General rights
Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.
Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research.
You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Downloaded from orbit.dtu.dk on: Mar 24, 2022
Måling af termisk asymmetri i relation til termisk komfort
Madsen, Thomas Lund
Publication date:
1977
Document Version
Også kaldet Forlagets PDF Link back to DTU Orbit
Citation (APA):
Madsen, T. L. (1977). Måling af termisk asymmetri i relation til termisk komfort. Technical University of Denmark, Department of Civil Engineering.
Måling af termisk asymmetri i relation til termisk komfort
Civilingenier Thomas Lund Madsen, Laboratoriet for Varmeiso- lering, Danmarks tekniske H0jskole
Det farste og vigtigste krav, som skal være opfyldt, hvis menne- sker,skal opretholde fornemmelsen af termisk velvære i givne om- givelser, er, at deres varmebalance skal være i orden. Det vil sige, at den varme, som ved stofskiftet produceres i kroppen, skal kunne afgives til omgivelserne under opretholdelse af en behagelig hudtemperatur. Betingelsen for, at dette kan ske, er udtrykt i Fan- gers komfortligning (1).
Er denne ligning ikke opfyldt
-
og det er den sjældent - sti kan den forventede grad af termisk diskomfort udtrykkes ved hjælp af Fangers PMV-index, se fig. l og (2). Dette index angiver i et enkelt tal i hvilken grad, kravene til termisk komfort kan forventes op- fyldt i en given situation, nar de termiske parametre er kendt.Den hurtigste og enkleste metode til bestemmelse af graden af termisk komfort er at male PMV-værdien direkte med Reci's komfortmaler Comfy-Test EQ 21 (figi2) (3).
Termisk asymmetri
Der findes imidlertid, i praksis, tilfælde, hvor det termiske felt er sA skaevt, at en person ikke vil fale termisk velvære, selv om hans PMV-værdi males til at være nul. Det vil eksempelvis være van- skeligt at opna termisk komfort ved et bal en kold Skt. Hans af- ten, selv om man altid vil kunne finde en afstand fra balet, hvor varmebalancen er i orden, og PMV-værdien derfor er nul.
Flere forskere har forsagt at finde grænserne for hvilken grad af asymmetri i det termiske felt, der kan accepteres uden, at det gar ud over det generelle termiske velvære.
Anquet og Croiset fandt som hovedresultat, at af stillesidden- de personer med en beklædning p& 0,7 clo, da vil 20070 finde de termiske forhold ubehagelige i nærheden af en kold flade, hvis dennes temperatur er mere end 8" koldere end de avrige fladers temperatur. Dette gælder, nar personerne er i optimal varmaba- lance.
Forventede procent termisk utilfredse -1 0 0
- 8 0
- 6 0
- 4 0
\ /
- 2 0
/
i I l I I
- 3 - 2 - 1 o + 1 + 2 + 3
Kold Kelig Let k ~ l i g Neutral Let varm Varm Hed
Bekledning Aktivitet
O clo.
0,s clo. 6 0 W/m2
1.0 clo.
O clo.
0,s cl0. ' 120 W/m
1,o clo.
Fig.1.
Sammenhængen meiiem resulterende rumtemperatur og PMV-værdien, samt PPD-værdier for typiske kombinationer af aktivitetsniveau og beklaedning.
FBg.2.
I~stmmenr iil direkte m&!ir,g af FMV- og PP3-vzrdierne, n& aktivitetsniveau og b e k l z d r i n g keldes.
Olesen, Fanger m.fl. (4) har ! et klimakammer h a t 46 perso- ner Cor e? asymmelnsk :empera-bcrfeII. Ifm-P en b e k l ~ d n i n g pi Lnn O, i c l s 3 2 ~ personerne e-c, ad gangen siddet midt i klimakam- meret 4 4 x 3 timer. i Gen f ~ r s r e time havde a14e varggene samme temperatur sen? luften, og personen blev hvert 10gende minur
spurgt, o- har elier kra2 araskede zndrissg af temperaturen. Aiie kunne saledes komme 4 optimal termisk komfori.
Hver hal-.e rime znárede man nu ternperataren a l lo modstå- -.li_r?e vzcgge 5°C :?enhsidsvvis op og ned sAiedes, a i man n den sidste
.. baive time havde en te~iperaturdi£ferens pA de .to rnodsthende vzgge p6 40°C.
Hovedresullaterne af Cenne undersagelse blev f ~ l g e n d e : i . Personerne fárorrne f d e selv de sma forskelle i stralingseempe-
ratm. -Men disse forskelle skulle v z r e betydeligere, f@r de gav a~iednimg tii diskomfort. Klagerne l& på Lokale afkacoiinger.
2 - Grz~se-.*re viar betydrligi suarre med ansigtet mod den kolde flade end i alle andre positioner.
