Echilibrul fiziologic al omul in ambiante artificiale

ECHILIBRUL FIZIOLOGIC AL OMUL IN AMBIANTE ARTIFICIALE

1. METABOLISMUL ORGANISMULUI UMAN

Organismul uman poseda calitatea mentinerii temperaturii constante indiferent de temperatura mediului ambiant si de activitatea fizica depusa. In repaus total si in conditii de confort, metabolismul de baza al omului, altfel zis cantitatea minima de caldura furnizata de corpul uman pentru intretinerea vietii este de aproximativ 80W sau 45W/m² aceasta valoare ajungand pana la 60W/m² este asezat in picioare. Dupa legile fundamentale ale termodinamicii trebuie sa existe o anumita stare de echilibru intre caldura produsa in corp si caldura cedata sau inmagazinata.

La aceasta stare de echilibru, temperatura corpului este mentinuta constanta la 37 °C prin sange care parcurge toate partile corpului. In cursul circulatiei sangele se raceste cu atat mai mult cu cat circulatia este mai periferica (degete, piele) si se reincalzeste in organele interne si tesuturi (inima, ficat, rinichi, muschi, intestine, etc.) prin arderea lenta a proteinelor, grasimilor si hidratilor de carbon (glucidele) cu ajutorul oxigenului continut in aerul inspirat.

Cantitatea de aer inspirat de o persoana adulta fara activitate fizica este de aproximativ 0,5m³/h (maxim 8---9m³/h), aerul expirat la temperatura de 35°C si 95% umiditate relativa contine in medie 17%, 4% CO₂ si 79%N.

Tabelul 1 contine cateva date fiziologice pentru corpul uman (dupa Recknagel-Sprenger).

Tabel 1 Date fiziologice medii pentru corpul uman

Temperatura corpului este mentinuta constanta oricare ar fi conditiile medii exterioare si interioare de un sistem de reglare extrem de sofisticat pilotat de un centru termoregulator situat in hipotalamus. Terminatiile senzitive care joaca rolul de detectoare ale acestui sistem de reglare sunt foarte specializate: corpusculii lui KRAUSE care detecteaza senzatia de rece si sunt situati in tesuturile celulare subcutanate si crepusculii lui RUFFINI responsabili cu senzatia de cald si care sunt situati in profunzimea dermei. Acestea sunt termoreceptoarele care controleaza in parte producerea interna de caldura ca si emisia calorica externa a organismului. Primul din cele doua sisteme de reglare fac apel la un proces chimic iar ultimul la un sistem de reglare fizic.

In cazul unei reglari chimice a temperaturii, procesul de combustie in organe are loc in asa fel ca variatia caldurii produse este in functie de temperatura sangelui fara totusi sa depaseasca valoarea de 1,2W pe kg/corp, valoare care constituie precizia metabolismului de baza. Urmare a temperaturii resimtite, subiectul tinde catre un echilibru termic care se poate traduce printr-o activitate fizica mai mult sau mai putin importanta (exemplu: frecarea mainilor la senzatia de frig).Foamea si setea joaca un rol important in asigurarea unui anumit metabolism: cresterea combustiei alimentelor in lupta contra frigului si cresterea consumului de apa in lupta contra caldurii.

Pentru cazul reglarii fizice a temperaturii exista un numar mare de factori de care este conditionata evacuarea caldurii de catre organism.

Metabolismul are dimensiunea unei puteri si se exprima in W sau MET (1MET=58W). O parte din aceasta putere este consacrata activitatii mecanice (mers, munca, miscare, etc.) si in acest fel metabolismul se descompune:

M = M_t + W

in care: M - metabolismul [W]; W - partea mecanica a metabolismului;

M_t - partea pur termica a metabolismului.

Ca ordin de marime W este mai mica in raport cu M_t astfel ca randamentul mecanic:

h

Energia produsa in organism este evacuata in mediul ambiant [cca. 80%] sub forma de caldura: prin convectie de la suprafata corpului la aer; prin conductie de la suprafata corpului la suprafetele cu care vine in contact (exemplu: pardoseala); prin radiatie de la suprafata corpului catre toti peretii care-l inconjoara; prin evaporare de la suprafata pielii; prin caldura continuta in vaporii expirati; prin convectie respiratorie; prin transpiratie.

In tabelul 2 se dau cateva exemple de descompunere a metabolismului pentru diferite activitati si un subiect standard (vezi tabel 2).

Tabel 2. Exemple de valori ale metabolismului uman

Suprafata corpului uman nu are aceeasi temperatura si variaza in functie de activitate si temperatura ambiantei (fig. 1).

Temperatura medie a pielii unui individ imbracat se poate calcula cu relatia lui FAGER:

t_em = 35,7 - 0,0153M_t               [°C] (1)

in care M_t reprezinta partea termica a metabolismului.

Corpul uman are, in repaus, o temperatura a pielii mai ridicata. Pe masura ce activitatea creste, temperatura scade daca bineinteles caldura este evacuata mai rapid (fig. 2).

Daca temperatura creste peste valorile de confort, creste circulatia periferica a sangelui, inrosind pielea si temperatura corpului creste odata cu schimburile termice prin evaporare si convectie. Daca aceste schimburi nu sunt eficiente pentru racirea corpului, pot interveni glandele sudoripale si corpul va incepe sa piarda apa prin transpiratie, apa luand caldura de vapori de la organism, care se raceste.

In absenta activitatii glandelor sudoripale, organismul pierde putina apa prin respiratie si evaporare directa a apei care traverseaza pielea. Evaporarea unui litru de apa face posibila pierderea unei cantitati de caldura de aproximativ 2400kJ.

Fig. 1. Temperatura superficiala a corpului uman Fig. 2. Temperatura medie a pielii in

in functie de temperatura ambianta functie de activitatea fizica a corpului

a-     temperatura medie a pielii imbracate    uman

b-     temperatura superficiala medie (corp dezbracat)

Importanta fenomenului de evaporare depinde de diferenta de presiune partiala a vaporilor de la suprafata pielii si aerul ambiant ceea ce face ca la temperatura egala transpiratia sa fie evacuata mai rapid cu cat umiditatea ambiantei este mai mica. Cand fenomenul de evaporare nu este suficient pentru evacuarea totala a caldurii subiectul este expus imbolnavirii (dureri de cap, tulburari circulatorii) fenomene frecvente in incaperile suprapopulate sau neventilate.

Pentru o ambianta se pot defini 4 zone de microclimat pentru organismul uman, si anume:

T    zona rece;

T    zona indiferenta - corespunzatoare confortului termic;

T    zona calda cu cresterea fenomenului de transpiratie;

T    zona supraincalzita in care nu este posibila efectuarea unei munci timp indelungat.

In anumite industrii (sticlarie, metalurgica) munca nu poate fi efectuata decat la

Figura 3 Diminuarea randamentului in functie de temperatura

temperatura inalta. Chiar si o temperatura ridicata poate fi suportata timp indelungat fara mari inconveniente, daca imbracamintea este lejera sau corpul este aclimatizat, si fara o scadere sensibila a randamentului. Organismul este incomodat daca resimte o cantitate de caldura>1kW/m², caz in care randamentul fizic si intelectual scade similar. Un exemplu de scadere a randamentului fizic, pentru o activitate intensa, este oferit de figura

2. SCHIMBURILE TERMICE ALE ORGANISMULUI

Referitor la importanta schimburilor termice ale corpului uman au fost realizate numeroase studii dar rezultatele sunt rar in concordanta. Chiar si masuratorile efectuate prezinta o dispersie importanta.

