Vliv nerovnoměrné tepelné zátěže na tepelnou pohodu člověka, měření stereoteploměrem

Údaje v odborné literatuře potvrzují závažnost tepelně-vlhkostního mikroklimatu na pracovištích při vytváření přípustné hygienické úrovně pracovišť, přičemž vliv její nerovnoměrnosti zůstával podceňován, i když negativní působení průvanu a jednostranného, zvláště slunečního záření, je všeobecně znám. Dosavadní pokusy o řešení tohoto problému, které vyústily v zavedení tzv. radiační asymetrie, nevyhovují - jsou zřejmé rozpory přípustných hodnot se skutečností, se skutečným působením na člověka, s jeho fyziologickou odezvou.

Experimenty v klimatické komoře

Ověření přípustných hodnot mikroklimatických podmínek uvedených v nařízení vlády č.178/2001 Sb., bylo provedeno experimentálním měřením na pokusných osobách v klimatické komoře. Tyto experimenty, které probíhaly ve spolupráci VÚBP, VŠB-TUO, ČVUT, ZSF OU a Zdravotního ústavu se sídlem v Ostravě, byly v listopadu 2006 ukončeny.
Vyšetřeno bylo 20 osob, které byly exponovány v klimatické komoře různým kombinacím teploty vzduchu, proudění vzduchu a  radiační teploty v rozsahu "přípustné" pracovně tepelné zátěže podle nařízení vlády č. 178/2001 Sb. (resp. 523/2002 Sb. a 441/2004 Sb.) v platném znění. V rámci uvedených experimentů pokusné osoby vykonávaly mentální úkoly na ověření chybovosti pod vlivem daných experimentálních podmínek.

Hodnocení nerovnoměrné tepelné zátěže člověka na pracovištích

Rovnoměrná i nerovnoměrná pracovně tepelná zátěž je v ČR posuzovaná podle Nařízení vlády č. 178/2001 Sb. (resp. 523/2002 Sb. a 441/2004 Sb.) v platném znění, kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví zaměstnanců při práci. Tepelná zátěž je určována energetickým výdejem, tepelným odporem oděvu a fyzikálními parametry pracovního prostředí: suchou teplotou vzduchu (Ta), výslednou teplotou kulového teploměru (Tg), relativní vlhkostí vzduchu (rh), rychlostí proudění vzduchu (v).

Nerovnoměrnou pracovně tepelnou zátěž řeší odstavec 3, Části A, přílohy č.1 výše uvedeného nařízení vlády, kdy:
Na pracovištích třídy I a IIa (práce s celkovým průměrným energetickým výdejem do 105 W.m-2), musí být ještě dodrženy tyto požadavky:

3.1 rozdíly teplot vzduchu mezi úrovní hlavy a kotníků nesmí být větší než 3˚C,
3.2 asymetrie radiační teploty od oken nebo jiných chladných svislých povrchů nesmí být větší než 10˚C,
3.3 asymetrie radiační teploty od teplého stropu nebo jiných vodorovných povrchů nesmí být větší než 5˚C,
3.4 intenzita osálání hlav nesmí být větší než 200W.m-2.

Asymetrie radiační teploty je definována jako rozdíl mezi radiační teplotou dvou protilehlých ploch a odpovídá rozdílu intenzit dopadajícího záření ze dvou protilehlých stran.
Přípustné hodnoty asymetrie radiační teploty lze tudíž dosáhnout buď snížením intenzity sálání (povrchové teploty) posuzované sálavé plochy (pokud je to možné) a nebo zvýšením intenzity sálání z protilehlé strany. Zcela chybí možnost použití konvekce k dosažení přípustného nebo optimálního stavu: budeme-li kompenzovat vysoké sálání z jedné strany chladným vzduchem z klimatizační jednotky z téže strany, asymetrie radiační teploty se nezmění, neboť konvekce v ní není zahrnuta, tj. jedná se tudíž o nesmyslné opatření z hlediska nařízení vlády č. 178/2001 Sb. v platném znění. Přitom je nejčastějším možným řešením. Totéž platí pro negativní radiaci studených sálajících ploch. Např. v zimě v místnosti s velkou prosklenou plochou lze dosáhnout optimálního stavu také tak, že protilehlou stěnu zvolíme také prosklenou, tj. o stejné povrchové teplotě jako stěnu první. Tím splníme předepsaný pokles asymetrie radiační teploty dokonce na nulu, ale o tepelné pohodě nelze vůbec hovořit.

Z uvedených skutečností je zřejmé, že jako kriterium nevyhovuje ani asymetrie radiační teploty, ani intenzita osálání. Musí být nahrazena kritériem, které:

1. zachycuje osálání pouze jedné, exponované strany
2. zachycuje nejen vliv tepelné radiace, ale i konvekce

Fyziologická reakce lidského organismu je totiž společná pro radiaci i konvekci, člověk reaguje současně na obojí. Je ostatně nespornou skutečností, že úroveň radiace, která je nebezpečná při vysoké teplotě vzduchu, může být dokonce příjemná při nízké teplotě vzduchu.