3. Der fandtes ingen signifikant forskel p3 kvinder og anzend.
4, De: lykkedes af optille f ~ l g e a d e udtryk, som angiver g-sznser- ne for hvor kraAlg termisk ~cymmetri, 95% kap acceptere x&- at z i s t e deres reirniske ~ r z h w e :
g ~ & ~ ~ ~ x k e l .C gzjder, P>/JV-vz:&er_ er n~,al.
Er
delte ikke ;Ej-f z i d e ~ ~ flyttes grznserne i uligheden til samme side som PB/l:;jV- vzrdien.
De mange klager over t r z k , som forekommer i praksis, stemmer darligt med de ret vide grzenser, man finder for acceptable lokale a r ~ d i n g e r , nar personep u d s ~ t l e s for stråling. Klagerne stemmer tilsyneladende endnu clarligere med de u n d e r s ~ g e l s e ~ , som man har asrlfal-i rundt oxkrlng for at finde lufthasrighedens betydning for fornemmelsen af termisk veivzre. Derte garlder bl.a. (5): som viser, at det er muligt aï aprerho!de fornez.me~sen af termisk kornfor1 selv i en 1ur"cstrm-n med en hastighed p5 0,s m/s, nar blot eernperaturen f o r ~ g e s rilsvarende.
Jeg har f c r s ~ g e ud fra en fysiologisk termisk betragtning at gi-
% "
ve en sandsjniig forklaring p5 denne filsyneladende d overens-
sremrneIse.
Vores legemstemperatur styres fra den del af hjernen, som hedder Mypotalamkis. Det sker tyed en kontisilerlig maling af tem- peratrrren i den kraftige blodstrm-n op t i 3 hjernen. Men derudover har v i lokale eermofalere overair i huden. Disse isrmoreeeptorer maler ikke, som Hyjotalamus, absolut temperatur, men derimod ternperaturzndringer. \'and af f.eks. 30°C kan f d e s at vEre bade varmt .ag ko8dt; detbestemmes af den hudtemgeratur, man har i det acojebiik, man stikker hinden ned E vandet. Termoreceptorernes primzre formal er formodentlig at virke som en slags alarm til forhindring af forbrazndinger eller forfrysninger.
Man kan derfor t z n k e sig, at en gentagen pavirknlng af her- msreceptorerne vil f d e s ubehagelig, selv om kroppen som helhed er i termisk komfort.
Der er ganske små eemperarur~ndringer, som kan opfattes af
81-nnobe~ana!yse af termcreceptorernes -&virkning fra en ydre femperatairsving- r?ing med konstant amplikde, men med forskellige frekvenser.
terrnoreceptorerne; kuldereceptorerne, som ligger ca. 0,3 mm inde i huden, er saledes iFaaisomme for en kudtemperaturzndring på kun 0,@34"C/sek.
S å r hudens termiske egenskaber samt receptorernes placering kendes, er det muligt at foretage en frekvensanalyse ti!: bestem- melse af de ydre påvirkninger, som vil give den kraftigste påvirk- ning af termorecepborerne.
Jeg har på Zaboratoriets E?-anafog foretaget en sadan analyse.
På fig.3 er vist nogle resultaeer fra denne analyse. Det ses, at f d - som6eden er meget a f i z n g i g af frekvensen og storst omkring O,5 Hz.
Hvis den antagelse, at det er irritationen af termorecepëorerne, der er årsagen ti4 det termiske ubehag, som gar under navnet ar&, s2 skhille risikoen for t r z k altså v ~ r e starst, hvis ventifafionsan- lazgget giver anledning til hastigheds- eller lemperaturvariationer med en frekvens pA 0,5 Hz.
Der u d f ~ r e s i ~jeblikket på Laboratoriet for Varme- og Klima- teknik et forskningsprogram med henblik på fastlzggelse af nogle reievante Irzkkriierier.
Det er fristende at forsage at konstruere et apparat, som kan be- stemme for det f ~ r s t e graden af asymmetri i det termiske felt og for det andet graden af "ërzk" opfattet som irritation af termo- receptorerne.
Et sådant apparat vil raden videre kunne indrettes, så det kan male de traditionelle klimapararnetre: Luftternperalur, 1ufthasrig- hed og strålingstemperalur. Dette har vzeret et ofte udtalt ~ n s k e hos brugerne af Cornfy-Testen.
Udgangspunktet has vzret det samme som ved konstruktionen af Comfy-Testen, nemlig at opbygge en f ~ l e r , som er szrligt egnet til måling i det ret snzvre temperatur- og lufthas:ighedsomrAc%e, som er karakteristisk for menneskers opholdssteder, for derefter p&
grundlag af denne f ~ l e r s signaler at beregne de parametre, som er af interesse i relation ti% menneskers opfattelse af termisk kom- fort. Komfort-analysatoren kommer da også til at bestå af de samme hoveddele, nemlig en fkirler, et kabel samt en styre- og måleenhed.