P.O.Fanger a prezentat un model simplificat al schimbului de caldura om mediu dar suficient de exact pentru studiul unei ambiante termice. Daca se are in vedere ca omul mai poate primi caldura si de la mediul inconjurator si tinand seama ca pentru mentinerea temperaturii corpului omenesc la o valoare constanta, pierderile de caldura catre mediul ambiant sa fie echivalente cu caldura interna produsa, bilantul termic poate fi scris sub forma cea mai generala:

Q_cv = Q_cv + Q_r + Q_cd+ Q_ev +Q_vap + Q_cres + Q_TR       [W] (2)

in care: Q_cv - caldura cedata prin convectie la suprafata corpului, W;

Q_r - caldura schimbata prin radiatie, W;

Q_cd - caldura schimbata prin conductie, W;

Q_ev - caldura cedata prin evaporare de la suprafata pielii, W;

Q_vap- caldura continuta in vaporii expirati, W;

Q_cres- caldura cedata prin convectie respiratorie, W;

Q_TR - caldura cedata prin transpiratie, W.

Pentru calculul aproximativ al fiecarui termen din ecuatia (2) se pot utiliza urmatoarele relatii de calcul (dupa FANGER):

Q_cv = a S_cv (t_v - t_I)            [W] (3)

in care: a_cv -coeficient de transfer termic convectiv intre corp si mediul ambiant,

a_cv=max[2,38 (t_v -t_i)^0,25;12,06_i]

v_i - viteza relativa de miscare a aerului ambiant in jurul subiectului (v_i = 0,05 - 0,3m/s);

t_v - temperatura medie a imbracamintei;

t_i - temperatura mediului ambiant;

S_cv-suprafata corpului supusa schimbului convectiv, S_cv = F_vS_c (S_c = 1,8m²); F_v - factor de imbracaminte, F_v =1+0,077R_v; R_v - rezistenta termica medie pentru imbracaminte in m²°C/W sau CLO ( 1 CLO =0,155m²°C/W).

Pentru valori medii ale lui R_v se poate utiliza relatia recomandata de normele ISO TC-159.

R_v = 0,75 _v,i + 0,08       [CLO] (4)

Valori R_vi sunt indicate in tabelul

Tabel 3 Valori ale rezistentei R_v,i, pentru cateva tipuri de imbracaminte

Q_r = a_r S_r (t_v - t_mr) [W] (5)

in care: a_r - coeficient de schimb radiant intre suprafata corpului si suprafetele interioare ale incintei, cu valoarea de 5,75W/m²°C, ce corespunde unei emisivitati medii a suprafetei corpului de 0,95;

S_r - suprafata de schimb radiant a corpului, in m², S_r = F_r F_v S_c;

F_r -factor ce tine seama de pozitia subiectului (asezat=0,696, in picioare=0,725) cu o valoare medie,F_r=0,71 t_mr-temperatura medie de radiatie. Se poate determina cu suficienta aproximatie cu relatia

t_mr= [°C] (6)

Calculul exact al lui t_mr este mult mai complex (tinand cont de factorii de forma ai suprafetelor de schimb radiant). In cadrul activitatii de investigatii sau de proiectare relatia 6 este unanim acceptata.

Q_cd=S_t (t_r-t_pd) [W] (7)

in care: - coeficientul de conductibilitate, mediu al incaltamintei (=10,25W/m²°C);

S_t - suprafata talpilor, °C;

t_t - temperatura talpilor, °C;

t_pd- temperatura pardoselii, °C. Este un mod de transfer de caldura care in general se neglijeaza.

Q_ev= 0,41 [43,2-0,052 M_t- p_v (t_i)]      [W] (8)

in care: p(t_i) este presiunea partiala a vaporilor din aer la temperatura ambiantei;

M_t - partea termica a metabolismului [W].

Q_vap= 0,0023 M [44-p_v (t_i)] [W] (9)

Q_cres= 0,0014 M (34-t_i)       [W] (10)

Se poate nota: Q_l = Q_ev+Q_vap+Q_cres

Q_TR= 0,42 (M_t - 58,1)       [W] (11)

Un mod de evaluare a componentelor fluxului total este oferit de figura 4 si in tabelul 4 pentru un individ normal imbracat, asezat, fara activitate fizica, intr-o ambianta practic calma, parametrii ce se intalnesc in incaperi publice (sali de reuniuni, teatre). In calculul instalatiilor de climatizare se pot utiliza si valorile din tabelele 5 si 6.

Tabel 4. Pierderile de caldura si vapori de apa ale organismului uman (individ asezat, activitate usoara, normal imbracat, in aer calm, umiditate relativa

Tabel 5 Evacuarea de caldura de catre organismul uman (dupa VDI 2078)

	Temperatura aerului	°C
Organism in repaos	Qs (sensibila) Qh (latenta) Qt (totala) Pierderi prin evaporare	W W W g/h				Referat: Clasificarea alimentelor permise pentru mentinerea echilibrului ponderal Document online: Trebuie inlocuit zaharul copiilor cu indulcitori?
Munca grea Munca medie	Qt Qs	W W

Tabel 6 Evacuarea globala de caldura de catre organismul uman pentru diferite activitati

3 CONDITII DE CONFORT TERMIC, CONDITII DE MUNCA

Confortul termic al incaperilor este definit de totalitatea conditiilor interioare de microclima care determina o ambianta placuta in care omul fie se odihneste sau se recreeaza, fie lucreaza cu randament ridicat, in ambele situatii nefiind necesara solicitarea sistemului termoregulator. Senzatia de confort este asigurata de o serie de factori, principali, legati de schimbul normal de caldura al omului cu mediul ambiant - temperatura, viteza si umiditatea relativa a aerului, temperatura medie de radiatie a elementelor delimitatoare ale incaperii, imbracamintea) si de o serie de factori secundari (puritatea aerului, iluminat, estetica incaperii, etc.). Starea de confort mai este influentata de anotimp, starea vremii, varsta, sex, etc. Pentru incaperile de productie notiunea de confort este inlocuita cu notiunea de conditii de munca corespunzatoare activitatii desfasurate. Conditiile de munca trebuie sa asigure desfasurarea muncii cu randament ridicat si mentinerea starii de sanatate. Pentru o serie de procese de productie parametrii microclimatului, determinati pe considerente tehnologice, nu coincid cu conditiile optime de munca. In aceste situatii se recurge la un ansamblu de masuri (mijloace de protectie individuale, instalatii de ventilare, reducerea activitatii, izolarea sau termoizolarea utilajelor, etc.) care sa reduca influenta nefavorabila a conditiilor de mediu asupra starii de sanatate a oamenilor si a randamentului muncii.

Senzatia de cald sau rece in interiorul incintelor depinde in principal de componentele: temperatura aerului si repartitia acesteia in timp si in spatiul de sedere, temperatura medie de radiatie si unghiul solid sub care ocupantul este situat fata de suprafetele cu diferite temperaturi, umiditatea aerului, viteza aerului in zona de lucru (zona de sedere), imbracamintea, ce constituie parametrii confortului termic, la care se adauga directia de miscare a aerului, partile din corp expuse curentului, efortul depus, turbulenta miscarii, etc.

1 Temperatura aerului interior

Temperatura aerului interior, t_i, in zona de lucru, constituie o baza relativ buna pentru a caracteriza o microclima. Variatii relativ reduse ale temperaturii aerului interior sunt sesizate imediat de organismul uman, care trebuie sa faca fata rapid noilor modificari pentru a mentine constant schimbul de caldura cu mediul ambiant. Modul cum este resimtita aceasta variatie, face ca domeniul de valori pentru temperatura interioara sa fie stabilit statistic. Din punct de vedere fiziologic, igienistii estimeaza ca temperatura aerului care va conveni mediului unui individ asezat, normal imbracat si fara activitate fizica se situeaza in jurul valorii de +22°C iarna si 22 26°C vara pentru temperaturi exterioare medii. Pentru corpul dezbracat se considera ca temperatura optima este de +28°C.

Aceste temperaturi sunt valori medii care trebuie sa fie reconsiderate in fiecare caz. In zilele calduroase de vara si pentru o sedere de scurta durata in ambiante climatizate este recomandabila mentinerea unei temperaturi in jurul semisumei 20+t_e (t_e - temperatura efectiva a aerului exterior). Pentru un individ normal imbracat, efectuand o activitate lejera exista o zona de confort admisibila, reprezentata in figura 5 .

