazható jelenleg rendelkezésre álló legfontosabb módszereket: az élő alanyokkal végzett laboratóriumi méréseket, a termikus műemberrel végzett méréseket és az együttes hatás CFD szimulációval való vizsgálatát.

20

Barna Edit 2.4

PhD értekezés

Élőalanyos laboratóriumi mérések a hőérzeti komfort kutatásban

Az orvostudomány területén (pl. pszichológia, gyógyszerészet) már régóta alkalmazzák hipotézisek vizsgálatára az élőalanyos méréseket. A belső környezet vizsgálatára az épületgépészeti szakma is alkalmazni tudja a különböző élőalanyos mérési módszereket. A következőkben azokat a módszereket ismertetem, amelyeket Wyon (2001) gyűjtött össze, mint legalkalmasabbakat a belső környezetben előforduló hatások/határértékek vizsgálatára. Ezeket a módszereket a mai napig olyan kutatási központok alkalmazzák sikerrel, mint például az International Centre for Indoor Environment and Energy, Dán Műszaki Egyetem, vagy a College of Environemental Design, UC Berkley, USA és még sok más egyetem és kutatási központ, közöttük a BME is. Wyon 25 módszertani választási lehetőséget gyűjtött össze, amelyek kombinációjából az adott vizsgálati célnak legmegfelelőbbet lehet kiválasztani. A 25-ből azokat mutatom be, amelyeket az élőalanyos mérési sorozatok tervezésekor legfontosabbnak, tartottam és figyelembe vettem. - Laboratóriumi vagy helyszíni mérések: mindkettő szükséges, önállóan vagy együtt, ahhoz, hogy egy valós helyzet szimulációja jöhessen létre. Sok esetben egy terepen felmerülő probléma megoldását csak egyszerűsített laboratóriumi környezetben lehet megtalálni, míg laboratóriumban létrehozott új technológiákat, megoldásokat, csakis helyszínen valódi környezetben lehet ellenőrizni. Az az ideális, ha mindkét módszer alkalmazható a kutatás során. - Mérsékelt vagy szélsőséges környezeti feltételek: Míg korábbi vizsgálatoknál a szélsőséges környezeti stresszt alkalmazták, mára inkább a mérsékelt tartományt tekintik megfelelőnek. Ennek három fő oka van:  A vizsgálati eredményeket a civil lakosságra, könnyűipari és irodai munkára és otthonokra kell a későbbiekben alkalmazni.  A mérsékelt stressznek más pszichológiai és fiziológiai folyamatokat vált ki és más hatása van, mint a szélsőséges környezeti stressznek.  Emiatt nem feltétlenül érvényes az a feltételezés, hogy a szélsőséges stressz hatására kapott eredmények interpolálásával következtetni lehet a mérsékelt környezeti stressz hatására. - Egészséges alanyok vagy különösen érzékeny csoportok: A méréseket érdemes véletlenszerűen kiválasztott önként jelentkező személyekkel végezni, de azokat, akik valamilyen betegségben szenvednek, például megfázás, vagy más gyógyszerrel kezelt betegség, amelynek hatása lehet a vizsgálat tárgyára, ki kell szűrni. Különösen érzékeny alanyok vizsgálatára sor kerülhet, ha igényeiket várhatóan fokozottan figyelembe kell venni a későbbiekben. - Naív vagy teljesen informált alanyok: Az etika megköveteli, hogy a részvevők teljes mértékben tisztában legyenek a vizsgálat tárgyával és ehhez beleegyezésüket kell adniuk. Azonban amennyire lehetséges, érdemes bizonyos tekintetben az alanyokat „vakon‖ tartani a vizsgált tényezőkkel kapcsolatban (pl. mégha ismerik a vizsgált körülményeket, azt nem kell tudniuk, hogy mikor lesznek kitéve azoknak.) Így még a teljesen informált alanyok elvárásai sem módosíthatják az eredményeket. - Inaktív vagy dolgozó alanyok: korábban a fiziológiai vizsgálatok során az alanyoknak nem kellett mást tenniük, csak „elviselniük‖ az adott környezetet. Ezt a hagyományt követve a hőérzeti vizsgálatok sokáig ennek megfelelően zajlottak: az alanyok megfelelő időközönként kitöltötték a kérdőíveket, a köztes időben meg olvastak vagy nem csináltak semmit. Mára azonban bebizonyosodott, hogy az ülő munkának jelentős hatása van a metabolizmusra és így a hőérzetre is, éppen ezért célszerű, hogy a résztvevők szimulált irodai munkát hajtsanak végre mégha várhatóan nem is lesz mérhető hatása a vizsgált környezetnek a teljesítőképességre. - Az vizsgált alanyok száma: az irodalomban szereplő fiziológiai vizsgálatokat korábban 1-5 fővel végezték. Az ilyen típusú mérésekhez 15 fő elegendőnek tekinthető. Emellett a mentális teljesítőképesség vizsgálatához is ilyen kevés főt alkalmaztak. 20-30 fő vizsgálata már elegendőnek tekinthető ismétléses-méréses, kiegyensúlyozott kísérleteknél. Helyszíni 21

Barna Edit

-

PhD értekezés

méréseknél, ahol több a nem kontrollálható, de hatással rendelkező tényező, a 60 fő tekinthető minimumnak. A kitettség ideje: 2, 4 vagy 8 óra. Wyon a 3,5-5,5 órás mérések alkalmazását javasolja laboratóriumi körülmények között. Az ilyen hosszúságú mérés egy reális fáradtság kialakulását teszi lehetővé, különösen, ha a délutáni órákban kerül rá sor. A helyszíni mérések természetesen egész nap zajlanak.

Összefoglalva Wyon és Bánhidi (2003) szerint a kísérleti stratégiát, amennyiben lehetséges érdemes a következők szerint kialakítani: - Tudományos laboratóriumi kísérletek, amelyek célja, hogy leírják a környezeti paraméterek hatását a benntartózkodókra. - A mechanizmusok felismerése után ki kell fejleszteni egy olyan technológiát vagy módszert, amely a felmerült problémát megoldja és emellett nem energiapazarló. - A laboratóriumi vizsgálatok eredményét és elfogadhatóságukat meg kell erősíteni helyszíni vizsgálatokkal. Az élőalanyos mérések kiegészítéseként alkalmazhatók a termikus műemberrel folytatott laboratóriumi mérések. A következőkben a termikus műemberrel végzett vizsgálatok múltját és jelenét, valamint alkalmazási lehetőségeit és korlátait mutatom be.

22

Barna Edit 2.5

PhD értekezés

Termikus műemberek alkalmazása a hőérzeti komfort kutatásában

Az Egyesült Államokban termikus műembert kutatási célra már az 1940-es években használtak, főként a hadseregben alkalmazott öltözékek vizsgálatára. A műembert galvanizált rézlemezekből állították össze. Segítségükkel a ruházat, valamint a környezet függvényében mérni lehetett az összes hőleadást. Használatuk azonban korlátozott volt, mert csak egy testhelyzettel rendelkeztek, és nem lehetett velük feltérképezni a testfelületről környezet felé haladó hőáramokat.(Wyon, 1989). Emiatt elindult a több és külön-külön szabályozható testszekcióból álló műemberek fejlesztése. A ma létező termikus műemberek nagy része legalább 15 testszekcióval rendelkezik. Természetesen az anyagtudomány fejlődésével a műemberek anyagai is jelentősen változtak; a műember gyártásban megjelent az alumínium és a polimer. A számítástechnikai fejlődés is éreztette hatását a műemberek evolúcióján. Az 1980-as éveket megelőzően a műembereket kézzel, ki-be kapcsolókkal működtették, de később megjelentek a digitális szabályozók, amelyek az integráló, differenciáló és arányos tagok szoftverbe való építésével, pontosabb, gyorsabb és stabilabb szabályozást, valamint mérést tettek lehetővé. (Wyon, 1989 és Nilsson 2004) A műemberek testhelyzete is fejlődött a kezdeti időszakhoz képest. A statikus álló testhelyzethez képest, kifejlesztették az ülő, sőt a mozgatható (kerékpározó, sétáló) műembereket is, amelynek jelentősége abban rejlik, hogy a test körüli áramlások hatását is mérni lehetett. Fontos megjegyezni, hogy az emberi test hőcseréje nem csak a konvektív és sugárzásos hőcseréből áll, de meleg környezetben az izzadás/párolgás is belép a hőegyensúlyi egyenletbe. A párolgásos hőcsere mérésére, a termikus műember evolúció utolsó lépéseként, kifejlesztették az izzadó műembereket. 2.5.1 A magyar termikus műember A Magyarországon található egyetlen műember története 1982-ig nyúlik vissza. Ekkor építették meg az ÉTI-ben Bánhidi és munkatársai Wyonnal. Később a műszer a BME tulajdonába került. Az ÉTIMAN termikus műember egy termikus mérőtestből, kétprocesszoros vezérlő és mérési adatgyűjtőből, valamint az adatfeldolgozást, megjelenítést végző számítógépből áll. A használt férfi bábu dán gyártmányú, üvegszál erősítésű poliészter héjszerkezet. Hőtechnikai megfontolásból poliuretán habbal töltötték ki a testüregeket. Az ülő műember 18 testrészből áll, amelyek felületébe külön-külön fűtőhuzal-hálózatot süllyesztettek. A műanyag rétegre felhordtak egy átlagosan 0,4 mm vastag alumínium réteget, amely az egész felületen biztosítja az egyenletes hőmérséklet eloszlást. Ezután egy újabb műanyag rétegre kerültek a mérést végző ellenállásmérő szálak, amelyek az egyes testrészek független szabályozását tették lehetővé. Erre került egy védelmi feladatot ellátó, elhanyagolható vastagságú, végső műanyag réteg. Az önállóan szabályozott hőmérsékletű testrészekhez a fűtőáram ugyanazon a szalagkábelen jut el, amely a mérőjeleket is továbbítja. A mérés során azt a hőmennyiséget (elektromos energiát) mérjük, ami ahhoz szükséges, hogy tartani lehessen a testrészek előírt felületi hőmérsékletét. A szabályozóegységet, valamint a felügyeleti számítógép programját a számítástechnika már jócskán meghaladta ezért ismertetésüktől eltekintek. Felmerül a kérdés, hogy a világon előforduló műemberekkel végrehajtott mérések eredményei standardizálhatók-e. Azt lehet mondani, hogy például a ruházat szigetelőképességének vizsgálatakor, kisebb engedményekkel ugyan, de összecsengenek a különböző rendszerű műemberekkel mért adatok, de fontos tisztázni a műemberek közti méretbeli és szabályozásbeli különbségeket (Wyon, 1989). Az eredmények standardizálása még napjainkban is folyik különböző munkacsoportokban (öltözet, gépjármű tesztek és hőérzeti komfort), de még nem került sor egy standardizált ISO-műember létrehozására. (Nilsson, 2004)

23

Barna Edit

PhD értekezés

2.5.2 A termikus műember helye a kutatásban A termikus műember képes a hővezetéses, hőátadásos és sugárzásos hőveszteség mérésére az egész felületen, minden irányba. Nilsson (2004) listába foglalta a termikus műemberek legfontosabb tulajdonságait: - Alkalmas az emberi test egész, vagy helyi hőcseréjének szimulálására. - Háromdimenziós hőcsere mérésére használható. - Valóságos módon szerepelteti a száraz hőveszteséget. - Objektív mérési eszköz a ruházat hőszigetelésének mérésére. - Gyors, pontos és ismételhető mérést tesz lehetővé. 2.5.3 A termikus műemberek alkalmazási területei A fejezet elején leírtak szerint termikus műembert először a ruházat szigetelésének vizsgálatára alkalmaztak. Az 1980-as évektől kezdve napjainkig folynak ilyen jellegű mérések. Olesen és mtársai (1982) vizsgálták mozgatható műemberrel a testhelyzet, aktivitás, valamint ruházat hőszigetelő képesség hatását a hőleadásra. A vizsgálat során 16 szegmensből álló műembert fejlesztettek ki, amellyel négy különböző clo értékű ruházat szigetelő tulajdonságát vizsgálták álló, ülő és kerékpározó testhelyzetben. Azt tapasztalták, hogy ülő testhelyzetben ugyanannak az öltözetnek a szigetelőképessége 8-18%-kal kisebb volt, mint álló helyzetben. A szerzők szerint a gyakorlatban ezt a különbséget a szék szigetelőképessége kompenzálhatja. A kerékpározó műember 0,06 clo értékkel tért csak el az ülő műemberhez tartozó clo értéktől. Holmér és mtársai (1995) összefoglalták a termikus műemberrel végzett szigetelőképességivizsgálatok addigi tapasztalatait és bemutatták az alkalmazási határokat. Felhívták a figyelmet a vizsgálati körülmények fontosságára továbbá arra, hogy a műember az átlagos embert reprezentálja. Megfogalmazták, hogy a legtöbb esetben nincs lehetőség a párolgásos hőcsere közvetlen meghatározására. Azt is hamar felismerték a kutatók, hogy a műemberek alkalmasak a mikroklíma alakulásának vizsgálatára különböző épületgépészeti berendezések alkalmazása esetén. Fanger és mtársai már 1980-ban termikus műembert használtak a sugárzó mennyezet-fűtés hőleadásra gyakorolt hatásának vizsgálatára. Ebben az esetben a termikus műembert élő alanyos mérés mellett alkalmazták. Az élőalanyok hőleadását és szavazatait összefüggésbe lehetett hozni a műember által adott hőleadás értékekkel. Candas (1999) a sugárzási hőmérséklet aszimmetria vizsgálatát végezte ugyancsak termikus műemberrel. A vizsgálat szerint a termikus műemberrel jó közelítéssel meghatározható a homogén környezethez képest az egyes testrészek és az egész test hőleadása. A szerző felhívja a figyelmet a ruházattal borított termikus műember hőátadásos és sugárzásos tulajdonságaira vonatkozó kutatások fontosságára. Nielsen (1999) tanulmányában összegyűjtötte azokat a kutatási területeket, amelyeknél nagyon hasznos lehet a műember alkalmazása. Ilyenek például a kiszorításos és keveredéses szellőzés hatását vizsgáló laboratóriumi kísérletek. Egy újabb terület, ahol a termikus műember alkalmazása előtérbe került, a fedetlen testrészek, valamint a ruházattal borított testrészek konvektív és sugárzási hőátadási tényezőinek meghatározása különböző hőkörnyezetek esetében. Többek között de Dear és mtársai (1997) végeztek ilyen irányú vizsgálatokat. Sikerült testrészenként megállapítaniuk külön-külön a hőátadási tényezőket a meztelen termikus műember esetére, különböző légsebességek és szélirányok esetén, ülő és álló helyzetben egyaránt. Vizsgálatuk a műemberrel végzett korábbi ilyen irányú kísérletek kiegészítésének és érvényesítésének tekinthető, továbbá alkalmas a vonatkozó kidolgozott számítási módszerek és matematikai modellek minősítésére és ellenőrzésére is. A fent leírt kutatási célok mellett a termikus műembert alkalmazzák még többek között gépjárművek tervezésekor, védőfelszerelések ellenőrzésére, emberi tartózkodás szimulációjára, és fiziológiai szimulációkhoz.

24

Barna Edit

PhD értekezés

2.5.4 Műemberrel mért értékek és értelmezésük Termikus műember segítségével két tényezőt lehet mérni, fajlagos hőleadást (W/m2) és egyenértékű homogenizált hőmérsékletet (°C) (EHT érték = Equivalent Homogenous Temperature). A hőleadás fogalmát könnyű megérteni, annál nehezebb a vele járó érzetet megfogni. Míg 100 W/m 2 hőleadás érzete nehezen érthető, addig a legtöbb ember el tudja képzelni az ezzel a hőleadással járó egyenértékű homogenizált hőmérsékletet, ami 15°C-nak felel meg. Az egyenértékű homogenizált hőmérséklet (továbbiakban EHT) azt mondja meg, hogy az adott testrészt körülvevő klímát a testrész milyen hőmérsékletűnek „érzi‖. Definíció szerint a műemberrel mért EHT annak a homogén környezetnek a hőmérséklete, amelyben a valós bőrhőmérsékletekkel rendelkező termikus műember ugyanannyi hőt veszítene, mint a valós környezetben. (Tanabe és mtársai, 1994) Az EHT matematikai kifejezése a következő:

EHT  t s  0,155I cl  I a f cl Q t

(11)

ahol, ts – az átlag bőrhőmérséklet neutrális/komfort hőkörnyezetben (°C) Icl – a ruházat szigetelő képessége (clo) Ia – a bőrfelület fajlagos hőellenállása (clo) fcl – ruházattal borított testfelület aránya Qt – száraz hőleadás a bőr felületről (W/m2) – ez az érték mérhető a termikus műemberrel. Látható, hogy az EHT érték tulajdonképpen a termikus műemberrel mért hőleadás értékeken alapul. A mért hőleadásnak emellett további fontos szerepe van, méghozzá az élőalanyos mérésekkel való összehasonlításkor. Wyon (1989) tapasztalatai szerint ülő munkával zajló élőalanyos méréseknél a semleges hőérzettől 5 W/m2-es eltérés már 15-20 perc múlva teljes testre vonatkozó diszkomfortot okoz. A hőleadás és az EHT értékek ismerete lehetővé teszi a PMV modell alkalmazását műemberrel mért eredményekre. Ebben az esetben a PMV számításakor a levegő és sugárzási hőmérsékletet helyettesíthető a homogén környezetre vonatkozó EHT hőmérséklettel. A levegő sebessége ekkor 0 és a relatív nedvességtartalom 50% (2.9. ábra). Ezzel a módszerrel kapcsolat teremthető az objektív módon mért hőmérséklet és a várható hőérzeti szavazat között.

2.9. ábra. Az EHT hőmérésklet definíciója Ugyanez a módszer visszafelé is alkalmazható. Korábban kimutatták, hogy lineáris kapcsolat áll fenn, erős korrelációval, az EHT hőmérséklet és az átlagos hőérzeti szavazatok között (Nilsson, 2004). Amennyiben testrészenként rendelkezésre állnak az EHT hőmérsékletek, a legkisebb és legnagyobb értékek meghatározzák az adott hőkörnyezetre vonatkozó komfort határokat. Az ilyen módszerrel készített diagrammal lehetséges a hőkörnyezet szubjektív hőérzetre gyakorolt hatásának vizsgálata és egy vagy több komfort tartomány meghatározása (2.10. ábra) (Nilsson, 2004).

25

Barna Edit

PhD értekezés

2.10. ábra. Komfort határok meghatározása EHT hőmérséklet alapján Nilsson szerint A számítástechnika fejlődésével napjainkra lehetővé vált, hogy élő alanyok és termikus műemberek mellett virtuális műembereket is alkalmazhassanak a kutatók hőérzeti kérdések megválaszolására, bemutatására. A következőkben kitérek a vonatkozó számítógépes szimulációs vizsgálatok eredményeire, tapasztalataira és áttekintem azt az irodalmi hátteret, amely az általam végrehajtott számítógépes szimulációk végzésében segített.

26

Barna Edit 2.6

PhD értekezés

Számítógépes szimulációs program (CFD –Computational Fluid Dynamics) alkalmazása a hőérzeti méretezésben, diszkomfort tényezők vizsgálatában

A számítástechnika fejlődésével a kutatóknak egyre jobb lehetősége nyílik arra, hogy az időigényes és sokszor költséges laboratóriumi és helyszíni méréseket nagy pontosságot adó virtuális térben zajló „kísérletekkel‖ helyettesítsék. Ahhoz, hogy a numerikus szimulációval készített modellekből kapott eredményeket későbbi vizsgálatoknál figyelembe lehessen venni, természetesen szükséges, hogy valós környezetben végzett mérések eredményeivel alátámaszthatók legyenek. A valós mérésekkel igazolni kell a szimulációs modell helyességét, ahhoz, hogy később önállóan alkalmazni lehessen. Többféle megközelítés létezik az ember, a helyiség és az épületgépészeti rendszerek kapcsolatának numerikus szimulációval való vizsgálatára. A továbbiakban három fajta megközelítést tekintek át és a rendelkezésre álló irodalom segítségével bemutatom a főbb kutatási eredményeket. A három megközelítés a következő: - az épületgépészeti rendszerek hatása a tartózkodási zónában: áramlások vizsgálata az ember körül (kényszerített, természetes), hőmérsékletmezők kialakulása konvektív és sugárzásos elven működő épületgépészeti rendszereknél. - az emberi test környezettel való hőcseréjének modellezése: hőátadási tényezők meghatározása (bőrrel, ruházattal), testhőmérséklet szabályozást leíró modellek alkalmazása, - az emberi test hőérzetének modellezése: prediktív modell kidolgozása a virtuális hőérzeti komfort meghatározására. 2.6.1

Az épületgépészeti rendszerekkel és emberi hőérzettel foglalkozó kutatások bemutatása Már az 1990-es évektől kezdve készültek numerikus szimulációk épületgépészeti (fűtési, légtechnikai) rendszerek és hatásaik vizsgálatára. Gan (1994, 1995) kifejlesztett egy olyan CFD kódot, amely alkalmas volt az emberi hőérzet szimulációjára kiszorításos szellőzéssel rendelkező helyiségeknél. A létrehozott program kóddal lehetővé vált az adott helyiségben a hőérzet PMV-PPD modell szerinti szimulációja, valamint az esetlegesen kialakuló helyi huzatérzet vizsgálata. A létrehozott modellt a szerző leginkább arra tartotta alkalmasnak, hogy a kiszorításos szellőzés belépő levegőjének paramétereit optimalizálni lehessen. Ebben az embert helyettesítő modell még igen egyszerű geometriából épült fel. Ehhez képest a későbbiekben több kutató is elkezdett olyan modelleket kidolgozni, amelyek az emberi test geometriáját és működését, a valóságot megközelítő módon írják le. Murakami és mtársai (2007) az emberi test hőegyensúlyát/szabályozását és a környezettel való hőcseréjét egy ún. JOS matematikai modellel írták le, amelyben a bőrhőmérséklet már a vérkeringés hatását is tartalmazta. A szimuláció eredményeként a szerzők meg tudták határozni az egyes testrészek bőrhőmérséklet-eloszlását. A CFD szimuláció eredményeit élőalanyos mérésekkel ellenőrizték és megfelelő egyezést tapasztaltak. Tanabe és mtársai (2002) szintén az emberi test hőszabályozásának legpontosabb leírására törekedtek, amihez a CFD szimulációt hívták segítségül. A 65 csomópontból álló modell segítségével az általuk épített virtuális műemberhez ki tudták számítani a konvektív, valamint sugárzásos hőátadási tényezőket. A létrehozott modellt egy virtuális térben tovább vizsgálták és megnézték, miként alakul a bőrhőmérséklet ablakon keresztül beeső sugárzás és hűtött mennyezet esetében. Omori és Tanabe (2007) a Murakami által létrehozott JOS modellt alkalmazták padlófűtéssel rendelkező helyiség vizsgálatára. A CFD-vel kapott hőleadás és bőrhőmérséklet értékeket összevetették termikus műemberrel, valamint élőalanyokkal végzett mérések eredményeivel és megfelelő egyezést találtak. Yigit (1998) olyan modell kidolgozását végezte, amellyel a testfelszínt borító ruházat hőszigetelőképessége és külső hőmérséklete írható le. Ebben az esetben az emberi test geometriáját 27

Barna Edit

PhD értekezés

nem dolgozták ki olyan pontosan, mint Murakami vagy Tanabe, a hangsúlyt inkább a száraz és párolgásos hőcsere modellezése kapta. Atamaca és mtársai (2007) szintén a CFD szimulációt hívták segítségül a napsugárzás hatásainak vizsgálatára. A napsugárzás hatására kialakuló felületi hőmérsékletek sugárzását modellezték az emberi testfelszínre. A szimuláció segítségével kapott testrészhőmérsékletek segítségével különböző felületi hőmérsékletekre meghatározták a vonatkozó PMV értékeket. Han és munkatársai (2001) is megpróbálták a CFD szimulációban rejlő lehetőségeket kihasználni és létrehoztak egy olyan virtuális módszert (kódot), amelyekkel meg lehet jósolni a benntartózkodók hőérzeti komfortját. Szimulációjukhoz a 16 szegmensből álló Stolwijk testhőmérséklet-szabályozási modellt alkalmazták. A létrehozott komfort-modell alkalmas a helyi hőérzeti komfort meghatározására inhomogén hőkörnyezetben, figyelembe véve a levegő és a környező felületek hőmérsékletét, a légsebességet, páratartalmat és a további hőérzetet befolyásoló paramétereket. A modellt VTCE-nek (Virtual Thermal Comfort Engineering – virtuális hőkomfort tervezés) nevezték el. Az itt összegyűjtött néhány példa is mutatja, hogy a virtuális tervezésnek, mérésnek mennyire megnőtt a szerepe napjainkra. Ez egy olyan eszköz, amely feltétlenül kiegészíti az élőalanyos, valamint termikus műemberrel végrehajtott méréseket. A módszernek vannak azonban korlátozó tényezői, amelyeket fontos megemlíteni. A hőérzeti komfort leírására alkalmazható matematikai modellek a mai napig sokszor bonyolultak és nincsenek pontosan rögzítve, kevés a ruházattal kapcsolatos információ és sokszor még nagy a különbség a számított és mért értékek között. Az is előfordul, hogy a kidolgozott matematikai modelleket nehéz a rendelkezésre álló CFD programokhoz hozzárendelni. Emiatt továbbra is fontos a valós mérések elvégzése.

28

Barna Edit 2.7

PhD értekezés

A feldolgozott szakirodalommal kapcsolatos főbb megállapítások, elvégzendő kutatási feladatok

Értekezésemben bemutattam az egész testre vonatkozó hőérzeti komfort alapelveit, ismertettem a vizsgálni kívánt helyi diszkomfort tényezőket, valamint a hőérzeti komfort vizsgálatához alkalmazott különböző vizsgálati módszereket. A helyi diszkomfort tényezőkhöz kapcsolódó cikkek elsősorban olyan kutatásokat mutattak be, amelyekben az egyes tényezőket és hatásukat a hőérzetre egyenként vizsgálták. Csak kevés olyan cikket találtam, amely bizonyos, nemcsak hőkomforthoz kapcsolódó, tényezőket (zaj, huzat stb.) együtt vesz figyelembe. Toftum (2002) is kiemelte cikkében, hogy hiányos az együttes hatáshoz kapcsolódó ismeretanyag, nem csupán a semleges vagy ahhoz közeli komforttartományban, de a szélsőségesebb hőkörnyezetekben is. Az áttekintett szakirodalom között találtam az épületgépészet területéhez kapcsolódó tanulmányokat, amelyek különböző épületgépészeti rendszerkialakítások (felületi fűtés, légvezetési rendszer) hatását vizsgálták a hőérzetre, de sok olyan cikket is áttekintettem, amely a hőérzet és az emberi test működése között kereste a kapcsolatot. Ez alapján látható, hogy két tudományág határterületén helyezkedik el a vizsgálni kívánt téma. Mivel épületgépészeti rendszer hatásának vizsgálata a célom ezért nem terveztem az irodalomban szereplő emberi test hőleadására/hőegyensúlyára vonatkozó rendkívül részletes modellek alkalmazását, de ahol lehetséges az azokban szereplő eredményeket figyelembe vettem (pl. konvektív és sugárzási hőátadási tényezők). A szakirodalomban három fő módszert találtam, amelyekkel a hőkörnyezet hatását kísérleti úton vizsgálták. Ezek a következők: élőalanyos mérések (szubjektív és objektív paraméterek vizsgálata), műemberes mérések (objektív paraméterek vizsgálata) és a méréseket kiegészítő, előkészítő és eredményeket igazoló virtuális szimulációk (CFD). Ezekkel a módszerekkel kapcsolatban a következő megállapításokra jutottam: - Az élőalanyos mérésekről elmondható, hogy az emberi hőérzet „mérésére‖ ez adja a legpontosabb választ. Ez a vizsgálat legtöbbször drága és időigényes és figyelembe véve az épületgépészeti rendszer tulajdonságait és az adottságokat, az eredmények általánosítása, megfelelő módszertan nélkül igen bonyolult lehet. - Az ember körül kialakult hőmérsékletek és más környezeti paraméterek mérése (pl. helyszíni méréseknél) kevésbé költséges és gyakran alkalmazott módszer, de legtöbbször nem egyszerű vele az összetett hatások (sugárzás és konvekció) vizsgálata, mivel a tényezőket különböző típusú érzékelők mérik. Ennek a problémának a kiküszöbölésére alkalmazható a termikus műember, amellyel mérni lehet a test száraz hőcseréjét (konvektív és sugárzásos) a környezettel. A műemberbe épített hőáram mérő érzékelők segítségével a testrészeken külön, helyileg mérhető a felhasznált hőáram és így megállapítható a hőleadás. - A termikus műember alkalmazásánál egy újabb megoldás a harmadik módszer, a virtuális környezetben végrehajtott számítógépes szimuláció. Az ún. CFD (Computational Fluid Dynamics) programot napjainkban többek között az épületgépészeti alkalmazások működésének szimulációjára és tesztelésére is használják. Fontos megjegyezni, hogy a termikus műemberrel és szimulációs modellekkel kapott eredmények csak akkor használhatók és értelmezhetők megfelelően, ha átalakíthatók egy olyan tényezővé, amely kifejezi az ember környezetre adott válaszát/hőérzetét. Ezeket a tapasztalatokat és megállapításokat figyelembe véve határoztam meg az elvégzendő kutatási feladatokat az alábbiak szerint: 1. Mérések végrehajtása termikus műemberrel hideg falfelület és fűtött padló mellett különböző hőmérséklet kombinációkra. Cél a kétféle, diszkomfortot okozó, tényező együttes hatásának vizsgálata a száraz hőleadásra, a leginkább érintett testrészek kiszűrése és a hőállapotok közötti különbségek vizsgálata.

29

Barna Edit

PhD értekezés

2. Mérések végrehajtása élő alanyokkal hideg falfelület és fűtött padló mellett különböző hőmérséklet kombinációkra. Cél a kétféle, diszkomfortot okozó, tényező együttes hatásának vizsgálata az ember hőegyensúlyára és az egész testre vonatkozó, valamint a lokális hőérzetre. 3. Az élőalanyos mérés alapján olyan CFD szimuláció létrehozása és futtatása, amely a későbbiekben használható ilyen irányú kutatások esetében előtanulmányok készítésére. 4. A mérések és a szimuláció eredményei alapján meg kell állapítani a két diszkomfort tényező egymásra való kölcsönhatásának milyenségét (összeadódnak vagy kioltják egymást). Ezután, amennyiben lehetséges, el kell készíteni egy ajánlást, amellyel ki lehet egészíteni a felületi fűtésekhez/hűtésekhez kapcsolódó eddigi hőérzeti témájú tapasztalatokat, így segítve a sugárzásos elven működő rendszerek minél komfortosabb és korszerűbb üzemeletetését. Az itt felsorolt kutatási feladatokat természetesen megelőzte a sugárzási aszimmetria számításának elvégzése különböző felületi hőmérsékletekre (pl. Barna és Bánhidi, 2007) az irodalomban rendelkezésre álló, és már korábban bemutatott összefüggések (1)(2)(3)(4)(5) (ld. 11-13. oldal) alapján. Az elvégzett mérési munkához kapcsolódó adatok és eredmények terjedelme miatt, és mivel az összefüggések nem alkalmazhatók az egymásra merőleges sugárzó felületek hatásának vizsgálatára (nem állnak rendelkezésre PPD értékek ilyen esetre), tehát nem hordoznak új tudományos eredményt, ezért a disszertációban a klasszikus sugárzási hőmérséklet aszimmetria számítások csak a mellékletben jelennek meg (3. Melléklet). A Rehau Kft. megbízásából tanszékünkön egy program került kidolgozásra, amellyel lehetővé vált a sugárzási hőmérséklet aszimmetria gyors számítása tetszőleges nagyságú téglalap alapú helyiségre, tetszőleges számú ajtó, ablak, illetve radiátor elhelyezésével. A program küllemének végső kialakításában a Duoplan Kft.-től Csöppenszky Gábor volt segítségemre. A 3. Mellékletben röviden ismertetem a kifejlesztett program alapvető tulajdonságait, majd bemutatok egy mintaszámítást. A mintaszámításhoz a tanszék hőérzeti laboratóriumának geometriáját, valamint a termikus műemberrel és élőalanyokkal végzett mérések elhelyezéseit vettem alapul, amelyeket a következő fejezetben részletesen ismertetek.

30

Barna Edit

3 3.1

PhD értekezés

Mérési metodikák A hőérzeti laboratórium általános leírása

A műemberes és élőalanyos méréseket az Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék hőérzeti vizsgálatokra alkalmas mérőszobájában hajtottam végre. A hőérzeti laboratórium szoba a szobában kialakítású, üzeme tehát független a külső környezettől és időjárástól. A mérőszoba méretei a következők: 3,80 m (hossz) x 3,10 m (szélesség) x 2,50 m (magasság) (3.1. ábra). A helyiség térfogata így 29,5 m3.

3.1. ábra. A mérőszoba geomertiája és az egyes felületek jelzései A mérőszobának nincsenek ablakai; csak mesterséges világítással rendelkezik. A szoba falait és padlóját nedves fektetésű felületfűtéssel és hűtéssel látták el (3.2. ábra).

3.2. ábra. A mérőszobában elhelyezett nedves fektetésű felület fűtési-hűtési rendszer A padló és a négy falfelület külön-külön tetszőleges kombináció szerint fűthető vagy hűthető igény szerint. A fűtési és hűtési víz hőmérséklete egy épületfelügyeleti rendszer (IWKA Trend 921) segítségével szabályozható, így beállíthatóak a kívánt felületi hőmérsékletek. A műemberrel, valamint az élőalanyokkal végzett méréseim során a „C‖ jelű falfelületet hűtöttem, míg a padlót fűtöttem (3.1. ábra). A mérőszobát egy központi szellőztető rendszer látja el levegővel, amely a külső levegőt felfűtés után a szoba tetején lévő perforált álmennyezethez juttatja. A levegő hőmérsékletét egy termosztáttal lehet szabályozni. Az álmennyezet kialakításának köszönhetően a friss levegő kis levegősebességgel érkezik a tartózkodási zónába (kisebb, mint 0,1 m/s). Az elhasznált levegő a szoba két szemközti oldalán található rácsokon keresztül távozik a szobából. Az élőalanyos mérések során a légvezetési rendszert úgy állítottam be, hogy két főre jutó minimálisan szükséges friss levegő mennyiség jusson a tartózkodási zónába. Emellett a szoba nyílásain (ajtó, szerelőnyílás) filtráció révén jutott még levegő a helyiségbe. 31

Barna Edit 3.2

PhD értekezés

Környezeti paraméterek mérése általánosan

A mérőszoba fal- és padlófelületeinek hőmérsékletét Fe-Ko termoelemekkel mértem. A hűtött, „C‖ jelű, falfelületen 12 darab, a fűtött padlón pedig 16 darab érzékelőt helyeztem el (3.3. ábra). A többi falfelület hőmérsékletét is mértem 4 („D‖ fal), 3-3 („A‖, „B‖ fal) és 1 (mennyezet) helyen. Az érzékelők által mért hőmérsékleteket felületenként átlagoltam. Az érzékelők működését és pontosságát kalibrált hőmérő segítségével a felületekre való elhelyezést követően ellenőriztem.

