Ihmisen yksilöllinen lämpöaistimus ja -viihtyvyys Evicures-hankeseminaari, 27.5.2015 Johtava tutkija Pekka Tuomaala Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy
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
Lämpöaistimuksen ja -viihtyvyyden tausta 3
Ihmisen lämpöviihtyvyyden evoluutio Ennen Nyt Tulevaisuudessa 29/05/2015 4
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
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
Lämpöaistimus ja viihtyvyys - perussuureet 29/05/2015 7
Tyytymättömien osuus (%) Lämpöaistimus ja tyytymättöminen osuus 100 80 60 40 EN 15251 (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%) 20 0 +3 +2 +1 0-1 -2-3 Lämpöaistimus 29/05/2015 8
Lämpöaistimus ja suhteellinen työn tuottavuus 29/05/2015 9
Lämpöaistimusten arviointimenetelmät 10
Yksilöllisen lämpöaistimuksen kyselyt Aika paikka vastaaja Vaatetus Lämpöaistimus ja -viihtyvyys Muut sisäympäristön kokemukset 29/05/2015 11
29/05/2015 12
Replikoitu lämpötiladata VTT serverillä 29/05/2015 13
Kenttämittaukset Kenttämittaukset tehtiin EPSHP Tehoosastolla Mittaukset tehtiin maalis-huhtikuussa 2015 Mitattiin ihon pintalämpötiloja Mittausjaksot kestivät 20 40 min Mittauksiin osallistui 7 henkilökunnan edustajaa Osallistujat täyttivät kokeen lopussa kyselykaavakkeet 29/05/2015 14
Ihon pintalämpötilojen mittauspisteet 29/05/2015 15
Lämpöaistimuksen laskennallinen analysointiympäristö Rakennuksen simulointiympäristö Ihmismalli (HTM) Anatomia (Passive Model) Fysiologia (Control Model) Tilamalli Lämmönsiirto Virtauslaskenta Kudoslämpötilat Zhang Hui (2003) Lämpöviihtyvyys Lämpöaistimus Tuottavuus, terveys 29/05/2015 16
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) 29/05/2015 17 http://www.vtt.fi/inf/pdf/science/2012/s23.pdf
HTM - Anatomiamalli Yksilöllinen kehonkoostumus lähtötiedot Sukupuoli, ikä, pituus, paino, lihaksikkuus Vaatetus Yksilöllinen anatomia Yksilölliset eri kudostyyppien määrät Jaettu 16 kehonosaan 18
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 25.97 kg 0.67 W/kg 17.40 W Rasva 14.39 kg 0.004 W/kg 0.06 W Iho 3.44 kg 1.01 W/kg 3.47 W Sisäelimet 11.14 kg 3.83 W/kg 42.68 W Aivot 1.40 kg 12.7 W/kg 17.75 W Keuhkot 2.91 kg 3.83 W/kg 11.18 W Yhteensä 72.34 kg 92.54 W 19
Yksilöllisen lämpöaistimuksen kyselyt, mittaukset ja laskennalliset analyysit HTM (laskenta) BodyExplorer 29/05/2015 20
Lämpöaistimus- ja lämpöviihtyvyystuloksia 21
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 29/05/2015 22
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) 29/05/2015 23
Yksilölliset lämpöaistumukset Source: Daum et al. 2011 29/05/2015 24
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) 29/05/2015 25
Lämpöaistimus ja -viihtyvyys Lämpöaistimus Hyvin kuuma Kuuma Lämmin Hieman lämmin Neutraali Hieman viileä Viileä Kylmä Hyvin kylmä +4 +3 +2 +1 0-1 -2-3 -4 Lämpöviihtyvyys Erittäin viihtyisä Hieman viihtyisä Hieman epäviihtyisä Hyvin epäviihtyisä +4 +3 +2 +1 0-1 -2-3 -4 29/05/2015 26
Kyselytutkimuksen tulokset n = 36 n = 36 Keskiarvo -0.83-0.58 minimi -3.00-3.30 maksimi 2.40 3.00 mediaani -1.10-0.95 29/05/2015 27
Kehonkoostumus BodyExplorer 2.0 n = 25 29/05/2015 28
Iholämpötilat 29/05/2015 29
Iholämpötilat 29/05/2015 30
Johtopäätökset 31
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. 29/05/2015 32
Yhteenveto Viimeisimpien tutkimustulosten perusteella (myös Evicures 2.4.1, 2.4.2 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) 29/05/2015 33
TECHNOLOGY FOR BUSINESS 34