Iarna, in incaperile ventilate sau climatizate trebuie avut in vedere ca miscarea aerului in jurul corpului produce inevitabil raciri care trebuie compensate prin mentinerea unei temperaturi de 22°C. Experienta a aratat ca in incaperile unde lucreaza femeile, sectii de receptie si control, ateliere de croitorie etc. temperatura trebuie sa fie mai ridicata catre 23---24°C. In incaperile unde activeaza sau locuiesc persoane in varsta, temperaturile trebuie sa fie mai ridicate spre deosebire de cele unde stau tineri (exemplu cazarmi) unde temperaturile nu trebuie sa depaseasca 18°C. Camerele de dormit sunt mentinute adesea la temperaturi joase 15---18°C.

S-a estimat ca pentru un numar mare de subiecti urmatoarele temperaturi sunt recomandate:

- activitate statica 19°C;

- activitate usoara 17°C;

- birou 20°C;

- magazine 19°C;

- spalatorii 24°C;

- munca fizica intensa 12°C.

Pentru persoane care efectueaza o munca fizica temperatura trebuie sa fie cu atat mai joasa cu cat munca cere un efort mai intens. Temperaturile optime sunt esalonate intre 10---18°C in functie de activitate:

- turnatorii si forja 10---12°C;

- linii de montaj 12---15°C;

- ateliere diverse 16---18°C.

Pentru o ambianta, de o temperatura data, un rol important in asigurarea unei calitati termice il are uniformitatea temperaturii. In toate incintele incalzite sau ventilate in functie de sistemul de incalzire si/sau de distributie a aerului, de temperatura corpului de incalzire si/sau de temperatura de refulare a aerului in functie de temperatura exterioara exista un gradient de temperatura atat in plan orizontal cat si in plan vertical. Figura 6 da cateva valori medii pentru gradienti verticali pentru diferite tipuri de sisteme de incalzire.

Figura 6 Gradientul de temperatura al aerului in centrul unei incaperi in regim

stationar pentru diferite sisteme de incalzire si temperaturi exterioare de

baza.

CS- incalzire prin pardoseala;

CP- incalzire prin plafon;

RE- radiator in parapet;

RI- radiator pe perete interior;

FA- soba de teracota;

FO- soba de fonta;

CAI- incalzire cu aer cald cu circulatie naturala cu iesirea aerului pe peretele interior;

CAE- incalzire cu aer cald cu circulatie fortata cu evacuarea aerului pe peretele exterior.

Uniformitatea temperaturii se obtine printr-o conceptie arhitecturala adecvata si un sistem de incalzire functionand continuu. Sistemele de incalzire care realizeaza cel mai bine acest deziderat sunt incalzirea cu apa calda cu corpuri plasate pe parapetul ferestrei si prin pardoseala si corpuri de incalzire in apropierea suprafetelor vitrate.

Pentru asigurarea conditiilor de confort optim diferenta de temperatura intr-un acelasi plan orizontal nu trebuie sa depaseasca un ecart de 2°C de la valoarea considerata, intr-o ambianta ventilata si 1,5°C intr-o incapere climatizata.

2. Temperatura peretilor

Schimburile termice ale organismului uman sunt in functie de temperatura medie a peretilor incintei ingloband si corpurile de incalzire denumita temperatura medie de radiatie, t_mr, care se poate calcula cu relatia:

.t_mr= [°C (12)

unde:  A reprezinta fiecare suprafata (perete, corp de incalzire, fereastra, etc.);

t - temperatura corespunzatoare.

Cantitatea totala de caldura sensibila degajata de corpul uman este:

Q = (a_cv a_r) S_v (t_v - t_i) [W] (13)

Valorile a_cv si a_r sunt sensibil echivalente, adica temperatura aerului si cea a peretilor sunt identice, cantitatea de caldura cedata prin radiatie este egala cu cea prin convectie in conditiile in care subiectii sunt in repaus. Cand se misca, valoarea a_cv creste deci si caldura cedata prin convectie creste, in timp ce a_r ramane constant. Raportul a_cv a_r este deci variabil.

Daca temperatura peretilor scade cu 1°C aceasta este echivalenta cu un subiect in repaus cu scaderea temperaturii ambiante. Temperatura aerului si cea a peretilor au, intr-o anumita masura, o influenta egala asupra reincalzirii corpului uman, lucru la care s-a tinut seama prea putin in cercetarile asupra unei ambiante termice.

Temperatura medie a peretilor incintei trebuie sa fie foarte apropiata de temperatura aerului. Daca se afla mult sub valoarea temperaturii aerului interior (exemplu: iarna) o ambianta cu t_i = 20°C va fi resimtita ca foarte rece si va trebui ridicata cu mult peste 20°C pentru a se obtine o senzatie de confort. Se numeste temperatura rezultanta uscata in aer calm temperatura medie intre temperatura aerului si temperatura medie a peretilor si se masoara in °C cu un glob-termometru (un termometru montat intr-o sfera de 10cm diametru.

Fig. 8 temperatura superficiala interioara

Temperatura aerului ti

t_rs- temperatura rezultanta uscata;

K- coeficient de transmisie termica.

viteza aerului este sub 0,1m/s.

Exista de asemenea o temperatura rezultanta care permite fixarea unui nivel de confort intr-o ambianta data, si este in functie de temperatura rezultanta uscata, de viteza aerului si de umditatea relativa.

Figura 7 reprezinta zona de confort pentru temperaturi rezultante uscate cuprinse intre 19 si 23°C. Temperaturile superficiale interne ale peretilor sunt date pentru o temperatura exterioara t_e= -10°C.

Figura 8 reprezinta temperatura superficiala interna a peretelui pentru diferite temperaturi exterioare. Chiar daca temperatura exterioara este foarte scazuta temperatura peretelui nu trebuie sa fie niciodata sub 16°C. Figura 9 permite evaluarea temperaturii superficiale interne pentru diferite tipuri de ferestre (clasice) si cele cu straturi de aer care au o temperatura superficiala in jur de 18°C.

Figura 9 Temperatura superficiala

interioara a ferestrelor clasice

Temperatura superficiala a peretilor este puternic influentata de pozitia corpului de incalzire iar schimbul de caldura om-mediu si de pozitia acestuia in incapere (vezi figura 10).

In anumite cazuri cantitatea de caldura radianta primita sau cedata poate fi importanta atat sub aspect cantitativ cat si al uniformitatii. Cazurile de schimb termic asimetric conduc la stari de inconfort. Diferente de 20-30W/m² sunt usor perceptibile; o reincalzire asimetrica a unei parti a corpului, exemplu capul, cu mai mult de 40W/m² provoaca un inconfort sigur. Atunci cand inaltimea parapetului nu este suficienta si nu se poate instala un corp de incalzire radianta si efectul peretelui rece trebuie compensat printr-o temperatura a aerului mai ridicata.

Probleme mai delicate in ceea ce priveste temperatura peretilor, se pun in cazul sistemelor de incalzire prin plafon, prin pardoseala sau pereti radianti.

In concluzie, confortul termic depinde de temperatura medie intre temperatura aerului si cea a peretilor inconjuratori. Diferenta intre cele doua temperaturi trebuie sa fie mai mica iar valoarea trebuie sa se raporteze la valoarea de 20---22°C cand pierderile de caldura ale corpului uman sunt reglate. Diferenta intre temperatura aerului si temperatura medie a peretilor nu trebuie sa depaseasca 3°C. Pe de alta parte temperatura superficiala interna a peretilor nu trebuie sa aibe diferente mari pentru ca organismul sa cedeze caldura in mod uniform.