3.3. ábra. A hűtött falon és a fűtött padlón elhelyezett termoelemek helyzete és egy termoelem Mivel a laboratóriumban végzett négy vizsgálatnál (1. műemberes, 2. műemberes, 1. élőalanyos, 2. élőalanyos méréssorozat) a mért környezeti paraméterekben és azok mérési, rögzítési módjában a fent leírtakon kívül eltérések voltak, ezért külön bekezdésekben foglalkozom velük az adott vizsgálat leírásán belül. 3.3

A műemberes mérésekhez kapcsolódó mérési módszerek ismertetése

Az általam alkalmazott egyik objektív mérési módszer eszköze a termikus műember. A tanszék tulajdonában lévő termikus műember egy átlagos testalkatú férfi mintájára készült. Teljes felülete 18841 cm2 (Bánhidi és Fabó, 1986). A berendezés 18 szegmensből áll, amelyeket nem lehet külön-külön a mérés alatt szabályozni. A műemberhez tartozó szoftver segítségével az egyes szegmenseket előre meghatározott hőmérsékletre lehet felfűteni, amelyet a berendezés folyamatosan tart (3.4. ábra). A mérés során rögzíteni lehet az egyes szegmensek hőleadását, valamint ekvivalens homogén hőmérsékletét (EHT). A műember 0,8 és 1 clo értéknek megfelelő ruházatot viselt.

3.4. ábra. A műember elhelyezése a mérőszobában 1 clo öltözetben és az egyes testszekciók hőmérsékletei 32

Barna Edit

PhD értekezés

3.3.1 A műemberrel végzett mérések peremfeltételei A műember mindkét műemberes mérési sorozat során a helyiség közepén, egy íróasztalnál, a hűtött fallal szemben helyezkedett el 1,7 m távolságra tőle (3.1. és 3.4. ábra). A műemberrel végzett 1. mérési sorozat alatt 6 különböző hőállapotot vizsgáltam. A hat esetet a 3.1. táblázat mutatja. 3.1. táblázat. A vizsgált felületi hőmérsékletek az 1. műemberes mérésnél Műember a hűtött fallal szemben 1.áll. 2.áll. 3.áll. 4.áll. 5.áll. 6.áll. 13 13 13 16 16 16 Hűtött fal hőm. (C) 20 24 28 20 24 28 Fűtött padló hőm. (C) A felületi-, levegő- és szegmens hőmérsékletek állandósult állapotba jutása után a műember adatgyűjtője kétpercenként rögzítette a hőleadás, valamint EHT aktuális értékét. A vizsgált hőállapotokhoz tartozó átlag értékeket 12 adatból számítottam, ami 22-24 perces mérési periódusnak felel meg. A műemberrel végzett 2. mérési sorozat során kettő, komforttartományba eső, homogén (levegő és felületi hőmérsékletek azonosak) hőmérséklet és nyolc különböző felületi hőmérséklet kombináció hatását vizsgáltam (3.2. táblázat). Az 1-8. hőállapotok (aszimmetrikus hőkörnyezet) esetében a levegő hőmérsékletét 23°C-on tartottam, hogy a 23°C-os homogén hőállapottal össze lehessen hasonlítani a hőleadás értékeit. Az 1. mérési sorozat szélsőségesnek tekinthető falhőmérsékletei után a 2. sorozatnál a C fal felületi hőmérsékleteit megnöveltem, hogy a vizsgálati tartomány megfeleljen a TNM rendelet szerint épült épületekben kialakuló belső felületi hőmérsékleteknek. 3.2. táblázat. A vizsgált felületi hőmérsékletek a 2. műemberes mérésnél 1.áll. 2.áll. 3.áll. 4.áll. 5.áll. 6.áll. 7.áll. 8.áll. 1. hom. Hűtött fal hőm. (C) Fűtött padló hőm. (C)

2. hom.

16

16

16

16

18

18

18

18

20

23

20

23

26

29

20

23

26

29

20

23

A felületi-, levegő- és szegmens hőmérsékletek állandósult állapotba jutása után a műember adatgyűjtője ebben az esetben is kétpercenként rögzítette a hőleadás, valamint EHT értékeket. A vizsgált hőállapotokhoz tartozó átlag értékeket 30-45 adatból számítottam, ami 60-90 perces mérési periódusnak felel meg. A műemberes mérések során nem használtam a laborhelyiség szellőztető berendezését, így a térben csak a hőmérsékletkülönbségből származó, kis sebességű és természetes áramlások jelenlétét feltételeztem. Emiatt és mivel a vizsgálat tárgyát két sugárzáshoz köthető helyi diszkomfort tényező képezte, nem került sor a térben kialakuló légáramlások vizsgálatára. 3.3.2 Környezeti paraméterek mérése A levegő hőmérsékletét a műemberhez tartozó hőmérővel rögzítettem, amit fejmagasságban helyeztem el. A többi testrész-hőmérséklethez hasonlóan kétpercenként került mentésre a levegőhőmérséklet is. A műemberes méréseknél a felületi hőmérsékleteket kétpercenként rögzítette egy adatgyűjtő az állandósult állapotú műemberen végzett mérési periódusnak megfelelően; 22-24 percig az első, és 60-90 percig a második műemberes mérés esetében.

33

Barna Edit 3.4

PhD értekezés

Az élőalanyos mérésekhez kapcsolódó mérési módszerek ismertetése

A mérési módszer ismertetése előtt, a következő táblázatok és leírások könnyebb megértéséhez, néhány szó használatát és a vizsgálatoknál alkalmazott jelentését mutatom be: Mérés: 1. 2. és 3. mérés, amelyet egy ülés elején, közepén és végén hajtottam végre. (pl. bőrhőmérséklet mérés) Szavazás: 1. 2. és 3. szavazat/szavazás, amelyet az ülés elején, közepén és végén hajtottak végre a résztvevő alanyok Ülés: Az egyes vizsgált hőállapotokat különbözteti meg. Pl. Az első mérési sorozat során egy résztvevő 2 db, 3-3 órás, eltérő hőállapotú ülésen vett részt. 3.4.1 1. élőalanyos mérés Az első élőalanyos mérési sorozatot 2008. március 31. és április 25. közötti időszakban 4x5 mérési napon hajtottam végre. A már korábban leírt mérőszobában két munkaállomást alakítottam ki, amelyek a 3.5. ábra szerint helyezkednek el a felületekhez képest.

3.5. ábra. Az élőalanyos mérésekhez alkalmazott mérési elrendezés

3.4.1.1

Környezeti paraméterek mérése

A levegőhőmérsékletet 0,1 m, 0,6 m, 1 m és 1,7 m magasan, két pontban mértem Fe-Ko termoelemekkel. A felületi- és levegőhőmérsékleteket 30 másodpercenként egy Almemo 5690-es adatrögzítővel mentettem el. (3.6. ábra)

3.6. ábra. Almemo 5690-2 adatgyűjtő, 10-Fold MU 64 tűs csatlakozókkal 34

Barna Edit

PhD értekezés

A mérési sorozat négy hetére az Országos Meteorológiai Szolgálattól megszereztem a laboratórium térségében (Lágymányos) mért napi átlag-, minimum- és maximum hőmérsékleteket. Erre azért volt szükség, hogy a vizsgált időszakra látni lehessen, ha kiugróan eltérő külső környezetből érkeztek az alanyok. Így vizsgálhatóvá vált, hogy a hőérzeti szavazatokat befolyásolta-e a külső hőmérséklet. A helyiségben lévő levegő páratartalmát a DIN 1946 szabványban meghatározott komfort tartományon (30%-65%) belülinek feltételeztem a téli/átmeneti időszakban zajló méréseknél.

3.4.1.2 A mérési terv Az első élőalanyos mérési sorozat mérési tervét, a két csoportra osztott alanyokkal a 3.3. táblázat mutatja. 3.3. táblázat. Az 1. élőalanyos mérési sorozat mérési terve Csoport Hőkörnyezet Hét Dátum sorszáma fal / padló (2fő/nap) 1 31/03 – 04/04 1. 15°C /28°C 2 07/04 –11/04 2. 18°C /28°C 3 14/04 – 18/04 1. 18°C /28°C 4 21/04 – 25/04 2. 15°C /28°C A 3.4. táblázat a vizsgált hőkörnyezetek számozását és a beállított hőmérsékleteket foglalja össze. 3.4. táblázat. Az 1. élőalanyos mérési sorozat üléseinek ismertetése Ülés sorszáma Hőmérséklet 15°C fal – 28°C padló 1. 18°C fal – 28°C padló 2. Az alanyok két alkalommal vettek részt ülésen, két hét különbséggel. Az ülések mindig ugyanakkor, a reggeli órákban kezdődtek. A vizsgált felületek hőmérsékletén kívül a levegő hőmérsékletét is szabályoztam, úgy, hogy mindkét esetben 23°C körül maradjon. Azt feltételeztem, hogy ilyen levegőhőmérséklet mellett a teljes testre nézve semleges hőérzet alakul ki és így könnyebben kimutathatóvá válik a sugárzó felületek okozta helyi diszkomfort érzet. A helyiségben a két eltérő hőmérsékletű felületen kívül, a többi felület hőmérsékletét is több pontban mértem, hogy megvizsgálhassam, azok felvették-e a környezeti levegő hőmérsékletét. Ezen felületek hőmérsékletét, semmilyen más módon akaratlagosan nem befolyásoltam.

3.4.1.3 Résztvevő alanyok Összesen húsz, 20 és 28 életév közötti egyetemista hallgató, 10 férfi és 10 nő vett részt a mérési sorozatban. Az alanyokat két csoportra osztottam. Egy ülésen két alany vett részt egyszerre. A délelőtti órákban tartott ülések 3 óra hosszúak voltak. A kiválasztott személyek, az általuk kitöltött előzetes egészségügyi kérdőív alapján, egészségesek voltak és nem szenvedtek olyan betegségben, ami a hőérzetüket bármilyen módon befolyásolhatta volna. A vizsgálatban résztvevő alanyok elől a vizsgált paraméterek, beállított hőmérsékletek rejtve maradtak a mérési sorozat végéig. Nem kaptak semmilyen információt az alkalmazott felületi hőmérsékletekről, ami befolyásolhatta volna szubjektív szavazataikat. Az alanyokat arra kértem, hogy felső öltözetként pólót, nadrágot viseljenek az ülések alatt, ami körülbelül 0,7 clo értéknek felel meg. Érkezésük után kaptak egy pár zoknit és egyforma szigetelési tulajdonsággal rendelkező papucsot. A ruházatot igény szerint lehetett módosítani az ülés során, de minden esetben fel kellett jegyezniük, a módosítás mértékét és idejét. A ruházat módosítása azért volt 35

Barna Edit

PhD értekezés

megengedett, mert korábbi vizsgálatok bizonyították, hogy különösen hideg környezetben a ruházat növelésével hosszú távon csak kis mértékben lehet a hőérzetet befolyásolni (Parsons, 2002), így a módosítás szavazatokra gyakorolt hatásától eltekintettem az eredmények elemzésekor. A két mérési sorozat tapasztalatai ezt igazolták; csak kevesen (3-4-5 ill. fő) módosítottak és azt is a 2. szavazás utáni időpontban tették. Szavazataik nem fordultak pozitív irányba, vagy stagnált, vagy csökkent a hőérzetük. (Példaként csatoltam a 8. mellékletbe (M8.32. táblázat) a 2. mérési sorozat módosításait).

3.4.1.4 Szubjektív értékelés Az ülésre érkezvén a mérőszoba előtti térben az alanyokat egy kérdőív várta, amelyen fel kellett tüntetniük, hogy étkeztek-e a mérés előtt, ha igen mit, ittak-e kávét, dohányoztak-e, a megelőző éjszaka sikerült-e kipihenniük magukat, illetve történt-e valami stresszt kiváltó esemény velük a reggel folyamán. Emellett az általános fizikai és mentális állapotukkal kapcsolatban is kitöltöttek egy kérdőívet (koncentráció képesség, frissesség, fáradtság). Az ülés során három alkalommal, a mérőszobába való belépés után, 1,5 óra és 3 óra múlva, az alanyoknak kérdőíveket kellett kitölteniük. A kérdőívekben nemzetközileg elfogadott, a hőkomfort szubjektív felmérésére gyakran használt skálák (VAS – visual analog scales) szerepeltek. A kérdőíveket és skálákat a 4. melléklet tartalmazza. Az alábbi 3.5. táblázat tartalmazza a mérés során alkalmazott skálákat és kérdőíveket tulajdonságaikkal együtt. 3.5. táblázat. Az 1. élőalanyos mérési sorozatban alkalmazott szubjektív skálák ismertetése Változó A skála típusa Alsó érték Felső érték Általános állapot: Mentális állapot Bipoláris Élénk Lehangolt Mentális feszültség Bipoláris Laza, elégedett Feszült, frusztrált Fáradtság Bipoláris Kipihent Fáradt Koncentráció Bipoláris Könnyű koncentrálni Nehéz koncentrálni Hőérzeti komfort: Hőérzet 7 pontos (-3 - +3) Nagyon hideg Nagyon meleg Hőkörnyezet értékelés Bipoláris Kellemes Kellemetlen Hőkörnyezet preferencia Bipoláris Sokkal hűvösebbet Sokkal melegebbet Egyértelműen Egyértelműen nem Hőkörnyezet elfogadhatóság Elfogadhatósági elfogadható fogadható el Helyi hőérzet 7 pontos - diszkrét Nagyon hideg Nagyon meleg

3.4.1.5 Objektív fiziológiai mérések A három órán át tartó mérés során három alkalommal, 0,1 óra, 1,5 óra és 3 óra elteltével megmértem az alanyok bőrhőmérsékletét, valamint a vérnyomásukat. A mérést a következők szerint hajtottam végre. A mérőszobában felületi hőmérő (Testo 905-T2) segítségével egy-egy pontban megmértem az alany homlok, orr, orca, fül, felkar, alkar, kézfej, mellkas, lábszár, boka valamint lábfej hőmérsékletét, majd ezután megmértem a vérnyomását. Ezután a második alany következett. (3.7. ábra). A fiziológiai mérések körülbelül 15 percet vettek igénybe a 2 főre. Eközben a hideg felület nem került takarásba az alanyoktól.

36

Barna Edit

PhD értekezés

3.7. ábra. Testo 905-T2 felületi hőmérő és Omron MX3 Plus vérnyomásmérő A vérnyomás mérést azért hajtottam végre, hogy nyomon lehessen követni, hogyha az alanyok a nyugalmi, ülő állapottól jelentősen eltértek a mérések előtt. Másrészt korábbi kutatások eredményei szerint (Frohner és mtársai, 2001) a véráram a bőrhőmérséklet csökkenéssel arányosan csökken és kérdésként felmerült, hogy ez a vérnyomás értékeken (szisztolás, diasztolés és pulzus) megnyilvánul-e.

3.4.1.6 A kísérlet menete A résztvevők szimulált irodai munkát, korrektúra olvasást és összeadást, is végeztek, amivel biztosítani lehetett, hogy nem hagyták el, vagy fordultak el a munkaállomásuktól. A kötelező feladatok végrehajtásakor nem olvashattak, tanulhattak vagy beszélgethettek. Csak akkor hagyhatták el a helyüket az alanyok, ha használniuk kellett a mellékhelyiséget. Noha a korrektúra olvasás és összeadás is alkalmas feladat adott laboratóriumi körülmények között a teljesítőképesség felmérésére, ebben a kísérletsorozatban nem ilyen céllal szerepeltek, így elemzésükre nem került sor. A három órás mérések a 3.6. táblázatban látható menetrend szerint zajlottak. Idő 08:45 09:00 09:05 09:20 09:35 10:10 10:20 10:25 10:40 10:55 11:30 11:40 11:45 12:00

3.6. táblázat. Az 1. élőalanyos mérési sorozat mérési menetrendje Relatív idő Esemény -15 perc Érkezés, általános állapotot és fáradtságot felmérő kérdőív 0 perc Belépés a mérőszobába, 1. hőkomfort kérdőív 5 perc Bőrhőmérséklet- és vérnyomás mérés 20 perc Tetszőleges saját tevékenység 35 perc Korrektúra olvasás kezdete 70 perc Összeadás kezdete 80 perc 2. hőkomfort kérdőív 85 perc Bőrhőmérséklet- és vérnyomás mérés 100 perc Tetszőleges saját tevékenység 115 perc Korrektúra olvasás kezdete 150 perc Összeadás kezdete 3. hőkomfort kérdőív, általános állapotot és fáradtságot felmérő 160 perc kérdőív 165 perc Bőrhőmérséklet- és vérnyomás mérés 180 perc =3 ó Ülés vége

3.4.2 2. élőalanyos mérés A második élőalanyos mérési sorozatot 2008. október 27. és december 5. közötti időszakban 6x5 mérési napon hajtottam végre. A munkaállomást az 1. élőalanyos mérési sorozattal azonosan alakítottam ki. A következőkben csak azokat a változtatásokat tüntetem fel, amelyeket az 1. élőalanyos mérés képest végrehajtottam. 37

Barna Edit

PhD értekezés

3.4.2.1 Környezeti paraméterek mérése Ennél a mérési sorozatnál két Testo 177 T4-es adatgyűjtő (3.8. ábra) segítségével, 5 percenként rögzítettem a külső hőmérsékletet a labor épülete mellett. A külső levegőhőmérséklet mérését azért láttam szükségesnek, hogy meg lehessen figyelni van-e hatása az alanyok hőérzetére.

3.8. ábra. Testo 177-T4 hőmérséklet adatrögzítő és az alkalmazott Testo érzékelő Az Innova 1221-es hőkomfort adatgyűjtő, valamint az ehhez csatlakozó MM0036-os átalakító fej segítségével sugárzási hőmérséklet aszimmetriát mértem az ülések alatt. A mérőfejet (jelátalakító) az alanyokkal egyvonalban helyeztem el, úgy, hogy párhuzamos legyen a „C‖ jelű hűtött falfelülettel. Az alkalmazott adatgyűjtő és mérőfej a 3.9. ábrán látható.

3.9. ábra. Innova 1221 hőkomfort adatgyűjtő és MM0036-os sugárzási hőmérséklet aszimmetria mérőfej

3.4.2.2 A mérési terv A második élőalanyos mérési sorozat mérési tervét, a két csoportra osztott alanyokkal a 3.7. táblázat mutatja.

Hét 1 2 3 4 5 6

3.7. táblázat. A 2. élőalanyos mérési sorozat mérési terve Csoport Hőkörnyezet Dátum sorszáma fal / padló (2fő/nap) 27/10 – 31/10 1. 16°C /28°C 03/11 – 0711 2. 18°C /28°C 10/11 – 14/11 1. 18°C /28°C 17/11 – 21/11 2. 16°C /28°C 24/11 – 28/11 1. - / 28°C 01/12 – 05/12 2. - / 28°C

38

Barna Edit

PhD értekezés

A 3.8. táblázat a vizsgált hőkörnyezetek számozását és a beállított hőmérsékleteket foglalja össze. 3.8. táblázat. A 2. élőalanyos mérési sorozat üléseinek ismertetése Ülés sorszáma Hőmérséklet 16°C fal – 28°C padló 1. 18°C fal – 28°C padló 2. Nincs hűtés – 28°C padló 3. Az alanyok három ülésen vettek részt két-két hét különbséggel. Az ülések beosztását úgy alakítottam ki, hogy statisztikai szempontból kiegyensúlyozott legyen. A mérések mindig ugyanakkor, a reggeli órákban kezdődtek. A vizsgált felületek hőmérsékletén kívül a levegő hőmérsékletét is szabályoztam, úgy, hogy az 1. és 2. ülésnél 23°C-24°C körül, míg a 3. (kontroll) ülésnél 22°C-23°C körül maradjon. Azért volt szükség különböző levegőhőmérsékletek beállítására, hogy a teljes testre nézve semleges hőérzet alakulhasson ki és így könnyebben kimutathatóvá váljon a sugárzó felületek okozta helyi diszkomfort érzet. A levegő hőmérséklete mindig a szabványban meghatározott tervezési érték fölött maradt. A helyiségben a két eltérő hőmérsékletű felületen kívül, a többi felület hőmérsékletét is több pontban mértem, hogy megvizsgálhassam, azok felvették-e a környezeti levegő hőmérsékletét. Ezen felületek hőmérsékletét, semmilyen más módon akaratlagosan nem befolyásoltam.

3.4.2.3 Résztvevő alanyok A 2. mérési sorozatban az 1. sorozathoz képest az alanyoknak vastagabb talpú és anyagú papucsot kellett viselniük.

3.4.2.4 Objektív fiziológiai mérések A 2. mérési sorozatban további testrészekkel egészült ki a bőrhőmérséklet mérési rutin. Az alanyok homlok, orr, orca, fül, felkar, alkar, kézfej, gyűrűsujjtő, gyűrűsujjvég, mellkas, lábszár, boka valamint lábfej hőmérsékletét mértem, páros testrészeknél jobb és bal oldalon egyaránt.

3.4.2.5 A kísérlet menete Az 1. mérési sorozathoz képest a mérési menetrend kiegészült egy 10 perces könnyű sétával, amelyet közvetlenül érkezés után hajtottak végre az alanyok. A könnyű, nem megterhelő sétára azért volt szükség, hogy az eltérő környezetből érkező alanyok metabolizmusát közel azonos szintre lehessen hozni. 3.4.3 Adatfeldolgozás és statisztikai analízis az élőalanyos mérések esetében A mért fizikai paramétereket automatikusan úgy lettek rögzítve, hogy készen álltak a további számítógépes adatfeldolgozásra, amit táblázatkezelő programmal végeztem. A kérdőíveken, skálákon jelölt szubjektív szavazatok egyenként lemérve kézi adatbevitel útján kerültek számítógépre. A statisztikai analízishez az SPSS program 17-es verzióját használtam. Az elemzéshez használt próbák a hő- és levegő komforttal kapcsolatban végzett élőalanyos, objektív és szubjektív méréseket tartalmazó kutatásokból jól ismertek. A szubjektív szavazatok, a helyi hőérzeti szavazatok kivételével, valamint a fizikai mért értékek normális eloszlásúak az elvégzett Shapiro-Wilk W test alapján, ezért kétmintás t-próbával vizsgáltam azokat. Az ülések során végzett három mérés vizsgálatára az ismételt méréses (repeated measures) variancia analízist használtam. A helyi hőérzeti szavazatok elemzésére a nem-paraméteres Wilcoxonféle próbát alkalmaztam. A nemek közötti különbségek vizsgálatát a mért értékekre egyszempontos variancia analízissel (One-way ANOVA) végeztem. Statisztikailag szignifikánsnak a p<0.05 értékeket tekintettem. A mért és szavazott értékek összehasonlítására kétváltozós, nemparametrikus Spearman korrelációt használtam. A lefuttatott SPSS parancsok, tehát az alkalmazott matematikai statisztikai próbák részletes felsorolását az 5. melléklet tartalmazza. 39

Barna Edit 3.5

PhD értekezés

A numerikus szimulációhoz (CFD) alkalmazott beállítások és paraméterek

A számítógépes szimuláció végrehajtásához kettő, az Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék által licenszelt, programot használtam. A geometria és virtuális háló kialakításához a Gambit nevű programot, míg a sugárzás, konvekció és természetes áramlások numerikus vizsgálatára az ANSYS Fluent programot alkalmaztam. 3.5.1 A geometriai modell felépítése A geometriai modellben kialakítottam egy, a valós hőérzeti laboratóriummal megegyező méretű helyiséget. A helyiségben elhelyeztem az élőalanyos mérésekkel egyezően kettő asztalt és széket. A székekbe virtuális műembereket helyeztem, amelyek hasábokból épültek fel. Az egyes testrészek felülete megegyezett a valós termikus műember egyes testrészeinek felületével. A vizsgálni kívánt geometriai modellt a 3.10. ábra mutatja.

3.10. ábra. A Gambitben létrehozott geometriai modell A geometriai modell kialakítása után létrehoztam a helyiség hálózását a testek és bútorok körül. A hálózásra a Tet/Hybrid - Hex Core típusú hálót tartottam alkalmasnak, amely a határfelületek mentén sűrűbb, főként tetraéderekből álló hálóból, míg a felületektől távolabb, ritkább hexaéderekből épül fel. A háló bemutatásához két metszetet tartalmaz a következő 3.11. és 3.12. ábra.

40

Barna Edit

PhD értekezés

3.11. ábra. A Hex Core háló felépítése egy vízszintes metszeten az asztal síkjában

3.12. ábra. A Hex Core háló felépítése egy függőleges metszeten

41

Barna Edit

PhD értekezés

A háló tulajdonságait a 3.13. ábra tartalmazza:

3.13. ábra. A háló tulajdonságait összefoglaló táblázat a programból Az ábrából az olvasható ki, hogy a háló 157525 elemből épül fel. Az elemek méret szerinti eloszlását a táblázatos rész tartalmazza. Az ANSYS Fluent program további információt ad a hálóval és a háló celláival kapcsolatban, amit a következők szerint lehet összefoglalni: - A háló tetraéderes/vegyes cellákból épül fel. - A cellák minősége = 7,78977e-001 (cell squish - a cella közepétől a határoló felületek felé mutató vektorok nagysága; legrosszabb esetben 1 az értéke) - Maximális cella torzulás = 9,69834e-001 (cell skewness - a tetraéder cella deformáltságára utal; értéke nem lehet nagyobb, mint 0,97 - Maximális oldalarány = 2,63923e+001 (aspect ratio - a tetraéder nyújtottságára utal). A használt geometria és a létrehozott háló alkalmasak a vizsgálni kívánt felületi hőmérséklet kombinációk vizsgálatára. Következő lépésként az ANSYS Fluent programban megadtam a numerikus szimulációhoz szükséges modelleket, anyagtulajdonságokat és peremfeltételeket. A CFD programot a felületi sugárzás és a természetes fel- és leáramlások modellezésére használtam. A következőkben röviden bemutatom, hogy a program milyen összefüggések alapján végzi a numerikus szimulációt a besugárzási tényezők és sugárzási hőmérsékletek, valamint természetes áramlások számításakor. A programban a természetes hőátadás, valamint a hősugárzás fizikai modellje komplex megoldást kíván. Amikor a programot hőátviteli számításokra alkalmazzuk aktiválni kell a vonatkozó fizikai modelleket, meg kell határozni a hőtechnikai peremfeltételeket, valamint meg kell adni azokat az anyagtulajdonságokat, amelyek a hőcserét okozzák vagy változnak a hőmérséklet függvényében. Hőátviteli feladatoknál elsőként aktiválni kell a program energia egyenlet megoldó modulját. Ez a modell a következő energiaegyenletet oldja meg a szimuláció során: 42

Barna Edit   ρE    v ρE  p     k eff T  t 

PhD értekezés

 h J  τ 

j j

j

eff

  v   Sh  



(12)

ahol, keff – a hatásos hővezetés (k+kt, ahol kt a turbulens hővezetés, amelyet az alakalmazott turbulencia modell határoz meg), Jj – a j alkotóelem/anyag diffúziós árama Sh – magában foglalja a kémiai reakció energiáját és minden egyéb térfogati hőforrást, ami definiálásra került. Amikor sugárzási modellt alkalmazunk ez a tag tartalmazza a sugárzó forrásokat is. Az egyenlet jobb oldalán található további tagok a hővezetés, diffúzió és viszkózus disszipáció okozta hőcserét tartalmazzák. A második feladat hősugárzási problémáknál a megfelelő sugárzási modell kiválasztása. A program öt sugárzási modellt tartalmaz, amelyek közül a problémának megfelelőt kell kiválasztani figyelembe véve a megoldás gép/memória igényét is. A modellek a következők (Ansys Fluent Theory Guide): - Discrete Transfer Radiation Model (DTRM) – előnye, hogy egyszerű modell, a pontosság javítható a sugarak számának növelésével és sokféle optikai sűrűséghez alkalmazható. Hátránya, hogy feltételezi a környező felületek mind diffúzak, a szóródást nem veszi figyelembe, szürke sugárzást feltételez, nagy számú sugár esetén memóriaigényes stb. - P-1 Radiation Model – előnye, hogy a modell egy egyszerűbb sugárzási egyenletet (RTE) old meg, amely kisebb memóriaigényű, figyelembe veszi a szóródást, jól működik nagyobb optikai vastagságok esetén is, valamint összetettebb geometriákat is könnyen kezel. Hátránya, hogy feltételezi, a környező felületek diffúzak, szürke sugárzást feltételez, kis optikai sűrűség esetén a komplex geometriát kisebb pontossággal kezeli, a helyi hőforrások esetén túlméretezi a sugárzási áramokat. - Rosseland Radiation Model – előnye, hogy nem old meg olyan transzport egyenletet, mint a P-1 modell, emiatt gyorsabb és kevesebb memódiát igényel. Hátránya, hogy csak optikailag sűrű közegek esetén alkalmazható. - Discrete Ordinates Radiation Model – előnye, hogy számos optikai sűrűséget kezelni tud, felületről-felületre adódó sugárzást égési problémáknál, nem igényel nagyon sok memóriát. Hátránya, hogy szürke sugárzást feltételez, ám lehetőség van bizonyos nem szürke sugárzás modellezésére is bizonyos határok között. - Surface-to-surface Radiation Model (S2S) – alkalmas belső terekben a sugárzás modellezésre közvetító közeg nélkül (űrhajó, napkollektorok, helyiségek fűtőtestjei. Előnye, hogy a többi modellhez képest gyorsabban hajtja végre az iterációt, ám a besugárzási tényező számítás (amit csak egyszer kell elvégezni) meglehetősen memóriaigényes. A modell korlátai, hogy minden felületet diffúznak feltételez, szürke sugárzást feltételez, nem alkalmazható, ha periódikus peremfeltétel van jelen, ha szimmetrikus peremfeltétel van jelen. Az általam tervezett szimulációhoz a legutolsó S2S modellt választottam. A modell a következő összefüggéseken alapszik: A modell elhanyagolja a transzmissziót, az abszorbciós és reflexiós tényező összege pedig eggyel egyenlő. A Kirchoff törvény értelmében az abszorpciós és emissziós tényező egyenlő. Az adott felületet elhagyó energiaáram a közvetlen kibocsátott és reflektált energiából áll. A k felületről reflektált energia a következő egyenlettel írható le:

q ki,k  εk σTk4  ρk q be,k

(13)

ahol, qki,k – a felületet elhagyó energiaáram εk – az emissziós tényező σ – a Boltzmann állandó 43

Barna Edit

PhD értekezés

qbe,k – a felületre a környező felületekről beeső energiaáram A másik felületről a felületre beeső energiaáram a „besugárzási tényező‖ Fjk közvetlen függvénye. A besugárzási tényező a k felületről távozó és j felületre beeső sugárzás hányadosa. A q be,k energiaáram kifejezhető az összes felületről távozó energiaáram összegeként. N

A k q be,k   A jq ki,j Fjk

(14)

j1

ahol, Ak – a k felület nagysága Fjk – a j és k felület közötti besugárzási tényező Az egyenletet az összes felületre felírva egy sugárzási mátrixot kapunk, melynek egyenlete a programban:

KJ  E ahol, K – az NxN-es mátrix J – a sugárzási vektor E – az emmissziós teljesítmény vektor A program két véges felület között a következőképpen számítja a besugárzási tényezőt: 1 cosθi cosθj Fij  δ ijdA i dA j 2   A i A i A j πr

(15)

(16)

ahol, δi,j – a dAj és dAi által meghatározott láthatóság – értéke 1, ha a felületek látják egymást, 0 ha nem. A fentiek ismeretében a szimuláció felépítésekor aktiváltam az energia egyenlet számítási modult, valamint a sugárzás számítására az S2S (surface-to-surface). A besugárzási tényezőket a programmal számítottam ki, az összes felületre. Az anyag beállításokat, peremfeltételeket és futtatási paramétereket a következők szerint adtam meg: Anyagok:

1. Fluid anyagok: levegő (összenyomhatatlan ideális gáz) 2. Szilárd anyagok: fa (sűrűség: 700 kg/m3; fajhő: 2310 J/kgK; hővezetés: 0,173 W/mK) ember (sűrűség: 1010kg/m3; fajhő: 3770 J/kgK; hővezetés: 0,21 W/mK) fal (sűrűség: 1900 kg/m3; fajhő: 800 J/kgK; hővezetés: 0,93 W/mK)

Peremfeltételek: 1. A; B; D-fal és mennyezet: hőmérséklet 296 K; emmissziós tényező: 0,9 2. C-fal: 16°C esetében a megadott hőáram -45 W/m2 18°C esetében a megadott hőáram -35W/m2 3. Padló: 28°C esetében a megadott hőáram 28 W/m2 4. Bútorok: A bútoroknak hőáramát 0-nak vettem, hiszen nem hőforrások. 5. Ember: Az ember felületi hőleadását 58 W/m2-nek állítottam be kiindulási értékként; emmissziós tényező: 0,95.

44

Barna Edit

PhD értekezés

Futtatási paraméterek: Megoldási séma: SIMPLE Térbeli diszkretizáció: 1. Gradient: "Least Squares Cell Based 2. Pressure: "Body Force Weighted" 3. Momentum: "Second Order Upwind" 4. Energy: "Second Order Upwind" A számítást időben állandó esetre futtattam le.

