Ihmisen yksilöllinen lämpöaistimus ja -viihtyvyys

Transkriptio

1 Ihmisen yksilöllinen lämpöaistimus ja -viihtyvyys Evicures-hankeseminaari, Johtava tutkija Pekka Tuomaala Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

2 Sisältö Lämpöaistimuksen ja -viihtyvyyden tausta Miksi lämpöviihtyvyys on tärkeää? Mitkä reunaehdot vaikuttavat lämpöaistimukseen? Miten lämpöolosuhteita arvotetaan (suureet)? Lämpöaistimuksen arviointimenetelmät Kyselytutkimukset Mittaukset Laskennalliset menetelmät Yksilöllisiä lämpöaistimustuloksia Johtopäätökset 29/05/2015 2

3 Lämpöaistimuksen ja -viihtyvyyden tausta 3

4 Ihmisen lämpöviihtyvyyden evoluutio Ennen Nyt Tulevaisuudessa 29/05/2015 4

5 Toimistorakennuksen sisäympäristötutkimus Mistä valitetaan? Loppukäyttäjät Esimerkki loppukäyttäjien kokemuksista (tyytymättömien suhteellinen osuus) toimistorakennuskohteessa (Kosonen et al.). Ylläpitohenkilökunta International Facility Management Association (IFMA) on toteuttanut kyselyn, jossa ilmeni että puutteet lämpöolosuhteissa ovat yleisin valitusten aiheuttaja, ja ne toistuvat vuodesta toiseen. 29/05/2015 5

6 Ihmisen lämpöaistimuksen arviointiin tarvittavat reunaehdot Tilan reunaehdot Operatiivinen lämpötila Ilman virtausnopeus Ilman kosteus Ilman lämpötila Pintojen lämpötilat Käyttäjän reunaehdot Metabolia [W] Vaatetus [clo] Anatomia (kudosjakauma) Aktiivisuustaso [MET] 29/05/2015 6

7 Lämpöaistimus ja viihtyvyys - perussuureet 29/05/2015 7

8 Tyytymättömien osuus (%) Lämpöaistimus ja tyytymättöminen osuus EN (2007) I -0,2 +0,2 (<11,7%) II -0,5 +0,5 (<20,5%) III -0,7 +0,7 (<30,6%) IV muut (>30,6%) Lämpöaistimus 29/05/2015 8

9 Lämpöaistimus ja suhteellinen työn tuottavuus 29/05/2015 9

10 Lämpöaistimusten arviointimenetelmät 10

11 Yksilöllisen lämpöaistimuksen kyselyt Aika paikka vastaaja Vaatetus Lämpöaistimus ja -viihtyvyys Muut sisäympäristön kokemukset 29/05/

12 29/05/

13 Replikoitu lämpötiladata VTT serverillä 29/05/

14 Kenttämittaukset Kenttämittaukset tehtiin EPSHP Tehoosastolla Mittaukset tehtiin maalis-huhtikuussa 2015 Mitattiin ihon pintalämpötiloja Mittausjaksot kestivät min Mittauksiin osallistui 7 henkilökunnan edustajaa Osallistujat täyttivät kokeen lopussa kyselykaavakkeet 29/05/

15 Ihon pintalämpötilojen mittauspisteet 29/05/

16 Lämpöaistimuksen laskennallinen analysointiympäristö Rakennuksen simulointiympäristö Ihmismalli (HTM) Anatomia (Passive Model) Fysiologia (Control Model) Tilamalli Lämmönsiirto Virtauslaskenta Kudoslämpötilat Zhang Hui (2003) Lämpöviihtyvyys Lämpöaistimus Tuottavuus, terveys 29/05/

17 Menetelmät laskentamalli VTT - Human Thermal Model (HTM) Anatomiamalli 16 kehon osaa Kehon osien kudoskerrokset (raajoissa luu, lihas, rasva ja iho) Fysiologiamalli (verenkierron välityksellä tapahtuu 50 80% kehon sisäisestä lämmönsiirrosta) Hiussuonten verenkierto (ihokudoksen verenkierron säätely) Hikoilu Vilunväristykset HTM:n ja ympäröivän tilan välisessä lämmönsiirrossa huomioidaan kostea lämmönsiirto (hikoilu ja hengitys) sekä konvektio ja säteily Vaatetusmalli (vaatemateriaali vaatekappale vaatekerta) 29/05/

18 HTM - Anatomiamalli Yksilöllinen kehonkoostumus lähtötiedot Sukupuoli, ikä, pituus, paino, lihaksikkuus Vaatetus Yksilöllinen anatomia Yksilölliset eri kudostyyppien määrät Jaettu 16 kehonosaan 18