3 Umiditatea aerului

Cum pierderile de caldura ale organismului uman se fac partial prin evaporare de la suprafata pielii, rezulta ca umiditatea aerului joaca un rol important in gradul de confort. Intensitatea fenomenului de evaporare depinde pe langa alti factori (t_i, v_i, activitate, etc.) si de diferenta de tensiuni de vaporizare intre apa de la nivelul pielii si vaporii de apa continuti in aer. Umiditatea aerului este caracterizata prin umiditate relativa, punct de roua sau temperatura dupa termometru umed.

La temperatura ambianta normala de 20°C, schimburile termice prin evaporare au un rol secundar, si deci umiditatea aerului nu este atat de importanta, la aceasta temperatura pentru gradul de confort (vezi figura 11). Chiar si pentru temperaturi mai ridicate organismul nu inregistreaza direct senzatia de umiditate. Cresterea umiditatii nu poate fi sesizata decat cu senzatia de temperatura.

Figura 11 Influenta umiditatii               Fig. 13 Temperatura si umiditatea

aerului asupra confortului maxime admisibile pentru o sedere de

scurta durata in functie de activitate

(dupa DIN 33403)

In incaperile climatizate se considera ca limita superioara si inferioara a nivelului admisibil al umiditatii relative 70% respectiv 35% (Norma DIN-1983 minim 30%).

Atunci cand umiditatea relativa a aerului este sub 35% cazuri intalnite frecvent iarna, in incaperile incalzite se remarca favorizarea aparitiei prafului care carbonizeaza corpurile de incalzire dand nastere amoniacului sau altor gaze iritante pentru aparatul respirator. Pe de alta parte mucoasele cailor respiratorii se usuca producandu-se o stare de disconfort. Din acest motiv se limiteaza inferior umiditatea relativa la 35% in sezonul rece.

Umiditati relative ale aerului interior depasind 70% favorizeaza in perioada rece a anului formarea condensului pe fata interioara a peretilor exteriori, ducand la aparitia mucegaiului si ciupercilor cu mirosuri specifice ceea ce creeaza o stare accentuata de inconfort.

In corelatie cu cresterea temperaturii umiditatea incepe sa joace un rol din ce in ce mai important prin evaporarea ei de la suprafata pielii. Experientele au aratat ca limita inferioara a unui individ normal imbracat si in repaus, situat in jurul latitudinii de 45° nordica se situeaza in jurul valorii continutului de umiditate de 12g/kg (vezi si figura 12). Se constata ca pentru o umiditate relativa de 60% transpiratia se produce la +25°C si pentru un nivel de 50%, la +28°C. Astfel se poate determina limita superioara de confort prin prevederea unui nivel de umiditate cu atat mai

scazut cu cat temperatura creste. Pentru o persoana efectuand o munca fizica, punctul de roua al curbei de transpiratie trebuie sa fie scazut. Pentru temperaturi dupa termometrul umed, intr-o incapere, atingand valori de 30---32°C se estimeaza ca sederea unei persoane nu este posibila decat un timp scurt (vezi figura 12). Cu cat activitatea persoanei creste timpul de sedere se scurteaza considerabil. Pentru o expunere de scurta durata, temperaturile limita superioare de la

care trebuie efectuata o pauza pentru racirea organismului se pot lua din figura 13 in conformitate cu tabelul 6.

Fig.12 Curba de transpiratie si curba limita de activitate

profesionala in diagrama de aer umed.

4 Viteza de miscare a aerului interior

Viteza de miscare a aerului constituie un alt parametru al confortului termic. Atata timp cat omul se afla in aer liber el nu este deranjat de miscarile aerului cu amplitudine scazuta, dar nu acelasi lucru se intampla intr-o incinta unde el este sensibil chiar si la viteze mici ale aerului. Senzatia de inconfort este resimtita cu atat mai mult cu cat temperatura aerului in miscare este mai mica decat temperatura mediului ambiant si cand aceasta cade dintr-o parte a corpului.

Principalele inconveniente ale instalatilor de ventilare si climatizare sunt curentii de aer si zgomotul. Anumite persoane resimt o stare de inconfort la o refulare mai slaba a aerului iar altele nu sesizeaza nimic. Persoanele in varsta sunt mai sensibile la curentii de aer decat tinerii. Transferul de caldura si apa necesita aproape intotdeauna un minim de miscare a aerului. Determinarea limitelor impuse miscarii aerului pentru a nu dauna confortului este dificil de stabilit

si numai in conditii medii ca si pentru temperatura si umiditate, varsta, sexul, rasa, imbracamintea, etc., jucand un rol important.

Dificultatea principala consta in aceea ca aerul dintr-o incapere ventilata nu este niciodata in repaus. In fiecare punct isi schimba directia si viteza sub actiunea diferentelor de temperatura si fortelor de inertie. Este cert ca amplitudinea si frecventa variatiilor de viteza au o influenta asupra senzatiei de confort a organismului uman.

La temperaturi uzuale de 20---22°C, optimul de viteza, determinat experimental, este cuprins intre 0,15---0,25m/s. In norma DIN 1946 limitele valorilor pentru viteza aerului se considera conform figurii 14. Aceste valori corespund mediei aritmetice a vitezei aerului intr-un loc dat, pentru un individ in activitate, asezat si mediu imbracat. Se pot accepta sa se depaseasca aceste valori cu 10% pentru un numar maxim de 10 puncte de masura daca timpul de expunere nu depaseste 1min.

In cazul in care un individ desfasoara o activitate sustinuta si daca rezistenta termica a imbracamintei sale este mai mare se pot admite viteze ale aerului mai mari.

Fig. 14. Temperatura folosita in aer

calm in functie de rezistenta

termica a imbracamintei

Fig. 15

5 Imbracamintea

Joaca un rol considerabil asupra senzatiei de confort. Se poate resimti senzatia de bine, foarte rapid , intr-o incapere mai rece dar imbracat mai gros si invers intr-o incapere mai calda cu o imbracaminte mai lejera.

Izolatia termica data de o tinuta vestimentara poate varia in limite foarte largi. Rezistentele termice, R_v,i, pentru cateva elemente vestimentare au fost date in tabelul 3 iar pentru anumite ansamble vestimentare in tabelul 7.

Daca se admite ca criterii de confort ca temperatura medie cutanata a unui individ in repaus sau intr-o activitate lejera trebuie sa ramana constanta, se poate defini o temperatura de confort t_c cu relatia:

t_c= t₀ - q (1/k_i + R_v,i + 1/a_e) [°C] (14)

unde:  t₀ - temperatura organismului uman, t₀=37°C;

q - cedarea de caldura a organismului, in W/m² (conform tabelului 6);

k_i - coeficient de transmisie termica al pielii = 10---20W/m²°C (in medie

k_i=15W/m²°C);

R_v,i - rezistenta termica in m²°C/W;

a_e - coeficient superficial exterior, a_e 9W/m²°C in aer calm.

Aceasta ecuatie este reprezentata in figura 15 pentru diferite activitati metabolice si rezistentei ale imbracamintei (ANFOR).

4 Conditii locale de confort

Desi corpul uman poate fi neutru intr-un mediu anume, adica ecuatia de confort termic sa fie satisfacuta , nu va exista confort termic daca o parte a corpului este calda si o alta rece. Acest disconfort local poate fi cauzat de un camp de radiatie asimetric (exemplu: ferestre reci sau radiatoare calde), de contactul cu o pardoseala calda sau rece, de un gradient de temperatura vertical sau de o racire convectiva a corpului (senzatia de curent).

4.1 Radiatia termica asimetrica

In birouri si in cladirile de locuit radiatia asimetrica este in principal, datorata ferestrelor reci si plafoanelor incalzite, iar in cladirile industriale se datoreaza corpurilor de incalzire infrarosii, echipamentelor fierbinti sau reci, sau tuturor laolalta. Asimetria radiatiei poate fi descrisa de un parametru numit temperatura asimetrica de radiatie, Dt_pr, definita ca diferenta dintre temperaturile planurilor radiante a doi pereti plani opusi unui element mic plan. Temperatura planului radiant, t_pr, este temperatura uniforma a incintei in care fluxul incident radiant pe o parte a elementului mic radiant este acelasi ca in mediul real. Temperatura planului radiant este un parametru care descrie efectul radiatiei termice pe o directie, spre deosebire de temperatura medie de radiatie, t_mr, care descrie radiatia pe toate suprafetele inconjuratoare. Aceasta se poate calcula cu relatia:

t_pr= t₁ F_p-1 + t₂ F_p-2 +------+t_n F_p-n  (15)

in care:t_n - temperatura suprafetei n;

F_p - coeficientul unghiular intre un element de suprafata mica si suprafata respectiva.