45

Barna Edit

4 4.1

PhD értekezés

A mérési eredmények A termikus műemberrel végzett mérések eredményei

A disszertáció elején szereplő célkitűzéseket többek között az előző feladatban bemutatott termikus műemberrel végzett laboratóriumi mérésekkel vizsgáltam meg. 4.1.1 Az 1. műemberes mérés eredményei - Próbakísérlet Az 1. termikus műemberrel végzett mérési sorozatot próbakísérletnek tekintem, mivel ezzel a mérési sorozattal sikerült a termikus műember működését megismerni, másrészt fontos első tapasztalatokat adott a vizsgálni kívánt hőmérséklet tartományokkal, felületi hőmérsékletekkel kapcsolatban. A következő összefoglaló csak azokat az eredményeket és legfontosabb tapasztalatokat tartalmazza, amelyek a második mérési sorozathoz is kapcsolódnak. A részletesebb mérési eredmények a Barna és Bánhidi (2007) publikációban tekinthetők meg. Az első műemberes mérési sorozat során vizsgált hőállapotokat a 3.1. táblázat mutatja. A kapott legfontosabb eredményeket grafikonok segítségével mutatom be, amelyeken a műemberrel mért testrészenkénti hőleadás mellett szerepel a mért egyenértékű homogenizált hőmérséklet, valamint az átlagolt levegő- és felületi hőmérséklet. Az átlagolt mért környezeti paramétereket a következő, 4.1. táblázat tartalmazza. 4.1. táblázat. A mért átlagolt környezeti paraméterek az 1. műemberes mérésnél Mért környezeti paraméterek átlagai 1.áll. 2.áll. 3.áll. 4.áll. 5.áll. 6.áll. 13,7 14,6 15,2 16,2 16,9 18,8 Hűtött fal valós hőm. (C) 20,1 24,5 28,0 20,8 24,0 29,0 Fűtött padló valós hőm. (C) Levegő hőmérséklet (°C) 20,5 23,0 24,5 21,2 22,6 25,7 A táblázatból látható, hogy a falhőmérsékletet több esetben nem egyezik a tervezett hőmérséklettel. Mivel az első mérési sorozatban a levegő hőmérséklet nem volt szabályozott ezért nem volt lehetőség a keletkezett többlet hő elvitelére. A vizsgált falfelületek mellett a többi felület hőmérsékletét is rögzítettem, amelyek minden esetben felvették a levegővel közel azonos környezeti hőmérsékletet. Az első két bemutatott grafikon az 1. és 4. hőállapothoz tartozó mérési eredményeket tartalmazza (4.1. és 4.2. grafikon). Ezt a két állapotot padlófűtés nélküli állapotnak, tehát alap/kontroll állapotnak lehet tekinteni, amelynél a padlófűtés hatása nem jelentkezik.

46

Barna Edit

PhD értekezés

1. hőállapot: 13°C fal - 20°C padló 110

35,0

100 30,0

80 70

25,0

60 20,5

50

20,0 20,1

40 30

15,0 13,7

20

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

ARC

10 0

Hőmérséklet (°C)

Hőleadás (W/m2)

90

10,0

Testrészek

Hőleadás érték

Levegő - 20,5°C

EHT érték

C fal - 13,7°C

Padló - 20,1°C

4.1. grafikon. Az 1. hőállapot során mért hőleadás és EHT értékek 4. hőállapot: 16°C fal - 20°C padló 110

35,0

100 30,0

80 70

25,0

60 21,2

50

20,8 20,0

40 30

16,2 15,0

20

Hőmérséklet (°C)

Hőleadás (W/m2)

90

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

0

ARC

10 10,0

Testrészek

Hőleadás érték

EHT érték

Levegő - 21,2°C

C fal - 16,2°C

4.2. grafikon. A 4. hőállapot során mért hőleadás és EHT értékek

47

Padló - 20,8°C

Barna Edit

PhD értekezés

Az 1. és 4. hőállapot mérési eredményeinek vizsgálatakor megfigyelhető, hogy a többi testrészhez képest kiugróan magas, 90 W/m2 feletti az arc, valamint a kézfejek hőleadása. Ehhez képest a törzs és az ahhoz közeli testrészek hőleadása ennek az értéknek csaknem a fele, 40-50 W/m2 körül mozog. A grafikonok összehasonlításakor látszik, hogy a lábszárak és lábfejek hőleadása eltér a két falhőmérséklet függvényében. A hidegebb fal (13°C) mellett 70-80 W/m2, míg kevésbé hideg fal (16°C) mellett 60-70 W/m2 értéket vesz fel. A mért egyenértékű homogenizált hőmérséklet (EHT) az arc és a kézfejek esetében 22-23°C. A törzs és az ahhoz közeli testrészek esetében az EHT 25-28°C között alakult a két állapotnál. Különbség a két állapot között, csakúgy, mint a hőleadásnál, a lábszár és lábfejek esetében mutatkozik. Ezeknél a területeknél a hidegebb fal (13°C) esetében 25°C alatti, míg a kevésbé hideg fal (16°C) 25°C feletti EHT értékek alakultak ki. A két állapot levegőhőmérsékletei között csupán 0,7°C különbség volt, így elmondható, hogy a tapasztalt különbségek jórészt a felületekről érkező sugárzásból adódtak.

48

Barna Edit

PhD értekezés

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JOBB LÁBSZÁR

13 °C - 20°C (levegő: 20,5°C)

JFELSŐ COMB

Testrészek

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

ARC

Hőleadás (W/m2)

Testrészenkénti hőleadás - 1.és 4. hőállapotok 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

16 °C - 20°C (levegő: 21,2°C)

13°C - 24°C (levegő: 23°C)

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

Testrészek

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

ARC

Hőleadás (W/m2)

Testrészenkénti hőleadás - 2.és 5. hőállapotok 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

16°C - 24°C (levegő: 22,6°C)

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

ARC

Hőleadás (W/m2)

Testrészenkénti hőleadás - 3.és 6. hőállapotok 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Testrészek 13°C - 28°C (levegő: 24,5°C)

16°C - 28°C (levegő: 25,7°C)

4.1. ábra. Az azonos padlóhőmérsékletű és eltérő falhőmérsékletű állapotok összehasonlítása 49

Barna Edit

PhD értekezés

A 4.1. ábra három grafikonja az előző grafikonokhoz képest eltérő módon szemlélteti az azonos padlóhőmérsékletű hőállapotokat. Egy grafikonba kerültek az összehasonlítható hőállapotok hőleadás értékei, így jól láthatók a hőleadások közötti különbségek. A grafikonokban szereplő összehasonlításnál az azonos padlóhőmérsékletű, de eltérő falhőmérsékletű hőállapotok kerültek egymás mellé. Mivel termikus műemberrel a konvektív és sugárzásos hőcserét lehet mérni, ezért látszik, hogy a sugárzás hatásának vizsgálatánál rendkívül fontos szerepe van a levegőhőmérsékletnek, illetve annak, hogy a levegőhőmérséklet azonos legyen a különböző hőállapotoknál. A próbakísérlet során ez nem volt mindig lehetséges, ezért a kontroll állapotokhoz képest, csak a 2. és 5. hőállapot összehasonlítását érdemes közelebbről áttekinteni, itt ugyanis a levegőhőmérsékletek közötti különbség csupán 0,4°C volt. A 2. és 5. hőállapot mérési eredményeinek vizsgálatakor megfigyelhető, hogy továbbra is magas, 70-80 W/m2 közötti az arc, valamint a kézfejek hőleadása. Ehhez képest a törzs és az ahhoz közeli testrészek hőleadása ennek az értéknek csaknem a fele, 30-40 W/m2 körül mozog. A grafikonok összehasonlításakor látszik, hogy a lábszárak és lábfejek hőleadása csak kevéssé tér el a két falhőmérséklet függvényében. A hidegebb fal (13°C) mellett 50-65 W/m2, míg kevésbé hideg fal (16°C) mellett 50-60 W/m2 értéket vesz fel. Ennél a két hőállapotnál a padló 24°C-os, tehát már padlófűtésről van szó. Az alap állapotokhoz képest a második és az ötödik állapot esetében sem csökkent drasztikusan a lábszár és lábfejek hőleadása, tehát egyelőre nem éreztette jelentősen a padlófűtés a hatását.

50

Barna Edit

PhD értekezés

A mérések eredményeit lehetséges a falhőmérsékletek szerint is csoportosítani. Ezt a következő két grafikon mutatja (4.3. és 4.4. grafikon). A grafikonokban látható, hogy miként növekszik a hőleadás az egyre kisebb padlóhőmérséklet és levegőhőmérséklet függvényében. A padlófűtés sugárzó hatása ebben az esetben nem különíthető el az általa indukált konvektív hőcserétől a különböző hőállapotok esetében

13 °C - 20°C (levegő: 20,5°C)

13°C - 24°C (levegő: 23°C)

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

Testrészek

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

ARC

Hőleadás (W/m2)

Testrészenkénti hőleadás - 1., 2. és 3. hőállapotok 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

13°C - 28°C (levegő: 24,5°C)

4.3. grafikon. A 13°C falhőmérsékletű és eltérő padlóhőmérsékletű állapotok összehasonlítása

16 °C - 20°C (levegő: 21,2°C)

16°C - 24°C (levegő: 22,6°C)

16°C - 28°C (levegő: 25,7°C)

4.4. grafikon. A 16°C falhőmérsékletű és eltérő padlóhőmérsékletű állapotok összehasonlítása

51

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

Testrészek

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

ARC

Hőleadás (W/m2)

Testrészenkénti hőleadás - 4., 5. és 6. hőállapotok

Barna Edit

PhD értekezés

A próbakísérlet eredményeit és tapasztalatait, valamint a felmerülő kérdéseket a következőknek megfelelően lehet összefoglalni: - Az 1. és 4. hőállapotra (kontroll állapotok – padlófűtés nélkül) vonatkozó 4.1. és 4.2. grafikonok alapján elmondható, hogy a várakozásnak megfelelően, a fej, orcák és kézfejek, tehát fedetlen területek tekinthetők a leginkább érintett területnek a sugárzó hideg felület szempontjából. - Az eredmények alapján is megfigyelhető, hogy a testrészek eltérő hőleadás és EHT értékei egyrészt a fiziológián alapuló programozás eredménye. Tehát a padlófűtés és a hideg fal testrészekre kifejtett hatását ennek figyelembevételével kell értékelni. Ehhez szükséges olyan alapmérések végrehajtása, amelyekhez képest az inhomogén sugárzásos hőkörnyezet hatása egyértelműen látszik. - A második mérési sorozatnál szem előtt kell tartani, hogy a levegőhőmérséklet megfelelően szabályozott legyen, hogy a mért hőleadás és EHT értékek csak és kizárólag a sugárzás hatását mutassák. - A mért egyenértékű homogenizált hőmérsékletet ennél a műembernél nem lehet abszolút értékkel figyelembe venni, mert az meztelen testre lett programozva. A csaknem 1 clo szigetelés értékű ruházatot viselő műember ruházattal borított testrészeinél ezért volt lehetséges az akár 28°C-os EHT mérése. Ezért a második mérési sorozat esetében az EHT értékeket az alapmérés mért értékeihez kell hasonlítani. Ez alól kivételt képeznek a fedetlen testrészek, amelyek a reális EHT értéket mutatják.

52

Barna Edit

PhD értekezés

4.1.2 A 2. műemberes mérés eredményei Az 2. termikus műemberes mérés átlagolt mért környezeti paramétereit a 4.2. táblázat tartalmazza. 4.2. táblázat. A mért átlagolt környezeti paraméterek a 2. műemberes mérésnél 1.áll. 2.áll. 3.áll. 4.áll. 5.áll. 6.áll. 7.áll. 8.áll. 1. hom. 2. hom. Hűtött fal 16 15,9 16 15,9 18,1 18 17,8 17,9 19,8 22,2 hőm. (C) Fűtött padló 20,1 23,2 25,9 29,1 20,2 23,4 26,1 29,2 19,6 23 hőm. (C) Levegő hőm. 19,4 21,9 23,1 24,2 19,6 22,4 23,4 24,7 20,1 22,9 (°C) A táblázatból látható, hogy a második, termikus műemberrel végzett mérési sorozat során a fal- és padlóhőmérsékleteket sikerült a tervezett hőmérséklet közelében tartani. Emellett a levegő hőmérsékletek az összehasonlításra alkalmas hőállapotoknál nem különböztek jelentősen. Az összehasonlításra alkalmas állapotok esetében a falhőmérsékletben volt eltérés. A táblázatban azonos színnel jelölt állapotok hasonlíthatók össze hőleadás és EHT érték szempontjából. A vizsgált falfelületek mellett a többi felület hőmérsékletét is rögzítettem, amelyek minden esetben felvették a levegővel közel azonos környezeti hőmérsékletet. Az eredményeket három fajta grafikon összeállításban mutatom be. Az egyes állapotoknál kialakult hőleadás és EHT értékeket mutatja az első grafikonsorozat. A grafikonokat úgy csoportosítottam, hogy az azonos padlóhőmérsékletű mérések egymás alatt helyezkedjenek el. Ezeken a grafikonokon megfigyelhető, hogy azonos padlóhőmérséklet mellett az eltérő falhőmérsékleteknek (a grafikonon Cfal) milyen hatása van a hőleadásra és EHT-re. A második grafikonsorozat is ezt mutatja be, de ennél már egy grafikonban szerepelnek az összehasonlítandó hőállapotokhoz tartozó hőleadás és EHT értékek. A harmadik grafikon sorozatban az azonos falhőmérsékletű hőállapotok hőleadásai szerepelnek. Ezeknek a grafikonoknak a segítségével az eltérő padlóhőmérsékletek hatását lehet megfigyelni.

53

Barna Edit

4.1.2.1

PhD értekezés

1. grafikon sorozat 1. alapmérés: 20°C fal/padló/levegő 110

35,0

100 30,0

80 70

25,0

60 20,1 20,0 19,8 19,6

50 40 30

Hőmérséklet (°C)

Hőleadás (W/m2)

90

15,0

20

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

0

ARC

10 10,0

Testrészek

Hőleadás érték

Levegő - 20,1°C

EHT érték

C fal - 19,8°C

Padló - 19,6°C

4.5. grafikon. Az 1. alapmérés során mért hőleadás és EHT értékek 2. alapmérés: 23°C fal/padló/levegő 110

35,0

100 30,0

80 70

25,0 22,9 22,2

60 50

20,0

40 30

Hőmérséklet (°C)

Hőleadás (W/m2)

90

15,0

20

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

0

ARC

10 10,0

Testrészek

Hőleadás érték

EHT érték

Levegő - 22,9°C

C fal - 22,2°C

4.6. grafikon. A 2.alapmérés során mért hőleadás és EHT értékek

54

Padló - 23°C

Barna Edit

PhD értekezés

Az első próbakísérlet tapasztalatai alapján kettő homogén hőállapot vizsgálatát hajtottam végre először. Az 1. alapmérés esetében a felületek és a levegő hőmérséklete 20°C volt. Ebben helyezkedett el az 1 clo-t viselő termikus műember. (4.5. grafikon) A mérési eredmények vizsgálatakor megfigyelhető, hogy az arc, fej és balkéz hőleadása 90 W/m 2 közeli illetve feletti. A jobbkéz hőleadása majdnem 10 W/m2-el kisebb a balkézhez képest. Mivel a jobbkéz javításon esett át, megkérdőjelezhető ennek a testrésznek a megfelelő működése, ezért az értékelésnél a balkéz hőleadását tekintem mérvadónak. A lábszárak és a lábfejek hőleadása 65-75 W/m2 között alakult a 20°C-os homogén állapot esetében. Ehhez képest a törzs és az ahhoz közeli testrészek hőleadása ennek az értéknek csaknem a fele, 30-45 W/m2 között volt. A mért egyenértékű homogenizált hőmérséklet (EHT) az arc és a kézfejek esetében (fedetlen testrészek) 22-23°C. Ez az érték az EHT definíciója miatt érdekes, hiszen a homogén és közel légmozgás nélküli környezetben a mért értéknek 20°C-ra kellett volna adódnia. A 2. alapmérés esetében a felületek és a levegő tervezett hőmérséklete 23°C volt. A falak hőmérséklete kicsivel alacsonyabb volt, átlagosan 22,2°C (4.6. grafikon). Ez azonban nem tekinthető jelentős eltérésnek. A mérési eredmények vizsgálatakor megfigyelhető, hogy az arc, fej és balkéz hőleadása 60-70 W/m2 értékű. A lábszárak és a lábfejek hőleadása 50-60 W/m2 között alakult a 23°C-os homogén állapot esetében. Ehhez képest a törzs és az ahhoz közeli testrészek hőleadása továbbra is ennek az értéknek csaknem a fele, 20-35 W/m2 között volt. A mért egyenértékű homogenizált hőmérséklet (EHT) az arc és a kézfejek esetében (fedetlen testrészek) kissé emelkedett és elérte a 24-25°C-ot. Tehát ebben az esetben is az elméleti egyenértékű homogenizált hőmérséklethez képest 1-2°C-al magasabb EHT értéket mért a készülék. A két homogén hőállapot mérései alapján a mért EHT értékeket korrigálni kell. A következő grafikonok négy inhomogén állapothoz tartozó mérési eredményeket tartalmazzák az előző grafikonokhoz hasonló módon. A grafikonokban szereplő hőállapotokat a könnyebb összehasonlítás érdekében úgy helyeztem el, hogy az azonos padlóhőmérsékletű, de eltérő falhőmérsékletű állapotok egymás alatt helyezkedjenek el. Az itt nem bemutatott inhomogén állapotok grafikonjait az M6.1. – M6.4. grafikonok tartalmazzák a mellékletben.

55

Barna Edit

PhD értekezés 2. hőállapot: 16°C fal - 23°C padló 110

35,0

100 30,0

80 70

25,0 23,2 21,9 20,0

60 50 40 30

15,9 15,0

20

Hőmérséklet (°C)

Hőleadás (W/m2)

90

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

0

ARC

10 10,0

Testrészek

Hőleadás érték

Levegő - 21,9°C

EHT érték

C fal - 15,9°C

Padló - 23,2°C

4.7. grafikon. A 2. hőállapot során mért hőleadás és EHT értékek 6. hőállapot: 18°C fal - 23°C padló 110

35,0

100 30,0

80 70

25,0 23,4 22,4 20,0 18

60 50 40 30

Hőmérséklet (°C)

Hőleadás (W/m2)

90

15,0

20

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

0

ARC

10 10,0

Testrészek

Hőleadás érték

EHT érték

Levegő - 22,4°C

C fal - 18°C

4.8. grafikon. A 6. hőállapot során mért hőleadás és EHT értékek

56

Padló - 23,4°C

Barna Edit

PhD értekezés

A 2. hőállapot mérési eredményének vizsgálatakor megfigyelhető, hogy az arc, fej és a balkéz hőleadása 80-85 W/m2 (4.7. grafikon). Ehhez képest a 6. hőállapotnál ezeknek a testrészeknek a hőleadása 75-80 W/m2-re csökkent, köszönhetően annak, hogy a hideg fal hőmérséklete 2ºC-al nőtt (4.8. grafikon). A két hőállapot levegőhőmérséklete között csak 0,5°C különbség volt, ami elhanyagolható az összehasonlításnál. A lábszár és lábfejek hőleadása között szintén 5 W/m2-nyi a különbség, hiszen a mért érték a 2. hőállapotnál 60-65 W/m2 volt, míg a 6. hőállapotnál 55-60 W/m2. A törzs és az ahhoz közeli testrészek hőleadásai között a két hőállapot esetében szintén legalább 5 W/m2-nyi volt a különbség. A 2. hőállapotnál a testrészenként mért értékek 29-49 W/m2, míg a 6. hőállapotnál 22-42 W/m2 között alakultak. A 2. hőállapot esetében a szabadon hagyott testrészek közül az arc és fej EHT értéke 23-24°C között volt, míg a balkéznél 22°C volt mérhető. Ehhez képest a 6. hőállapotnál ezek az értékek rendre 1°C –al növekedtek.

57

Barna Edit

PhD értekezés 3. hőállapot: 16°C fal - 26°C padló 110

35,0

100 30,0

80 25,9 25,0 23,1

70 60 50

20,0

40 30

16 15,0

20

Hőmérséklet (°C)

Hőleadás (W/m2)

90

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

0

ARC

10 10,0

Testrészek

Hőleadás érték

Levegő - 23,1°C

EHT érték

C fal - 16°C

Padló - 25,9°C

4.9. grafikon. A 3. hőállapot során mért hőleadás és EHT értékek 7. hőállapot: 18°C fal - 26°C padló 110

35,0

100 30,0

80 26,1 25,0 23,4

70 60 50

20,0

40

17,8

30

Hőmérséklet (°C)

Hőleadás (W/m2)

90

15,0

20

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

0

ARC

10 10,0

Testrészek

Hőleadás érték

EHT érték

Levegő - 23,4°C

C fal - 17,8°C

4.10. grafikon. A 7. hőállapot során mért hőleadás és EHT értékek

58

Padló - 26,1°C

Barna Edit

PhD értekezés

A 3. hőállapot mérési eredményének vizsgálatakor megfigyelhető, hogy az arc, fej és a balkéz hőleadása 70-75 W/m2 (4.9. grafikon). Ehhez képest a 7. hőállapotnál ezeknek a testrészeknek a hőleadása csupán 69-70 W/m2-re csökkent, köszönhetően a hideg fal hőmérséklet 2ºC-kal való növelésének (4.10. grafikon). A két hőállapot levegőhőmérséklete között csak 0,3°C különbség volt, ami elhanyagolható, ezért a két állapot összehasonlítható. A lábszár és lábfejek hőleadása között szintén 3 W/m2-nyi a különbség, hiszen a mért érték a 3. hőállapotnál 52-58 W/m2 volt, míg a 7. hőállapotnál 49-55 W/m2. A törzs és az ahhoz közeli testrészek hőleadásai között a két hőállapot esetében szintén legalább 5 W/m2-nyi volt a különbség. A 3. hőállapotnál a testrészenként mért értékek 27-30 W/m2, míg a 7. hőállapotnál 20-30 W/m2 között alakultak. A 3. hőállapot esetében a szabadon hagyott testrészek közül az arc és fej EHT értéke 24-25°C között volt, míg a balkéznél 23°C volt mérhető. Ehhez képest a 7. hőállapotnál ezek az értékek rendre 1°C –al növekedtek. A következő grafikonok az előző grafikonokhoz képest eltérő módon szemléltetik az azonos padlóhőmérsékletű hőállapotokat. Egy grafikonba kerültek az összehasonlítható hőállapotok hőleadás értékei, így jól láthatók a hőleadások közötti különbségek. Ehhez hasonlóan az összehasonlítható mért EHT értékek is külön grafikonba kerültek. A grafikonokban szereplő összehasonlításnál az azonos padlóhőmérsékletű, de eltérő falhőmérsékletű hőállapotok szerepelnek egymás mellett. Emellett minden diagramban szerepel az inhomogén hőállapotok mellett az az alapmérés, amely a két inhomogén állapothoz közelebb áll és velük összehasonlítható.

59

Barna Edit

PhD értekezés

4.1.2.2 2. grafikon sorozat

23°C (levegő 22,9°C)

16°C - 23°C (levegő: 21,9°C)

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

JOBB LÁBSZÁR

Testrészek

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

ARC

Hőleadás (W/m2)

Testrészenkénti hőleadás - 2. és 6. eset és a 2. alapmérés

18°C - 23°C (levegő: 22,4°C)

4.11. grafikon. Az azonos padlóhőmérsékletű és eltérő falhőmérsékletű állapotok hőleadásai Testrészenkénti EHT - 2. és 6. eset és a 2. alapmérés 32,0 31,0 30,0

EHT (°C)

29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0

23°C (levegő 22,9°C)

16°C - 23°C (levegő: 21,9°C)

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

Testrészek

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

22,0

ARC

23,0

18°C - 23°C (levegő: 22,4°C)

4.12. grafikon. Az azonos padlóhőmérsékletű és eltérő falhőmérsékletű állapotok EHT értékei A 2. és 6. hőállapot mérési eredményeinek vizsgálatakor megfigyelhető, hogy a vizsgált hőállapotok hőleadás értékei között főleg a végtagoknál és az arc-fej területén látható nagyobb eltérés (4.11. grafikon). A várakozásnak megfelelően a 2. hőállapot esetében a legnagyobb a termikus műember hővesztesége, amit a 6. hőállapot követ. A homogén (kontroll) hőállapot esetében a legkisebb a testrészek hőledása. A ruházat nélküli testrészek hőleadása helyenként 25 W/m 2-el nagyobb a 23°C-os alapmérés értékeihez képest. Ez a hőleadás a 4.12. grafikon szerint 2°C-os hőmérséklet különbséget jelent az adott testrészre nézve. Ennek csak egy részét lehet azonban a sugárzásnak tulajdonítani, mivel a két hőállapot levegőhőmérséklete között 1°C eltérés volt.

60

Barna Edit

PhD értekezés

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

ARC

Hőleadás (W/m2)

Testrészenkénti hőleadás - 3. és 7. eset és a 2. alapmérés 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Testrészek 23°C (levegő 22,9°C)

16°C - 26°C (levegő: 23,1°C)

18°C - 26°C (levegő: 23,4°C)

4.13. grafikon. Az azonos padlóhőmérsékletű és eltérő falhőmérsékletű állapotok hőleadásai Testrészenkénti EHT - 3. és 7. eset és a 2. alapmérés 32,0

EHT (°C)

31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

23,0 22,0

ARC

25,0 24,0

Testrészek 23°C (levegő 22,9°C)

16°C - 26°C (levegő: 23,1°C)

18°C - 26°C (levegő: 23,4°C)

4.14. grafikon. Az azonos padlóhőmérsékletű és eltérő falhőmérsékletű állapotok EHT értékei A 3. és 7. hőállapot mérési eredményeinek vizsgálatakor megfigyelhető, hogy a hőállapotok hőleadás értékei között továbbra is a felső végtagoknál és az arc-fej területén látható nagyobb eltérés, azonban ennek nagysága kisebb az előző hőállapotokhoz képest (4.13. grafikon). A 3. hőállapot esetében a legnagyobb a termikus műember hővesztesége, amit a 7. hőállapot követ. A homogén hőállapot esetében a legkisebb a testrészek hőledása. A ruházat nélküli testrészek hőleadása helyenként 15 W/m2el nagyobb a 23°C-os alapmérés értékeihez képest. Ez a hőleadás a 4.14. grafikon szerint 1°C-os hőmérséklet különbséget jelent. Figyelemre méltó, hogy ezeknél a hőállapotoknál a levegő hőmérséklete kissé nagyobb volt a homogén alapmérés levegőhőmérsékletéhez képest, de ez a hőveszteségeket és az EHT értékeket nem befolyásolta számottevően.

61

Barna Edit

PhD értekezés Testrészenkénti hőleadás - 4. és 8. eset és a 2. alapmérés

23°C (levegő 22,9°C)

16°C - 29°C (levegő: 24,2°C)

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

JOBB LÁBSZÁR

Testrészek

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

10 0

FEJ

90 80 70 60 50 40 30 20

ARC

Hőleadás (W/m2)

110 100

18°C - 29°C (levegő: 24,7°C)

4.15. grafikon. Az azonos padlóhőmérsékletű és eltérő falhőmérsékletű állapotok hőleadásai Testrészenkénti EHT - 4. és 8. eset és a 2. alapmérés 32,0 31,0 30,0

EHT (°C)

29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0

16°C - 29°C (levegő: 24,2°C)

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

JOBB LÁBSZÁR

Testrészek 23°C (levegő 22,9°C)

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

22,0

ARC

23,0

18°C - 29°C (levegő: 24,7°C)

4.16. grafikon. Az azonos padlóhőmérsékletű és eltérő falhőmérsékletű állapotok EHT értékei A 4. és 8. hőállapot mérési eredményeinek vizsgálatakor megfigyelhető, hogy a hőállapotok hőleadás értékei között lecsökkent a különbség. A legtöbb testrésznél a levegőhőmérséklet különbség hatása látható, de a kézfejek esetében továbbra is a hideg falfelület sugárzó hatása van túlsúlyban. Ezeknél a testrészeknél a 4. állapot hőleadása 5 W/m2-el nagyobb, EHT értéke 0,5°C-al kisebb a másik kettő vizsgált hőállapothoz képest (4.15. és 4.16. grafikon). A legnagyobb hőleadás különbség a lábszáraknál és lábfejeknél látható. Itt nem csak a levegőhőmérséklet különbség hatása látható a hőállapotok között, hanem a megemelt padlóhőmérséklet hatása is érződik. A hőállapotok közötti hőleadás és EHT érték különbség nagyobb, mint a többi törzs közeli testrész esetében. A hőleadás az inhomogén állapotoknál 10 W/m2-el csökkent a homogén állapothoz képest, ami 1°C-os egyenértékű homogenizált hőmérsékletemelkedést jelent. A harmadik grafikonsorozatban az azonos falhőmérsékletű hőállapotok hőleadásai és EHT értékei szerepelnek. Ezeknek a grafikonoknak a segítségével az eltérő padlóhőmérsékletek hatását lehet megfigyelni. 62

Barna Edit

PhD értekezés

4.1.2.3 3. grafikon sorozat Testrészenkénti hőleadás - a padlófűtés hatása

23°C (levegő 22,9°C) 16°C - 26°C (levegő: 23,1°C)

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

Testrészek

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

ARC

Hőleadás (W/m2)

1 6 ° C -o s fa l m e lle tt

16°C - 23°C (levegő: 21,9°C) 16°C - 29°C (levegő: 24,2°C)

4.17. grafikon. A 16°C falhőmérsékletű és eltérő padlóhőmérsékletű állapotok hőleadásai Testrészenkénti EHT - a padlófűtés hatása 1 6 ° C -o s fa l m e lle tt

32,0 31,0 30,0

EHT (°C)

29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0

23°C (levegő 22,9°C) 16°C - 26°C (levegő: 23,1°C)

JOBB LÁBFEJ

BAL LÁBFEJ

JOBB LÁBSZÁR

BAL LÁBSZÁR

JALSÓ COMB

BALSÓ COMB

JFELSŐ COMB

Testrészek

BFELSŐ COMB

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

JALSÓ KAR

BALSÓ KAR

JFELSŐ KAR

BFELSŐ KAR

HÁT

MELLKAS

FEJ

22,0

ARC

23,0

16°C - 23°C (levegő: 21,9°C) 16°C - 29°C (levegő: 24,2°C)

4.18. grafikon. A 16°C falhőmérsékletű és eltérő padlóhőmérsékletű állapotok EHT értékei A 4.17. és 4.18. grafikonban a 16°C-os falhőmérsékletek és eltérő padlóhőmérsékletek mellett mért hőleadás és EHT értéket láthatók. A grafikonokon jól látszik, hogy a testrészek hőleadását és EHT értékeit a hideg falfelületen kívül a padlófűtés okozta levegőhőmérséklet növekedés is befolyásolta. A kézfejek és az arc esetében a falról érkező sugárzás hatása a hangsúlyosabb: pl. a homogén állapothoz képest a 16°C fal – 26°C padló hőállapotnál a kézfej több mint 1°C-kal hidegebb, annak ellenére, hogy a levegőhőmérséklet közel azonos. A lábszárak és lábfejek esetében inkább a padlófűtés okozta levegőhőmérséklet-különbségnek volt számottevő hatása. Megfigyelhető, hogy a padlóhőmérséklet és levegőhőmérséklet növekedésével ezen testrészek hőleadása 10-20 W/m2-el csökkent, EHT értéke 1-2°C-al nőtt: pl. a homogén állapothoz képest a 16°C fal – 26°C padló hőállpotnál a lábfejek hőleadása és EHT értéke közel azonos, ami a 23°C közeli levegőhőmérsékletnek tudható be. 63

Barna Edit

PhD értekezés

A 18°C falhőmérséklet és különböző padlóhőmérsékletek mellett mért hőleadás és EHT értékeket az M6.5. és M6.6. grafikonok tartalmazzák a mellékletben. A mért értékek tendenciában hasonlóak a korábban bemutatott 16°C-os falhőmérséklethez tartozó értékekhez, de a hőállapotok között kisebb eltérések mutatkoztak. 4.1.3

A termikus műemberrel végrehajtott kísérletek eredményeinek összefoglalása és értékelése

A termikus műemberrel végzett mérések célja két helyi diszkomfort tényező egyidejű hatásának vizsgálata volt. A mérőműszer segítségével lehetővé vált az aszimmetrikus hőkörnyezet miatt kialakult száraz (sugárzásos és konvektív) hőcsere mérése. Az előzőekben ismertetett mérési eredmények alapján elmondható, hogy a várakozásnak megfelelően a leginkább érintett testrészek az arc, fej és a kézfejek. Ezeket a testrészeket nem borítja ruházat, tehát közvetlenül ki vannak téve a környezeti hatásoknak. A különböző hőkörnyezetek vizsgálatakor kapott legfontosabb eredmények a következők szerint foglalhatók össze: A 4.11. és 4.12. grafikonban szereplő mérési eredmények alapján a hideg, 16°C-os falfelület 2°C egyenértékű homogenizált hőmérséklet csökkenést (25 W/m2 hőleadás növekedést) okoz a felső végtagoknál, és az enyhe 23°C-os padlóhőmérséklet nem képes a lábfejek hőleadását csökkenteni. Ebben az esetben a hideg fal hatása dominánsabb a melegebb padlóhőmérséklethez képest. Fontos megjegyezni, hogy az EHT érték különbségnek csak egy részét lehet azonban a sugárzásnak tulajdonítani, mivel a vizsgált inhomogén és homogén hőállapot levegőhőmérséklete között 1°C eltérés volt. A 4.13. és 4.14. grafikonban szereplő mérési eredmények az összehasonlítás szempontjából kedvezőbbek voltak, mivel mindkét aszimmetrikus hőkörnyezetnél és a homogén hőállapotnál a levegő hőmérséklet közel 23°C volt. A sugárzó hideg falfelület hatása egyértelműen kirajzolódik az arc és a kézfejek esetében, mivel a homogén hőkörnyezethez képest 1°C-os EHT érték csökkenést (15 W/m2 hőleadás növekedést) okoz. A grafikonból az is látszik, hogy a lábszárak és lábfejek inkább a levegő hőmérsékletének változására érzékenyek. A 26°C-os padló 23°C-os levegőhőmérsékletet hozott létre és ennek megfelelően az aszimmetrikus környezetben az alsó végtagok hőleadása és EHT értéke megegyezett a 23°C-os homogén környezetben tapasztalt hőleadás és EHT értékekkel. A 4.15. és 4.16. grafikon két szélsőséges hőkörnyezetet tartalmaz a 23°C-os alapmérés mellett. Az előzőhöz hasonlóan a kézfejek esetében továbbra is a hideg falfelület sugárzó hatása van túlsúlyban, annak ellenére, hogy a levegő hőmérséklete az aszimmetrikus környezetekben 1 fokkal nagyobb volt a 23°C-os homogén hőállapothoz képest. A 16°C fal és 29°C padló hőállapotnál a kézfejek hőleadása 5 W/m2-el nagyobb, EHT értéke 0,5°C-al kisebb a másik kettő vizsgált hőállapothoz képest. A legnagyobb hőleadás különbség a lábszáraknál és lábfejeknél látható, amelyet főként a padlófűtés okozta levegőhőmérséklet emelkedés okozhatott. Az eredmények alapján elmondható, hogy komfort hőmérséklet tartományon belül a hideg belső felületi hőmérséklet a ruházattal nem borított testrészeken (felső végtagok és arc) az érezhető hőmérsékletet (EHT) 1-2°C-al csökkenti, ami nagy valószínűséggel diszkomfort érzetet okoz. Ezeken a testrészeken az alacsonyabb EHT érték (nagyobb hőveszteség) akkor is kialakul, ha a padló hőmérsékletét a szabványokban megengedett felső határig emeljük. Az alsó végtagok hőleadását és EHT értékét a mérések alapján inkább a levegő hőmérséklete befolyásolja, ezért elmondható, hogy a hideg belső felület, illetve a meleg padlófelület sugárzó hatása nem érvényesül a termikus műember ezen testrészeinél.