19 HTM - Fysiologiamalli Veren virtaus Valtimo- ja laskimoverenvirtaus Verenkierto hiussuonistossa (kudoksissa) Aineenvaihdunta ja vilunväristykset Perusaineenvaihdunta (lämmöntuotto) Jos ihon keskimääräinen lämpötila laskee rajaarvon alle, alkaa vilunväristysten lämmöntuotto Hikoilu Hikoilun raja-arvon määritys Mikäli joko hikoilun raja-arvo tai sisäelinten lämpötila 37.1 C ylittyy, hikoilu alkaa Lämmöntuotto Lihas kg 0.67 W/kg W Rasva kg W/kg 0.06 W Iho 3.44 kg 1.01 W/kg 3.47 W Sisäelimet kg 3.83 W/kg W Aivot 1.40 kg 12.7 W/kg W Keuhkot 2.91 kg 3.83 W/kg W Yhteensä kg W 19

20 Yksilöllisen lämpöaistimuksen kyselyt, mittaukset ja laskennalliset analyysit HTM (laskenta) BodyExplorer 29/05/

21 Lämpöaistimus- ja lämpöviihtyvyystuloksia 21

22 Yksilöllisen kehon koostumuksen vaikutukset ihmisen lämpöaitimukseen BMI = 25 Naisten (keskimääräinen) rasvaprosentti on 30 % Miesten (keskimääräinen) rasvaprosentti on 20 % 1. Ihmisen lämpöaistimuksen arviointiin tarvittavat reunaehdot Q rasva = 0,004 W/kg Q lihas = 0,67 5,07 W/kg Q iho = 1,01 W/kg Q sisäelimet = 3,83 W/kg Q aivot = 12,7 W/kg 2. Yksilölliset eri kudosten jakaumat riippuvat iästä, sukupuolesta, painoindeksistä ja lihaksikkuudesta 29/05/

23 Yksilölliset lämpöaistumukset Kaikilla sama aktiivisuus 1 MET (58 W/m 2 ) ja vaatetus (0.86 clo) Operatiivinen lämpötila vaihteli 17 C 27 C Kolme miestä ja kolme naista ΔTNT = 6 C TNT on neutraali lämpötilataso (overall thermal sensation on nolla) 29/05/

24 Yksilölliset lämpöaistumukset Source: Daum et al /05/

25 Sisäilmaston laatuluokitus lämpöolosuhteet 26.7 C 25.2 C 24.4 C 22.6 C 22.2 C 20.7 C (1.0 MET; 0.86 clo) 29/05/

26 Lämpöaistimus ja -viihtyvyys Lämpöaistimus Hyvin kuuma Kuuma Lämmin Hieman lämmin Neutraali Hieman viileä Viileä Kylmä Hyvin kylmä Lämpöviihtyvyys Erittäin viihtyisä Hieman viihtyisä Hieman epäviihtyisä Hyvin epäviihtyisä /05/

27 Kyselytutkimuksen tulokset n = 36 n = 36 Keskiarvo minimi maksimi mediaani /05/

28 Kehonkoostumus BodyExplorer 2.0 n = 25 29/05/

29 Iholämpötilat 29/05/

30 Iholämpötilat 29/05/

31 Johtopäätökset 31

32 Tulosten arviointi Viimeisimpien tutkimustulosten perusteella näyttää ilmeiseltä, että ihmisten välillä on merkittäviä yksilöllisiä eroja lämpöaistimuksissa Ihon pintalämpötilan mittaaminen ei näytä yksin riittävän lämpöaistimuksen arvioimiseksi Potentiaalisena selityksenä on ihmisten väliset yksilölliset erot lihas- ja rasvakudoksen määrissä. Erityisesti sukupuolella ja henkilökohtaisella lihaksikkuudella on vaikutusta kudosjakaumiin, lämmöntuottoon ja tätä kautta lämpöaistimukseen. 29/05/

33 Yhteenveto Viimeisimpien tutkimustulosten perusteella (myös Evicures 2.4.1, ja 3.3.1) näyttää ilmeiseltä, että ihmisten välillä on yksilöllisiä eroja lämpöaistimuksissa Ihmisten yksilöllisten lämpöaistimusten arviointiosaamista voidaan hyödyntää suunnittelu- ja mitoitusperusteiden päivityksessä (Evicures 2.1.3), rakennus- ja talotekniikkaratkaisujen tuotekehityksessä sekä tarpeen mukaisen lämmityksen ja jäähdytyksen toteutuksessa (EPSHP Teho-osasto, Evicures 3.3.1) 29/05/

34 TECHNOLOGY FOR BUSINESS 34