Relatia este valabila pentru suprafete cu emisivitate mare (majoritatea materialelor de constructie), pentru diferente mici intre suprafetele incintei si deoarece suma coeficientilor unghiulari este 1. Studiile asupra asimetriei de radiatie s-au finalizat in stabilirea unor limite pentru temperaturile radiante plane de catre ISO si ASHRAE. Limita in directia verticala este de 5°C si in directia orizontala de 10°C. Amandoua aceste limite se refera la un plan orizontal mic (asimetrie verticala) sau la un plan vertical mic (asimetrie orizontala) la 0,6m deasupra pardoselii.

4.2 Gradient vertical de temperatura a aerului

Temperatura aerului intr-o incinta, in mod normal nu este constanta, ci creste pe verticala de la podea spre plafon sau variaza orizontal de la un perete sau fereastra exterioara catre un perete interior. Gradientul de temperatura vertical este in mod particular o sursa de disconfort pentru o persoana sezand sau in picioare. Daca acest gradient este mare, disconfortul incalzirii poate sa apara la nivelul corpului si/sau disconfortul racirii sa apara la picioare, desi corpul ca intreg poate fi, termic, neutru.

ISO 7330 recomanda gradientul maxim de temperatura a aerului, intre 0,1m si 1,1m deasupra pardoselii, de 3°C, pentru persoana asezata, iar ASHRAE acelasi gradient, intre 0,1m si 1,7m pentru o persoana in picioare.

4.3 Pardoseala calda sau rece

Iarna, senzatia de picioare reci este o cauza obisnuita a disconfortului termic printre subiectii sedentari in birouri si locuinte. Aceasta poate fi datorata unei temperaturi scazute la nivelul pardoselii si/sau unei stari termice generale a persoanei. Marja de temperaturi pentru o pardoseala mochetata si picior gol este intre 21°C si 28°C. Materialul pardoselii nu are influenta semnificativa pentru piciorul incaltat. O temperatura optima a pardoselii este de 25°C pentru persoane asezate si 23°C pentru persoane in miscare.

ISO 7730 recomanda o temperatura a pardoselii intre 19°C si 26°C pentru activitate usoara, sedentara iarna, iar ASHRAE , intre 18°C si 29°C. Aceste limite sunt aplicabile subiectilor incaltati corespunzator.

4.4. Viteza locala a curentilor de aer

Curentul este definit ca o racire nedorita a corpului uman datorat miscarilor de aer. Este una din cele mai frecvente cauze de inconfort in interiorul unei cladiri racite sau incalzite. Curentul produce un efect de racire a pielii prin convectie care este dependenta de diferenta de temperatura intre aer si piele, viteza aerului, amplitudinea fluctuatiilor de viteza a aerului, adica de nivelul de turbulenta.

Fanger propune o corelatie intre viteza medie, temperatura aerului si procentajul de insatisfactii functie de care ASHRAE si ISO specifica maximul vitezei medii a aerului de 0,15m/s iarna si 0,25m/s vara (vezi figura 14 ).

Senzatia de curent este semnificativ influentata de intensitatea turbulentei curentului de aer. Pentru un procentaj dat de insatisfactii o viteza semnificativ mai mare este permisa daca TI (intensitatea turbulentei) este mai mica. Influenta TI asupra femeilor este mai usor ridicata decat a barbatilor dar numai la viteze mici si se manifesta in general la nivelul corpului. Procentul de insatisfactii poate fi calculat cu relatia propusa de FANGER si acceptata de marea majoritate a cercetatorilor:

PI = (34 - t_i) (v_i - 0,05)^b (a + cTI) (16)

unde:  PI - procentajul de insatisfactie, %;

v_i - viteza medie a aerului, m/s;

t_i - temperatura aerului, °C;

TI - intensitatea turbulentei;

a - constanta = 3,143;

b - indice = 0,6223;

c - constanta = 0,3696.

Domeniul celor trei parametrii folositi in ecuatia (16) sunt 20°C< t_i< 26°C, 0,05m/s< v_i< 0,4m/s si 0%< TI< 70%. Procentajul de insatisfacuti poate fi cuprins intre 10% si 20%.

5 INFLUENTE DIVERSE

Alaturi de cei cinci factori mentionati - temperatura aerului, temperatura peretilor, umiditatea si viteza aerului, imbracamintea - denumiti si factorii confortului termic, exista o serie de alti factori - factori secundari (continutul de praf, gaze, vapori, mirosuri, iluminat, starea electrica, etc.) - care concura la realizarea unei microclime confortabile pentru o incinta.

5.1 Continutul de praf in aer

In incaperile de locuit si birouri, bine intretinute, continutul de praf din aer este normal si scazut care nu influenteaza starea de confort. Totusi, iarna, in zilele foarte reci praful din aer este carbonizat de corpurile de incalzire, mirosurile degajate fiind resimtite de persoanele sensibile.

Aerul din localurile publice au un continut de praf mai mare ceea ce poate provoca mai mult sau mai putin iritarea mucoaselor si cailor respiratorii. Aceste fenomene se pot accentua si complica in anumite industrii (metalurgica, a materialelor de constructie, etc.) in care praful poate provoca anumite tulburari de sanatate ceea ce a facut necesara elaborarea unor norme igenico-sanitare si de protectia muncii (NGPM, etc.) referitoare la concentratiile de praf ce nu trebuie depasite intr-o ambianta.

5.2 Gaze, vapori, mirosuri

Prezenta acestora in aerul unei ambiante este datorata surselor interioare: mobilier, tencuiala, tapet, obiecte vopsite sau a altor materiale de constructii, toaletelor, locurilor de preparare a hranei (bucatarii, oficii) dar si prin aport de aer exterior ce poate sa contina poluanti in functie de zona unde este amplasata cladirea (zona urbana, industriala de trafic intens, etc.). In afara de actiunea directa asupra organismului aceste nocivitati pot reactiona chimic intre ele producand mucegaiuri, ciuperci sau alte produse de descompunere. Marea majoritate a acestor produse dezagreabile sunt compusi organici complecsi.

In incintele industriale (curatatori chimice, vopsitori, etc.) produsele secundare ale proceselor tehnologice prezenta in atmosfera de lucru au o influenta nefasta asupra confortului si/sau a sanatatii organismului. Aceste incinte trebuie prevazute cu instalatii de ventilare sau de dezodorizare avand un debit de aer controlat.

O poluare particulara a majoritatii incintelor este cea produsa de fumul de tigara care contine un numar important de particule atat solide cat si gazoase, 1g de tutun produce 0,5 pana la 1l de fum. O singura tigareta degaja 70mg de CO. Pentru a nu se depasi valoarea limita de 5ppm de CO, este necesar sa se dispuna pentru o tigara de un volum de aer proaspat de 70x0,9/5=12,5m³/h (1mg/m³CO=0,9ppm). Ceea ce pentru o incapere de 30m³ corespunde o rata de schimb de 12,5/30=0,42h^-1. Nefumatorii sufera foarte adesea o iritare a mucoaselor si cailor respiratorii iar copiii sufera disfunctionalitati si imbolnaviri ale cailor respiratorii . Cei mai toxici componenti ai fumului de tigara sunt nicotina si oxidul de carbon care chiar si la concentratii mici provoaca persoanelor sensibile si copiilor greturi si un inceput de intoxicatie. In incaperile unde se fumeaza mult (restaurante, cluburi de noapte, etc.) concentratiile au aproximativ urmatoarele valori: CO 0,01% in volum=100ppm;

Nicotina 5mg/m³;

Particul 300000part/l;

Nuclee de condensare 500x10⁷/l.