64

Barna Edit 4.2

PhD értekezés

Az élőalanyos mérések eredményei és értékelésük

Ebben a fejezetben a két élőalanyos mérési sorozat eredményeit mutatom be a következők szerint: először az 1. élőalanyos mérési sorozat, majd ezt követően a 2. mérési sorozat eredményeit ismertetem. A két mérési sorozathoz tartozó alfejezetek felépítése megegyezik. Először a vizsgálathoz kapcsolódó mért környezeti paramétereket ismertetem, hogy látható legyen a tervezett hőállapotokat hogyan sikerült megvalósítani. Másodikként a mért fiziológiai paraméterek eredményeit és értékelését ismertetem. A harmadik rész a szubjektív hőérzeti szavazatokhoz kapcsolódó értékelést tartalmazza, míg a negyedik részben az élőalanyos mérési sorozat eredményeinek összefoglaló értékelését végzem el. 4.2.1

4.2.1.1

1. élőalanyos mérés eredményei

Környezeti paraméterek mérési eredményei

A következőkben néhány grafikon (4.19., 4.20. és 4.21. grafikon) segítségével az 1. üléshez tartozó fal-, padló- és levegőhőmérsékletek változását szemléltetem a mérési csoportokra nézve napi bontásban. A teljes mérési időszakra és további hőállapotokra vonatkozó többi grafikont a 7. melléklet tartalmazza. 1. mérési hét - 1. csoport - falhőmérséklet (15°C) 15,6

Hőmérséklet (°C)

15,4 15,2 15,0 14,8 14,6 14,4 14,2 8:30

8:50

9:10

9:30

9:50

10:10 10:30 10:50 11:10 11:30 11:50 12:10 12:30

Idő (h) 1.nap 5.nap Lineáris (4.nap)

2. nap Lineáris (1.nap) Lineáris (5.nap)

3. nap Lineáris (2. nap)

4.nap Lineáris (3. nap)

4.19. grafikon. A falhőmérséklet alakulása az 1. mérési héten 1. mérési hét - 1. csoport - padlóhőmérséklet (28°C) 28,8

Hőmérséklet (°C)

28,6 28,4 28,2 28,0 27,8 27,6 27,4 27,2 8:30

8:50

1.nap 5.nap Lineáris (4.nap)

9:10

9:30

9:50 10:10 10:30 10:50 11:10 11:30 11:50 12:10 12:30

2. nap Lineáris (1.nap) Lineáris (5.nap)

Idő (h)

3. nap Lineáris (2. nap)

4.nap Lineáris (3. nap)

4.20. grafikon. A padlóhőmérséklet alakulása az 1. mérési héten 65

Barna Edit

PhD értekezés

Hőmérséklet (°C)

1. mérési hét - 1. csoport - levegőhőmérséklet (23°C) 24,8 24,6 24,4 24,2 24,0 23,8 23,6 23,4 23,2 23,0 22,8 22,6 22,4 8:30

8:50

9:10

9:30

9:50

10:10 10:30 10:50 11:10 11:30 11:50 12:10 12:30

Idő (h) 1.nap 5.nap Lineáris (4.nap)

2. nap Lineáris (1.nap) Lineáris (5.nap)

3. nap Lineáris (2. nap)

4.nap Lineáris (3. nap)

4.21. grafikon. A levegőhőmérséklet alakulása az 1. mérési héten A fal-, padló- és levegőhőmérsékletek és szórásaik a 4.3. táblázatban szereplő értékek szerint alakultak az 1. üléshez tartozó tíz mérési napon.

(°C) 1. nap 2. nap 3. nap 4. nap 5. nap 16. nap 17. nap 18. nap 19. nap 20. nap

4.3. táblázat. Az 1. ülés környezeti paraméterei és szórásuk Falhőmérséklet Padlóhőmérséklet Levegőhőmérséklet Átlag Szórás Átlag Szórás Átlag Szórás 15,03 0,19 28,33 0,14 23,70 0,31 14,88 0,19 28,47 0,17 23,45 0,29 14,94 0,17 28,24 0,15 23,48 0,29 14,88 0,14 28,40 0,11 23,34 0,16 14,95 0,18 28,32 0,13 23,58 0,26 15,17 0,19 28,27 0,20 24,00 0,37 15,16 0,24 27,97 0,36 24,10 0,39 15,03 0,15 28,18 0,13 23,65 0,20 15,01 0,16 28,35 0,07 23,64 0,26 14,95 0,19 27,98 0,17 23,48 0,32

A grafikonok és táblázatos adatok alapján látható, hogy a mérési napok elejéhez képest a felületi- és levegőhőmérsékletek folyamatosan emelkedtek. A helyiségben nem alakult ki állandósult hőkörnyezet. A mérőszobában tartózkodó alanyok által leadott hő plusz hőterhelést jelentett, amit a légvezetési rendszer, hűtés híján, nem tudott elvinni a kis térfogatú helyiségből. A falhőmérsékleteket tekintve a kitűzött 15°C-ot jól sikerült tartani, a szórás értéke 0,2°C volt. A padlóhőmérséklet szórása csupán egy napon volt 0,3°C felett, de még ebben az esetben is csak 1°C volt a felületi hőmérsékletemelkedés. A levegőhőmérséklet ülés alatti változása tekinthető a legkritikusabb pontnak. Volt olyan nap, amikor a komfort tartományt elhagyva, 24°C-os levegőhőmérséklet jött létre. A 2. üléshez tartozó fal-, padló- és levegőhőmérsékletek és szórásaik a 4.4. táblázatban szerepelnek. 4.4. táblázat. A 2. ülés környezeti paraméterei és szórásuk Falhőmérséklet Padlóhőmérséklet Levegőhőmérséklet (°C) Átlag Szórás Átlag Szórás Átlag Szórás 11. nap 18,18 0,10 28,12 0,12 24,26 0,32 12. nap 18,00 0,08 28,08 0,43 24,03 0,46 13. nap 18,08 0,08 28,08 0,16 24,23 0,26 14. nap 17,97 0,10 28,16 0,09 23,77 0,17 66

Barna Edit

PhD értekezés 15. nap 6. nap 7. nap 8. nap 9. nap 10. nap

18,12 17,80 17,76 18,17 17,93 17,95

0,08 0,24 0,17 0,09 0,09 0,10

28,06 28,17 28,22 28,41 28,30 28,22

0,32 0,05 0,26 0,11 0,19 0,28

23,78 23,74 23,49 24,16 24,62 24,60

0,35 0,18 0,29 0,33 0,26 0,42

Az adatok alapján látható, hogy a helyiségben a 2. ülés alkalmával sem alakult ki állandósult hőkörnyezet. Ennek oka itt is az volt, hogy a mérőszobában tartózkodó alanyok által leadott hő plusz hőterhelést jelentett, amit a légvezetési rendszer, hűtés nélkül nem tudott elvinni a kis térfogatú helyiségből. A falhőmérsékleteket tekintve a kitűzött 18°C-ot jól sikerült tartani, a szórás értéke 0,1°C volt. A padlóhőmérséklet szórása sajnos egy napon 0,4°C felett volt. A levegőhőmérséklet mérés alatti változása tekinthető a legkritikusabb pontnak. Volt olyan nap, amikor a komfort tartományt elhagyva 24,5°C-os levegőhőmérséklet jött létre. A nagyobb levegőhőmérséklet ellenére az alanyok bőrhőmérséklete a sugárzó felületek hatását egyértelműen kimutatták. A fiziológiás mérések eredményeit a következő fejezetrész tartalmazza. A vizsgált falfelületek mellett a többi felület hőmérsékletét is rögzítettem, amelyek minden esetben felvették a levegővel közel azonos környezeti hőmérsékletet. Átlaghőmérsékletük csupán egy-két tized fokkal maradt el a levegő hőmérsékletétől.

4.2.1.2 Objektív fiziológiai mérések eredményei Az egyes üléseknél testrészenként mért és szavazott eredményeket és részletes statisztikai elemzésüket a 7. melléklet tartalmazza. A következőkben a tapasztalatokat és eredményeket szöveges formában, valamint grafikonok segítségével mutatom be. Az alanyok bőrhőmérsékletét húsz pontban mértem a mérési időtartam elején, közepén és végén. A kapott értékeket többféle módon vizsgáltam, a következők szerint: - a bőrhőmérsékletet vizsgáltam az ülés alatt (ülés eleje, közepe és vége közötti különbségek) - a bőrhőmérsékletet vizsgáltam a két ülés között; azonos mérések összevetése (1. mérések összehasonlítása, 2. mérések összehasonlítása, 3. mérések összehasonlítása) - ezután következett a bőrhőmérséklet változásának vizsgálata nemek szerint; ez csak az egyes méréseken belül volt lehetséges - ezek mellett összehasonlítottam az ülések alatt végbement változásokat (differenciák vizsgálata) - az egyes pontokban mért bőrhőmérsékleteket átlagoltam és statisztikai vizsgálatnak vetettem alá ülések alatt, ülések között és nemek szerint is. - végül az orr- és a homlokhőmérséklet viszonyát vizsgáltam meg, mivel az orr az acrák (perifériás v. kiálló testrész - végtagok, orr) hőmérsékletváltozását reprezentálja, míg a homlok a maghőmérséklet változásának irányát. A testrészenként mért bőrhőmérsékleteket az ülések elején és végén a 4.22. grafikon mutatja. A mért vérnyomás és pulzus értékek statisztikai vizsgálatát a bőrhőmérséklet vizsgálatához hasonlóan elvégeztem. Mivel az eredmények nem mutattak kiugró, vizsgálatot befolyásoló értéket, ezért csak a mellékletben szerepelnek táblázatos formában.

67

Barna Edit

PhD értekezés Testrészenkénti bőrhőmérséklet az ülések elején és végén 36,0

Bőrhőmérséklet (°C)

35,0 34,0 33,0 32,0 31,0 30,0 29,0 28,0

1. ülés - 1. mérés

1. ülés - 3. mérés

2. ülés - 1. mérés

Bal lábfej

Bal boka

Jobb lábfej

Jobb boka

Bal lábszár

Mellkas

Bal kéz

Jobb lábszár

Testrészek

Jobb kéz

Bal alkar

Jobb alkar

Bal felkar

Jobb felkar

Tarkó

Bal arc

1. ülés - 15°C fal - 28°C padló 2. ülés - 18°C fal - 28°C padló

Jobb fül

Orr

Jobb arc

Homlok

26,0

Bal fül

27,0

2. ülés - 3. mérés

4.22. grafikon. Átlagolt bőrhőmérsékletek az 1. és 2. ülésnél 4.2.1.2.1 A bőrhőmérsékletek vizsgálatának eredménye Ülések alatt (7. melléklet – pp. 30 – 31.) A 15°C fal – 28°C padló hőkörnyezetű ülés során a maghőmérsékletet követő testrészek (az orrot kivéve a fej, valamint a törzs) hőmérséklete az ülés eleje és vége között szignifikánsan növekedett. Ehhez képest az acrák (perifériás v. kiálló testrész – végtagok és az orr) hőmérséklete az ülés eleje és vége között szignifikánsan csökkent. A legnagyobb lehűlés (~3°C) az orrnál, valamint a lábfejeknél volt tapasztalható (a padlófűtés ellenére). A 18°C fal – 28°C padló hőkörnyezetű ülés során a maghőmérsékletet követő testrészek (az orrot kivéve a fej, valamint a törzs) hőmérséklete az ülés eleje és vége között szignifikánsan növekedett, ugyanúgy, mint a hidegebb ülésnél. Az acrák (perifériás v. kiálló testrész - végtagok, orr) hőmérséklete az ülés eleje és vége között szignifikánsan csökkent. Az alkarok és felkarok nem mutattak szignifikáns hőmérséklet csökkenést, de valamelyest trend jelleggel lehűltek. A legnagyobb lehűlés (~2,5-3°C) az orrnál, valamint a lábfejeknél volt tapasztalható (a padlófűtés ellenére). Ülések között (7. melléklet – pp. 32 – 33.) A két ülés első mérései között nem volt szignifikáns különbség. Ez azt mutatja, hogy azonos bőrhőmérséklet tartományról indultak az egyes ülések, ami lehetővé teszi a 2. és 3. mérések összehasonlítását. A 2. méréseknél szignifikáns különbség mutatkozott a fej (kivéve orr és homlok), felkar, alkar, lábszár és boka területein. Mindegyik esetben a testrészek bőrhőmérséklete magasabb volt a 2. ülés esetében, mint az 1. ülésénél, ami a várakozásoknak megfelelő. A 3. méréseknél szignifikáns különbség mutatkozott a legtöbb testrész esetében (kivéve orr, homlok, mellkas). Mindegyik esetben a testrészek bőrhőmérséklete magasabb volt a 2. ülés esetében, mint az 1. ülésénél. A lehűlés mértékét az ülés alatti 1. és 3. mérés különbségéből számítottam. Az 1. ülésnél az acrák egyértelmű lehűlést mutattak. A 2. ülésnél a lehűlés kevesebb testrészt érintett. A maghőmérséklet közeli testrészek enyhén melegedtek mindkét ülés esetében. A két ülésnél szignifikáns különbség a lehűlés mértékében csak a bal boka esetében mutatkozott.

68

Barna Edit

PhD értekezés

A mért értékeket, mivel egyenlő arányban voltak a résztvevők között fiúk és lányok, érdemes volt nemek szerint is összevetni. A bőrhőmérsékletek nemek szerint végzett elemzésének eredménye Ülések alatt (7. melléklet – pp. 34 – 37.) Amint az látható a 4.23. grafikonból a fiúk és lányok eltérő mértékben hűltek/melegedtek az 1. ülés folyamán (15°C fal – 28°C padló). Az 1. mérésnél a fiúk és lányok bőrhőmérséklete között csak a tarkónál és felkaroknál volt szignifikáns különbség. A 2. mérésnél a lányok szignifikánsan hidegebbek az orr, orcák, felkarok, alkarok és kezek területén voltak, mint a fiúk. A lányok tarkója ugyanakkor szignifikánsan melegebb a 2. mérésre, mint a fiúké. A 3. mérésnél a lányok szignifikánsan hidegebbek voltak minden egyes testrésznél, mint a fiúk (kivéve lábfejek, bokák, fülek). A lányok tarkója ugyanakkor szignifikánsan melegebb lett a 3. mérésre, mint a fiúké. A lehűlés mértékét az ülés alatti 1. és 3. mérés különbségéből számítottam nemek szerint. A fiúk esetében a felső végtagok nem hűltek le a mérés végére (sőt melegedtek), míg a lányoknál lehűltek. Szignifikáns különbség a lehűlés mértékében az orrnál, a kézfejeknél, valamint a bokáknál mutatkozott fiúk és lányok között.

1. mérés -fiúk

3. mérés - fiúk

1. mérés -lányok

Bal lábfej

Jobb lábfej

Bal boka

Jobb boka

Bal lábszár

Mellkas

Bal kéz

Bal alkar

Jobb kéz

Jobb alkar

Testrészek

Jobb lábszár

1. ülés - 15°C fal - 28°C padló

Bal felkar

Jobb felkar

Tarkó

Bal fül

Bal arc

Jobb fül

Jobb arc

Orr

37,0 36,0 35,0 34,0 33,0 32,0 31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 Homlok

Bőrhőmérséklet (°C)

Testrészenkénti bőrhőmérséklet az 1. ülésnél nemek szerint

3. mérés - lányok

4.23. grafikon. Átlagolt bőrhőmérsékletek az 1. ülésnél nemek szerint A fiúk és lányok a 2. ülés folyamán (18°C fal – 28°C padló) is eltérő mértékben hűltek/melegedtek (ld. 4.24. grafikon). Az 1. mérésnél a fiúk és lányok bőrhőmérséklete között a felkaroknál, alkaroknál, mellkasnál, valamint a lábszáraknál volt szignifikáns különbség. A 2. mérésnél a lányoknál szignifikánsan hidegebbek voltak az orr, orcák, felkarok, alkarok és kezek, valamint a mellkas, mint a fiúknál. A lányok tarkója ugyanakkor a 2. mérés esetében szignifikánsan melegebb volt, mint a fiúké. A 3. mérésnél a lányok szignifikánsan hidegebbek voltak minden egyes testrésznél, mint a fiúk (kivéve: lábfejek, bokák, fülek, homlok). A lányok tarkója ugyanakkor szignifikánsan melegebb lett a 3. mérésre, mint a fiúké. A lehűlés mértékét az ülés alatti 1. és 3. mérés különbségéből számítottam nemek szerint. A fiúk esetében a felső végtagok nem hűltek le a mérés végére (sőt melegedtek). A lányoknak csak a kézfejénél mutatkozott lehűlés. Az alsó végtagok mindkét nem esetében hűltek a mérés végére. Szignifikáns különbség a lehűlés mértékében nem mutatkozott fiúk és lányok között. 69

Barna Edit

PhD értekezés

1. mérés -fiúk

3. mérés - fiúk

1. mérés -lányok

Bal lábfej

Jobb lábfej

Bal boka

Jobb boka

Bal lábszár

Mellkas

Bal kéz

Jobb kéz

Bal alkar

Jobb alkar

Testrészek

Jobb lábszár

2. ülés - 18°C fal - 28°C padló

Bal felkar

Jobb felkar

Tarkó

Bal fül

Bal arc

Jobb fül

Jobb arc

Orr

37,0 36,0 35,0 34,0 33,0 32,0 31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 Homlok

Bőrhőmérséklet (°C)

Testrészenkénti bőrhőmérséklet a 2. ülésnél nemek szerint

3. mérés - lányok

4.24. grafikon. Átlagolt bőrhőmérsékletek a 2. ülésnél nemek szerint Az összes testrészen mért pontok hőmérsékleteinek átlaga A mérési pontokban mért bőrhőmérsékletek átlagát, a testrészek bőrhőmérsékletéhez hasonlóan, ülések alatt, között és nemek szerint vizsgáltam. A következő táblázatokban láthatók a statisztikai számítások eredményei. 4.5. táblázat. A test különböző pontjain mért bőrhőmérsékletek átlaga az ülések alatt Mért pontok átlagainak összehasonlítása ülések alatt Hőmérséklet (°C) Szignifikancia Ülés 1.mérés átl. 2. mérés átl. 3. mérés átl. 1. - 2. 2. - 3. 1. - 3. 1. ülés 31,66 31,40 31,00 Ø 0,002 0,007 2. ülés 31,92 31,95 31,70 Ø 0,002 Ø █ - szintű szignifikancia A 4.5. táblázatból látható, hogy a mért pontok hőmérsékletének átlaga szignifikánsan csökkent az 1. ülés eleje és vége között. A 2. ülésnél a mérés közepe és vége között alakult ki szignifikáns különbség az átlagok között között. A mért pontok átlaga ebben az esetben is csökkent az ülések során. 4.6. táblázat. A test különböző pontjain mért bőrhőmérsékletek átlaga az ülések között Mért pontok átlaga Szignifikancia Mérés 1.ülés 2. ülés Δt 1.-2. ü. között 1. mérés 31,66 31,92 -0,3 Ø 2. mérés 31,40 31,95 -0,5 0,011 3. mérés 31,00 31,70 -0,7 0,001 █ - szignifikancia A 4.6. táblázat alapján elmondható, hogy az ülések között a mérések végén szignifikáns hőmérséklet különbség van. A 2. ülésnél szignifikánsan kevésbé hidegebb az mérési pontok átlaga, mint az 1. ülésnél. A mért pontok átlaghőmérsékletének nemek szerinti vizsgálata a 4.7. táblázatban látható. Elmondható, hogy a fiúk és lányok esetében a hőmérséklet eltérő mértékben csökkent/nőtt a két ülés 70

Barna Edit

PhD értekezés

folyamán. A 2. és 3. mérésnél a lányok mért pontjainak átlaghőmérséklete szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a fiúké. 4.7. táblázat. A test különböző pontjain mért bőrhőmérsékletek átlagának vizsgálata nemek szerint Mért pontok átlagainak összehasonlítása ülések alatt nemek szerint 1. mérés átlaga 2. mérés átlaga 3. mérés átlaga Szignifikancia 1. 2. 3. Ülés Fiúk Lányok Δt Fiúk Lányok Δt Fiúk Lányok Δt mérés mérés mérés 1. ülés 31,76 31,56 0,2 31,85 30,94 0,9 31,58 30,43 1,2 Ø 0,011 0,004 2. ülés 32,41 31,43 1,0 32,48 31,41 1,1 32,09 31,22 0,9 0,034 0,003 0,004 █ - szignifikancia Az orr és a homlok hőmérséklet különbségének elemzése Az orrhőmérséklet az acrák (perifériás v. kiálló testrész - végtagok, orr) hőmérséklet változását reprezentálja, míg a homlok a maghőmérséklet változásának irányát, ezért érdemes a kettő különbségét vizsgálni az ülések alatt, ülések között és nemek szerint is. Az alábbi 4.8. táblázatból látható, hogy mindkét ülés esetén szignifikáns a mérés eleje és vége között az orr-homlok különbség változása. 4.8. táblázat. Az orr-homlok hőmérséklet különbségének vizsgálata ülések alatt Orr-homlok hőmérséklet különbsége ülés alatt Hőmérséklet különbség (°C) Szignifikancia No. Testrész 1.mérés 2.mérés 3. mérés 1. - 2. 2. - 3. 1. - 3. 1. 1. ülés (15°C fal - 28°C padló) -2,40 -4,62 -5,81 0,006 0,001 0,000 -2,20 -4,01 -5,31 2. 2. ülés (18°C fal - 28°C padló) 0,013 0,001 0,000 █ - szignifikancia A két ülés között nincs szignifikáns eltérés az orr-homlok különbségek között. A következő 4.9. táblázat a mért eredmények nemek szerinti elemzését tartalmazza az ülések alatt. Látható, hogy a lányoknál mindkét ülésnél szignifikánsan nagyobb volt az orr-homlok különbség változása, mint a fiúknál a mérések végére. 4.9. táblázat. Az orr-homlok hőmérséklet különbségének vizsgálata nemek szerint Orr-Homlok hőmérsékletek összehasonlítása ülések alatt nemek szerint 1. mérés átlaga 2. mérés átlaga 3. mérés átlaga Szignifikancia 1. 2. 3. Fiúk Lányok Δt Fiúk Lányok Δt Fiúk Lányok Δt No. Ülés mérés mérés mérés 1. ülés (15°C fal 1. -2,28 -2,51 0,2 -2,79 -6,45 3,7 -4,07 -7,54 3,5 Ø 0,001 0,001 28°C padló) 2. ülés (18°C fal 2. -1,62 -2,77 1,2 -2,07 -5,95 3,9 -3,81 -6,81 3,0 Ø 0,000 0,000 28°C padló) █ - szignifikancia; Végül megvizsgáltam az orr és a homlok közötti hőmérséklet különbség változás mértékét is, és amint az a következő táblázatból (4.10. táblázat) is látható, a lányoknál szignifikánsan nagyobb volt az 1. ülés esetében a változás mértéke, mint fiúké. A 2. ülésnél az orr-homlok különbség változás mértéke nem volt szignifikánsan eltérő a két nemnél. 4.10. táblázat. Az orr-homlok hőmérséklet változás mértékének vizsgálata nemek szerint Orr-Homlok ülés alatti Δ összehasonlítása nemek sz. Differencia (3.-1.m)°C Szignifikancia No. Ülés Fiúk Lányok Δt 1. 1. ülés (15°C fal - 28°C padló) -1,79 -5,03 3,2 0,031 2. 2. ülés (18°C fal - 28°C padló) -2,19 -4,04 1,9 Ø █ - szignifikancia; 71

Barna Edit

PhD értekezés

4.2.1.2.2 A szubjektív hőérzeti szavazatok elemzése és eredményei Az alanyok húsz testrészük hőérzetéről szavaztak a mérési időtartam elején, közepén és végén. Ez a húsz testrész valamelyest eltért a mért testrészektől (kiegészült pl. a háttal és derékkal, de nem tartalmazta a homlokot és orrot). A kapott értékeket többféle módon vizsgáltam, a következők szerint: - a testrészenkénti hőérzeti szavazatok vizsgálata az ülés alatt (ülés eleje, közepe és vége közötti különbségek) - az ülések alatt végbement változásokat - differenciák - vizsgálata - a testrészenkénti hőérzeti szavazatok vizsgálata nemek szerint; ez csak az egyes szavazásokon belül volt lehetséges - végül az általános hőérzeti szavazatokat is statisztikai vizsgálatnak vetettem alá ülések alatt, ülések között és nemek szerint is. A 4.25. grafikon a testrészenkénti hőérzeti szavazatok változását mutatja az ülés eleji és végi szavazások között, valamint a két ülés egyes szavazásai között. Testrészenkénti hőérzeti szavazatok az ülések elején és végén 2,0 1,0 0,0 -1,0

1. ülés - 1. szavazás

1. ülés - 3. szavazás

2. ülés - 1. szavazás

Bal lábfej

Jobb lábfej

Bal boka

Jobb boka

Bal lábszár

Jobb lábszár

Bal comb

Derék

Hát

Mellkas

Bal kéz

Jobb kéz

Testrészek

Jobb comb

1. ülés - 15°C fal - 28°C padló 2. ülés - 18°C fal - 28°C padló

Bal alkar

Jobb felkar

Tarkó

Bal arc

Jobb arc

-3,0

Jobb alkar

-2,0

Bal felkar

Hőérzeti szavazatok átlaga

3,0

2. ülés - 3. szavazás

4.25. grafikon. Átlagolt hőérzeti szavazatok az 1. és 2. ülésnél Ülések alatti testrészenkénti hőérzeti szavazatokon végzett elemzések eredményei (7. melléklet – pp. 38 – 39.) A 15°C fal – 28°C padló hőkörnyezetű ülés során a szavazatok alapján az alanyok hőérzete az összes testrészre nézve csökkent. A legnagyobb hőérzet csökkenést a kézfejek mutatták, több mint 1 egységnyi (1,2) a hőérzeti 7 pontos skálán, pozitívból negatív tartományba. Szignifikáns különbség a mérés elején és végén, adott hőérzeti szavazatok között a következő testrészeknél volt: tarkó, felső végtagok, kézfejek, hát, alsó végtagok, bokák, lábfejek. Mindegyiknél csökkent a hőérzet. A bokákat és lábfejeket kivéve, trend szinten már az 1. és 2. szavazatok között megjelent a hőérzet csökkenés. A 18°C fal – 28°C padló hőkörnyezetű ülés során a szavazatok alapján az alanyok hőérzete az összes testrészre nézve csökkent, kivéve a bal alkart, amelynek javult a hőérzete. A legnagyobb hőérzet csökkenést a kézfejek mutatták (0,85-os csökkenés) a hőérzeti 7 pontos skálán, pozitívból negatív tartományba. Szignifikáns különbség a mérés elején és végén adott hőérzeti szavazatok között a következő testrészeknél volt: tarkó, kézfejek, mellkas, bokák, lábfejek. Mindegyiknél csökkent a hőérzet. Az 1. és 72

Barna Edit

PhD értekezés

2. szavazatok között csak három testrésznél jelent meg a hőérzet csökkenés: jobb felkar, bal alkar, jobb lábfej. Ülések alatt végbement hőérzet változás vizsgálatának eredményei (7. melléklet – pp. 40.) A hőérzet csökkenés mértékét az ülés alatti 1. és 3. szavazatok, valamint 2. és 3. szavazatok különbségéből számítottam. A hőérzet csökkenés mértékében (1. és 3. szavazat között) szignifikáns különbség a két ülés között csak három testrésznél volt: jobb- és bal alkar, jobb boka. Megállapítható, hogy közel azonos mértékű volt a hőérzetcsökkenés a két ülés esetében. Ülések alatti testrészenkénti hőérzeti szavazatokon nemek szerint végzett elemzések eredményei (7. melléklet – pp. 41.) Az 1. ülésnél a hőérzeti szavazatokban az acrácnál (felső végtagok, lábfejek), valamint a hát és derék területén mutatkozik szignifikáns illetve trend jellegű különbség nemek szerint, leginkább a második szavazásnál (az ülés közepén). A lányok minden esetben alacsonyabb hőérzetről számoltak be. A 2. ülésnél kevesebb testrésznél volt szignifikáns különbség a hőérzeti szavazatoknál nemek szerint; ezek pedig a kézfejek, a tarkó, a mellkas, a derék és trend jelleggel a lábfejek voltak.

73

Barna Edit

PhD értekezés

Korreláció vizsgálata a mért bőrhőmérsékletek és hőérzeti szavazatok között Ahogy az alábbi 4.11. táblázatból látható: - Gyenge volt a korreláció a mért és szavazott értékek között. - Az 1. ülésnél korreláció volt a tarkó, jobb alkar, jobb kéz valamint a jobb lábfej esetében a mért és szavazott értékek között. - A 2. ülésnél csak a tarkó és bal lábszár esetében mutatkozott korreláció a mért és szavazott értékek között. 4.11. táblázat. A mért és szavazott értékek korrelációjának vizsgálata Spearman korreláció a mért és szavazott értékek között 1. ülés - 15 °C fal és 28°C padló 2. ülés - 18°C fal és 28°C padló 1.mérés 2. mérés 3. mérés 1.mérés 2. mérés - 3. mérés No. Testrész szav. szav. szav. szav. szav. szav. 0,010 0,031 1. Tarkó Ø Ø Ø Ø (0,05lev) (0,05lev) 0,021 2. Jobb alkar Ø Ø Ø Ø Ø (0,05lev) 0,006 3. Jobb kéz Ø Ø Ø Ø Ø (0,01lev) 0,035 0,019 4. Bal lábszár Ø Ø Ø Ø (0,05lev) (0,05lev) 0,016 5. Jobb lábfej Ø Ø Ø Ø (0,05lev) █ - 0,01 szintű szignifikancia; - █ - 0,05 szintű szignifikancia; Ezen eredmények alapján látható, hogy a mért bőrhőmérsékletek jól tükrözik a két ülés hőkörnyezetének különbségét. A hidegebb falfelületnél a bőrhőmérséklet jobban csökkent. A kevésbé hideg falnál több testrész melegedett (nem hűlt) a mérés során. A fiziológiás értékekkel ellentétben a szavazatok azonban minden testrészre hűlést, illetve hőérzet csökkenést mutatnak, még ott is, ahol igazából nőtt a bőrhőmérséklet. 4.2.1.2.3 Az általános hőérzeti szavazatok elemzése Az általános, egész testre vonatkozó hőérzethez kapcsolódó szavazatokat táblázatok és grafikonok segítségével mutatom be. Hasonlóan a testrészenkénti szavazatokhoz itt is elvégeztem a szavazatok ülések alatti és közötti elemzését Mint látható a 4.12. táblázatból az 1. ülés végére szignifikánsan kevésbé elfogadható a hőkörnyezet az alanyoknak, melegebb környezetet szeretnének. Emellett szignifikánsan kellemetlenebbnek értékelik a hőkörnyezetet a résztvevők. 4.12. táblázat. Az általános hőérzeti szavazatok elemzése az 1. ülés alatt 1. ülés - 15 °C fal és 28°C padló Szavazat Szignifikancia 1.szavazat 3.szavazat No. Hőérzeti teszt átl. átl. Δ 1. - 2. 2. - 3. 1. - 3. 1. Nagyon hideg / nagyon meleg (-3 +3) -0,16 -0,58 0,41 Ø Ø Ø 2. Elfogadható / nem fogadható el (+1 -1) 0,53 0,31 0,22 0,015 Ø 0,010 3. Hűvösebb / melegebb lenne jó (1-100) 52,49 62,51 -10,02 0,021 Ø 0,005 4. Kellemes / kellemetlen (1-100) 33,43 51,73 -18,30 0,037 0,052 0,002 █ - szignifikancia; █ - trend; A 4.13. táblázat alapján elmondható, hogy a 2. ülés végére szignifikánsan melegebb környezetet szeretnének az alanyok, ám a többi hőérzeti tesztnél nincs szignifikáns különbség a mérések és eleje és vége között. 74

Barna Edit

PhD értekezés

4.13. táblázat. Az általános hőérzeti szavazatok elemzése a 2. ülés alatt 2. ülés - 18 °C fal és 28°C padló Szavazat Szignifikancia No. Hőérzeti teszt 1.szavazat átl. 3.szavazat átl. Δ 1. - 2. 2. - 3. 1. - 3. 1. Nagyon hideg / nagyon meleg (-3 +3) 0,06 -0,24 0,30 Ø Ø Ø 2. Elfogadható / nem fogadható el (+1 -1) 0,61 0,50 0,11 0,039 Ø Ø 3. Hűvösebb / melegebb lenne jó (1-100) 51,56 57,15 -5,59 Ø Ø 0,048 4. Kellemes / kellemetlen (1-100) 34,78 41,25 -6,47 0,042 Ø Ø █ - szignifikancia; █ - trend; Az ülések között a hőérzeti tesztek alapján nincs szignifikáns különbség. A 7. mellékletben (pp. 46 47.) megtalálhatók az általános hőérzeti szavazatokhoz kapcsolódó további, részletes eredményeket tartalmazó számítások. A következő oldalon található grafikonok szemléletesebben mutatják be az általános, egész testre vonatkozó hőérzethez kapcsolódó szavazatok változását az ülések eleje és vége valamint az ülések között.