Denne er måleteknisk opdelt i ro dele:
A En skivefarmet i d e r , som p& hver side har en sort og eiz "-sar&
flade, kger med sir eget varme- og styresystem.
B En foler, som bestAr af en 1W Q platinfaler samt af en lille axialblzser, s s n sarger for en kraftig BuftbevzgeSse omkring faleren og dermed en hurtig 3g g r z c l s mAflng af den aktuelle lufite~peratilr.
A og B 'ram anbringes s& t z t sammen, som del er mu11gt uden, at de pavinker hinandens maling.
1 Lufthastigheden langs hver af de to flader,
2 MiddelstiåSingsremperaturen I hvert af de to halvrum, som fladerne ser.
Fig-4-
Faler til Ccmfy-Anal3 $G:
3 Forskellen i varmeafgivelse mod de to halvrum, som faleaens orientering angiver. Denne forskel er et udtrg~k for graden af asymmetri 4 det termiske felt, som pAvirker fderens as sider.
4 T r z k , d.v.s. st~rrefse og frekvens af 9ufthastigheds~ndrBnger- ne.
De blanke flader er pô hver side delt 1 to sektioner, hver på 25
x
25 x 0,3 n m 5 , se fig.4. De består af et keramisk materiale, som p5 bagsiden er p a f ~ r t en 100 R tyndfilm-platinmodstand, der
t a i r . - - m r t s e n s o r - e a i r + 15
Spzndingerne ES og icbl over henholdsvis der sorte ~g det blanke f~eilerelernerit malt som funktion af lufthastigheden langs med elementet.
bruges til både opvarmning og kontrol af skivens temperatur. PA forsiden er skiverne p h f ~ r t en guldbel~gning, som reflekterer ca.
97% af den indfaldende str814ng.
Ved h j z l p af lufitemperaturf~1ere4? B holdes de blanke flader p i en temperaton., der hele tiden er 14" a4~jea.e end den aktuelle lufttemperatur.
Ailtages forelhitbrg, a? de blailke l a d e r reflekterer a1 strhlingen, samt. at den ingen r a n d f z ;omener findes (korrekilo~enile o~etales senere), vi? de: kbn efgives varrre ?,ed konvektion, og denne var- mea~ghr:se kun a k e n g e af IuftBastiigEseden langs den pggzf- dende Rade. P6 fig*j ar <fist et rusernepel på sammenhzngeii mel- :e= den til de blasrxe og sorte flader farte spznding og Iufrhastig- keden.
Den kerdsgeni_lrg, at guidbe?zgningen ikke reflekterer al sera- lingen, samt, al sklvernes kalier uundg&ellgt vBB opvarme et lille ikke-refl,-ktereacle areal af seave Iaierlegemeo, n8sdvendigg~r en korrektion af m & l e v ~ r d e c fra dan blanke iden,
Den beregrede ,pamdingcPor~ke! mellem ES og Ebl som funktion af tluft - tm*.
Der er regnet med henholdsris !W% og 0% absorption i henholdsvis den sorte og den blanke slci.de.
Hvis vi antager, at Irafthastfghedsf~Ieren er kalibreret ved tlSlift
= tmrt9 s i vli@bl og dermed v males for stor, nar t l U o > f m r r 9 og for lille, nar tluft tmrt. Der es i instrumentet ~ndbygget et k r e d s i ~ b , som korrigerer for denne systematiske fejl.
De sorte flader v41 rafgI.de varme ved sAi/al str&ling som konvek- ,ior. 3g da de har samme :ezpei-atur og areal som de biacke Ga- der, VI! de afgzve samme konventive varmernangde som disse.
Fs;s~e!k? rnei?em. ~arrneraliet fra de sorte og b a n k e Badrr m&
fdgeiig skyldes forskelle i ssr61ings~/armeafgEve1see
1% fig.$ er /isi deil beregnede sammechzng meklem de ti1 ski-
\ierr!e farte efr^ek:e:CDs%; og forskellen mellem og rmr:.
%I@]-
ge %fan Bretzman3s isv vil striliiigsrad\>ekslingen melle% t o lege- mer med konstant remperaeurdifferens 'vokse med ca. 1% pr.
'K-
P5 fig.6 er vist s:rilingstabet bed to ~emperarrnnnii/eaues. I instrai- meneet er ildbygget et kreds%&, som korrigerer for denne tempe- raciuraz@zngighehi.Maling af termisk asymmetri
For en person i termisk komfort gzfder i f ~ l g e $4) udtrykket (I).