Concentratia limita de la care sunt percepute mirosurile de altfel foarte variabila, este conform tabel 8 (dupa HLH, 1961, pag. 216-222).

Eliminarea mirosurilor se face prin: condensare (racire sub punctul de roua), absorbtie cu ajutorul unor solutii, adsorbtie cu ajutorul carbunelui activ, combustie, etc.

Umiditatea modifica diferit modul de percepere olfactiva. Mirosurile de tutun si de bucatarie sunt mai putin intense atunci cand nivelul de umiditate este crescut si dimpotriva pentru mirosul de cauciuc, vopsea sau linoleum. Aceeasi absorbtie o pot avea anumite materiale (pereti, mobila, etc.) dar este foarte variabila. Dupa o perioada de expunere prelungita la un miros survine acomodarea. Exista produse cu mirosuri aromatice care pot masca mirosurile urate.

Volumul de aer proaspat (exterior) pentru absorbtia si evacuarea mirosurilor produse de organism depinde pe de o parte de volumul de aer proaspat necesar pentru o persoana si pe de alta parte de gradul de poluare; pentru aceste situatii poate varia intre 10 si 50 m³/h persoana.

In incaperile cu un nivel mai scazut de ocupare (locuinte, birouri) acest volum de aer proaspat este usor de realizat prin neetanseitatile usilor si ferestrelor (ventilare naturala). Economia de energie face necesara etanseitatea deschiderilor ceea ce face ca acest volum de aer sa scada la 1/10 din cel prevazut, ceea ce duce la realizarea introducerii controlate a unui debit de aer, in acest fel impiedicandu-se dispersia mirosurilor in toata cladirea si sunt asigurate si conditiile de igiena.

In incaperile cu densitate mare de ocupare (teatre, sale de reuniuni) si in cele in care nu exista interdictie pentru fumat este indispensabila o instalatie de ventilare mecanica. Aceasta ventilare mecanica este evident necesara in toate incaperile industriale in care diferitele procese tehnologice elibereaza gaze si vapori nocivi. Ameliorarea starii aerului se va obtine prin prevederea sistemelor de ventilare locala cu epuratoare de aer inainte de evacuarea in atmosfera.

In tabelul 9 sunt date valorile concentratiilor maxime admisibile (CMA) pentru gaze si vapori, in tabelul 10 pentru pulberi (netoxice) si in tabelul 4 pentru hale zootehnice.

Tabel 8 Actiunea nociva a unor gaze si vapori asupra organismului uman (dupa K.G. Muller-Heizung, L ftung, Haustechnik 1961, pag. 216-222).

Tabel 11 Concentratiile maxime admise ale gazelor si prafului in aerul zonei de

sedere pentru hale zootehnice

In cazul incaperilor din cladirile social-culturale, administrative si de locuit, in care nu se desfasoara procese tehnologice (exceptand garajele, bucatariile, spalatoriile, etc.) in majoritatea cazurilor degajarile de gaze nocive se rezuma la CO₂ eliminat de oameni in procesul respiratoriu (vezi tabel 12). O parte dintre substante prezinta o actiune nociva foarte pronuntata chiar la durate scurte de expunere sau inhalare si la concentratii mici (vezi tabel 13) necesitand masuri complexe atat pe linia procesului tehnologic, al masurilor de protectie al muncii cat si al instalatiilor de ventilare. O alta categorie de substante prezinta in amestec cu aerul incaperilor (in anumite procente volumice) pericol de inflamabilitate sau explozie (vezi tabel 14), fiind necesara ventilarea incintelor respective astfel incat in nici un moment sa nu se ajunga la limita inferioara de explozie sau la temperatura de inflamabilitate.

Tabel 12 Concentratiile maxime admise de CO₂, y_CO2, in aerul incaperilor.

Tabel 13 Substante care prezinta pericol de aprindere si explozie (dupa normativul Normele                                 Republicane de Protectie a Muncii - 1977).

* I - apa sub forma de jet compact

II - apa pulverizata sub presiune

III - abur

IV - spuma chimica

V - spuma mecanica

VI - gaze inerte (CO₂, azot)

V - haloni (bromura de etil)

VIII - pulberi stingatoare

IX - prelate, paturi, cuverturi

Puritatea aerului interior, respectiv concentratia unor noxe in aerul incaperilor, este influentata in mare masura de noxele existente in aerul exterior si care sunt introduse in incaperi odata cu aerul de ventilare. Bioxidul de carbon este prezent pretutindeni dar, alaturi de acesta, se gasesc si alte noxe, mai ales in incintele fabricilor sau pe platformele industriale ale marilor combinate a caror concentratie se poate stabili prin masuratori la fata locului. In unele situatii platforme cu aer puternic impurificat) aerul proaspat pentru ventilare trebuie adus de la mare distanta sau inaltime si in anumite cazuri trebuie chiar epurat inainte de a fi introdus in incaperi. Pentru cazurile uzuale concentratiile unor nocivitati in aerul exterior sunt indicate in tabelul 14.

Tabel 14 Concentratia unor nocivitati in aerul exterior

5. Mirosul

Un numar mare de substante naturale si sintetice sunt compuse din molecule care au grupuri de atomi-radicali osmosferici-cu cu proprietatea de a creea senzatia de miros, prin excitarea sistemului olfactiv. Mecanismul excitarii acestui simt este inca putin cunoscut si sunt formulate mai multe teorii care incearca sa-l explice. Mirosul in sine nu este vatamator pentru organism insa in afara senzatiei dezagreabile si inconfortabile creeaza reactii fiziologice ca scaderea apetitului, diminuarea consumului de apa, stari de voma, insomnii.

Desi exista mijloace de masurare a concentratiei de substanta odorizanta, nu se poate masura intensitatea senzatiei pe care acestea le provoaca. Pentru un numar mare de persoane s-a determinat concentratia medie de substanta de la care aceasta provoaca o senzatie de miros numita prag olfactiv al substantei respective (vezi tabel 15).

Tabel 15

Pentru a compara intensitatea mirosului se considera pragul olfactiv (dupa FANGER) o intensitate egala cu 1OLF (limita de recunoastere). O intensitate de 2OLF este concentratia dubla pragului olfactiv. Un OLF este definit ca rata medie de emisie a poluantilor de catre o persoana standard. Este o unitate relativa bazata pe o evaluare subiectiva a mirosului si include atat simtul olfactiv cat si cel chimic. Unitatea este utilizata si pentru a determina marimea celorlalte surse de poluare ca echivalent cu un numar de persoane standard (OLFI) necesare sa produca acelasi inconfort ca sursa poluanta.

Intensitatea perceputa a poluarii aerului cauzata de o persoana standard (1OLF) ventilata cu 1kg/s de aer curat este 1POL. Pentru poluanti mirositori se utilizeaza DECIPOL-ul (0,1POL) care se defineste a fi intensitatea perceputa a poluarii aerului cauzata de o persoana standard (1OLF) ventilata cu 10kg/s de aer curat. In tabelul 16 se dau echivalente intre activitatea umana si numarul de OLFI iar in figuri este prezentata variatia procentajului de insatisfacuti in functie de nivelul de ventilare pentru 1OLF (fig. 16) si in functie de perceperea poluarii aerului (fig. 17).

Fig. 16 Procentajul de insatisfacuti Fig. 17 Procentajul dee nesatisfacuti

in functie de rata de ventilare. in functie de poluarea perceputa.