75

Kellemesen meleg

Hőérzeti szavazatok

Melegebb lenne jó 100

0,50 0,06

0,00 -0,16 -0,50

-0,24

-0,58

-1,00 Kellemesen 1. ülés - 15 °C fal és 28°C padló hűvös 1.szavazat

2. ülés - 18 °C fal és 28°C padló 3.szavazat

Szavazatok átlaga (%)

Szavazatok átlaga

1,00

90 80 70 60

63

50 40

52

20 10

0 Hűvösebb 1. ülés - 15 °C fal és 28°C padló lenne jó 1.szavazat

2. ülés - 18 °C fal és 28°C padló 3.szavazat

4.28. grafikon. Preferencia szavazatok az 1. és 2. ülésnél

Elfogadhatósági szavazatok

Hőkörnyezet értékelés Kellemetlen 100

0,80 0,61

0,60 0,53

0,50

0,40 0,31 0,20

0,00 Éppen 1. ülés - 15 °C fal és 28°C padló elfogadható 1.szavazat

2. ülés - 18 °C fal és 28°C padló 3.szavazat

4.27. grafikon. A hőkörnyezet elfogadhatósága az 1. és 2. ülésnél

Szavazatok átlaga (%)

Szavazatok átlaga

57 52

30

4.26. grafikon. Átlagolt hőérzeti szavazatok az 1. és 2. ülésnél

Teljes mértékben elfogadható 1,00

Hőkörnyezeti preferencia

90 80 70 60 50

52 41 35

40 30

33

20 10 0

Kellemes 1. ülés - 15 °C fal és 28°C padló 1.szavazat

2. ülés - 18 °C fal és 28°C padló 3.szavazat

4.29. grafikon. Hőkörnyezetet értékelő szavazatok az 1. és 2. ülésnél 76

Barna Edit

PhD értekezés

4.2.1.2.4 Korreláció vizsgálata a mérési pontok átlagolt hőmérsékletei és általános hőérzeti szavazatok között Az alábbi táblázat a mérési pontok átlagolt hőmérsékleteinek, valamint az egész testre vonatkozó hőérzeti szavazatoknak a korrelációját tartalmazza. Mint látható, az általános hőérzeti szavazatok a pontokban mért hőmérsékletek átlagával az ülések alatt, szinte csak a 2. méréseknél/szavazásoknál mutat korrelációt. 4.14. táblázat. A mérési pontok átlaghőmérsékletének és az általános hőérzeti szavazatok korrelációjának vizsgálata Spearman korreláció a mért és szavazott értékek között 1. ülés - 15 °C fal és 28°C padló 2. ülés - 18°C fal és 28°C padló Átl. Átl. Átl. Átl. Átl. Átl. Testhőm Testhőm Testhőm Testhőm Testhőm Testhőm No. Testrész 1 2 3 1 2 3 0,004 1. Nagyon hideg/nagyon meleg Ø Ø Ø Ø Ø (0,01lev) 2. Kellemes/kellemetlen Ø Ø Ø Ø Ø Ø 0,027 0,002 3. Hűvösebb/melegebb lenne jó Ø Ø Ø Ø (0,05lev) (0,01lev) 0,022 0,003 0,025 4. Elfogadható/nem fogadható el Ø Ø Ø (0,05lev) (0,01lev) (0,05lev) █ - 0,01 szintű szignifikancia; - █ - 0,05 szintű szignifikancia;

4.2.1.3 Az 1. élőalanyos mérés eredményeinek összegzése és értékelése Objektív fiziológiai mérések eredményei A testrészek bőrhőmérsékletének változása mindkét ülés alatt hasonló tendenciát követett; a maghőmérsékletet követő testrészek melegedtek, a perifériák pedig (acrák) hűltek. A hűlő végtagok között az alsó végtagok is szerepeltek, amelyeknek a 28°C padlóhőmérséklet ellenére 2,5-3°C-ot csökkent a bőrhőmérsékletük. Az eredményekből az is látható, hogy a bőrhőmérsékletek csökkenése hangsúlyosabb volt a hidegebb 1. ülésnél, mint a 2. ülésnél. Az ülések végén az 1. ülés bőrhőmérsékletei szignifikánsan alacsonyabbak voltak, mint a 2. ülésé. Csak néhány testrész esetében nem volt szignifikancia, mégpedig a homlok, orr, orcák, mellkas, bal lábfej esetében, amelyek közel azonos mértékben hűltek, vagy melegedtek a két ülés végére. A két nem eltérő mértékben hűlt vagy melegedett az ülések folyamán. Az ülések végére a lányok bőrhőmérséklete minden esetben hidegebb volt a fiúkénál és néhány testrészt kivéve a különbség szignifikáns volt. A 2. ülésnél az alsó végtagok tekintetében nem volt szignifikáns különbség a nemek között. A lehűlés mértékében csak az 1. ülésnél volt tapasztalható szignifikáns különbség a nemek között, mégpedig az orr, kézfejek és bokák esetében. Az összes mérési pont átlagolt hőmérsékletének vizsgálata azt mutatja, hogy az ülések alatt szignifikánsan csökkent a bőrhőmérséklet. A két ülés között a 2. és 3. mérésnél mutatkozott szignifikáns különbség (az 1. ülésnél kisebb volt a mért pontok átlaga). Nemek szerint vizsgálva az mért pontok átlaghőmérsékletét látható, hogy a 2. és 3. méréseknél a lányoknál, mindkét ülés esetében, szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a fiúknál.

A bőrhőmérsékletekhez és változásukhoz kapcsolódó eredmények alapján egyértelműen látszik a két vizsgált aszimmetrikus hőkörnyezet közötti különbség. Noha, ahogy az a környezeti paramétereket bemutató eredményekből látszik, az ülések során több esetben a levegő hőmérséklete a téli méretezési komfort tartomány fölé esett, a tapasztaltak szerint a sugárzó hideg felület hatására az alsó és felső végtagok hűltek (az 1. ülés esetében jobban, a 2. ülés esetében 77

Barna Edit

PhD értekezés

kevésbé). Meg kell azonban említeni, hogy a perifériás testrészek hűlését nem csak a sugárzó hideg felület és a róla leáramló levegő okozza, hanem részben a nyugalmi, testmozgás nélküli tevékenység is felelős a hőmérséklet csökkenésért. Meglepő azonban, hogy a csökkenés a 28°C-os padlófűtés mellett is milyen jelentős. Emellett a nemek közötti különbségek is szembetűnőek – a biológiai eltérés a perifériás vérkeringésben egyértelműen látszik a mért bőrhőmérsékletekből. Szubjektív hőérzeti szavazatok A testrészekre adott hőérzeti szavazatok mindkét ülés esetében hasonló tendenciát követtek. Az összes testrész hőérzete csökkent az ülés elejétől a végéig. Az 1. ülés esetében már másfél óra után szignifikáns hőérzet csökkenés ment végbe, ami nem csökkent tovább jelentős mértékben. A 2. ülésnél jóval kevesebb testrész hőérzete csökkent szignifikánsan a mérés közepére, ehelyett az ülés végére alakultak ki szignifikáns hőérzet csökkenések. A hőérzetcsökkenés mértéke a testrészeknél a két ülés esetében közel azonos volt. A két nem több testrésznél eltérően ítélte meg hőérzetét. Az 1. ülésnél a hőérzeti szavazatokban leginkább a végtagoknál mutatkozott szignifikáns illetve trend jellegű különbség nemek szerint, főként az ülés közepén. A 2. ülésnél kevesebb testrésznél volt szignifikáns különbség a fiúk és lányok hőérzeti szavazatai között. Az általános hőérzeti tesztek eredményeit vizsgálva látható, hogy az 1. ülés végére szignifikánsan kevésbé elfogadható a hőkörnyezet az alanyoknak, melegebb környezetet szeretnének. Emellett szignifikánsan kellemetlenebbnek értékelik a hőkörnyezetet a résztvevők. A 2. ülés végére szignifikánsan melegebb környezetet szeretnének az alanyok, ám a többi hőérzeti tesztnél nincs szignifikáns különbség a mérések eleje és vége között. Az ülések között a hőérzeti tesztek alapján nincs szignifikáns különbség.

A testrészenkénti hőérzeti szavazatok ülések alatti csökkenése egyértelműen a hideg falfelület hatását tükrözik. Figyelemre méltó, hogy a padlófűtés a háromórás időtartam során nem okozott meleg láb érzetet, éppen ellenkezőleg a lábak hőérzete is csökkent. A nemek szerint vizsgált hőérzeti szavazatok követik a mért eredményeket, hiszen ahogy a lányok bőrhőmérséklete jobban csökkent, úgy a hőérzetük is nagyobb csökkenést mutatott a fiúkhoz képest. Fontos megjegyezni, hogy a testrészekre adott szavazatok az 1. ülésnél elhagyták a kellemesen hűvös tartományt (-1 alá csökkentek), míg a 2. ülésnél a semleges és kellemesen hűvös tartományban maradtak (0-1 között). Az általános hőérzeti szavazatok alapján az látható, hogy az egész testre vonatkozó komfort biztosított. Az eredmények alapján elképzelhető, hogy az általános hőérzeti szavazatok a levegő hatását jobban figyelembe veszik, mint a lokális szavazatok. Fontos megjegyezni, hogy bár az általános hőérzeti szavazatok komfortot jeleznek, a mérési pontok átlagolt hőmérsékleteinek vizsgálata szerint az ülések alatt szignifikánsan csökkent a bőrhőmérséklet. Ily módon az általános hőérzeti szavazatok egészségügyi szempontból akár megtévesztőknek is tekinthetők, hiszen ahogy korábbi vizsgálatok is mutatják (Frohner és mtársai, 2001; Frohner és mtársai, 2004), a tartósan alacsony bőrhőmérséklet és az elégtelen keringés, betegségek kialakulását vonhatja maga után. Korreláció a mért és szavazott értékek között A két ülés esetében gyenge korreláció mutatkozott a mért és szavazott értékek között. Hasonló a helyzet az általános hőérzeti szavazatok átlag testhőmérsékletekkel való korrelációjával. Csak a 2. méréseknél/szavazásoknál van korreláció az ülések alatt.

A mért bőrhőmérsékletek tükrözik a két ülés hőkörnyezetének különbségét. A hidegebb falfelületnél a bőrhőmérséklet jobban csökkent. A kevésbé hideg falnál több testrész melegedett (nem hűlt) a mérés során. A szavazatok ellenben minden testrészre hűlést illetve hőérzet csökkenést mutatnak, még ott is, ahol igazából nőtt a bőrhőmérséklet.

78

Barna Edit

PhD értekezés

4.2.2 2. élőalanyos mérés eredményei A korábbiakban leírtaknak megfelelően, ebben az alfejezetben először a vizsgálathoz kapcsolódó mért környezeti paramétereket ismertetem, hogy látható legyen a tervezett hőállapotokat hogyan sikerült megvalósítani. Másodikként a mért fiziológiai paraméterek eredményeit és értékelését ismertetem. A harmadik rész a szubjektív hőérzeti szavazatokhoz kapcsolódó értékelést tartalmazza, míg a negyedik részben a 2. élőalanyos mérési sorozat eredményeinek összefoglaló értékelését végzem el.

4.2.2.1 Környezeti paraméterek mérési eredményei A következőkben néhány grafikon (4.30., 4.31. és 4.32. grafikon) segítségével az ülésekhez tartozó fal-, padló- és levegőhőmérsékletek változását mutatom be a második mérési csoportra nézve napi bontásban. A további 5 mérési héthez tartozó értékeket a 8. mellékletben lehet megtekinteni. Bizonyos napokon (6. és 11. nap) a felületi hűtést biztosító rendszer nem működött megfelelően és ingadozások léptek fel, ám az ingadozások mértéke csupán 1°C körüliek voltak ezért a mért és szavazott értékeket nem befolyásolták jelentősen.

Hőmérséklet (°C)

4. mérési hét - 2. csoport - falhőmérséklet (16°C) 16,8 16,6 16,4 16,2 16,0 15,8 15,6 15,4 15,2 15,0 8:30

8:50

9:10

9:30

9:50

10:10 10:30 10:50 11:10 11:30 11:50 12:10 12:30

Idő (h) 16.nap 20. nap Lineáris (19.nap)

17. nap Lineáris (16.nap) Lineáris (20. nap)

18.nap Lineáris (17. nap)

19.nap Lineáris (18.nap)

4.30. grafikon. A falhőmérséklet alakulása a 4. mérési héten

Hőmérséklet (°C)

4. mérési hét - 2. csoport - padlóhőmérséklet (28°C) 28,8 28,6 28,4 28,2 28,0 27,8 27,6 27,4 27,2 27,0 26,8 8:30

8:50

9:10

9:30

9:50

10:10 10:30 10:50 11:10 11:30 11:50 12:10 12:30

Idő (h) 16.nap 20. nap Lineáris (19.nap)

17. nap Lineáris (16.nap) Lineáris (20. nap)

18.nap Lineáris (17. nap)

19.nap Lineáris (18.nap)

4.31. grafikon. A padlóhőmérséklet alakulása a 4. mérési héten 79

Barna Edit

PhD értekezés 4. mérési hét - 2. csoport - levegőhőmérséklet (23°C) 26,0

Hőmérséklet (°C)

25,5 25,0 24,5 24,0 23,5 23,0 22,5 22,0 8:30

8:50

9:10

9:30

9:50

10:10 10:30 10:50 11:10 11:30 11:50 12:10 12:30

Idő (h) 16.nap 20. nap Lineáris (19.nap)

17. nap Lineáris (16.nap) Lineáris (20. nap)

18.nap Lineáris (17. nap)

19.nap Lineáris (18.nap)

4.32. grafikon. A levegőhőmérséklet alakulása a 4. mérési héten A fal-, padló- és levegőhőmérsékletek és szórásaik a következő táblázat (4.15. táblázat) értékei szerint alakult ezen a tíz mérési napon. 4.15. táblázat. Az 1. ülés környezeti paraméterei és szórásuk Falhőmérséklet Padlóhőmérséklet Levegőhőmérséklet (°C) (°C) (°C) Átlag Szórás Átlag Szórás Átlag Szórás 1. nap 16,09 0,16 28,02 0,27 23,60 0,64 2. nap 16,20 0,10 28,17 0,15 23,38 0,17 3. nap 16,19 0,10 28,17 0,09 23,40 0,23 4. nap 16,35 0,13 28,45 0,03 24,60 0,27 5. nap 15,78 0,26 27,39 0,26 23,59 0,52 16. nap 16,23 0,12 28,12 0,14 23,95 0,51 17. nap 16,27 0,10 28,02 0,20 23,87 0,41 18. nap 16,18 0,14 28,07 0,17 23,70 0,61 19. nap 16,32 0,11 28,05 0,08 23,97 0,41 20. nap 16,31 0,10 28,25 0,03 23,76 0,18 A grafikonok alapján látható, hogy a helyiségben többször nem alakult ki állandósult hőkörnyezet. A mérőszobában tartózkodó alanyok által leadott hő plusz hőterhelést jelentett, amit a légvezetési rendszer, hűtés nélkül nem mindig tudott elvinni a kis térfogatú helyiségből. A falhőmérsékleteket tekintve a kitűzött 16°C-ot jól sikerült tartani, a szórás értéke 0,1°C volt. A padlóhőmérséklet egy napon nem érte el a 28°C-ot. A levegőhőmérséklet mérés alatti változása tekinthető a legkritikusabb pontnak. Volt olyan nap, amikor a komfort tartományt elhagyva 24,5°C feletti levegőhőmérséklet jött létre. A 2. üléshez tartozó fal-, padló- és levegőhőmérsékletek és szórásaik a következő táblázatban (4.16. táblázat) szereplő értékek szerint alakultak ezen a tíz mérési napon. 4.16. táblázat. A 2. ülés környezeti paraméterei és szórásuk Falhőmérséklet Padlóhőmérséklet Levegőhőmérséklet (°C) (°C) (°C) Átlag Szórás Átlag Szórás Átlag Szórás 11. nap 17,87 0,15 27,95 0,04 23,71 0,20 12. nap 18,07 0,09 28,00 0,06 23,81 0,19 13. nap 18,07 0,08 27,93 0,03 23,64 0,11 14. nap 17,59 0,42 28,03 0,06 24,01 0,11 80

Barna Edit

PhD értekezés 15. nap 6. nap 7. nap 8. nap 9. nap 10. nap

18,17 17,98 18,05 18,10 17,98 18,10

0,08 0,22 0,18 0,09 0,09 0,09

28,00 28,39 28,11 28,25 28,30 28,26

0,05 0,16 0,11 0,08 0,13 0,07

24,41 24,22 24,54 25,05 25,02 25,05

0,10 0,30 0,21 0,18 0,18 0,25

A grafikonok alapján látható, hogy hasonlóan az 1. üléshez a helyiségben nem alakult ki állandósult hőkörnyezet. A falhőmérsékleteket tekintve a kitűzött 18°C-ot jól sikerült tartani. A padlóhőmérsékletek is 28°C körül alakultak, kis szórással. A levegőhőmérséklet mérés alatti változása tekinthető a legkritikusabb pontnak. A mérési napok nagyobb hányadában 24°C feletti volt a levegőhőmérséklet. Ennek ellenére a hideg felület sugárzó hatása érvényesült, ahogy azt a későbbiekben bemutatott fiziológiás méréseken is látni lehet majd. A 3. üléshez tartozó padló- és levegőhőmérsékletek és szórásaik a következő táblázatban (4.17. táblázat) szereplő értékek szerint alakultak ezen a tíz mérési napon. 4.17. táblázat. A 3. ülés környezeti paraméterei és szórásuk Padlóhőmérséklet Levegőhőmérséklet (°C) (°C) Átlag Szórás Átlag Szórás 21. nap 28,63 0,18 23,40 0,27 22. nap 28,28 0,20 23,31 0,26 23. nap 28,00 0,10 23,21 0,27 24. nap 28,30 0,17 23,77 0,09 25. nap 28,10 0,08 23,75 0,33 26. nap 28,54 0,03 23,34 0,17 27. nap 28,47 0,18 24,34 0,08 28. nap 28,18 0,07 24,23 0,08 29. nap 27,93 0,05 23,93 0,10 30. nap 27,75 0,10 23,96 0,31 A padlóhőmérsékleteket tekintve a kitűzött 28°C-ot jól sikerült tartani, a szórás értéke is alacsony volt. A levegőhőmérséklet nagyobb volt, mint a tervezett 22°C; 23-24°C között változott, de még így is kisebb volt, mint az aszimmetrikus környezetekben, ami kifejezett cél volt (ld. 3.4. alfejezet). A vizsgált falfelületek mellett a többi felület hőmérsékletét is rögzítettem, amelyek minden esetben felvették a levegővel közel azonos környezeti hőmérsékletet. Átlaghőmérsékletük csupán egy-két tized fokkal maradt el a levegő hőmérsékletétől. A következő két grafikon (4.33. és 4.34 . grafikon) az Innova 1221-es adatrögzítővel és MM0036-os sugárzási aszimmetria mérővel mért értékeket mutatja 6-6 mérési napra, az 1. és 2. ülésre. Emlékeztetőül, a mérőfej a mérőszobában az alanyok fejével egy magasságban és a hűtött falhoz képest egy vonalban helyezkedett el. A grafikonokból látszik, hogy a vizsgált két féltér között az 1. ülés esetében 3°C-nál valamivel nagyobb a hőmérséklet különbség, míg a 2. ülésnél 2,5-3°C-os a sugárzási hőmérséklet aszimmetria nagysága.

81

Barna Edit

PhD értekezés

Sugárzási hőmérséklet (°C)

26,0 25,0 24,0 23,0 22,0 21,0 20,0

1. nap

3. nap

4. nap

16. nap

17. nap

18. nap

A (C fal)

20,9

20,6

21,7

21,4

21,5

21,3

B

24,1

24,4

25,2

24,4

24,6

24,4

Delta

3,2

3,8

3,5

3,0

3,2

3,2

5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0

Sugárzási aszimmetria, B-A (°C)

Sugárzási hőmérséklet aszimmetria mérés 16°C fal - 28°C padló mellett

4.33. grafikon. Sugárzási hőmérséklet aszimmetria az 1. ülés esetében

Sugárzási hőmérséklet (°C)

26,0

5,0 4,5

25,0

4,0 3,5

24,0

3,0 23,0

2,5 2,0

22,0

1,5 1,0

21,0

0,5 20,0

6. nap

9. nap

12. nap

13. nap

14. nap

A

22,2

22,5

22,2

22,2

21,7

B

24,5

25,2

24,7

24,7

24,8

delta

2,3

2,7

2,5

2,5

3,0

0,0

Sugárzási aszimmetria, B-A (°C)

Sugárzási hőmérséklet aszimmetria mérés 18°C fal - 28°C padló mellett

4.34. grafikon. Sugárzási hőmérséklet aszimmetria a 2. ülés esetében Mivel a műszer a 3. ülés esetében is a függőleges felületekkel volt párhuzamos és a padló csak kis szögben látszik a mérőfejhez, ezért ebben az esetében a sugárzási hőmérséklet aszimmetria értéke 0°C körüli volt. A szabványokban rögzített hideg falra vonatkozó görbe szerint az üléseken mért sugárzási hőmérséklet különbségek, ha azok csak a hideg falnak köszönhetőek lennének, nem okoznának jelentős diszkomfort érzetet a benntartózkodóknak. A hideg fal mellett jelen lévő meleg padló hatását, azonban nem lehet a szabványban szereplő görbék segítségével megítélni. A következőkben a két tényező együttes jelenlétének hatását az objektív fiziológiai mérések, valamint a szubjektív hőérzeti szavazatok eredményeinek értékelésével vizsgálom meg. Az egyes üléseknél testrészenként mért és szavazott eredményeket és részletes statisztikai elemzésüket a 8. Melléklet tartalmazza. A következőkben a tapasztalatokat és eredményeket szöveges formában, valamint grafikonok segítségével mutatom be. 82

Barna Edit

PhD értekezés

4.2.2.2 Objektív fiziológiai mérések eredményei Az alanyok bőrhőmérsékletét húsz pontban mértem a mérési időtartam elején, közepén és végén. A kapott értékeket többféle módon vizsgáltam, a következők szerint: - a bőrhőmérsékletet vizsgáltam az ülés alatt (ülés eleje, közepe és vége közötti különbségek) - a bőrhőmérsékletet vizsgáltam a három ülés között; azonos mérések összevetése (1. mérések összehasonlítása, 2. mérések összehasonlítása, 3. mérések összehasonlítása) - ezután következett a bőrhőmérséklet változásának vizsgálata nemek szerint; ez csak az egyes méréseken belül volt lehetséges - ezek mellett összehasonlítottam az ülések alatt végbement változásokat (differenciák vizsgálata) - az egyes pontokban mért bőrhőmérsékleteket átlagoltam és statisztikai vizsgálatnak vetettem alá ülések alatt, ülések között és nemek szerint is, - végül az orr- és a homlokhőmérséklet viszonyát vizsgáltam meg, mivel az orr az acrák (perifériás v. kiálló testrész - végtagok, orr) hőmérséklet változását reprezentálja, míg a homlok a maghőmérséklet változásának irányát. A testrészenként mért bőrhőmérsékleteket az ülések elején és végén a 4.35. grafikon mutatja. A mért vérnyomás és pulzus értékek statisztikai vizsgálatát a bőrhőmérséklet vizsgálatához hasonlóan elvégeztem. Mivel az eredmények nem mutattak kiugró, vizsgálatot befolyásoló értéket, ezért csak a mellékletben szerepelnek táblázatos formában.

Testrészek 1. ülés - 3. mérés 3. ülés - 3. mérés

2. ülés - 1. mérés

Bal lábfej

Jobb lábfej

Bal boka

Jobb boka

Bal lábszár

Jobb lábszár

Mellkas

Bal ujjtő

Bal ujjvég

Jobb ujjtő

Jobb ujjvég

Bal kéz

Bal alkar

Jobb kéz

Jobb alkar

Bal felkar

Tarkó

Jobb felkar

1. ülés - 16°C fal - 28°C padló 2. ülés - 18°C fal - 28°C padló 3. ülés - 28°C padló 1. ülés - 1. mérés 3. ülés - 1. mérés

Bal fül

Bal arc

Jobb fül

Orr

Jobb arc

36,0 35,0 34,0 33,0 32,0 31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 Homlok

Bőrhőmérséklet (°C)

Testrészenkénti bőrhőmérséklet az ülések elején és végén

2. ülés - 3. mérés

4.35. grafikon. Átlagolt bőrhőmérsékletek az 1., 2. és 3. ülésnél 4.2.2.2.1 A bőrhőmérsékletek vizsgálatának eredménye Ülések alatt (8. melléklet – pp. 49 – 51.) A 16°C fal – 28°C padló hőkörnyezetű ülés során a maghőmérsékletet követő testrészek (az orrot kivéve a fej, valamint a törzs) hőmérséklete az ülés eleje és vége között szignifikánsan növekedett. Ehhez képest az acrák (perifériás v. kiálló testrész – végtagok és az orr) hőmérséklete az ülés eleje és vége között szignifikánsan csökkent. A legnagyobb lehűlés az orrnál (~4°C), a kezeken (2,9°C), az ujjakon és ujjvégeken (~7,5°C), valamint a lábfejeknél (~3°C) volt tapasztalható. 83

Barna Edit

PhD értekezés

A 18°C fal – 28°C padló hőkörnyezetű ülés során a maghőmérsékletet követő testrészek (az orrot kivéve a fej, valamint a törzs) hőmérséklete az ülés eleje és vége között szignifikánsan növekedett, ugyanúgy, mint a hidegebb ülésnél. Az acrák (perifériás v. kiálló testrész - végtagok, orr) hőmérséklete az ülés eleje és vége között szignifikánsan csökkent. A legnagyobb lehűlés az orrnál (~3,7°C), a kezeken (2,6°C), az ujjakon és ujjvégeken (~6,3°C), valamint a lábfejeknél! (~2-2,5°C) volt tapasztalható. A 28°C padló hőkörnyezetű ülés során a maghőmérsékletet követő testrészek (az orrot kivéve a fej, valamint a törzs) hőmérséklete az ülés eleje és vége között szignifikánsan növekedett. Az acrák (perifériás v. kiálló testrész - végtagok, orr) hőmérséklete az ülés eleje és vége között szignifikánsan csökkent. A lábszárak nem mutattak szignifikáns hőmérséklet csökkenést az 1. és 3. mérés között, sőt emelkedett a hőmérsékletük. A legnagyobb lehűlés az orrnál (~3,5°C), a kezeken (2,2°C), az ujjakon és ujjvégeken (~6,5°C), valamint a lábfejeknél! (~1,5°C) volt tapasztalható. Ülések között (8. melléklet – pp. 52 – 55.) A három ülés első mérései között nem volt szignifikáns különbség a testrészek hőmérsékletei között. Ez azt mutatja, hogy azonos bőrhőmérséklet tartományról indultak az egyes ülések, ami lehetővé teszi a 2. és 3. mérések összehasonlítását. A 2. méréseknél szignifikáns különbség mutatkozott a legtöbb testrész esetében az 1. és 3. ülés között. Az összes testrész hőmérséklete nagyobb volt a 3. ülésnél (kontroll), mint az 1. ülésnél. A fülek, a tarkó és a mellkas esetében nem volt tapasztalható szignifikáns hőmérséklet különbség. A 2. méréseknél kevesebb esetben mutatkozott szignifikáns hőmérséklet különbség a 2. és 3. ülés között, mint az előző esetben. A mellkast kivéve az összes testrész hőmérséklete kisebb volt a 2. ülésnél, mint a 3. ülésnél. Az ujjakat kivéve nem volt szignifikáns különbség az 1. és 2. ülés 2. mérései során mért értékek között. Trend mutatkozott a kézfejeknél és a lábszáraknál: az 1. ülés esetében a hőmérsékletek kisebbek voltak, mint a 2. ülésnél (de nem szignifikánsan). A 3. méréseknél szignifikáns különbség mutatkozott a legtöbb testrész esetében az 1. és 3. ülés között. Az összes testrész hőmérséklete nagyobb volt a 3. ülésnél (kontroll), mint az 1. ülésnél. A fülek, a jobb felkar és alkar, a mellkas valamint a bal lábszár esetében nem volt tapasztalható szignifikáns hőmérséklet különbség. A 3. méréseknél kevesebb esetben mutatkozott szignifikáns hőmérséklet különbség a 2. és 3. ülés között, mint az előző esetben. Az összes testrész hőmérséklete kisebb volt a 2. ülésnél, mint a 3. ülésnél. Az ujjakat, a jobb kézfejet és a lábfejeket kivéve nem volt szignifikáns különbség az 1. és 2. ülés 3. mérései során mért értékek között. A lehűlés mértékét az ülés alatti 1. és 3. mérés különbségéből számítottam. Az ülés alatti lehűlés mértékének összehasonlításakor látható volt, hogy az 1. ülésnél csak néhány testrész esetében volt szignifikáns különbség a hűlés mértékében a 3. üléshez képest. A testrészek vagy jobban hűltek, vagy kevésbé melegedtek a 3. üléshez képest, attól függően, hogy acra- vagy maghőmérsékletet követő testrészről volt szó. A 2. és 3. ülés összehasonlításakor leginkább a melegedés mértékében mutatkoztak szignifikáns különbségek. (pl. orcák, fül, mellkas) – a 3. ülésnél nagyobb melegedés volt megfigyelhető. Az 1. és 2. ülés között szignifikáns különbség a lehűlés mértékében csak az ujjak esetében mutatkozott – az 1. ülés esetében jobban lehűltek. A mért értékeket, mivel egyenlő arányban voltak a résztvevők között fiúk és lányok, érdemes volt nemek szerint is összevetni. A bőrhőmérsékletek nemek szerint végzett elemzésének eredménye (8. melléklet – pp. 56 – 61.) Amint az látható a 4.36. grafikonból a fiúk és lányok eltérő mértékben hűltek/melegedtek az 1. ülés folyamán (16°C fal – 28°C padló).

84

Barna Edit

PhD értekezés

1. mérés -fiúk

3. mérés - fiúk

1. mérés - lányok

Bal lábfej

Bal boka

Jobb lábfej

Jobb boka

Bal lábszár

Mellkas

Bal ujjtő

Bal ujjvég

Jobb ujjvég

Bal kéz

Jobb ujjtő

Bal alkar

Testrészek

Jobb lábszár

1. ülés - 16°C fal - 28°C padló

Jobb kéz

Bal felkar

Jobb alkar

Tarkó

Jobb felkar

Bal fül

Bal arc

Jobb fül

Orr

Jobb arc

36,0 35,0 34,0 33,0 32,0 31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0 Homlok

Bőrhőmérséklet (°C)

Testrészenkénti bőrhőmérséklet az 1. ülésnél nemek szerint

3. mérés - lányok

4.36. grafikon. Átlagolt bőrhőmérsékletek az 1. ülésnél nemek szerint Az 1. mérésnél a fiúk és lányok bőrhőmérséklete között csak a homloknál, orrnál, orcáknál, bal fülnél és felkaroknál volt szignifikáns különbség. A 2. mérésnél a lányok szignifikánsan hidegebbek voltak az orr, orcák, felkarok, ujj, mellkas, valamint az alsó végtag területein, mint a fiúk. A 3. mérésnél a lányok szignifikánsan hidegebbek voltak minden egyes testrésznél, mint a fiúk (kivéve kézfejek és fülek). A lányok tarkója ugyanakkor szignifikánsan melegebb lett a 3. mérésre, mint a fiúké. A lehűlés mértékét az ülés alatti 1. és 3. mérés különbségéből számítottam nemek szerint. A fiúk esetében a lábszárak nem hűltek le a mérés végére (sőt melegedtek), míg a lányoké igen. Szignifikáns különbség a lehűlés mértékében az orrnál, a bokáknál és a lábfejeknél mutatkozott fiúk és lányok között.

3. mérés - fiúk

1. mérés - lányok

Bal lábfej

Bal boka

Jobb lábfej

Jobb boka

Bal lábszár

Jobb lábszár

Mellkas

Bal ujjvég

Bal ujjtő

Jobb ujjvég

Bal kéz

Jobb ujjtő

Bal alkar

Testrészek

2. ülés - 18°C fal - 28°C padló 1. mérés -fiúk

Jobb kéz

Jobb alkar

Bal felkar

Jobb felkar

Tarkó

Bal fül

Bal arc

Jobb fül

Jobb arc

Orr

36,0 35,0 34,0 33,0 32,0 31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0 Homlok

Bőrhőmérséklet (°C)

Testrészenkénti bőrhőmérséklet a 2. ülésnél nemek szerint

3. mérés - lányok

4.37. grafikon. Átlagolt bőrhőmérsékletek a 2. ülésnél nemek szerint 85

Barna Edit

PhD értekezés

A fiúk és lányok eltérő mértékben hűltek/melegedtek a 2. ülés folyamán (ld. 4.37. grafikon). Az 1. mérésnél a fiúk és lányok bőrhőmérséklete között csak a homloknál, orrnál, felkaroknál és a mellkasnál volt szignifikáns különbség. A 2. mérésnél a lányok valamennyi testrészen szignifikánsan hidegebbek voltak, mint a fiúk, kivéve a füleket és a tarkót. A 3. mérésnél a lányok szignifikánsan hidegebbek voltak minden egyes testrészen, mint a fiúk (kivéve jobb fül, tarkó és ujjak). A lányok tarkója hidegebb lett a 3. mérésre, mint a fiúké, de nem szignifikánsan. A lehűlés mértékét az ülés alatti 1. és 3. mérés különbségéből számítottam nemek szerint. A fiúk esetében a lábszárak nem hűltek le a mérés végére (sőt melegedtek), míg a lányoké igen. Szignifikáns különbség a lehűlés mértékében az orrnál, a bokáknál és a lábfejeknél mutatkozott fiúk és lányok között. Emellett a fiúk szignifikánsan jobban melegedtek az ülés során a jobb arc, jobb fül és bal alkar területén.

