X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

На протяжении многих лет развиваются исследования, целью которых является обеспечение комфортных условий жизнедеятельности человека. Так, в 1970-хгодах П.О. Фенгером было установлено «Уравнение комфорта Фенгера», которое учитывает как факторы окружающей среды, так и влияние теплоощущений самого человека. Индекс PMV, как результат «Уравнения комфорта Фенгера», показывает, как человек оценивает климат. Используя индекс PMV, можно прогнозировать процент людей, которые чувствуют себя некомфортно в помещении/теплозащитной одежде (PPD) [1]. Индекс PMV является международным показателем для описания прогнозируемого среднего теплового комфорта человека. В данной статье представлены результаты обзора литературы по тепловому комфорту человека, кроме этого представлена последовательность выполнения метода PMV.

Тепловой комфорт может быть определен как функциональное состояние организма человека, которое характеризуется определенным содержанием и распределением теплоты в глубоких и поверхностных тканях тела при минимальном напряжении аппарата терморегуляции [2].

В европейских странах ISO 7730 [3,4] является стандартом для теплового комфорта, ASHRAE Standard 55 [4,5] - в Северной Америке, ГОСТ Р ИСО 7730-2009 [6] – в Российской Федерации. Все эти стандарты учитывают PMV и PPD критерии.

На оценку теплоощущений человека влияют как сочетания факторов окружающей среды, так и отдельные факторы, которые используются в уравнении Фенгера.

Экологическими переменными уравнения теплового комфорта являются температура воздуха, средняя температура излучения, относительная скорость воздуха и относительная влажность воздуха [4]. Согласно [7] тепловое равновесие в организме – это соответствием между образованием тепла и его отдачей в окружающую среду. Кроме этого средняя температура излучения, измеряемая черным термометром, описывает тепловое излучение для человеческого тела со всех сторон [4].

Согласно исследованиям [8] относительная скорость воздуха влияет на испарение кожи, что может увеличить потерю тепла.

Также в «Уравнении комфорта Фенгера» учитываются персональные факторы, которые влияют на тепловой комфорт, а также уровень активности и изоляция одежды [7].

Согласно исследованиям [9] уровень активности влияет на производительность человека. При недостаточном нагревании температура кожи снижается; человек будет чувствовать себя «некомфортно» (холодно) [10]. При этом уровень активности напрямую связан с уровнем метаболизма.

Уравнение PMV дает оценку теплоощущений согласно шкале, представленной в таблице 1.

Таблица 1 – Шкала теплощущений согласно уравнению PMV

Показатель	Шкала	Комментарий
3	жарко	нетерпимо жарко
2	тепло	очень тепло
1	немного тепло	терпимый дискомфорт, тепло
0	нейтрально	комфортно
-1	немного холодно	терпимый дискомфорт, прохладно
-2	холодно	очень холодно
-3	холодно	нетерпимо холодно

В результате исследования [7] было установлено соотношение между PPD и PMV индексами, что показано в соответствии с рисунком 1.

Рисунок 1 - Соотношение между PPD и PMV индексами [7]

Таким образом, было установлено, что 5% людей будут неудовлетворенны даже в самых комфортных условиях, на уровне PMV = 0 [7]

Применение метода PMV [7] заключается в следующем:

Измеряются температура воздуха (Ta), средняя температура излучения (Tmrt), относительная скорость воздуха (ʋ) и относительная влажность воздуха (w).

Интенсивность метаболизма (M) и значения механической эффективности (η) выбираются из специальных таблиц.

Рассчитывается площадь поверхности тела человека (ADU).

Определяется давление насыщенного пара (Pg).

Определяется тепловое сопротивление одежды (Icl).

Устанавливается температура поверхности одежды (Tcl).

Полученные данные обрабатываются в «Уравнения комфорта Фенгера».

Результатам уравнения PMV дается оценку в соответствии со шкалой теплоощущений (таблица 1).

Совокупность представленных данных позволила описать сущность метода PMV для оценки теплоощущений человека. Выявлены переменные (факторы окружающей среды, персональные факторы, уровень активности, изоляция одежды), необходимые для решения «Уравнения комфорта Фенгера». Представлена последовательность выполнения метода PMV. Результаты исследований соотношения PPD (показатель дискомфортного теплоощущения) и PMV (показатель комфортного теплоощущения) индексов показали, что при условно комфортных условиях (PMV = 0) 5% людей ощущают дискомфорт.

Список литературы

B.W. Olesen. Thermal Comfort, Technical Review to Advance Techniques in Acoustical Electrical and Mechanical Measurement. – 2 (1982). – Pp. 3-37.

Мартынцева А. С. Расчёт показателей теплового состояния человека / Методические указания / А. С. Мартынцева, Е. В. Нор. – Ухта : УГТУ, 2015. – 18 с.

ISO 7730-1994. Moderate thermal environments—determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort. Geneva: International Standard Organization. – 32 pp.

J. V. Hoof, J. L. M. Hensen, Quantifying the relevance of adaptive thermal comfort models in moderate thermal climate zones, Building and Environment. – 42(1). – 2007. – Pp. 156-170.

ANSI/ASHRAE Standard 55-2004. Thermal environmental conditions for human occupancy / American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineering. – Atlanta. – 44 pp.

ГОСТ Р ИСО 7730-2009 Эргономика термальной среды. Аналитическое определение и интерпретация комфортности теплового режима с использованием расчета показателей PMV и PPD и критериев локального теплового комфорта. – Москва. – Стандартинформ. – 2011. – 43 с.

Ekici С. A review of thermal comfort and method of using Fanger’s PMV equation / 5TH International Symposium on Measurement, Analysis and Modeling of Human Functions. – Vancouver, CANADA. – 27-29 June, 2013, - 4 pp.

Gaspar A.R. Effects of Walking and Air Velocity on Convective Heat Transfer from a Nude Manikin / A.R. Gaspar, A.V. Oliveira, D.A Quintela, Winsdor Conference: Comfort and Energy Use in Buildings: Getting Them Right – International Conference. – Windsor Great Park, UK. – 2006. – Pp. 27-30.

ASHRAE Handbook—Fundamentals / American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. URL: https://perambara.org/books/ashrae-handbook-of-fundamentals/ (дата обращения: 20.12.2017).

Joost van Hoof Thermal comfort: research and practice / Joost van Hoof, Mitja Mazej, Jan L.M. Hensen // Frontiers in Bioscience 15, 765-788. URL: https://www.researchgate.net/publication/258291389_Thermal_comfort_Research_and_practice (дата обращения: 21.12.2017).

Код для цитирования: Скопировать