A .FB+ kan beregnes, når vi kender forskelen mellem ser%
?akildens femperatur og rsiiddeisti-~4ings"bep~1peraturen~ samt vin- kelfo~iiolciet mellem personen cg str&%,ekllden. For falerenn er strå- lingsforhsldene betydeligt enkiese, idet denne aItid defer omgivel- serne i to halvrum A og B. Hvis vi altid smger for, atsstrAlekilden befinder sig i halvrum A, fas udtrykker:
idet faleren drejes skledes, at side A står vinkelret p i en linie mel- lem ctrålekiJde og f d e r .
Ved indsatnrming af (II) i (I) fås:
Eftersom grznserne er for forskellige for henholdsvis en kold og en varm strilekilde, er det n~dvendigt at give f ~ l e r e n e n orien-
tering saledes, at side A altid vendes imod den strBSekPlde, som skal asnders~ges
.
Udtrykket $1) er kun opstillet for skarve stshlingsfeker. Det skyldes den Fors~gsteknik, som anvendes ved unders~gelsen.
Da en person imidlertid ikke kan ránzrke, om en asymmetrisk varsneafgivelse skyldes straling, konvektion eller en kombination af disse, s6 han man erstat;e t,rtA - irnfig med den forskel i sam- let va~rneaigivelse fra side A og B, som asymmetrien vil m e d f ~ r e , d.v.s. med@- 3~
-@sg.
Denne st~rrelse vi2 i instrurnentee fremkomme som an s p z n - dingsforskei
ESA
-ESB.
Man kan alts5, ved at vzlge et viserins.tsa_ament med nulstilling midt p6 skalaen og herpå indiargge de i (I) angivne komfortgrzn- ser, se fig.7 tij venstre, f8 en direkte visning af, om en person med en given pikizdning kil befinde sig indenfor kisymmefrigr~2n~e~- ne, når han opholder sig p i folerens plads.
Eieklrisk neovarrk til simuiering af hudens termo-dynamiske reaktion på varieren- de luftliastighed. E s 2 er spzndingen over felerelementet. I I er et filter, som ab- sorberer de hiarrige svingninger i E s 2 Det svarer 1 det termiske system li1 de: aller- yderste hudlag, som forhindrer de hurtige frekvenser i at n4 frem til termorecepco- rerne. Langsomme svingninger vi! passere 11 og gencem dioderne 7 og 8 opiade kondensaforerne 5 og 6 til en sp~ndingsforske!, som vi! a f i z n g e af amplituden i svingningen - altså af lufthasrighedens variation. Denne spzndingsforskel vil af- Izses på 9 som t r z k . Hvis variationerne er så langsomme, at de ikke kan irritere terrnareceptorerne, vil kondensatorerne aflades gennem modstanden 10, og udsia- get vii nózrme sig 0, svarende til aF trzkken ikke kan registreres af terrnorecepro- rerne.
Hvis den foran omtalte trzkhypotese bliver b e k r ~ f t e t ved andy- ser af menneskers subjektive fornemmelse af ubehaget ved varie- rende lufthastigheder, sô vi4 det v z r e muligt direkte pô det her omtalte instrument at angive den forventede diskomfort forarsa- pet af luftfluktuationer fra f.eks. ventilatlonsanl~gget.
Pô fig-8 er vist, hvorledes man kan dampe savel de hurtige som de langsomme frekvenser og dermed få et viserudslag, som faager frekvensanalysen p6 fig.3. Det vil nok vFre rimeligt sgsA at
!a& luftfemperaturen fa indflydelse p$ viserudslaget, ud fra den betragtning, at jo stmre temperaturforskeh er imellem huden og luften, jo smrre vil @virkningen af tef-moreceprorerne blive bor en given hastigheds~adring.
Det er hensigten at udforme et apparat, som siden kan justeres ind til at måle, om de trzekkriterier, man findes frem e91 p& Labo- ratoriet for Varme- og Klimateknik, er opfyadte.
/ I / Fanger, P. O. :
(3)Afadsen, Th. L. :
(4) Olesen, S., Fanger, l? O.,
~ @ T ~ s @ B , P.B., ~ n d 1%~i@k6?r?> O.J. :
(S) F62nge,f9 P. O., Gstergdrd, O!esen og Lund M2&..en:
Caicuiation of Therrnal Comfort: Intro- duction of af Bacic Cornfort Equation.
A S H W Trans. 73. LI. 1967.
Thermal Cornfon.
McGraw-Pli!] Book Company, New York.
Mhling af termisk kornfon.
Dansk V.V.S. Tidsskrift nr. 7, 1973.
Comforg Limits for Man Exposecl to Asymrnetric Thermal Radiation.
@IB Commission W 45 Symposium on Thermal Comfort and Moderate Heat Stress, Watford, September 1972.
The Effect an Man's Comforf of a Uni- form Air Flow from Diffeebenl Direc- tions.
A S H W Trans. 80, 11, 1974.