1. mérés -fiúk

3. mérés - fiúk

1. mérés - lányok

Bal lábfej

Jobb lábfej

Bal boka

Jobb boka

Bal lábszár

Mellkas

Bal ujjtő

Bal ujjvég

Jobb ujjvég

Bal kéz

Jobb ujjtő

Bal alkar

Testrészek

Jobb lábszár

3. ülés - 28°C padló (hideg fal nélkül)

Jobb kéz

Bal felkar

Jobb alkar

Tarkó

Jobb felkar

Bal fül

Bal arc

Jobb fül

Jobb arc

Orr

36,0 35,0 34,0 33,0 32,0 31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0 Homlok

Bőrhőmérséklet (°C)

Testrészenkénti bőrhőmérséklet a 3. ülésnél nemek szerint

3. mérés - lányok

4.38. grafikon. Átlagolt bőrhőmérsékletek a 3. ülésnél nemek szerint A fiúk és lányok a 3. ülés folyamán is eltérő mértékben hűltek/melegedtek (ld. 4.38. grafikon). Az 1. mérésnél a fiúk és lányok bőrhőmérséklete között csak a felkaroknál és a mellkasnál volt szignifikáns különbség. A 2. mérésnél a lányok valamennyi testrészen szignifikánsan hidegebbek voltak, mint a fiúk, kivéve a tarkót, ahol szignifikánsan melegebbek voltak. A homlok, a mellkas és a fülek esetében nem volt szignifikáns különbség a nemek között. A 3. mérésnél a lányok szignifikánsan hidegebbek voltak valamennyi testrészen, mint a fiúk. A kivételek a homlok, a fülek, a kézfejek (ujjakkal) és a mellkas, ahol nem volt szignifikáns különbség a nemek bőrhőmérséklete között. A lehűlés mértékét az ülés alatti 1. és 3. mérés különbségéből számítottam nemek szerint. A fiúk esetében a lábszárak és a bokák nem hűltek le a mérés végére (sőt melegedtek), míg a lányoké igen. Szignifikáns különbség a lehűlés mértékében az orrnál és a bal bokáknál mutatkozott fiúk és lányok között. A lábfejek lehűlésének mértékében trend jellegű (nem szignifikáns) különbség mutatkozott a nemek között (a lányok lábfeje nagyobb mértékben lehűlt). Az összes testrészen mért pontok hőmérsékleteinek átlaga A mért pontok átlagát, a testrészek bőrhőmérsékletéhez hasonlóan, ülések alatt, között és nemek szerint vizsgáltam. A következő táblázatokban láthatók a statisztikai számítások eredményei. 86

Barna Edit

PhD értekezés

4.18. táblázat. A test különböző pontjain mért bőrhőmérsékletek átlaga az ülések alatt Mérési pontok átlagának összehasonlítása ülések alatt Hőmérséklet (°C) Szignifikancia 1. – Ülés 1.mérés átl. 2. mérés átl. 3. mérés átl. 2. 2. - 3. 1. - 3. 1. ülés 32,04 31,63 30,80 Ø 0,000 0,000 2. ülés 32,17 31,97 31,16 Ø 0,000 0,000 3. ülés 32,13 32,54 31,50 0,049 0,000 0,011 █ - szignifikancia A 4.18. táblázatból látható, hogy az átlagolt értékek mindhárom esetben csökkentek a mérés végére. Az mérési pontok átlagának értéke szignifikánsan csökkent az 1. ülés és 2. ülés eleje és vége között. A 3. ülés 2. mérésénél szignifikánsan nőtt az 1. méréshez képest, majd újra csökkent. 4.19. táblázat. A test különböző pontjain mért bőrhőmérsékletek átlaga az ülések között Szignifikancia az ülések Mérési pontok átlaga Δt (ülés) között 1.ülés 2. ülés 3. ülés 3.-1. 3.-2. 1.-2. 2.-3. 1.-3. 1. mérés 32,04 32,17 32,13 0,1 0,0 Ø Ø Ø 2. mérés 31,63 31,97 32,54 0,9 0,6 0,027 0,001 0,000 3. mérés 30,80 31,16 31,50 0,7 0,3 0,006 Ø 0,002 █ - szignifikancia Az ülések között szignifikáns hőmérséklet különbség van a 2. méréseknél és a 3. méréseknél is (4.19. táblázat). A 2. ülésnél szignifikánsan kevésbé hidegebb az átlag értéke, mint az 1. ülésnél. A 3. ülésnél a mérési pontok átlaghőmérséklete szignifikánsan melegebb a másik két ülésnél a 2. és 3. mérések esetében. 4.20. táblázat. A test különböző pontjain mért bőrhőmérsékletek átlagának vizsgálata nemek szerint Mérési pontok átlagának összehasonlítása ülések alatt nemek szerint 1. mérés átlaga 2. mérés átlaga 3. mérés átlaga Szignifikancia 1. 2. 3. Ülés Fiúk Lányok Δt Fiúk Lányok Δt Fiúk Lányok Δt mérés mérés mérés 32,43 31,65 0,8 32,46 30,81 1,6 31,42 30,18 1,2 0,023 0,000 0,000 1. ülés 32,52 31,82 0,7 32,91 31,03 1,9 32,04 30,27 1,8 0,028 0,000 0,000 2. ülés 32,39 31,87 0,5 33,21 31,86 1,4 32,16 30,83 1,3 3. ülés Ø 0,001 0,006 █ - szignifikancia A 4.20. táblázat alapján elmondható, hogy a fiúk és lányok testrészein mért pontok hőmérsékletének átlaga eltérő mértékben csökkent/nőtt a három ülés folyamán. A 2. és 3. mérésnél a lányok esetében az átlagolt érték szignifikánsan alacsonyabb, mint a fiúknál. Az orr és a homlok hőmérséklet különbségének elemzése Az orrhőmérséklet az acrák (perifériás v. kiálló testrész - végtagok, orr) hőmérséklet változását reprezentálja, míg a homlok a maghőmérséklet változásának irányát, ezért érdemes a kettő különbségét vizsgálni az ülések alatt, ülések között és nemek szerint is. Az alábbi 4.21. táblázatból látható, hogy mindhárom ülés esetén szignifikáns a mérés eleje és vége között az orr-homlok különbség változása. 4.21. táblázat. Az orr-homlok hőmérséklet különbségének vizsgálata ülések alatt Orr-homlok hőmérséklet különbsége ülés alatt Hőmérséklet különbség (°C) Szignifikancia No. Testrész 1.mérés 2.mérés 3. mérés 1. - 2. 2. - 3. 1. - 3. 1. 1. ülés (16°C fal - 28°C padló) -0,25 -3,32 -4,83 0,000 0,000 0,000 2. 2. ülés (18°C fal - 28°C padló) -0,47 -3,28 -4,40 0,000 0,006 0,000 3. 3. ülés (23°C fal - 28°C padló) 0,00 -2,26 -4,01 0,000 0,000 0,000 █ - szignifikancia 87

Barna Edit

PhD értekezés

A három ülés között nincs szignifikáns eltérés az orr-homlok különbségek között egy esetet kivéve; a 2. és 3. ülés 2. mérései között. A következő táblázat (4.22. táblázat) a mért eredmények nemek szerinti elemzését tartalmazza az ülések alatt. Látható, hogy a lányoknál mindhárom ülésnél szignifikánsan nagyobb volt az orr-homlok különbség változása, mint a fiúknál a mérések végére. 4.22. táblázat. Az orr-homlok hőmérséklet különbségének vizsgálata nemek szerint Orr-Homlok hőmérsékletek összehasonlítása ülések alatt nemek szerint 1. mérés átlaga 2. mérés átlaga 3. mérés átlaga Szignifikancia 1. 2. 3. No. Ülés Fiúk Lányok Δt Fiúk Lányok Δt Fiúk Lányok Δt mérés mérés mérés 1. ülés (16°C fal 1. 0,04 -0,54 0,6 -1,48 -5,16 3,7 -2,81 -6,86 4,0 Ø 0,005 0,001 28°C padló) 2. ülés (18°C fal 2. 0,04 -0,98 1,0 -1,07 -5,48 4,4 -2,10 -6,69 4,6 Ø 0,000 0,000 28°C padló) 3. ülés (23°C fal 3. 0,20 -0,20 0,4 -0,72 -3,79 3,1 -1,70 -6,31 4,6 Ø 0,005 0,000 28°C padló) █ - szignifikancia Végül megvizsgáltam az orr-homlok különbség változás mértékét is, és amint az a következő táblázatból (4.23. táblázat) is látható a változás mértéke a lányoknál szignifikánsan nagyobb volt mindhárom ülés esetében a fiúkénál. 4.23. táblázat. Az orr-homlok hőmérséklet változás mértékének vizsgálata nemek szerint Orr-Homlok ülés alatti Δ összehasonlítása nemek sz. Differencia (3.-1.m)°C Szignifikancia No. Ülés Fiúk Lányok Δt 1. 1. ülés (16°C fal - 28°C padló) -2,85 -6,32 3,5 0,000 2. 2. ülés (18°C fal - 28°C padló) -2,14 -5,71 3,6 0,002 3. 3. ülés (23°C fal - 28°C padló) -1,90 -6,11 4,2 0,000 █ - szignifikancia 4.2.2.2.2 Szubjektív hőérzeti szavazatok elemzése és eredményei Az alanyok húsz testrészük hőérzetéről szavaztak a mérési időtartam elején, közepén és végén ugyanúgy mint az első élőalanyos mérési sorozatnál. A kapott értékeket többféle módon vizsgáltam, a következők szerint: - a testrészenkénti hőérzeti szavazatok vizsgálata az ülés alatt (ülés eleje, közepe és vége közötti különbségek) - az ülések alatt végbement változásokat - differenciák – vizsgálata és az ülések összehasonlítása - végül az általános hőérzeti szavazatokat is statisztikai vizsgálatnak vetettem alá ülések alatt, ülések között és nemek szerint is. A ruházatot kevés résztvevő módosította az ülések során és azt is a szavazatok megadásához képest távoli időpontokban tették. Megvizsgálva, hogy az egyes alanyoknak mennyiben befolyásolta szavazatát a módosítás azt találtam, hogy nem volt jelentős hatással a szavazatokra. Ez igazolja a korábbi kutatások eredményeit is (Parsons, 2002). A 4.39. grafikon a testrészenkénti hőérzeti szavazatok változását mutatja az ülés eleji és végi szavazások között, valamint a három ülés egyes szavazásai között.

88

Barna Edit

PhD értekezés Testrészenkénti hőérzeti szavazatok az ülések elején és végén

2,0 1,0 0,0 -1,0

1. ülés - 1. szavazás 2. ülés - 3. szavazás

Bal lábfej

Jobb lábfej

Bal boka

Jobb boka

Bal lábszár

Bal comb

Jobb comb

Derék

Hát

Mellkas

Bal kéz

Jobb kéz

Jobb lábszár

1. ülés - 16°C fal - 28°C padló 2. ülés - 18°C fal - 28°C padló 3. ülés - 28°C padló (hideg fal nélkül)

Bal alkar

Jobb felkar

Tarkó

Bal arc

Jobb arc

-3,0

Jobb alkar

-2,0 Bal felkar

Hőérzeti szavazatok átlaga

3,0

Testrészek 1. ülés - 3. szavazás 3. ülés - 1. szavazás

2. ülés - 1. szavazás 3. ülés - 3. szavazás

4.39. grafikon. Átlagolt hőérzeti szavazatok az 1. és 2. ülésnél Ülések alatti testrészenkénti hőérzeti szavazatokon végzett elemzések eredményei (8. melléklet – pp. 61 – 63.) A 16°C fal – 28°C padló hőkörnyezetű ülés során a szavazatok alapján az alanyok hőérzete az összes testrészre nézve csökkent. A legnagyobb hőérzet csökkenést a kézfejek mutatták, több mint 1 egységnyi (1,85) a hőérzeti 7 pontos skálán, pozitívból negatív tartományba. Valamennyi testrész esetében szignifikáns a hőérzeti szavazatok közötti különbség már az 1. és 2. mérések között – a hőérzet szignifikánsan rosszabb a 2. mérésre. Az 1. és 3. mérés hőérzeti szavazatai között szignifikáns különbség van, kivéve a derék esetében. A hőérzet minden esetben romlott (hidegebb felé tolódott) a 3. mérésre. A 18°C fal – 28°C padló hőkörnyezetű ülés során a szavazatok alapján az alanyok hőérzete az összes testrészre nézve csökkent, kivéve a bal alkart, amelynek javult a hőérzete. A legnagyobb hőérzet csökkenést a kézfejek mutatták, több mint 1 egységnyi (1,4) a hőérzeti 7 pontos skálán, pozitívból negatív tartományba. Majdnem az összes testrész esetében szignifikáns a hőérzeti szavazatok közötti különbség már az 1. és 2. mérések között – a hőérzet szignifikánsan rosszabb a 2. mérésre. Az 1. és 3. mérés hőérzeti szavazatai között szignifikáns különbség van, kivéve a jobb arc, tarkó, jobb felkar és mellkas esetében. A hőérzet minden esetben romlott (hidegebb felé tolódott) a 3. mérésre. A 28°C padló hőkörnyezetű ülés során a szavazatok alapján az alanyok hőérzete az összes testrészre nézve csökkent a mérés alatt. A legnagyobb hőérzet csökkenést a kézfejek mutatták, több mint 1 egységnyi (1,75) a hőérzeti 7 pontos skálán, pozitívból negatív tartományba. Majdnem az összes testrész esetében szignifikáns a hőérzeti szavazatok közötti különbség már az 1. és 2. mérések között – a hőérzet szignifikánsan rosszabb a 2. mérésre. Az 1. és 3. mérés hőérzeti szavazatai között szignifikáns különbség van minden testrész esetében. A testrészek hőérzete minden esetben romlott (hidegebb felé tolódott) a 3. mérésre. Ülések alatt végbement hőérzet változás vizsgálatának eredményei (8. melléklet – pp. 64 – 65.) A hőérzet csökkenés mértékét az ülés alatti 1. és 3. szavazatok, valamint 2. és 3. szavazatok különbségéből számítottam. A hőérzet csökkenés mértékében (1. és 3. szavazat között) szignifikáns különbség csak a jobb alkarnál volt az 1. és 3. ülés esetében. A 2. és 3. ülés között a tarkónál, jobb felkarnál, alkaroknál, 89

Barna Edit

PhD értekezés

mellkasnál és deréknál volt szignifikáns hőérzet csökkenés. A hőérzetcsökkenés mértéke jelentősen nagyobb volt a 3. ülés esetében. A hőérzet csökkenés mértékében (2. és 3. szavazat között) szignifikáns különbség volt az 1. és 3. ülésnél; a csökkenés mértéke a 3. ülésnél volt nagyobb. A hőérzet csökkenés mértékében szignifikáns különbség a 2. és 3. ülés között az alkaroknál, kézfejeknél, mellkasnál, deréknál és comboknál volt. Ebben az esetben is a 3. ülés hőérzetcsökkenése volt nagyobb. Az 1. és 2. ülés között nem volt szignifikáns különbség a hőérzet csökkenés mértékében.

90

4.24. táblázat. Korreláció az egyes ülések mérései és szavazatai között Spearman korreláció a mért és szavazott értékek között 1. ülés - 16 °C fal és 28°C padló 2. ülés - 18°C fal és 28°C padló 3. ülés - 28°C padló 1.mérés - 2. mérés - 3. mérés - 1.mérés - 2. mérés - 3. mérés - 1.mérés - 2. mérés - 3. mérés No. Testrész szavazat szavazat szavazat szavazat szavazat szavazat szavazat szavazat szavazat 0,040 1. Jobb alkar Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø (0,05lev) 0,007 0,015 0,026 0,003 2. Jobb kéz Ø 0,054 Ø Ø Ø (0,01lev) (0,05lev) (0,05lev) (0.01lev) 0,016 0,006 0,008 0,004 3. Bal kéz Ø 0,056 Ø 0,065 Ø (0,05lev) (0,01lev) (0,01lev) (0,01lev) 0,047 4. Jobb boka Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø (0,05lev) 0,006 5. Jobb lábfej Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø (0,01lev) 0,009 0,034 6. Bal lábfej Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø (0,01lev) (0,05lev) █ - 0,01 szintű szignifikancia; - █ - 0,05 szintű szignifikancia; 4.2.2.2.3 Korreláció vizsgálata a mért bőrhőmérsékletek és hőérzeti szavazatok között Ahogy a 4.24. táblázatból látható: - Gyenge volt a korreláció a mért és szavazott értékek között. - Az 1. ülésnél korreláció volt a kézfejek esetében a mért és szavazott értékei között a 2. mérések időpontjában és közel szignifikáns volt a korreláció a 3. méréseknél. - A 2. ülésnél a 2. és 3. mérésnél a kézfejek és a jobb boka mutatott csak korrelációt. - A 3. ülésnél a mérés elején korreláltak a lábfejek és a jobb kéz mért értékei és a szavazott értékek. A 2. mérésnél csak a bal lábfejeknél volt tapasztalható korreláció a mért értékek és a szavazatok között. A mérés végén a kézfejeknél volt korreláció a mért és szavazott értékek között, illetve a jobb alkarnál is jelentkezett korreláció. A mért bőrhőmérsékletek tükrözik az ülések hőkörnyezetének különbségét. A hidegebb falfelületnél a bőrhőmérséklet jobban csökkent. A kevésbé hideg falnál több testrész melegedett (nem hűlt) a mérés során, míg a kontrollként szolgáló 3. ülésnél további testrészek melegedtek a mérés végére. A mért értékekhez képest a szavazatok minden testrészre hűlést, illetve hőérzet csökkenést mutatnak, még ott is, ahol igazából nőtt a bőrhőmérséklet. 91

Barna Edit

PhD értekezés

4.2.2.2.4 Az általános hőérzeti szavazatok elemzése Az általános, egész testre vonatkozó hőérzethez kapcsolódó szavazatokat táblázatok és grafikonok segítségével mutatom be. Hasonlóan a testrészenkénti szavazatokhoz itt is elvégeztem a szavazatok ülések alatti és közötti elemzését Mint látható a 4.25. táblázatból, az 1. ülés végére szignifikánsan hidegebbnek ítélték az alanyok a hőkörnyezetet, ami számukra kevésbé volt elfogadható és melegebb környezetet szerettek volna. Emellett a résztvevők szignifikánsan kellemetlenebbnek értékelték a hőkörnyezetet. 4.25. táblázat. Az általános hőérzeti szavazatok elemzése az 1. ülés alatt 1. ülés - 16 °C fal és 28°C padló Szavazat Szignifikancia 1.szavazat 3.szavazat No. Hőérzeti teszt átl. átl. Δ 1. - 2. 2. - 3. 1. - 3. 1. Nagyon hideg / nagyon meleg (-3 +3) 0,87 -0,74 1,6 0,000 Ø 0,000 2. Elfogadható / nem fogadható el (+1 -1) 0,70 0,41 0,3 Ø 0,028 0,002 3. Hűvösebb / melegebb lenne jó (1-100) 44,80 59,92 -15,1 0,000 0,042 0,000 4. Kellemes / kellemetlen (1-100) 22,77 41,11 -18,3 0,056 Ø 0,002 █ - szignifikancia; █ - trend; 4.26. táblázat. Az általános hőérzeti szavazatok elemzése a 2. ülés alatt 2. ülés - 18 °C fal és 28°C padló Szavazat Szignifikancia 1.szavazat 3.szavazat No. Hőérzeti teszt átl. átl. Δ 1. - 2. 2. - 3. 1. - 3. 1. Nagyon hideg / nagyon meleg (-3 +3) 0,61 0,10 0,5 0,055 Ø 0,058 2. Elfogadható / nem fogadható el (+1 -1) 0,73 0,67 0,1 Ø Ø Ø 3. Hűvösebb / melegebb lenne jó (1-100) 47,20 56,80 -9,6 0,090 Ø 0,000 4. Kellemes / kellemetlen (1-100) 23,00 35,55 -12,6 0,053 Ø Ø █ - szignifikancia; █ - trend; A 2. ülés végére szignifikánsan melegebb környezetet szeretnének az alanyok. (4.26. táblázat.) A többi hőérzeti tesztnél nincs szignifikáns különbség a mérések és eleje és vége között. 4.27. táblázat. Az általános hőérzeti szavazatok elemzése a 3. ülés alatt 3. ülés - 28°C padló Szavazat Szignifikancia 1.szavazat 3.szavazat No. Hőérzeti teszt átl. átl. Δ 1. - 2. 2. - 3. 1. - 3. 1. Nagyon hideg / nagyon meleg (-3 +3) 1,16 -0,64 1,8 0,000 0,009 0,000 2. Elfogadható / nem fogadható el (+1 -1) 0,70 0,42 0,3 Ø 0,028 0,015 3. Hűvösebb / melegebb lenne jó (1-100) 47,65 62,90 -15,3 0,001 0,027 0,000 4. Kellemes / kellemetlen (1-100) 26,45 46,10 -19,7 Ø 0,022 0,006 █ - szignifikancia Mint látható a 4.27. táblázatból a 3. ülés végére szignifikánsan hidegebbnek ítélték az alanyok a hőkörnyezetet, ami számukra kevésbé volt elfogadható és melegebb környezetet szerettek volna. Emellett a résztvevők szignifikánsan kellemetlenebbnek értékelték a hőkörnyezetet. A három ülés között a hőérzeti tesztek alapján csak kevés helyen volt szignifikáns különbség. Az 8. mellékletben megtalálhatók az általános hőérzeti szavazatokhoz kapcsolódó további, részletes eredményeket tartalmazó, számítások. A következő oldalon található grafikonok szemléletesebben mutatják be az általános, egész testre vonatkozó hőérzethez kapcsolódó szavazatok változását az ülések eleje és vége valamint az ülések között. 92

Hőérzeti szavazatok

Melegebb lenne jó

Szavazatok átlaga

2,00 1,50 1,16

1,00

0,87

0,50

0,61

0,00

0,10

-0,50

-0,64

-0,74

-1,00 -1,50 -2,00

Kellemesen hűvös

1. állapot - 16 °C fal / 28°C padló

2. állapot - 18 °C fal / 28°C padló 1.szavazat

3. állapot - 28°C padló

100 90 80 70 60 60 50 45 40 30 20 10 0 Hűvösebb 1. állapot - 16 °C fal / lenne jó 28°C padló

3. állapot - 28°C padló

3.szavazat

Hőkörnyezet értékelés

0,73 0,67

0,70

0,60 0,42

0,41

0,20 0,00 1. állapot - 16 °C fal / 28°C padló

2. állapot - 18 °C fal / 28°C padló 1.szavazat

3. állapot - 28°C padló

3.szavazat

4.41. grafikon. A hőkörnyezet elfogadhatósága az 1., 2. és 3. ülésnél

Szavazatok átlaga (%)

Szavazatok átlaga

48

Kellemetlen

0,70

Éppen elfogadható

2. állapot - 18 °C fal / 28°C padló

63

4.42. grafikon. Preferencia szavazatok az 1., 2. és 3. ülésnél

Elfogadhatósági szavazatok

0,80

0,40

57 47

1.szavazat

3.szavazat

4.40. grafikon. Átlagolt hőérzeti szavazatok az 1., 2. és 3. ülésnél Teljes mértékben elfogadható 1,00

Hőkörnyezeti preferencia

Szavazatok átlaga (%)

Kellemesen meleg

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Kellemes

46

41 36 23

1. állapot - 16 °C fal / 28°C padló

23

2. állapot - 18 °C fal / 28°C padló 1.szavazat

26

3. állapot - 28°C padló

3.szavazat

4.43. grafikon. Hőkörnyezetet értékelő szavazatok az 1., 2. és 3. ülésnél 93

Barna Edit

PhD értekezés

4.2.2.2.5 Korreláció vizsgálata a mérési pontok átlagolt hőmérséklete és az általános hőérzeti szavazatok között Az általános hőérzeti szavazatok a mérési pontok átlaghőmérsékleteivel az ülések alatt a 2. méréseknél/szavazásoknál mutattak korrelációt az 1. és 3. ülés esetében. A többi mérés és szavazat között nincs korreláció. A részletes eredményeket a 8. melléklet (pp. 72.) tartalmazza. 4.2.3 A 2. élőalanyos mérés eredményeinek összegzése és értékelése Objektív fiziológiai mérések eredményei A testrészek bőrhőmérsékletének változása hasonló tendenciát mutatott mindhárom ülés alatt. A maghőmérsékletet követő testrészek melegedtek, a perifériák (acrák) hűltek. A bőrhőmérsékletek csökkenése a leghidegebb, 1. ülésnél volt a leghangsúlyosabb. A 2. ülés esetében már kisebb volt a csökkenés mértéke. A 3. ülésnél (kontroll) volt tapasztalható a legkisebb hőmérséklet csökkenés, illetve a legnagyobb bőrhőmérséklet növekedés a megfelelő testrészeken. Az ülések alatt a 28°C padlóhőmérséklet ellenére csökkent a lábfejek és bokák bőrhőmérséklete (~3°C; ~2-2,5°C; ~1,5°C). A 3. ülésnél a lábszárak és egyik boka már nem hűlt (elkezdett érvényesülni a padlófűtés hatása). Az 1. és 3. ülés 3. méréseinek összevetésekor látható volt, hogy az 1. ülés bőrhőmérsékletei szignifikánsan alacsonyabbak, mint a kontroll 3. ülésé. A 2. és 3. ülés 3. méréseinél már kevesebb testrész esetében volt ugyanez elmondható. Az 1. és 2. ülés 3. méréseinél az ujjakat, jobb kézfejet és a lábfejeket kivéve nem volt szignifikáns különbség a két ülés mért értékei között (az 1. ülés esetében a hőmérsékletek kisebbek voltak, mint a 2. ülésnél). Az ülés alatti lehűlés mértékének összehasonlításakor látható volt, hogy az 1. ülésnél csak néhány testrész esetében volt szignifikáns különbség a hűlés mértékében a 3. üléshez képest. A testrészek vagy jobban hűltek, vagy kevésbé melegedtek a 3. üléshez képest, attól függően, hogy acra- vagy maghőmérsékletet követő testrészről volt szó. A 2. és 3. ülés összehasonlításakor leginkább a melegedés mértékében mutatkoztak szignifikáns különbségek. (pl. orcák, fül, mellkas) – a 3. ülésnél nagyobb melegedés volt megfigyelhető. Az 1. és 2. ülés között szignifikáns különbség a lehűlés mértékében csak az ujjak esetében mutatkozott, amelyek az 1. ülés esetében jobban lehűltek. A két nem eltérő mértékben hűlt, vagy melegedett az ülések folyamán. Az ülések 2. méréseire már a legtöbb testrész esetében szignifikáns bőrhőmérséklet különbség volt tapasztalható a nemek között. A lányok bőrhőmérséklete minden esetben hidegebb volt a fiúkénál. Ugyanez a 3. mérésekre is igaz. A lehűlés mértékét nézve ülésenként csak néhány testrész esetében volt szignifikáns különbség a nemek között (pl. orr, boka, stb.) Az összes mérési pont átlagának vizsgálata azt mutatja, hogy az ülések alatt szignifikánsan csökkent az átlagot hőmérséklet. Az 1. és 2. ülés esetében nem volt szignifikáns különbség az 1. és 2. mérések értékei között csak később, de a 3. ülés esetében már ekkor is kialakult a szignifikáns különbség. Az ülések között a 2. és 3. mérésnél mutatkozott szignifikáns különbség. A legkisebb áltag hőmérséklet érték az 1. ülésnél, a legnagyobb a 3. (kontroll) ülésnél volt tapasztalható.

A bőrhőmérsékletekhez és változásukhoz kapcsolódó eredmények alapján egyértelműen látszik a vizsgált hőkörnyezetek közötti különbség. Noha, ahogy az a környezeti paramétereket bemutató eredményekből látszik, az ülések során több esetben a levegő hőmérséklete a téli méretezési komfort tartomány fölé esett, a tapasztaltak szerint a sugárzó hideg felület hatására az alsó és felső végtagok hűltek (az 1. ülés esetében jobban, a 2. ülés esetében kevésbé). A sugárzó felület hatását egyértelműen mutatja az is, hogy a kontroll állapot esetében a mért bőrhőmérsékletek magasabbak voltak az alacsonyabb levegőhőmérséklet ellenére is. A kontroll méréssel lehetővé vált annak megállapítása, hogy hideg falfelület nélkül, az ülő tevékenységnek köszönhetően mennyivel csökken a biológiai folyamatok lassulása révén a bőrhőmérséklet. Az eredmények jól mutatják, hogy a 16°C hideg falfelület jelenléte esetén a bőrhőmérséklet csökkenés a 28°C-os padlófűtés mellett is milyen jelentős. Emellett a nemek közötti különbségek is szembetűnőek – a biológiai eltérés a perifériás vérkeringésben egyértelműen látszik a mért bőrhőmérsékletekből. 94

Barna Edit

PhD értekezés

Szubjektív hőérzeti szavazatok A testrészekre adott hőérzeti szavazatok hasonló tendenciát mutattak mindhárom ülés esetében. Az összes testrész hőérzete csökkent a mérés elejétől a végéig. A hőérzet csökkenése a 3. (kontroll) ülésnél volt a leghangsúlyosabb, annak ellenére, hogy akkor nem volt jelen sugárzó hideg felület. Az 1. és 2. ülés esetében szignifikáns hőérzet csökkenés ment végbe az 1. és 2., illetve 1. és 3. szavazások között. A 3. ülésnél (kontroll) volt tapasztalható a legnagyobb hőérzet csökkenés; itt már a 2. és 3. szavazás között is szignifikáns eltérés volt. Az ülés eleje és vége közötti hőérzetcsökkenés mértékében leginkább a 2. és 3. ülés között volt szignifikáns különbség. Az általános hőérzeti tesztek eredményeit vizsgálva látható, hogy az 1. ülés végére szignifikánsan hidegebbnek ítélték az alanyok a hőkörnyezetet, ami számukra kevésbé volt elfogadható és melegebb környezetet szerettek volna. Emellett szignifikánsan kellemetlenebbnek értékelték a hőkörnyezetet a résztvevők. A 2. ülés végére szignifikánsan melegebb környezetet szerettek volna az alanyok, de ezen kívül a többi hőérzeti tesztnél nem volt szignifikáns különbség a mérések és eleje és vége között. A 3. ülés végére szignifikánsan hidegebbnek ítélték az alanyok a hőkörnyezetet, ami számukra kevésbé volt elfogadható és melegebb környezetet szerettek volna. Emellett szignifikánsan kellemetlenebbnek értékelték hőkörnyezetüket. A három ülés között a hőérzeti tesztek alapján csak kevés helyen volt szignifikáns különbség.

A testrészenkénti hőérzeti szavazatok ülések alatti csökkenése egyértelműen a hideg falfelület hatását tükrözik. Figyelemre méltó, hogy a padlófűtés a háromórás időtartam során, még a 3. (kontroll) mérés esetében sem okozott meleg láb érzetet, éppen ellenkezőleg a lábak hőérzete is csökkent. A nemek szerint vizsgált hőérzeti szavazatok követik a mért eredményeket, hiszen ahogy a lányok bőrhőmérséklete jobban csökkent, úgy a hőérzetük is nagyobb csökkenést mutatott a fiúkhoz képest. Fontos megjegyezni, hogy a testrészekre adott szavazatok az 1. és a 3. ülésnél elhagyták a kellemesen hűvös tartományt (-1 alá csökkentek), míg a 2. ülésnél a semleges és kellemesen hűvös tartományban maradtak (0-1 között). A 2. ülés legkedvezőbb megítélése nagy valószínűséggel annak köszönhető, hogy ennél a hőállapotnál fordultak elő a legmagasabb levegőhőmérsékletek. Ebből a következtetésből egyértelműen igazolódik az előző mérési sorozatnál tett feltételezés, miszerint a hőérzeti szavazatokra a levegőhőmérsékletnek nagyobb hatása van, mint a sugárzó hőnek. Az általános hőérzeti szavazatok alapján az látható, hogy az egész testre vonatkozó komfort biztosított és mindhárom környezet elfogadható a résztvevők szerint.. Fontos megjegyezni, hogy bár az általános szubjektív hőérzeti szavazatok ezt nem mutatják, a mérési pontok átlagolt hőmérsékleteinek vizsgálata szerint az ülések alatt szignifikánsan csökkent a bőrhőmérséklet. Ily módon az általános hőérzeti szavazatok egészségügyi szempontból akár megtévesztőek is lehetnek a már korábban leírt okok miatt (ld. 79. oldal). Korreláció a mért és szavazott értékek között A két ülés esetében gyenge korreláció mutatkozott a mért és szavazott értékek között. Csak a kézfejek és lábfejek esetében volt tapasztalható korreláció. Hasonló a helyzet az általános hőérzeti szavazatoknak az összes pontban mért hőmérsékletek átlagaival való korrelációjával, ahol csak a 2. méréseknél/szavazásoknál volt korreláció az 1. és 3. ülés esetében.

A mért bőrhőmérsékletek tükrözik az ülések hőkörnyezetének különbségét. A hidegebb falfelületnél a bőrhőmérséklet jobban csökkent. A kevésbé hideg falnál több testrész melegedett (nem hűlt) a mérés során, míg a kontrollként szolgáló 3. ülésnél a további testrészek melegedtek a mérés végére. A szavazatok minden testrészre hűlést, illetve hőérzet csökkenést mutatnak, még ott is, ahol igazából nőtt a bőrhőmérséklet.

95

Barna Edit 4.3

PhD értekezés

A CFD szimuláció eredményei

A termikus műemberrel és élőalanyokkal végzett méréseket CFD szimuláció készítésével egészítettem ki. Létrehoztam egy olyan egyszerűsített modellt, amely további ilyen témájú vizsgálatoknál lehetővé teszi "előmérések" végrehajtását a virtuális térben. A numerikus szimulációt a műemberes és élőalanyos mérésekben is szereplő hőállapotokra hajtottam végre az alábbiak szerint: 1. szimuláció: 16°C fal és 28°C padló mellett kialakult hőállapot 2. szimuláció: 18°C fal és 28°C padló mellett kialakult hőállapot A szimuláció segítségével a sugárzásos- és a konvekciós hőcsere eredményeként kialakult hőmérséklet és sebességmezőket lehet megvizsgálni. A következőkben a két szimuláció eredményeit mutatom be táblázatos és képi formában. Az első ábrákon a kialakult felületi hőmérsékletek, a továbbiakon a helyiségben kialakult természetes áramlások szerepelnek. Ezt követően a szimulációkhoz tartozó sugárzásos és teljes hőcsere értékeket táblázatos formában mutatom be. A felületi sugárzás, valamint a konvekció következtében kialakult hőmérséklet-viszonyokat az 1. szimulációra a 4.2. és 4.3. ábra szemlélteti, míg a kialakult áramlásokat az egyik ember síkjában a 4.4. ábra mutatja.

4.2. ábra. 1. szimuláció: Kialakult felületi hőmérsékletek a helyiség több felületén

96

Barna Edit

PhD értekezés

4.3. ábra. 1. szimuláció: Az ember felületén kialakult hőmérséklet eloszlás

4.4. ábra. 1. szimuláció: Az ember körül kialakult természetes áramlások

97

Barna Edit

PhD értekezés

4.28. táblázat. 1. szimuláció: A felületekről leadott és felvett hőáramok Konvekciós és sugárzásos hőáram (W) bútorok 0 emberek 164,02 A-fal -6,85 B-fal -2,57 C-fal -427,5 D-fal -2,19 mennyezet 2,65 padló 291,81 Összesen 19,38 4.29. táblázat. 1. szimuláció: A felületekről leadott és felvett sugárzási hőáramok Sugárzásos hőáram (W) bútorok -7,54 emberek 115,02 A-fal -3,72 B-fal 0,25 C-fal -351,47 D-fal 0,65 mennyezet 8,49 padló 234,0 Összesen 1,65 A 4.2. és 4.3. ábrákból látható, hogy az ember testrészeinek hőmérséklete a kritikusnak tekinthető helyeken (pl. végtagok, fej) közelítően megegyezik az élőalanyos mérések során mért értékekkel: pl. kézfejek 26°C, lábfejek 29°C stb. Ezek alapján a modell beállításai megfelelőek. A helyiségben kialakult természetes le- és feláramlásokat rendkívül jól mutatja a 4.4. ábra. Mint látható a hideg falfelületről nagy sebességgel áramlik lefelé a levegő, amit aztán a padló meleg hőmérséklete, valamint az ember felmelegít, hogy így több helyen is kialakulhasson feláramlás. A levegősebesség a hideg falnál és az embereknél a legnagyobb; átlépi a huzathatás szempontjából kritikus 0,2 m/s-os sebességet is. A hőáram értékeket tekintve, látható, hogy az ember hőleadása 58 W/m2 körül alakult. A teljes hőleadás 77%-át adja a sugárzásos hőcsere a modell alapján. Ez több, mint az irodalomban szereplő 42-44%. A fenti kettő eltérés a modell egyszerűsítései miatt állhatott elő. A 2. szimuláció (18°C-os fal és 28°C-os padló) esetében a kialakult hőmérséklet viszonyokat a 4.5. és 4.6. ábra szemlélteti, míg a kialakult áramlásokat az egyik ember síkjában a 4.7. ábra mutatja.