Tabel 16 Valorile in OLFI corespunzatoare diferitelor activitati umane

Nivelul de poluare intr-o incinta nu este cauzat exclusiv de emisia de noxe de la ocupanti. Astfel s-a determinat ca 6---7 OLFI provin din alte surse de poluare decat de la ocupantii incaperii, intr-o medie de:

1---2 OLFI de la materiale

3 OLFI de la sistemul de ventilare

2 OLFI de la fumul de tigara

Tabelul 2.3-17 prezinta valorile debitelor de aer de ventilare prevazute de diferite standarde pentru un procent de 20% de insatisfacuti (1,4 DECIPOLI) si o sarcina de poluare de 0,7 OLF/m².

Tabel 17 Rata de ventilare prevazuta de diferite standarde

5.4 Electricitatea atmosferica

Campul de curent continuu. Exista un camp electrostatic de curent continuu, intre suprafata pamantului si ionosfera situata intre 60 si 80 km altitudine, potentialul sau in apropierea solului este cuprins intre 100 si 150 V/m si foarte variabil in functie de sezon si timp (front cald sau rece, vant, furtuna, conductibilitatea aerului, etc.). Fluxul de curent care se opune celui al Pamantului, care este incarcat negativ, este supus acelorasi fluctuatii si in conditii atmosferice normale densitatea sa este cuprinsa intre 2 si 6 10^-6 A/cm².

In volume inchise, campul de curent continuu nu are actiune deoarece este disipat de pereti. In cazul deplasarii unui individ, utilizarea de materiale sintetice, frecarea de huse, perne, etc., dau nastere unor campuri electrice paralele, fluctuante, care pot atinge 10 kV/m intr-o atmosfera uscata. Aceste campuri dispar in timp prin descarcari in aer sau diferite materiale. Productia artificiala de camp de curent static intre plafon si pardoseala este cuprinsa intre 0,1 si 0,2 kV/m si nu poate avea decat un efect iluzoriu din cauza slabei intensitati .

Continutul de ioni. Existenta unui camp electric da nastere unei miscari de ioni in formare permanenta. Existenta ionilor este data de radiatia materialelor naturale radioactive prezente in pamant si in aer si mai ales radiatiei cosmice si furtunilor. In ultimul caz, moleculele de aer elibereaza electroni, in particular molecule de O₂ ceea ce da nastere la ioni incarcati pozitiv. Electronii eliberati pot sa se asocieze cu alte molecule, mai ales cu molecule de CO₂ si formeaza ioni negativi. Cantitatea de ioni formata, dimensiunile , durata de existenta sunt foarte variabile in timp si spatiu, sunt dependente de foarte multi factori printre care si continutul de particule solide de aer.

In interiorul incaperilor, continutul de ioni este mai mare decat in aerul exterior si de asemenea variabil in functie de ventilare, de continutul de particule, de materialele de constructie, de materialele sintetice, etc. Aceasta explica de ce la contactul mainii cu suprafetele metalice se produc descarcari electrice.

Cercetatorii in domeniu nu sunt unanimi de acord asupra influentei continutului de ioni asupra organismului. Totusi cei mai multi lanseaza concluzia ca ionii negativi au o influenta benefica asupra organismului uman, in particular un efect stimulativ. Concentratia marita de pulberi sau fum in aer face sa se diminueze considerabil procesul de formare a ionilor.

Cantitatea medie de ioni continuti in aer:

- la altitudine 500---1000 pe cm³;

- la ses 1000---5000 pe cm³;

- in vai 5000---50000 pe cm³;

- in incaperi 50000---100000 pe cm

Camp de curent alternativ. In plus fata de campul dat de curentul continuu exista la suprafata pamantului un camp alternativ, variabil in timp si spatiu, de frecventa 2---12 Hz produs de vant si furtuni (se mai numeste radiatie sferica). Influenta sa poate fi simtita in interiorul cladirilor dar efectul asupra organismului nu este inca bine cunoscuta.

5.5 Radiatia radioactiva

Materialele radioactive contin atomi care fara actiuni exterioare se dezintegreaza si emit radiatii a b l, neutroni, protoni si alte particule. Exista pana in prezent aproximativ 40 de izotopi radioactivi naturali si 700 artificiali.

Dupa constructia bombelor atomice si a centralelor nucleare, aerul, apa si solul contin mai multe elemente radioactive care printre altele alte efecte, au o actiune nociva asupra organismelor vii. Radiatiile distrug moleculele din tesuturile organismelor vii, modificand nucleul celulelor care in final mor. Anumite organe sunt foarte sensibile la radioactivitate, splina, sangele, etc.

Contaminarea mai frecventa are loc prin inspiratia de aerosoli radioactivi. Ei se gasesc peste tot in laboratoarele de cercetari nucleare, reactoare atomice, sali de izotopi in spitale (de unde si necesitatea unui control riguros).

5.6 Zgomotul

Zgomotul este o suprapunere de sunete, avand frecvente si amplitudini variabile, producand o senzatie auditiva considerata dezagreabila sau jenanta. Atunci cand intensitatea sa este importanta are efecte notabile asupra somnului, respiratiei, metabolismului si activitatii intelectuale (diminuarea concentratiei). Aceste efecte nu au loc numai la zgomote "inalte" ci si cele cu frecventa obisnuita dar care sunt legate de durata de expunere, repetabilitate, de sensibilitatea organului auditiv, momentul zilei, locul de receptare (camera, sala, magazin, etc.).

Nivelul intensitatii unui zgomot se masoara in decibeli dB(A) care este un nivel sonor global ponderat cu o curba de ponderare de tip A (exista curbe de ponderare B si C). Exista norme (ISO, NF S 31-010 Masurarea zgomotului in zone locuibile in vederea evaluarii disconfortului populatiei) pentru aprecierea zgomotului la care este expusa populatia in anumite zone si care cauzeaza deranjamente pentru activitate, repaus sau odihna acestuia. Aceasta apreciere se refera la calitatea mediului acustic dorit, exprimata printr-un nivel de intensitate acustica pentru situatia considerata si o perioada de referinta determinata. In zonele locuibile s-au dedus criterii de nivele de zgomot privind de la valori de baza cuprinse intre 35-45 dB(A) pentru un camp sonor exterior. In tabelul 18 sunt date valori de baza pentru diferite perioade din zi si zone locuibile.

Tabel 18 Valorile termenilor aditivi C_Z si C_T la valorile de baza

C_T - termen aditiv de timp

C_Z - termen aditiv de zona

In ceea ce priveste zgomotul la locurile de munca exista norme ce au la baza masurarea nivelului de presiune acustica ponderata (A) care este determinata plecand de la un indice partial de expunere la zgomot si de durata de expunere in cursul unei saptamani. Aceste norme recomanda:

interiorul magazinelor nivelul sonor maxim 75dB(A);

muzica de ambianta sa fie nivelul de 65dB(A) cu intervale de nivele interioare;

nivelul de zgomot in locuinte nu trebuie sa depaseasca 35dB(A) iar in bucatarii sa nu depaseasca 38dB(A).

5.7 Iluminatul

Un grad de luminozitate suficient constituie un element de confort. Acesta depinde de munca efectuata si de destinatia incaperii. Alegerea nivelului de luminozitate trebuie ales si in functie de culoare pentru a evita orice deranjament al vederii. Cateva indicatii asupra nivelului de iluminat se dau in tabelul 19.

Tabel 19 Nivelul de iluminare pentru cateva locuri de munca

Puterea electrica pentru realizarea acestui nivel de iluminare era in jur de 35W/m² (anii 1975) si spre 20W/m² pentru 1klx. Caldura cedata de iluminat la valori peste 30---35W/m² devine inconfortabila. Se poate diminua aceasta sursa de caldura prin folosirea unor corpuri de iluminat prin care sa se evacueze aerul viciat si odata cu acesta si caldura perceptibila.

6 CRITERII DE APRECIERE A CONFORTULUI

Pentru a avea o apreciere cat mai exacta asupra unei ambiante este necesara cunoasterea a cel putin patru factori ce o caracterizeaza: temperatura aerului, temperatura medie de radiatie, umiditatea si viteza.