Těmto podmínkám odpovídá tzv. stereoteplota, měřená stereoteploměrem Jokl – Jirák (viz obr.1).

Obrázek 1  Schéma stereoteploměru

Jedná se o kouli o stejném průměru jako u klasického kulového teploměru, tj. 15cm, rozdělenou do šesti tepelně oddělených segmentů – teplota každého segmentu je pak uvedená stereoteplota. Průměrná hodnota všech šesti stereoteplot je dosavadní globeteplota. Rozdíl stereoteplot protilehlých segmentů odpovídá asymetrii radiační teploty nebo rozdílu intenzit dopadajícího sálání z obou protilehlých stran. Avšak pouze stereoteplota exponovaného segmentu je závislá také na teplotě a rychlosti vzduchu.

Výše uvedený přístroj – stereoteploměr Jokl – Jirák, který se skládá z kulového senzoru a elektronické záznamové kostky, umožňuje stanovit jednotlivé stereoteploty, jejich střední hodnotu – globalteplotu a záznam naměřených hodnot.

Obrázek 2  Stereoteploměr při experimentech

Na základě podrobných experimentálních prací v klimatické komoře (viz obr.2), byl navržen nový způsob hodnocení nerovnoměrné tepelné zátěže člověka, který je založen na měření stereoteploty. Dosavadní způsob doporučený vládním nařízením č. 178/2001Sb. v platném znění nevyhovuje, neboť se opírá o tzv. asymetrii radiační teploty, která zachycuje pouze vliv rozdílu osálání člověka na osálané a protilehlé straně. Její optimální teploty lze dosáhnout např. zvyšováním sálání na protilehlé straně (asymetrie tím klesá až příp. na nulu, i když ve skutečnosti tím organismus trpí), avšak nikoliv aplikací např. klimatizační jednotky, foukající chladný vzduch na osálaný povrch (asymetrie se tím nemění). Stereoteplota, na rozdíl od asymetrie, respektuje fyziologickou odezvu lidského organismu, neboť

1. zachycuje sálání pouze z jedné, exponované strany,
2. zachycuje nejen vliv tepelné radiace, ale i konvekce.

Navíc průměr stereoteplot je roven globeteplotě a rozdílem stereoteplot lze určit v případě potřeby i asymetrii radiační teploty.

Závěr

Po celkovém vyhodnocení výsledků experimentálních měření bude úkol zaměřen na pokračování zjištování parametrů pracovního prostředí v souvislosti s nerovnoměrnou tepelnou zátěži v důsledku jednostranného sálání a proudění vzduchu a na vypracování kriterií pro hodnocení stereoteplot odpovídajících přípustným hodnotám radiační zátěže podle platné legislativy a na základě výsledků experimentálních měření na ověření správnosti dosud používaných limitů pro hodnocení nerovnoměrné tepelné zátěže. Na základě zjištění budou navrženy limity nové, jako podklad pro úpravu příslušných norem, ze kterých vychází legislativa ČR a EU.

Literatura:

1. Nařízení vlády č. 178/2001Sb. v platném znění, kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví zaměstnanců při práci
2. Nařízení vlády č. 523/2002Sb., kterým se mění nařízení vlády č. 178/2001Sb.
3. Jokl, M. V.: Microenvironment: The Theory and Praktice of Indoor Climate. Thomas, Illinois, USA 1989.
4. Jokl, M. V.: Zdravé obytné a pracovní prostředí. ACADEMIA, Praha 2002.
5. Jokl, M. V.: Přirozená klimatizace. ERA, Praha 2004
6. Jokl, M. V.: Způsob stanovení tepelné zátěže člověka po povrchu těla infračerveným zářením. Čs. patent č. 117894, Praha 1966.
7. Jokl, M. V., Tůma, V.: Směrový kulový teploměr. Popis vynálezu k autorskému osvědčení č. 236203, Praha 1988
8. Jokl, M. V., Vajner, L.: Kulový teploměr. Užitný vzor č. 13547. Zapsaný 1.8.2003.
9. Jokl, M. V.: The Stereothermometer: A new instrument for hygrothermal constituent nonuniformity evaluation. ASHRAE Transactions 96, 1990, No. 3435: 13-18.
10. Jokl, M. V.: Stereothermometer zur Bewertung des Thermo-Feuchtigskeit-Mikroklimes in Gebauden. Heizung, Luftung, Klima, Haustechnik 42, 1991, 1: 27-32.
11. Jokl, M. V.: Stereoteploměr – nový přístroj pro hodnocení nerovnoměrnosti tepelně-vlhkostní konstituanty prostředí. Čs. hygiena 36, 1991, 1: 14-24.
12. Jokl, M. V.: Hygrothermal microclimate: New system for evaluation of non-uniformity. Building serv. Eng. Technol. 13, 1992, 4: 225-230.