98

Barna Edit

PhD értekezés

4.5. ábra. 2. szimuláció: Kialakult felületi hőmérsékletek a helyiség több felületén

4.6. ábra. 2. szimuláció: Az ember felületén kialakult hőmérséklet eloszlás

99

Barna Edit

PhD értekezés

4.7. ábra. 2. szimuláció: Az ember körül kialakult természetes áramlások 4.29. táblázat. 2. szimuláció: A felületekről leadott és felvett hőáramok Konvekciós és sugárzásos hőcsere (W) Bútorok 0 Emberek 164,02 A-fal -24,42 B-fal -18,14 C-fal -332,50 D-fal -17,87 mennyezet -21,97 Padló 291,82 Összesen 40,94 4.30. táblázat. 2. szimuláció: A felületekről leadott és felvett sugárzási hőáramok Sugárzásos hőcsere (W) bútorok -10,15 emberek 113,94 A-fal -19,56 B-fal -14,31 C-fal -276,19 D-fal -13,96 Mennyezet -14,21 Padló 238,27 Összesen 3,815 A 4.5. és 4.6. ábrákból látható, hogy az ember testrészeinek hőmérséklete a kritikus helyeken közelítően megegyezik az élőalanyos mérések során mért értékekkel: pl. kézfejek 28°C, lábfejek 30°C stb. Tehát a modell beállításai megfelelőek. 100

Barna Edit

PhD értekezés

A helyiségben kialakult természetes le- és feláramlásokat rendkívül jól mutatja a 4.7. ábra. Az ábrán látható, hogy a hideg falfelületről nagy sebességgel áramlik lefelé a levegő, amit aztán a padló meleg hőmérséklete, valamint az ember felmelegít, hogy így több helyen is kialakulhasson feláramlás. A levegősebesség a hideg falnál és az emberek körül a legnagyobb; át is átlépi a huzathatás szempontjából kritikus 0,2 m/s-os sebességet is. Az emberek hőleadása az 1. szimuláció eredményeihez hasonlóan alakultak, a beállított értékeknek megfelelően. 4.3.1

A CFD szimulációk és a kapott eredmények értékelése

A Gambit program segítségével egyszerűsített geometriai modellt és hálót hoztam létre az élőalanyos mérések szimulációjára. Az ANSYS program Fluent moduljával a létrehozott geometrián és hálón elvégeztem a felületek sugárzásos- és konvekciós hőcseréjének számítását. A programmal számított felületi hőmérsékletek megegyeznek a helyiség felületi hőmérsékleteivel (16°C, 18°C fal és 28°C padló). Emellett a kritikusnak ítélt testrészek (végtagok, fej) hőmérsékletei is közel azonosak a mért értékekkel. A numerikus szimulációval számított sebesség értékek (természetes áramlás) összhangban vannak a korábbi laboratóriumi levegősebesség mérések és CFD szimulációk eredményeivel, amelyeket ezen PhD téma kiegészítéseként hajtottunk végre TDK munka keretében (Tirpák, 2008). A hideg felület mentén, valamint az emberek tartózkodási zónáában a levegősebesség értéke nagyobb, mint 0,2 m/s, ami huzathatás szempontjából kritikus érték. A modell alapján a hideg falfelülethez való közelségük miatt a lábfejek nemcsak a sugárzás miatt, de a feltehetően a huzat miatt is veszélyeztetettek helyi diszkomfortérzet szempontjából. Mivel az alkalmazott ember modell geometriája csak közelítő és mivel a modell nem tartalmaz fiziológiai modult, amely alkalmas az emberi szervezetben végbemenő hőtermelés és hőcsere (vérkeringés-bőr-levegő-ruházat) számítására, ezért a kapott eredmények valóban csak előzetes eredménynek tekinthetők, de alkalmasak élőalanyos és műemberes kísérletek előkészítésére és kapcsolódó folyamatok megismerésére. Külön- és nagyobb feladat tárgyát képezheti a jövőben az emberi test működésének figyelembevételével olyan CFD modell kidolgozása, amely akár szükségtelenné teszi az élő alanyokon végzett objektív méréseket (pl. bőrhőmérséklet,) és amely egy újabb modul elkészítésével, a hőérzet szimulációját is lehetővé teszi.

101

Barna Edit

5 5.1

PhD értekezés

A kutatómunka eredményeinek összefoglalása Az eredmények összefoglaló értékelése

A termikus műemberrel végzett mérések eredményei – A 4.1. alfejezetben részletesen ismertettem a műemberrel végzett mérések eredményeit. A mérőműszer segítségével lehetővé vált az aszimmetrikus hőkörnyezet miatt kialakult száraz (sugárzásos és konvektív) hőcsere mérése. A mérési eredmények alapján elmondható, hogy a várakozásnak megfelelően a leginkább érintett testrészek az arc, fej és a kézfejek. Ezeket a testrészeket nem borítja ruházat, tehát közvetlenül ki vannak téve a környezeti hatásoknak. A különböző hőkörnyezetek vizsgálatakor kapott legfontosabb eredményeket az 5.1. táblázatban foglaltam össze: 5.1. táblázat. A termikus műemberrel végzett mérés legfontosabb eredményei Fal (°C)

Padló (°C)

Levegő (°C)

16

23

21,9

16

26

23,1

16

29

24,2

Tapasztalatok a 23°C-os homogén állapothoz képest  ~2°C EHT csökkenés (ami megfelel 25W/m2-nek) a felső végtagoknál és ~1,5°C EHT csökkenés arcnál a homogén állapothoz képest,  a 23°C-os padlóhőmérséklet ellenére is 1,5°C-al kisebb az EHT a homogén állapothoz képest a lábszárak és lábfejek esetében.  ~1°C EHT csökkenés a felső végtagoknál (15W/m2) a homogén állapothoz képest,  a 26°C-os padlóhőmérséklet mellett a lábszárak és lábfejek EHT értéke megegyezik a homogén állapot EHT értékeivel.  ~0,5°C EHT csökkenés a felső végtagoknál (5W/m2) a homogén állapothoz képest, annak ellenére, hogy a levegőhőmérséklet magasabb,  a 29C-os padlóhőmérséklet mellett a lábszárak és lábfejek EHT értéke 1°C-al nagyobb, mint a homogén állapot EHT értékei. A levegőhőmérséklet is nagyobb a homogén állapothoz képest. A mért értékek alapján a levegőhőmérséklet jobban befolyásolta az alsó végtagok hőleadását, mint a sugárzó hideg falfelület.

Az eredmények alapján kijelenthető, hogy komfort hőmérséklet tartományon belül a hideg belső felület a ruházattal nem borított testrészeken (felső végtagok és arc) az érezhető hőmérsékletet (EHT) 1-2°Cal csökkenti, ami feltehetően diszkomfort érzetet okoz élő alanyok esetében. Ezeken a testrészeken az alacsonyabb EHT érték (nagyobb hőveszteség) akkor is kialakul, ha a padló hőmérsékletét a szabványokban megengedett felső határig emeljük. Meg kell azonban jegyezni, hogy a padlóhőmérséklet emelésével az EHT érték csökkenés mértéke csökken. A sugárzó felület hatása mellett a műember hőleadását és EHT értékét a levegő hőmérséklet 1 °C-kal való növekedése is befolyásolja. Az alsó végtagok hőleadását és EHT értékét inkább a levegő hőmérséklete befolyásolja, ezért elmondható, hogy a hideg belső felület, illetve a meleg padlófelület sugárzó hatása nem érvényesül a termikus műember ruházattal nem borított testrészeinél. Az élőalanyos mérések eredményei és értékelésük - A 4.2. alfejezetben bemutattam a két élőalanyos mérési sorozat mérési eredményeit. A fejezetben először tárgyaltam az objektív fiziológiai mérések eredményeit, amit a szubjektív hőérzeti szavazatok összegzése követett. Ezután a mért és szavazott értékek korrelációjából adódó eredményeket ismertettem. A két élőalanyos mérés eredményeit áttekintve megállapítottam, hogy a testrészek bőrhőmérsékletének változása az ülések alatt hasonló tendenciát követett; a maghőmérsékletet követő testrészek melegedtek, a perifériák (acrák) pedig hűltek. Ez megfelel annak a biológiai folyamatnak, ami a testben kialakul hidegebb környezetben, mégpedig a létfontosságú szervek hőntartása érdekében csökken a perifériás testrészek vérellátása. A vizsgált hőkörnyezetek közötti különbségek a bőrhőmérsékleteken és azok változásán is nyomonkövethetőek, például a 16°C-os fal és 28°C-os padló mellett a bőrhőmérsékletek szignifikánsan jobban csökkentek bizonyos testrészeken, mint 18°C-os fal és 28°C-os padló mellett. 102

Barna Edit

PhD értekezés

Noha az ülések során a levegő hőmérséklete több esetben a téli méretezési komfort tartomány fölé esett, a mérési eredmények alapján elmondható, hogy a sugárzó hideg felület hatására az alsó- és felső végtagok hűltek, és ez a hidegebb sugárzó felülettel rendelkező hőkörnyezetben nagyobb mértékű volt. Az alsó végtagok bőrhőmérséklete a 28°C padlóhőmérséklet ellenére 0,5-3°C-kal csökkent a hőmérsékleti aszimmetria nagyságától függően (0,5°C-ot falhűtés nélkül, 3°C-ot 16°C fal és 28°C padló mellett). A sugárzó felület hatását az is mutatja, hogy az alkalmazott kontroll ülés (csak padlófűtéssel, hideg falfelület nélkül) esetében, az alacsonyabb levegőhőmérséklet ellenére, a mért bőrhőmérsékletek magasabbak voltak, mint a hideg fallal is rendelkező, nagyobb levegőhőmérsékletű ülések bőrhőmérsékletei. A kontroll mérés alkalmazásával lehetővé vált annak megállapítása, hogy hideg falfelület nélkül az ülő tevékenységnek köszönhetően mennyivel csökken a biológiai folyamatok változása révén a bőrhőmérséklet. Ehhez már jól lehetett a hideg fallal is rendelkező hőkörnyezetek mért bőrhőmérsékleteit hasonlítani. Az eredmények azt mutatták, hogy a 16°C hideg falfelület jelenléte szignifikánsan kisebb bőrhőmérsékletet eredményez a kontrollhoz képest az ülések végére a legtöbb testrész esetében. A 18°C-os fallal rendelkező hőkörnyezet esetében a bőrhőmérséklet szignifikánsan melegebb volt a perifériás testrészeken, mint a 16°C-os falnál, de szignifikánsan kevésbé melegedett a maghőmérsékletet követő testrészek esetében, mint a kontroll állapot alatt. A vizsgált hőkörnyezetek különbözően hatottak a két nem képviselőinek bőrhőmérsékletére. A nemek közötti biológiai eltérés a perifériás vérkeringésben egyértelműen látható a mért bőrhőmérsékletekből. Az ülések végére a lányok bőrhőmérséklete minden esetben hidegebb volt a fiúkénál és néhány testrészt kivéve a különbség szignifikáns volt. A lehűlés mértékében csak bizonyos testrészek esetében mutatkozott szignifikáns különbség fiúk és lányok között a 16°C-18°C falhőmérséklettel rendelkező hőkörnyezetekben, mégpedig az orr, boka és lábfej területén. A kontroll állapot esetében csak az orr és bal boka esetében mutatkozott szignifikáns különbség a lehűlés mértékében. Az átfogó fiziológiai magyarázatát ennek a jelenségnek például Campbell rögzítette (2011): A nők súlyukhoz képest nagyobb testfelszínnel rendelkeznek, ami miatt a hővesztésük is gyorsabb. Emellett a hőtermelő képességgel rendelkező izom kisebb százalékban van képviselve, mint a férfiaknál. A végtagok hőmérséklete a bennük tapasztalható véráramlás függvénye. Amikor végtagok bőrében hideg hatására a bőrerek összehúzódnak, itt relatív vérszegénység alakul ki s ez okozza a végtag hűvösségét. Az erek összehúzódása hideg hatására eltérő nőknél és férfiaknál, ami a szimpatikus idegrendszer nemek közötti érzékenységbeli különbségének köszönhető (Cankar és mtársai, 2004) A két élőalanyos mérés szubjektív hőérzeti szavazatait áttekintve megállapítottam, hogy a testrészenkénti hőérzeti szavazatok ülések alatti csökkenése egyértelműen a hideg falfelület hatását tükrözik. Ezt a megállapítást alátámasztja az, hogy a padlófűtés a háromórás időtartam során nem okozott meleg láb érzetet, éppen ellenkezőleg a lábak hőérzete is csökkent. A következő táblázat (5.2. táblázat) a két élőalanyos mérési sorozat testrészekre adott szavazatainak értékét mutatja az ülések végére. Az eredmények alapján megállapítottam, hogy az alanyok helyi hőérzete a kellemesen meleg (1) - semleges (0) és kellemesen hűvös (-1), valamint a kellemesen hűvös (-1) és hűvös (-2) tartományban helyezkedett el. 5.2. táblázat. A helyi hőérzeti szavazatok szavazati tartományai az egyes ülések esetében Ülések 1. ülés (15°C fal - 28°C padló 1. mérési sorozat 2. ülés (18°C fal - 28°C padló) 1. ülés (16°C fal - 28°C padló) 2. ülés 2. mérési sorozat (18°C fal - 28°C padló) 3. ülés (28°C padló)

Testrészenként adott hőérzeti szavazatok tartománya az ülések végén 0,1 ÷ -1,5 0,2 ÷ -0,9 0 ÷ -1,3 0,4 ÷ -0,7 0 ÷ -1,3

103

Barna Edit

PhD értekezés

A testrészekre adott hőérzeti szavazatok hasonló tendenciát mutattak mindhárom ülés esetében. Az összes testrész hőérzete csökkent a mérés elejétől a végéig. A hőérzet csökkenése a 3. (kontroll) ülésnél volt a leghangsúlyosabb, annak ellenére, hogy akkor nem volt jelen sugárzó hideg felület. Ezt a jelenséget csak azzal tudom magyarázni, hogy a helyi hőérzetre a sugárzó felületnél nagyobb hatással volt a levegő hőmérséklet (a kontroll állapotnál volt a levegőhőmérséklet a legalacsonyabb). Ezt a magyarázatot alátámasztja az is, hogy a legmagasabb levegőhőmérsékletekkel rendelkező 2. ülésnek volt a szavazatok alapján a legkedvezőbb a megítélése. A nemek szerint vizsgált hőérzeti szavazatok követik a mért eredményeket, hiszen ahogy a lányok bőrhőmérséklete jobban csökkent, úgy a hőérzetük is nagyobb csökkenést mutatott a fiúkhoz képest. Az általános hőérzeti szavazatok alapján az látható, hogy az egész testre vonatkozó komfort biztosított. Az eredmények alapján elképzelhető, hogy az általános hőérzeti szavazatok a levegő hatását jobban figyelembe veszik, mint a lokális szavazatok. A három ülés között a hőérzeti tesztek alapján csak kevés helyen volt szignifikáns különbség, tehát az általános hőérzet tekintetében nem különböztek egymástól számottevően a vizsgált hőkörnyezetek. Fontos megjegyezni, hogy bár az általános hőérzeti szavazatok komfortot jeleznek, a mérési pontok átlagolt hőmérsékleteinek vizsgálata szerint az ülések alatt szignifikánsan csökkent a bőrhőmérséklet, ami akár betegségek kialakulását is vonhatja maga után. A két élőalanyos mérés ülésein mért bőrhőmérsékletek és helyi hőérzeti szavazatok korrelációja nagyon gyenge volt. Kijelenthető, hogy a mért bőrhőmérsékletek tükrözik az ülések hőkörnyezeteinek különbségét, azaz a hidegebb falfelületnél a bőrhőmérséklet jobban csökkent. A kevésbé hideg falnál több testrész melegedett (nem hűlt) a mérés során. A szavazatok ellenben minden testrészre hűlést illetve hőérzet csökkenést mutatnak, még ott is, ahol valójában nőtt a bőrhőmérséklet. A CFD szimuláció eredményei – A 4.3. alfejezetben bemutattam a különböző hőmérsékletű határoló felületek emberrel való sugárzásos és konvektív hőcseréjének numerikus szimulációra alkalmas modelljét. Az egyszerűsített geometriai modellt és hálót a Gambit program segítségével hoztam létre. Ezután az ANSYS program Fluent moduljával a létrehozott geometrián és hálón elvégeztem a felületek sugárzásos- és konvekciós hőcseréjének számítását. A programmal számított felületi hőmérsékletek megegyeznek a helyiség felületi hőmérsékleteivel (16°C, 18°C fal és 28°C padló). Emellett a kritikusnak ítélt testrészek (végtagok, fej) hőmérsékletei is közel azonosak a mért értékekkel. A numerikus szimulációval számított sebesség értékek (természetes áramlás) összhangban vannak a korábbi laboratóriumi mérések és CFD szimulációk eredményeivel, amelyeket ezen PhD téma kiegészítéseként hajtottunk végre TDK munka keretében (Tirpák, 2008). A modell alapján a hideg falfelülethez való közelségük miatt a lábfejek nemcsak a sugárzás miatt, de a feltehetően a huzat miatt is veszélyeztetettek helyi diszkomfortérzet szempontjából. Mivel az alkalmazott ember modell geometriája csak közelítő és mivel a modell nem tartalmaz fiziológiai modult, amely alkalmas az emberi szervezetben végbemenő hőtermelés és hőcsere (vérkeringés-bőr-levegő-ruházat) számítására, ezért a kapott eredmények valóban csak előzetes eredménynek tekinthetők, de alkalmasak élőalanyos és műemberes előkísérletek kiváltására. 5.2

A kezdeti hipotézisek és célkitűzések vizsgálata a mérési eredmények ismeretében

5.2.1 Hipotézisek Irodai környezetben, rossz minőségű ablakok cseréjekor, vagy külső fal szigetelésekor, tehát amikor a felület belső hőmérséklete nő jelentősen javul a benntartózkodók hőérzeti komfortja. – A mérések alapján elmondható, hogy a helyi, testrészenkénti hőérzetet a határoló felület belső hőmérsékletének növekedése valóban pozitívan befolyásolja, hiszen nagyobb levegőhőmérséklet és 16°C-os hideg fal mellett a hőérzeti szavazatok közel megegyeztek az alacsonyabb levegőhőmérsékletű, de hideg fallal nem rendelkező hőkörnyezet esetén adott szavazatokkal. A mérési eredmények alapján azonban kijelenthető, hogy a levegőhőmérséklet hatása a hőérzeti szavazatokra dominánsabb lehet, mint a felületekről adódó hőmérsékleti sugárzás. 104

Barna Edit

PhD értekezés

További hipotézis, hogy a hideg felület okozta aszimmetria semlegesíti a meleg láb okozta diszkomfort érzetet, amelyet az egyidejűleg fennálló padlófűtés okoz. Feltételezésem szerint a meleg láb érzet csak abban az esetben alakul ki, ha nincs jelen a sugárzó hideg falfelület. – A végrehajtott mérések alapján elmondható, hogy nem alakult ki meleg láb okozta diszkomfort érzet még akkor sem, amikor nem volt jelen hideg falfelület. Annak ellenére, hogy ebben az esetben a mért bőrhőmérsékletek az alsó végtagoknál növekedtek, a hőérzeti szavazatokon ez nem jelentkezett; nem volt korreláció a mért és szavazott értékek között. A vizsgált hőkörnyezetek esetében az alsó végtagokra jutó sugárzásos hőcsere mellett a hideg felületről leáramló levegő is szerepet játszhat a kedvezőtlen hőérzet kialakulásában, amelyet a 28°C-os padlófűtés sem tud közömbösíteni. 5.2.2 Célkitűzések Fontosnak tartottam az együttes hatás nemek szerinti vizsgálatát is a korábbi tapasztalatok alátámasztására vagy cáfolására (pl. Sugárzási hőmérséklet aszimmetria esetében nem tapasztaltak nemek közötti jelentős eltérést a hőérzet tekintetében.) – Az elvégzett élőalanyos mérések alapján megállapítható, hogy a nemek között szignifikáns különbség van bőrhőmérséklet csökkenés szempontjából; a lányok jobban lehűltek az egyes ülések végére, mint a fiúk. Ezzel a mérési eredménnyel összhangban voltak a hőérzeti szavazatok bizonyos testrészek esetében: kézfejek és lábfejek. Mivel eddig nem végeztek a két diszkomfort tényező együttes hatását értékelő kísérleteket, nem volt ismert, hogy a tényezők együttesen additívan vagy egymást gyengítve fejtik ki hatásukat. Emiatt az is a céljaim közé tartozott, hogy a diszkomfort tényezők kölcsönhatását megállapítsam és megvizsgáljam, hogy az adott hőmérséklet tartományokhoz képest mennyire általánosítható a mérések tapasztalata. – A termikus műemberrel és élőalanyokkal végzett mérések igazolták, hogy hideg fal esetén a padlóhőmérséklet növelése nem képes kompenzálni teljesen a falfelület hatását, továbbá a test hőleadásában a levegőhőmérsékletnek meghatározó a szerepe. Megállapítható, hogy az egymásra merőleges, nagy hőmérsékletkülönbséggel (merőleges hőmérséklet aszimmetriával) rendelkező felületek esetében a hideg felület nagyobb hatással van a benntartózkodók hőérzetére, mint a sugárzó, meleg, vízszintes felület. 5.3

Az eredmények hasznosítása - ajánlás

Célul tűztem ki azt is, hogy a két vizsgált tényezőhöz kapcsolódó irodalmak, valamint a mérési eredmények alapján egy ajánlást állítsak össze, amellyel ki lehet egészíteni a felületi fűtésekhez/hűtésekhez kapcsolódó eddigi hőérzeti témájú tapasztalatokat, így segítve a sugárzásos elven működő rendszerek minél komfortosabb és korszerűbb kialakítását. Az élő alanyokkal végzett mérésekből kiderült, hogy a 28°C-os padlófűtés, lábbeli viselése esetén sem képes a bőrhőmérséklet és hőérzet csökkenést megakadályozni az alsó végtagokon abban az esetben, ha hideg függőleges belső felület és mechanikus szellőztetés van jelen a helyiségben. Ezek az eredmények megkérdőjelezik a szabványban rögzített padlóhőmérsékletre vonatkozó felső határérték alkalmazhatóságát ilyen aszimmetrikus hőkörnyezet esetében. A mérési eredmények alapján további gyakorlati és helyszíni tapasztalat gyűjtés után megfontolandó a padló felületi hőmérsékletének a 29°C-os szabványban rögzített érték fölé való emelése, de kizárólag olyan helyiségek esetében, ahol padlófűtés, nagy kiterjedésű, függőleges hideg belső felületi hőmérsékletű felület és mechanikus szellőztetés van jelen, és ahol a páratartalom a DIN 1946 szabványban meghatározott komforttartományon belül van. Az elvégzett mérések alapján azt is érdemes figyelembe venni (amennyiben lehetséges), hogy a nők biológiai felépítésük miatt érzékenyebben reagálnak az őket körbevevő hőkörnyezetre, ezért nagyobb körültekintéssel kell a működési hőmérsékleteket (padló- és levegőhőmérséklet) megválasztani. 5.4 -

-

További kutatási lehetőségek Az értekezésben szereplő eredmények alapján újabb kutatási feladatot jelenthet olyan vizsgálatok végrehajtása, amelyek a padló felületi-hőmérséklet felső határának megállapítását célozzák aszimmetrikus hőkörnyezetek esetében, a légállapotok pontos rögzítése mellett. További kutatási feladatot jelenthet, az itt vizsgált két helyi diszokomfort tényező vizsgálata olyan esetre, amikor az alanyok a hideg belső felülethez képest oldalt helyezkednek el. 105

Barna Edit -

PhD értekezés

Külön- és nagyobb feladat tárgyát képezheti a jövőben az emberi test működésének figyelembevételével olyan CFD modell kidolgozása, amely akár szükségtelenné teszi az élő alanyokon végzett objektív méréseket (pl. bőrhőmérséklet,) és amely egy újabb modul elkészítésével, a hőérzet szimulációját is lehetővé teszi.

106

Barna Edit

6

PhD értekezés

Összefoglalás

A disszertáció két helyi diszkomfort tényező együttes hatásának vizsgálatát tartalmazza. A két, egyidejűleg fennálló tényező a meleg padló okozta meleg láb diszkomfort, valamint a hideg felület okozta sugárzási hőmérséklet aszimmetria. Eddig a kutatók a komfortot befolyásoló tényezőket (hőérzet, helyi diszkomfort tényezők, levegőminőség, zaj stb.) legtöbbször csak külön-külön vizsgálták és nem vették figyelembe az egyes tényezők együttes hatását az emberi érzékelésre. A valóságban a tényezők kölcsönhatásban állnak egymással és a belső térben tartózkodó emberrel. Eddig csupán néhány kutatás célozta meg a helyi diszkomfort tényezők együttes- (kölcsön-) hatásának vizsgálatát. Például Berglund és Fobelets (1987) a kis levegősebesség és az aszimmetrikus sugárzás együttes hatását vizsgálták ülő munkát végző emberre, míg Beier és Kuszon (1992) a levegőmozgás és a függőleges hőmérséklet különbség együttes hatását elemezték. Az általam vizsgált két helyi diszkomfort tényező együttes hatásának vizsgálatát bemutató disszertációmat az alábbiak szerint építettem fel. A dolgozat első felében a szakirodalom részletes áttekintése található, amelyben bemutatom:  az általános hőérzeti komfortot befolyásoló tényezőket, a köztük fennálló összefüggéseket és alkalmazásukat és a helyi diszkomfort tényezők fogalmát,  a sugárzási hőmérséklet aszimmetria fogalmát, meghatározási módját, a jelenleg alkalmazott határértékeket, valamint a múltbéli kutatások eredményeit, tapasztalatait,  a meleg és hideg padlók okozta diszkomfort fogalmát, meghatározási módját, a jelenleg alkalmazott határértékeket, valamint a múltbéli kutatások eredményeit, tapasztalatait.  azokat a módszereket, előnyeikkel és hátrányaikkal, amelyeket a hőérzeti komfort kutatásában alkalmaznak, és amelyeket saját kísérleteimhez is alkalmaztam. A dolgozat következő fejezetében a választott vizsgálati módszereket és a mérések körülményeit mutatom be a következők szerint:  a hőérzeti laboratórium leírása,  a műemberes mérésekhez kapcsolódó mérési módszerek ismertetése,  az élőalanyos mérésekhez kapcsolódó mérési módszerek ismertetése. Ezután következik a műemberrel és élőalanyokkal végzett mérések eredményeit tartalmazó fejezet a végén értékeléssel. Ezek mellett a dolgozatban helyt kapott a laboratóriumi méréseket figyelembe vevő virtuális térben végzett kísérlet, a CFD (Computational Fluid Dynamics) szimuláció és annak eredményei. Az elvégzett élőalanyos mérések alapján megállapítható, hogy a nemek között szignifikáns különbség van bőrhőmérséklet csökkenés szempontjából; a lányok jobban lehűltek az egyes ülések végére, mint a fiúk. Ezzel a mérési eredménnyel összhangban voltak a hőérzeti szavazatok bizonyos testrészek esetében: kézfejek és lábfejek. A termikus műemberrel és élőalanyokkal végzett mérések igazolták, hogy hideg fal esetén a padlóhőmérséklet növelése nem képes kompenzálni teljesen a falfelület hatását, továbbá a test hőleadásában a levegőhőmérsékletnek meghatározó a szerepe. Megállapítható, hogy az egymásra merőleges, nagy hőmérsékletkülönbséggel (merőleges hőmérséklet aszimmetriával) rendelkező felületek esetében a hideg felület nagyobb hatással van a benntartózkodók hőérzetére, mint a sugárzó, meleg, vízszintes felület. Az értekezésben szereplő eredmények alapján újabb kutatási feladatot jelenthet olyan vizsgálatok végrehajtása, amelyek a padló felületi-hőmérséklet felső határának megállapítását célozzák aszimmetrikus hőkörnyezetek esetében. További kutatási feladatot jelenthet, az itt vizsgált két helyi diszokomfort tényező vizsgálata olyan esetre, amikor az alanyok a hideg belső felülethez képest oldalt helyezkednek el. Külön- és nagyobb feladat tárgyát képezheti a jövőben az emberi test működésének figyelembevételével olyan CFD modell kidolgozása, amely akár szükségtelenné teszi az élő alanyokon végzett objektív méréseket (pl. bőrhőmérséklet,) és amely egy újabb modul elkészítésével, a hőérzet szimulációját is lehetővé teszi. 107

Barna Edit

7

PhD értekezés

Summary

The dissertation contains the investigation of the combined effect of two local discomfort parameters. The two simultaneously present parameters are warm feet discomfort caused by warm floor, and radiant temperature asymmetry caused by a cold surface. Until now scientists investigated the parameters that affect comfort (thermal sensation, local discomfort, indoor air quality, noise etc.) separately and their combined effect on humans' sensation was neglected. In reality the affecting parameters interact with each other and with the human body present indoors. Only few studies aimed at investigating the combined effect and iteraction of local discomfort parameters. For example Berglund and Fobelets (1987) studied the effect of low level air currents and radiant temperature asymmetry for people carrying out sedentary activity, while Beier and Kuszon (1992) analysed the effect of air movement and vertical air temeprature difference. My dissertation that contains the investigation of two local discomfort parameters has the following structure: The first part of the dissertation contains a detailed literature review about the following:  Parameters that affect overall thermal comfort; their relations and applicability and the concept of local discomfort parameters,  The term of radiant temperature asymmetry, its definition, current standardised values and results of earlier investigations,  The term of warm feet discomfort caused by warm floors, its definition, current standardised values and results of earlier investigations  The methods with their advantages and disadvantages that has been used earlier in thermal comfort research and that I used in my experiments. In the next part of the dissertation the chosen experimental methods and measurement conditions are introduced according to the following:  Description of the thermal comfort laboratory,  Measuring methods applied for the thermal manikin measurements,  Measuring methods applied for the human subject experiments. The following chapters contain the results of experiments with discussions in the end of each section. Besides, the dissertation contains an "experiment" conducted in virtual space that takes into account the setup of earlier described real laboratory experiments. The investigation was done by using Computational Fluid Dynamincs. Based on human subject experiments, statistically significant difference was found between genders regarding the decrease of skin temperature; female participants showed cooler skin temperatures by the end of sessions than males. The results of subjective voting is in accordance with these measurement results in the case of specific body parts like hands and feet. Measurements conducted with thermal manikin and human subjects proved that increased floor temperature cannot compensate the effect of a cold vertical surface, furthermore air temperature has significant impact on the heat loss of the human body. It can be said that when surfaces are perpendicular to each other and have big temperature difference (perpendicular temperature asymmetry), the vertical cold surface has greater influence on thermal comfort of occupants than the radiating, warm and horizontal surface. Based on the results of investigations indicated in this dissertation, future research could be carried out that aim at finding the accurate upper limiting surface temperature of floors when they are present in an asymmetric thermal environment. Another field for further investigations could be the research of the two local discomfort parameters for cases when subjects are not facing but perpendicular to the cold surface. A separate and greater task would be in the future to create with the help of CFD such a model that takes into account the operation of the human body and may not require objective measurements on human subjects (pl. skin temperature) and that may enable, with a further module, the simulation of thermal sensation as well. 108

Barna Edit

PhD értekezés

A tézisek ismertetése 1. tézis [3] [5] [7] A termikus műemberrel végzett laboratóriumi vizsgálatokkal megállapítottam, hogy a komforthőmérséklet tartományon belül a függőleges határolószerkezet belső felületi hőmérséklete a fedetlen testrészeken (felső végtagok és arc) az egyenértékű homogenizált hőmérsékletet (EHT) 1-2°C-al csökkenti (ld. T1. grafikon). Ezeken a testrészeken az alacsonyabb EHT érték (nagyobb hőveszteség) akkor is kialakult, amikor a padló hőmérsékletét a szabványokban megengedett felső, 29°C-fokos határig emeltem. Megjegyzendő, hogy a vizsgált hőállapotoknál, a padlóhőmérséklet növelésével a sugárzó hideg felület okozta EHT csökkenés mértéke egyre kisebb lett. EHT változása a fal- és padlóhőmérséklet fü g g v é n y é b e n

fe d e tle n

te s tré s z e k n é l

EHT (°C)

26,0 25,0 24,0

Testrészek 23°C (levegő 22,9°C)

16°C - 26°C (levegő: 23,1°C)

16°C - 29°C (levegő: 24,2°C)

18°C - 29°C (levegő: 24,7°C)

JOBB KÉZ

BAL KÉZ

22,0

ARC

23,0

18°C - 26°C (levegő: 23,4°C)

T1. grafikon. Az EHT változása a hideg falfelület hatására 2. tézis [1] [2] [4] [5] [7] Az élő alanyokkal végzett laboratóriumi vizsgálatokból megállapítottam, hogy a 28°C-os padlófűtés, lábbeli viselése esetén sem képes a bőrhőmérséklet és szubjektív hőérzet csökkenést megakadályozni az alsó végtagokon abban az esetben, ha hideg függőleges felület és mechanikus szellőztetés van jelen a helyiségben és az alanyok a vizsgált távolságban, vagy annál közelebb, szemben ülnek a hideg felülettel. Megállapítottam, hogy az egymásra merőleges, nagy hőmérsékletkülönbséggel (merőleges hőmérséklet aszimmetriával) rendelkező felületek esetében a hideg felület nagyobb hatással van az ülő munkát végző benntartózkodók bőrhőmérsékletére és hőérzetére, mint a sugárzó, meleg, vízszintes felület. A CFD vizsgálatok alapján a hideg sugárzó felület hatása mellett, az arról lefelé áramló hideg levegő is hatással lehet az alacsony bőrhőmérséklet és szubjektív hőérzet kialakulására. Emellett fontos megjegyezni, hogy a kritikusnak ítélt testrészek (kezek, arc, lábfejek felső része) a meleg padlófelületet sugárzás szempontjából „nem látják‖. 3. tézis [1] [2] [4] [7] Az élő alanyokkal végzett laboratóriumi vizsgálatokból megállapítottam, hogy a nemek között szignifikáns különbség van bőrhőmérséklet csökkenés szempontjából. A női résztvevők szignifikánsan lehűltek az egyes ülések végére a férfiakhoz képest. A bőrhőmérséklet eltérő változásával összhangban voltak a hőérzeti szavazatok bizonyos testrészek esetében (kézfejek és lábfejek), amelyeknél a nők szavazata szignifikánsan hidegebb hőérzetet adott a férfiakéhoz képest. A szignifikancia vizsgálatnál alkalmazott feltétel p≤0,05. Az átfogó fiziológiai magyarázatát ennek a jelenségnek az orvosi irodalom rögzíti: A nők súlyukhoz képest nagyobb testfelszínnel rendelkeznek, ami miatt a hővesztésük is gyorsabb. Emellett a hőtermelő képességgel rendelkező izom kisebb százalékban van képviselve, mint a férfiaknál. A végtagok hőmérséklete a bennük tapasztalható véráramlás függvénye. Amikor végtagok bőrében hideg hatására a 109

Barna Edit

PhD értekezés

bőrerek összehúzódnak, itt relatív vérszegénység alakul ki és ez okozza a végtag hűvösségét. Az erek összehúzódása hideg hatására eltérő nőknél és férfiaknál, ami a szimpatikus idegrendszer nemek közötti érzékenységbeli különbségének köszönhető. 4. tézis [6] Az élő alanyokkal végzett laboratóriumi vizsgálatok alapján létrehoztam egy előzetes és kiegészítő vizsgálatra alkalmas numerikus szimulációt, amelyben modellezhető az ember határoló felületekkel való sugárzásos hőcseréje, valamint az ember körül és a helyiségben kialakuló természetes áramlások. A szimulációval készített modell az élőalanyos mérések kialakítását tükrözi (T1. ábra; T2. ábra).

T1. ábra.Az ember felületi hőmérséketeinek alakulása 16°C fal és 28°C padló hatására

T2. ábra. A természetes áramlások alakulása az ember síkjában 16°C fal és 28°C padló esetén

110

Barna Edit

PhD értekezés

Irodalomjegyzék Arens, E; Zhang, H, Huizenga Ch Partial- and whole-body thermal sensation and comfort—Part II: Non-uniform environmental conditions. Journal of Thermal Biology, 2006b, Issue 31, pp 60–66. Arens, E; Zhang, H, Huizenga Ch: Partial- and whole-body thermal sensation and comfort— Part I: Uniform environmental conditions. Journal of Thermal Biology, 2006a, Issue 31, pp 53–59. Atamaca, I; Kaynakli, O; Yigit, A: Effects of radiant temperature on thermal comfort. Building and Environment, 2007, Vol. 42, pp. 3210-3220. Atmaca, I; Kaynakli, O; Yigit, A: Effects of radiant temperature on thermal comfort. Building and Environment, 2007, Issue 42, pp 3210-3220. Bánhidi, L; Barna, L; Barna, E: A sugárzási aszimmetria és a padlóhőmérséklet diszkomfortot okozó hatásának vizsgálata és a számítására alkalmas program alapjai. Kutatási anyag, 2007. Bánhidi, L; Fabó, L: A termikus komfortra való méretezés, valamint a műember alkalmazásának szerepe és mértéke az emberi tartózkodásra szánt terek méretezésében. ÉTI Tanulmány, Témaszám: 22313, Budapest, 1986. szeptember. Bánhidi, L; Kajtár, L: Komfortelmélet. Műegyetemi Kiadó, 2000. Barna, E; Bánhidi, L: Combined effect of warm floors and cool walls on thermal comfort, Proceedings of E-nova 2007 Internationaler Kongress - Energetische Zukunft von Gebauden, Pinkafeld, Austria, 2007. pp. 39-45. Barna, E; Bánhidi, L: Calculation problems of two simultaneously present local discomfort parameters, 6th International Conference of Indoor Climate of Buildings '07, Strebske Pleso, Slovakia, November 2007, pp. 69-75, ISBN: 978-80-89216-18-5 Beier, L; Kuszon, L: Human response to draught and vertical temperature difference. M.Sc. thesis, Laboratory of Heating and Air Conditioning. Technical University of Denmark, Denmark, 1992, (dánul). Berglund, LG; Fobelets, APR: Subjective human response to low-level air currents and asymmetric radiation. ASHRAE Transactions, 1987, Part 1, pp 497-523. Campbell, I: Body temperature and its regulation. Anaesthesia & Intensive Care Medicine, 2011, Vol. 12, Issue 6, pp. 240-244. Candas, V: Use of a thermal manikin for prediction of local effects of thermal asymmetry and consequent discomfort risks. Nilsson and Holmér edited Proceedings of Third International Meeting on Thermal Manikin Testing 3IMM, 1999, pp. 30. Cankar, K; Finderle, Ž; Štrucl, M: The role of α1- and α2-adrenoceptors in gender differences in cutaneous LD flux response to local cooling. Microvascular Research, 2004, Vol. 68, Issue 2, pp. 126-131. CEN 15251:2004 Épületek energia-teljesítőképességének tervezésére és becslésére, levegőminőségére, hőmérsékletére, fény- és akusztikai viszonyaira vonatkozó beltéri bemeneti paraméterei. 2007. de Dear, RJ; Arens, E; Zhang, H; Oguro, M: Convective and radiative heat transfer coefficients for individual human body segments. Int J Biometeorol, 1997, Issue 40:141–156. DIN 1946-2, Publication date:1994-01. Ventilation and air conditioning; technical health requirements (VDI ventilation rules) Eijdems, HHE.; Boerstra, AC.; Op ‗t Veld, PJM: Low temperature heating systems impact on IAQ, thermal comfort and energy consumption‖. Proceedings, Healthy Building 94, 1994 Fanger, PO: Thermal Comfort. McGraw-Hill Book Company, Kingsport Press, 1982. Fanger, PO; Bánhidi, L; Olesen, BW; Langkilde, G: Comfort limits for heated ceilings. ASHRAE Transactions, 1980, Part 2, pp 141-156. Fanger, PO; Ipsen, BM; Langkilde, G; Olesen, BW; Christensen, NK; Tanabe, S: Comfort limits for asymmetric thermal radiation. Energy and Buildings, 1985, Vol. 8, pp 225-236. Frohner, I; Láng, E; Bánhidi, L: New metodology to measure the impacts of asymmetric radiation on thermal comfort, Proceeding of Instalatii Pentru Constructii Si Confortul Ambiental Konferencia, Timisoara, 2001, pp 40-44. 111

Barna Edit

PhD értekezés

Frohner, I; Láng, E; Bánhidi, L: Current questions of determining the radiation asymmetry, Proceeding of Instalatii Pentru Constructii Si Confortul Ambiental Konferencia, Timisoara, 2004, pp 30-39. Gan, G: Numerical investigation of local thermal discomfort in offices with displacement ventilation. Energy and Buildings, 1995, Vol. 23, pp 73-81. Gan, G: Numerical method for a full assessment of indoor thermal comfort, Indoor Air, 1994, Vol 4., pp.154-168. Glück, B: Wärmetechnische Raummodell, C.F. Müller Verlag, Heidelberg, 1997 Han, I; Huang, L; Kelly, S; Huizenga, C; Zhang, H: Virtual thermal comfort engineering. SAE Technical Paper Series 2001-01-0588. Hashiguchi, N.; Tochihara, Y.; Ohnaka, T.; Tsuchida, C.; Otsuki, T: Physiological and subjective responses in the elderly when using floor heating and air conditioning systems. Journal of Physiological Anthropology and Applied Human Science, 2004, Vol. 23, 205 – 213. Holmér, I; Nilsson, HO: Heated manikins as a tool for evaluating clothing. Ann. Occup. Hygene, 1995, Vol. 39, Issue 6, pp. 809-818. Horikoshi, T; Tsuchikawa, T; Kobayashi, Y; Miwa, E; Kurazumi, Y; Hirayama, K: The effective radiation area and angle factor between man and a rectangular plane near him. ASHRAE Transactions, 1990, Part 1, pp 60-66. Huizenga, C; Zhang, H; Arens, E; Wang, D: Skin and core temperature response to partial- and wholebody heating and cooling. Journal of Thermal Biology, Oct-Dec 2004, Vol. 29, Issue 7-8, pp 549558. Huizenga, Ch.; Zhang, H.; Mattelaer, P.; Yu, T; Arens, E.; Lyons, P: Window performance for human thermal comfort. Final report to the national fenestration rating council, February 2006; Ch. 3.3.3.; pp 15-16. Katahira, D.; Akimoto, T.; Kuwasawa, Y.; Emura, K: Heating thermal comfort in highly air-tight and insulated house. The 10th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, 2005, Beijing, Sept. 4 – 9. La Gennusa, M; Nucara, A; Rizzo, G; Scaccianoce, G: The calculation of the mean radiant temperature of a subject exposed to the solar radiation - a generalised algorithm. Building and Environment, March 2005, Vol. 40, Issue 3, pp 367-375. Langkilde, G; Gunnarsen, L; Mortensen, N: Comfort limits during infrared radiant heating of industrial spaces. Proceedings of Clima 2000, ed. Fanger, PO; Copenhagen, 1985, Vol. 4, pp 33-40. Loveday, DL; Parsons KC; Taki, AH: Design for thermal comfort in combined chilled ceiling/displacement ventilation environments. ASHRAE Transactions, 1998, Part 1B, pp 901911. Macskásy, Á.; Bánhidi, L.: Sugárzó fűtések, Akadémiai Könyvkiadó, 1985, pp 94. Madsen, TL: Definition and measurement of local thermal discomfort parameters. ASHRAE Transactions, 1980, Part 1, pp 23-33. Martinho, N; Lopes, A; Gameiro Silva, MC: Development of a general analytical model to calculate view factors between the human body and the surrounding walls in indoor spaces. Proceedings of Roomvent 2007, Helsinki, 2007, ID1314. MSZ CR 1752:2000 Épületek szellőztetése. Épületek belső környezetének tervezési alapjai. Angol nyelvű szabvány. A meghirdetés napja: 2000.11.01. MSZ EN ISO 7726:2003 A hőmérsékleti környezet ergonómiája. A fizikai mennyiségek mérőeszközei (ISO 7726:1998). Angol nyelvű szabvány. Muncey, RW.; Hutson, JM: The effect of the floor on foot temperature. Australia Journal of Applied Science, 1953, Vol. 4 (3), pp. 395. Munro, AF.; Chrenko, FA: The effect of air temperature and velocity and of various flooring materials on the thermal sensation and skin temperature of the feet. Journal of Hyg. Comb, 1948, Vol. 46, pp. 451. Murakami, K; Tanabe, S; Haneda, M: Numerical Thermoregulation-Model JOS for evaluation of thermal comfort. Proceedings of 10th international conference on air distribution in rooms, Roomvent 2007, Helsinki, No.1241. Nevins, RG.; Feyerherm, AM: Effect of floor surface temperature on comfort. Part IV: Cold floors‖. ASHRAE Trans., 1967, Vol. 73, III.2.1 – III. 2.8. 112

Barna Edit

PhD értekezés

Nevins, RG.; Michaels, KB.; Feyerherm, AM: The effect of floor surface temperature on comfort. Part I: College age males‖. ASHRAE Trans., 1964, Vol. 70, pp. 29 – 36. Nielsen, PV: The Importance of a thermal manikin as source and obstacle in full-scale experiments. Nilsson and Holmér edited Proceedings of Third International Meeting on Thermal Manikin Testing 3IMM, 1999, pp. 89. Nilsson, HO: Comfort climate evaluation with thermal manikin methods and computer simulation models. Dissertation, Department of Civil and Architectural Engineering, Royal Institute of Technology, Sweden. NR 2004:2. Nucara, A; Pietrafesa, M; Rizzo, G: Computing view factors between human body and non parallelepiped enclosures. Proceedings of Healthy Buildings 2000, Vol 2, pp 611-616. Olesen, BW: Possibilities and limitations of radiant floor cooling. ASHRAE Transactions, 1997, Part 1, pp 42-48. Olesen, BW; Nielsen, R: Thermal insulation of clothing measured on a movable thermal manikin and on human subjects. ECSC Programme Research Nr. 7206/00/914, Copenhagen: Technical University of Denmark, 1983. Olesen, BW; Sliwinska, E; Madsen, TL; Fanger, PO: A Simplified Calculation Method for Checking the Indoor Thermal Climate. ASHRAE Transactions, 1983, Part 2A. Omori, T; Tanabe, S: Coupled simulation of convection–radiation –thermoregulation for predicting human thermal sensation. Proceedings of 10th international conference on air distribution in rooms, Roomvent 2007. Ozeki, Y; Konishi, M; Narita, C; Tanabe, S: Angle factors between human body and rectangular planes calculated by a numerical model. ASHRAE Transactions, 2000, Part 2, pp 511-520. Parsons, KC: The effects of gender, acclimation state, the opportunity to asjust clothing and physical disability on requirements for thermal comfort. Energy and Buildings, 2002, Vol. 34., pp. 593599. Pollock, EF; Koman, AL; Smith, BP; Holden, M; Russell, GB; Poehling, GG : Measurement of hand microvascular blood flow with isolated cold stress testing and laser Doppler fluxmetry. The Journal of Hand Surgery, 1993, Vol. 18, Issue 1, pp 143-150. Sakoi, T; Tsuzuki, K; Kato, S; Ooka, R; Song, D; Zhu, S: Thermal comfort, skin temperature distribution and sensible heat loss distribution in the sitting posture in various asymmetric radiant fields. Building and Environment, 2007, Issue 42, pp 3984-3999. Springer, WE.; Nevins, RG.; Feyerherm, AM.; Michaels, KB: The effect of floor surface temperature on comfort. Part I: College age males‖. ASHRAE Trans., 1966, Vol. 72 (I), pp. 292 – 300. Tanabe, S; Arens, E; Zhang, H; Bauman, FS; Madsen, TL: Evaluating thermal environments by using a thermal manikin with controlled skin surface temperature. ASHRAE Transactions, 1994, Part 1, pp 39-48. Tanabe, S; Kobayashi, K; Nakano, J; Ozeki, Y; Konishi, M: Evaluation of thermal comfort using combined multi-node thermoregulation (65MN) and radiation models and computational fluid dynamics (CFD). Energy and Buildings, 2002, Vol. 34. pp. 637-646. Terano, M.; Nomura, K.; Kamaya, S.; Kuno, S: Study on thermal comfort when soles are heated by a hot panel. Healthy Buildings, 1997, Washington DC. Terano, M.; Yasuhito, S.; Kuno, S: Study on the effect of heating soles of the feet in slightly cool or cool conditions. Clima 2000/Napoli 2001 World Congress –Napoli (I), 15 – 18, September 2001. Tirpák, T: Helyi diszkomfort tényezők együttes jelenléte miatt kialakuló természetes áramlások vizsgálata numerikus szimulációval. TDK dolgozat, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, 2008. Konzulensek: Barna, E; Goda, R. Toftum, J: Human response to combined indoor environment exposures. Energy and Buildings, July 2002, Vol. 34, Issue 6, pp 601-606. Vajdáné Frohner Ilona: A sugárzási hőmérsékletaszimmetria emberre gyakorolt hatásának vizsgálata. Doktori értekezés, BME Épületgépészeti Tanszék, Budapest, 2006. Watanabe, S: A review of floor heating research in Japan. Journal of the Human-Environmental System, 2001, Vol. 5, pp. 13 – 23. Wyon, DP: Methodology for indoor environmental research. Contribution to the ICIE symposium at DTU, 2001. 113

Barna Edit

PhD értekezés

Wyon, DP: Use of thermal manikins in environmental ergonomics, Scand J Work Environ Health, 1989, Vol. 15, Suppl 1, pp. 84-94. Wyon, DP; Bánhidi, L: A minta nagyságának kérdése a belső környezeti hatásokkal foglalkozó kutatásokban. Magyar Épületgépészet, LII. 2003/12., pp: 9-10. Yao, K; Yoshida, A; Matsuki, K; Midorikawa, T; Tokura; H: Effects of wall radiation on human thermophysiological responses under the influences of circadian rhythm, season and clothing. Proceedings of Indoor Air 93, ed. Seppanen, O; Helsinki, Vol. 6, pp 151-156. Yigit, A: A computer-based human thermal model. Int. Comm. Heat Mass Transfer, 1998, Vol. 25, No. 7, pp. 969-977. Yost, PA; Barbour, CE; Watson, R: An evaluation of thermal comfort and energy consumption for a surface-mounted ceiling radiant panel heating system. ASHRAE Transactions, 1995, Part 1, pp 1221-1235. Zhang, L.; Emura, K.; Nakane, Y: A proposal of optimal floor surface temperature based on survey of literatures related to floor heating environment in Japan‖. Applied Human Science, 1998, Vol. 17, pp. 61 – 66.

114

Barna Edit

PhD értekezés

Saját közlemények Lektorált, nemzetközi folyóirat: [7] Barna Edit, Bánhidi László: Combined effect of two local discomfort parameters studied with a thermal manikin and human subjects, Energy and Buildings, közlésre elfogadva, 2012, IF: 2.041 [2] Barna Edit, Bánhidi László: Human subject experiments for investigating the combined effects of two local discomfort parameters Periodica Polytechnica, Mechanical Engineering, 53/1, 2009, 3–12. oldal [1] Barna Edit, Dr. Barna Lajos: Investigation of combined effects for the modelling of thermal comfort conditions in buildings WSEAS Transactions on Heat and Mass Transfer; Issue 4, Volume 3, October 2008, ISSN: 1790-5079; 229-239. oldal Lektorált, magyar nyelvű folyóirat: [6] Barna, E; Bánhidi, L: A sugárzási hőmérsékletaszimmetria és a meleg padló együttes hatása a hőérzetre. Magyar Épületgépészet. LX. Évf. 2011/6., pp. 8-12. Lektorált, nemzetközi konferenciák: [5] Barna Edit, Barna Lajos: Combined Effects of Discomfort Parameters on the Indoor Conditions of Buildings Proceedings of Energy Problems and Environmental Engineering WSEAS Conference, Tenerife, 2009. július, 504-509.oldal - Web of Knowledge [3] Barna Edit, Dr. Bánhidi László: Thermal manikin experiments for the investigation of exposure to two local discomfort parameters Indoor Air 2008, 11th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, Koppenhága, 2008. augusztus 17-22. ID. 479 - 6 oldal terjedelem – Web of Knowledge [4] Barna Lajos, Barna Edit, Goda Róbert: Modelling of Thermal Comfort Conditions in Buildings. 6th IASME / WSEAS Int. Conf. on Heat Transfer, Thermal Engineering and Environment (HTE'08), Rodosz, 2008. augusztus 16-22. 6 oldal terjedelem - Scopus Barna Edit, Dr. Bánhidi László: Calculation problems of two simultaneously present local discomfort parameters 6th International Conference of Indoor Climate of Buildings '07, Strebske Pleso, Szlovákia 2007. november 28-30. 69-75. oldal ISBN: 978-80-89216-18-5 Nemzetközi konferenciák: Edit Barna, Prof. László Bánhidi: Combined effect of warm floors and cool walls on thermal comfort E-nova 2007 Internationaler Kongress - Energetische Zukunft von Gebauden Pinkafeld, Ausztria, 2007. november 8-9. 39-45. oldal ISBN: 978-9500919-7-7 Magyarországi idegennyelvű, lektorált konferenciák: Barna Edit, Dr. Bánhidi László: Examining the need for a new design method regarding the calculation of local thermal discomfort parameters Gépészet 2008 Konferencia, Budapest, 2008. május 29-30. G-2008-G-10 – 7 oldal

115

Barna Edit

PhD értekezés

Magyarországi idegennyelvű konferenciák: Edit Barna, Dr. László Bánhidi: Objective and subjective experiments for the investigation of combined effect of two local discomfort parameters 14. „Épületgépészeti, Gépészeti és Építőipari szakmai napok‖ Nemzetközi Konferencia, Debrecen, 2008. október 30-31. 6 oldal terjedelem Konferencia előadások (publikáció nélkül): Helyi diszkomfort tényezők együttes hatásának vizsgálata 13. „Épületgépészeti, Gépészeti és Építőipari szakmai napok‖ Nemzetközi Konferencia, Debrecen, 2007. október 19. Sugárzási aszimmetria méretezési kérdései RefCo Kft. tervezői előadások Aquaworld, 2008. december 9. Aszimmetrikus sugárzás és meleg padló együttes hatásának vizsgálata REHAU Szakmai Nap, 2008. május 30.A tézispontokhoz kapcsolódó tudományos közlemények

116

Barna Edit

PhD értekezés

Jelölésjegyzék A

(m2)

felület

EHT

(°C)

egyenértékű homogenizált hőmérséklet

fcl

-

ruházattal borított testfelület aránya

Fe-w

-

az ablak besugárzási tényezője

Fjk

-

a j és k felület közötti besugárzási tényező

Fp-N

-

a felületelem és az N felület közötti besugárzási tényező

Fp-N

-

az ember és az N-edik felület közötti szögtényező

Ia

clo

a bőrfelület fajlagos hőellenállása

Icl

clo

a ruházat szigetelő képessége

qbe,k

(W/m2)

a felületre a környező felületekről beeső energiaáram

qki,k

(W/m2)

a felületet elhagyó energiaáram

Qt

(W/m2)

száraz hőleadás a bőr felületről

ta

(°C)

levegő hőmérséklet

tmrt

(°C)

közepes sugárzási hőmérséklet

to

(°C)

operatív hőmérséklet

tpr

(°C)

sík sugárzási hőmérséklet

ts

(°C)

átlag bőrhőmérséklet neutrális/komfort hőkörnyezetben

tw

(°C)

az ablak hőmérséklete

Tpr

(K)

sík sugárzási hőmérséklet

Tr

(K)

közepes sugárzási hőmérséklet

εk

-

emissziós tényező

δi,j

-

a dAj és dAi által meghatározott láthatóság

σ

(W/m2K4) Stefan-Boltzmann állandó

117

Barna Edit

PhD értekezés

Ábrajegyzék 2.1. ábra. PMV – PPD diagram ........................................................................................................................... 6 2.2. ábra. Az operatív hőmérséklet (Θrm) ábrázolása az exponenciálisan súlyozott külső hőmérséklet mozgóátlagának (Θo) függvényében ................................................................................................................... 7 2.3. ábra. Magyarázó ábra a sugárzási hőmérséklet definíciójához ................................................................. 8 2.4. ábra. Sugárzási hőmérséklet aszimmetria miatt kialakult helyi diszkomfort az MSZ CR 1752 szerint .................................................................................................................................................................................. 9 2.5. ábra. A besugárzási tényező meghatározására szolgáló diagramok az ISO 7726 szerint ................... 11 2.6. ábra. Az egyszerűsített számításhoz kidolgozott mintapéldában vizsgált leghidegebb és legmelegebb pontok ............................................................................................................................................ 12 2.7. ábra. Szögtényező meghatározása a személy és egy függőleges felület között, ha az ülő személy helye ismert, de iránya nem (Fanger, 1982) ..................................................................................................... 17 2.8. ábra. Elégedetlenek százalékos aránya a padlóhőmérséklet függvényében ......................................... 18 2.9. ábra. Az EHT hőmérésklet definíciója ..................................................................................................... 25 2.10. ábra. Komfort határok meghatározása EHT hőmérséklet alapján Nilsson szerint ......................... 26 3.1. ábra. A mérőszoba geomertiája és az egyes felületek jelzései ................................................................ 31 3.2. ábra. A mérőszobában elhelyezett nedves fektetésű felület fűtési-hűtési rendszer ............................ 31 3.3. ábra. A hűtött falon és a fűtött padlón elhelyezett termoelemek helyzete és egy termoelem ........... 32 3.4. ábra. A műember elhelyezése a mérőszobában 1 clo öltözetben és az egyes testszekciók hőmérsékletei ....................................................................................................................................................... 32 3.5. ábra. Az élőalanyos mérésekhez alkalmazott mérési elrendezés ........................................................... 34 3.6. ábra. Almemo 5690-2 adatgyűjtő, 10-Fold MU 64 tűs csatlakozókkal ................................................ 34 3.7. ábra. Testo 905-T2 felületi hőmérő és Omron MX3 Plus vérnyomásmérő ....................................... 37 3.8. ábra. Testo 177-T4 hőmérséklet adatrögzítő és az alkalmazott Testo érzékelő.................................. 38 3.9. ábra. Innova 1221 hőkomfort adatgyűjtő és MM0036-os sugárzási hőmérséklet aszimmetria mérőfej .................................................................................................................................................................. 38 3.10. ábra. A Gambitben létrehozott geometriai modell ............................................................................... 40 3.11. ábra. A Hex Core háló felépítése egy vízszintes metszeten az asztal síkjában .................................. 41 3.12. ábra. A Hex Core háló felépítése egy függőleges metszeten ............................................................... 41 3.13. ábra. A háló tulajdonságait összefoglaló táblázat a programból ......................................................... 42 4.1. ábra. Az azonos padlóhőmérsékletű és eltérő falhőmérsékletű állapotok összehasonlítása ............. 49 4.2. ábra. 1. szimuláció: Kialakult felületi hőmérsékletek a helyiség több felületén ................................... 96 4.3. ábra. 1. szimuláció: Az ember felületén kialakult hőmérséklet eloszlás ............................................... 97 4.4. ábra. 1. szimuláció: Az ember körül kialakult természetes áramlások .................................................. 97 4.5. ábra. 2. szimuláció: Kialakult felületi hőmérsékletek a helyiség több felületén ................................... 99 4.6. ábra. 2. szimuláció: Az ember felületén kialakult hőmérséklet eloszlás ............................................... 99 4.7. ábra. 2. szimuláció: Az ember körül kialakult természetes áramlások ................................................ 100 T1. ábra.Az ember felületi hőmérséketeinek alakulása 16°C fal és 28°C padló hatására ........................ 110 T2. ábra. A természetes áramlások alakulása az ember síkjában 16°C fal és 28°C padló esetén ........... 110

118

Barna Edit

PhD értekezés

Táblázatjegyzék 2.1. táblázat. Az MSZ-CR-1752 szerinti három kategória követelményei..................................................... 6 2.2. táblázat. A CEN 15251:2004 szerinti négy kategória követelményei ..................................................... 7 2.3. táblázat. Megengedett sugárzási hőmérséklet aszimmetria három kategóriára ..................................... 9 2.4. táblázat. A helyiségek három kategóriájára megengedett padlóhőmérséklet értékhatárok, valamint megengedhető elégedetlenek százalékos aránya.............................................................................................. 18 3.1. táblázat. A vizsgált felületi hőmérsékletek az 1. műemberes mérésnél ................................................ 33 3.2. táblázat. A vizsgált felületi hőmérsékletek a 2. műemberes mérésnél .................................................. 33 3.3. táblázat. Az 1. élőalanyos mérési sorozat mérési terve ........................................................................... 35 3.4. táblázat. Az 1. élőalanyos mérési sorozat üléseinek ismertetése............................................................ 35 3.5. táblázat. Az 1. élőalanyos mérési sorozatban alkalmazott szubjektív skálák ismertetése .................. 36 3.6. táblázat. Az 1. élőalanyos mérési sorozat mérési menetrendje .............................................................. 37 3.7. táblázat. A 2. élőalanyos mérési sorozat mérési terve ............................................................................. 38 3.8. táblázat. A 2. élőalanyos mérési sorozat üléseinek ismertetése ............................................................. 39 4.1. táblázat. A mért átlagolt környezeti paraméterek az 1. műemberes mérésnél ..................................... 46 4.2. táblázat. A mért átlagolt környezeti paraméterek a 2. műemberes mérésnél....................................... 53 4.3. táblázat. Az 1. ülés környezeti paraméterei és szórásuk ......................................................................... 66 4.4. táblázat. A 2. ülés környezeti paraméterei és szórásuk ........................................................................... 66 4.5. táblázat. A test különböző pontjain mért bőrhőmérsékletek átlaga az ülések alatt ............................ 70 4.6. táblázat. A test különböző pontjain mért bőrhőmérsékletek átlaga az ülések között ........................ 70 4.7. táblázat. A test különböző pontjain mért bőrhőmérsékletek átlagának vizsgálata nemek szerint.... 71 4.8. táblázat. Az orr-homlok hőmérséklet különbségének vizsgálata ülések alatt ...................................... 71 4.9. táblázat. Az orr-homlok hőmérséklet különbségének vizsgálata nemek szerint ................................. 71 4.10. táblázat. Az orr-homlok hőmérséklet változás mértékének vizsgálata nemek szerint ..................... 71 4.11. táblázat. A mért és szavazott értékek korrelációjának vizsgálata ........................................................ 74 4.12. táblázat. Az általános hőérzeti szavazatok elemzése az 1. ülés alatt ................................................... 74 4.13. táblázat. Az általános hőérzeti szavazatok elemzése a 2. ülés alatt ..................................................... 75 4.14. táblázat. A mérési pontok átlaghőmérsékletének és az általános hőérzeti szavazatok korrelációjának vizsgálata ................................................................................................................................... 77 4.15. táblázat. Az 1. ülés környezeti paraméterei és szórásuk ....................................................................... 80 4.16. táblázat. A 2. ülés környezeti paraméterei és szórásuk ......................................................................... 80 4.17. táblázat. A 3. ülés környezeti paraméterei és szórásuk ......................................................................... 81 4.18. táblázat. A test különböző pontjain mért bőrhőmérsékletek átlaga az ülések alatt .......................... 87 4.19. táblázat. A test különböző pontjain mért bőrhőmérsékletek átlaga az ülések között ...................... 87 4.20. táblázat. A test különböző pontjain mért bőrhőmérsékletek átlagának vizsgálata nemek szerint . 87 4.21. táblázat. Az orr-homlok hőmérséklet különbségének vizsgálata ülések alatt .................................... 87 4.22. táblázat. Az orr-homlok hőmérséklet különbségének vizsgálata nemek szerint............................... 88 4.23. táblázat. Az orr-homlok hőmérséklet változás mértékének vizsgálata nemek szerint ..................... 88 4.24. táblázat. Korreláció az egyes ülések mérései és szavazatai között ...................................................... 91 4.25. táblázat. Az általános hőérzeti szavazatok elemzése az 1. ülés alatt ................................................... 92 4.26. táblázat. Az általános hőérzeti szavazatok elemzése a 2. ülés alatt ..................................................... 92 4.27. táblázat. Az általános hőérzeti szavazatok elemzése a 3. ülés alatt ..................................................... 92 4.28. táblázat. 1. szimuláció: A felületekről leadott és felvett hőáramok ..................................................... 98 4.29. táblázat. 1. szimuláció: A felületekről leadott és felvett sugárzási hőáramok .................................... 98 4.29. táblázat. 2. szimuláció: A felületekről leadott és felvett hőáramok ................................................... 100 4.30. táblázat. 2. szimuláció: A felületekről leadott és felvett sugárzási hőáramok .................................. 100 5.1. táblázat. A termikus műemberrel végzett mérés legfontosabb eredményei ...................................... 102 5.2. táblázat. A helyi hőérzeti szavazatok szavazati tartományai az egyes ülések esetében..................... 103

119

Barna Edit

PhD értekezés

Grafikonjegyzék 4.1. grafikon. Az 1. hőállapot során mért hőleadás és EHT értékek ........................................................... 47 4.2. grafikon. A 4. hőállapot során mért hőleadás és EHT értékek ............................................................. 47 4.3. grafikon. A 13°C falhőmérsékletű és eltérő padlóhőmérsékletű állapotok összehasonlítása ............ 51 4.4. grafikon. A 16°C falhőmérsékletű és eltérő padlóhőmérsékletű állapotok összehasonlítása ............ 51 4.5. grafikon. Az 1. alapmérés során mért hőleadás és EHT értékek .......................................................... 54 4.6. grafikon. A 2.alapmérés során mért hőleadás és EHT értékek ............................................................. 54 4.7. grafikon. A 2. hőállapot során mért hőleadás és EHT értékek ............................................................. 56 4.8. grafikon. A 6. hőállapot során mért hőleadás és EHT értékek ............................................................. 56 4.9. grafikon. A 3. hőállapot során mért hőleadás és EHT értékek ............................................................. 58 4.10. grafikon. A 7. hőállapot során mért hőleadás és EHT értékek ........................................................... 58 4.11. grafikon. Az azonos padlóhőmérsékletű és eltérő falhőmérsékletű állapotok hőleadásai ............... 60 4.12. grafikon. Az azonos padlóhőmérsékletű és eltérő falhőmérsékletű állapotok EHT értékei ........... 60 4.13. grafikon. Az azonos padlóhőmérsékletű és eltérő falhőmérsékletű állapotok hőleadásai ............... 61 4.14. grafikon. Az azonos padlóhőmérsékletű és eltérő falhőmérsékletű állapotok EHT értékei ........... 61 4.15. grafikon. Az azonos padlóhőmérsékletű és eltérő falhőmérsékletű állapotok hőleadásai ............... 62 4.16. grafikon. Az azonos padlóhőmérsékletű és eltérő falhőmérsékletű állapotok EHT értékei ........... 62 4.17. grafikon. A 16°C falhőmérsékletű és eltérő padlóhőmérsékletű állapotok hőleadásai .................... 63 4.18. grafikon. A 16°C falhőmérsékletű és eltérő padlóhőmérsékletű állapotok EHT értékei ................ 63 4.19. grafikon. A falhőmérséklet alakulása az 1. mérési héten ...................................................................... 65 4.20. grafikon. A padlóhőmérséklet alakulása az 1. mérési héten................................................................. 65 4.21. grafikon. A levegőhőmérséklet alakulása az 1. mérési héten ............................................................... 66 4.22. grafikon. Átlagolt bőrhőmérsékletek az 1. és 2. ülésnél ....................................................................... 68 4.23. grafikon. Átlagolt bőrhőmérsékletek az 1. ülésnél nemek szerint....................................................... 69 4.24. grafikon. Átlagolt bőrhőmérsékletek a 2. ülésnél nemek szerint ........................................................ 70 4.25. grafikon. Átlagolt hőérzeti szavazatok az 1. és 2. ülésnél..................................................................... 72 4.26. grafikon. Átlagolt hőérzeti szavazatok az 1. és 2. ülésnél ..................................................................... 76 4.27. grafikon. A hőkörnyezet elfogadhatósága az 1. és 2. ülésnél ............................................................... 76 4.28. grafikon. Preferencia szavazatok az 1. és 2. ülésnél .............................................................................. 76 4.29. grafikon. Hőkörnyezetet értékelő szavazatok az 1. és 2. ülésnél......................................................... 76 4.30. grafikon. A falhőmérséklet alakulása a 4. mérési héten ........................................................................ 79 4.31. grafikon. A padlóhőmérséklet alakulása a 4. mérési héten................................................................... 79 4.32. grafikon. A levegőhőmérséklet alakulása a 4. mérési héten ................................................................. 80 4.33. grafikon. Sugárzási hőmérséklet aszimmetria az 1. ülés esetében ....................................................... 82 4.34. grafikon. Sugárzási hőmérséklet aszimmetria a 2. ülés esetében ......................................................... 82 4.35. grafikon. Átlagolt bőrhőmérsékletek az 1., 2. és 3. ülésnél .................................................................. 83 4.36. grafikon. Átlagolt bőrhőmérsékletek az 1. ülésnél nemek szerint....................................................... 85 4.37. grafikon. Átlagolt bőrhőmérsékletek a 2. ülésnél nemek szerint ........................................................ 85 4.38. grafikon. Átlagolt bőrhőmérsékletek a 3. ülésnél nemek szerint ........................................................ 86 4.39. grafikon. Átlagolt hőérzeti szavazatok az 1. és 2. ülésnél ..................................................................... 89 4.40. grafikon. Átlagolt hőérzeti szavazatok az 1., 2. és 3. ülésnél ............................................................... 93 4.41. grafikon. A hőkörnyezet elfogadhatósága az 1., 2. és 3. ülésnél.......................................................... 93 4.42. grafikon. Preferencia szavazatok az 1., 2. és 3. ülésnél ......................................................................... 93 4.43. grafikon. Hőkörnyezetet értékelő szavazatok az 1., 2. és 3. ülésnél ................................................... 93 T1. grafikon. Az EHT változása a hideg falfelület hatására ........................................................................ 109

120