Cercetari indelungate au reusit sa substituie acesti parametrii printr-o singura marime care a permis aprecieri mai mult sau mai putin apropiate de confortul unei ambiante, numite criterii de confort (masura de integrare climatica). Dintre cele mai cunoscute, in evolutia lor, amintim:

Continutul de CO₂. Cresterea continutului de acid carbonic intr-o incapere datorita degajarilor de CO₂ de la persoanele prezente, nu constituie decat un indice secundar care poate sa constituie un criteriu comparativ, permitand cuantificarea degradarii aerului intr-un volum inchis dat de degajarile organismelor vii. Singurele exceptii sunt incaperile suprapopulate, adaposturile antiatomice sau submarinele. Se poate vorbi de aer viciat cand continutul de CO₂ este cuprins intre 0,1 si 0,15% ceea ce corespunde unei concentratii de 1000 la 1500 ppm. Efectul CO₂ devine daunator pentru organism de la o concentratie de 2,5 %. Aerul normal contine 0,032 % pana la 0,035 % (320---350 ppm) ajungand in orase la 0,04 % (400 ppm). In incaperile dens ocupate si neventilate, cum sunt salile de clasa, continutul de CO₂ poate ajunge in 10 15 min. peste 1000 ppm, iar in cazul unui schimb de aer prin neetanseitati la 2500 ppm dupa aproximativ 45 min., (fig. 18). CO₂ trebuie evacuat printr-o ventilare naturala intensa (deschiderea ferestrei) sau ventilare

Fig. 18 Continutul de CO₂ intr-o sala de clasa in functie

de rata de ventilare. Volumul=5 m³/pers.

mecanica. Organismul uman, fara activitate fizica, degaja aproximativ 15 l/h CO₂. Pentru a calcula, pentru o incapere etansa volumul de aer proaspat necesar pentru o persoana pentru a nu se depasi concentratia maxima de CO₂, se poate utiliza relatia:

L_ap =                 (17)

Criteriul continutului de CO₂ nu este folosit in instalatiile de ventilare sau climatizare, decat ocazional pentru determinarea debitului minim de aer proaspat sau pentru ventilarea naturala a unei incaperi ocupata de persoane. Figura 19 indica debitul de aer proaspat pe persoana pentru ca CO₂ sa ramana sub concentratia admisibila.

Temperatura pielii. Pielea fiind principalul organ prin care se fac schimburile de caldura si apa cu mediul ambiant s-a cautat o relatie care sa permita legatura temperaturii superficiale a organismului cu diferite stari ale ambiantelor. Partile corpului au temperaturi variabile unele in raport cu altele si pentru a face comparatii, se apreciaza o temperatura medie a corpului uman (mai este denumita temperatura frontala). Intr-o ambianta de 19---21°C aceasta temperatura este cuprinsa intre 31 si 32°C. In practica acest criteriu nu este usor de aplicat ceea ce face sa nu fie utilizat in controlul ventilarii. In general, cu ajutorul temperaturii medii a pielii unui subiect se poate aprecia cantitatea de transpiratie degajata, ceea ce poate fi un criteriu de confort.

Fig. 19 Debitul de aer proaspat pentru o persoana functie de

concentratia de CO2 admisibila: 1- aer expirat;

2- incaperi subterane; 3- concentratia maxima

admisibila in industrie; 4- continutul minim pentru

un birou; 5- indicele lui Pettenkofer; 6- aer exterior

Catatermometrul. Cu acest aparat se poate masura intensitatea racirii unei atmosfere, cu alte cuvinte cantitatea de caldura transmisa ambiantei printr-o unitate de suprafata in unitatea de timp. In practica curenta folosirea catatermometrului este foarte limitata.

Temperatura efectiva. Introdusa in 1923 de americani, este o metoda de exprimare printr-o singura cifra a gradului de confort. Temperatura efectiva (sau eficace) este o temperatura fictiva corespunzand unei anumite stari de temperatura, umiditate si viteza a aerului care da un confort echivalent . In figura 20 sunt date curbe de egala temperatura efectiva (trasata pe baza

cercetarilor experimentale asupra unui numar de indivizi) pentru o persoana, lejer imbracata, fara activitate fizica si in aer calm. Pentru fiecare valoare a vitezei aerului corespunde o familie de curbe diferite. Temperatura efectiva nu se masoara direct, se calculeaza plecand de la temperatura, umiditatea si viteza aerului pentru o situatie data. Pentru 50 % umiditate relativa, temperatura efectiva este egala cu temperatura aerului. Influenta umiditatii asupra curbelor de egala temperatura efectiva este slaba dar creste odata cu cresterea temperaturii aerului. Aceste curbe de confort sunt larg utilizate in America fara a se impune insa in Europa.

"Capul artificial" al lui LUTZ. Este un aparat de masura directional al fluxului termic cu ajutorul unei sfere acoperite cu un strat subtire de izolatie termica, formand patru segmente sferice independente si incalzite cu ajutorul unor rezistente termice astfel incat temperatura superficiala ramane constanta. Segmentul orientat spre o suprafata rece (pereti exteriori, fereastra) va fi incalzit mai puternic decat un segment orientat spre un perete cald (interior). Zona de confort se situeaza pentru o pierdere termica de aproximativ 100---130 W/m. In afara acestui ecart subiectul simte

Fig. 20 Zona de confort si curbe de "temperatura efectiva"

reprezentate in diagrama de aer umed. (ASHRAE)

prea cald sau prea rece. Figura 21 indica profile verticale a pierderilor de caldura a capului artificial pentru diferite sisteme de incalzire.

Temperatura rezultanta a lui MISSENARD. Este vorba de temperatura din zona de sedere functie de temperatura rezultanta uscata, viteza si umiditatea relativa a aerului. Temperatura este masurata cu un "termometru rezultant" ce se compune dintr-o sfera de cupru, innegrita la exterior, avand diametrul de 9 cm in care este un termometru cu mercur. Doua benzi, din tifon imbraca sfera, acoperind 36 % din ea si ale caror capete sunt umezite. Indicatiile aparatului devin inexacte cand viteza depaseste 0,2 m/s.

Alte aparate de masura. Exista si alte aparate care pot cuantifica criterii de apreciere asupra ambiantelor termice folosite cu precadere in medicina si climatologie dar mai putin uzitate in ambiante termice.

temperatura echivalenta masurata cu eupatheoscopul lui DUFTON;

frigorimetrul lui DAVOS sau frigorimetrul directional al lui FRANK;

termometrul glob, masurand temperatura sensibila dupa VERNON ;

formula de confort al lui ZUILEN;

formula lui FANGER, pusa la punct de cercetatorul danez permite determinarea influentei parametrilor confortului in vederea determinarii procentului de satisfacuti. Formula este complicata si inadaptabila unui calcul normal. Figura 22 reprezinta un exemplu de aplicatie;

Figura 21 Pierderile de caldura ale capului artificial la distanta

de 1m de fereastra in functie de tipul de incalzire

1-segmentul sferic dirijat spre fereastra

2-segmentul sferic dirijat spre peretele interior

Fig. 22 Noua temperatura efectiva (ASHRAE) si procentajul de satisfacuti in functie de inbracaminte si de recomandarileFEA iarna/vara.

inregistratorul de confort termic al lui FANGER pus la punct de BRU L & KJAER

Este un detector sensibil care simuleaza impresia resimtita de organismul uman in ambianta si cu ajutorul unui calculator care memoreaza numarul de semnale permite determinarea procentajului de insatisfacuti (PPD) plecand de la formula lui FANGER;

analizorul de ambianta termica pus la punct de SCHL TER, este un aparat capabil de a masura temperatura aerului, a peretilor, umiditatea si miscarile aerului.

In concluzie se poate spune ca nu exista un criteriu sau un indice de masura a tuturor parametrilor de confort si nici aparate care printr-o singura masurare sa poata indica o valoare sau marime care sa caracterizeze pe deplin confortul. Pe de alta parte fiinta umana este rationala, nu un automat, deci resimtirea actiunii ambiantei asupra organismului este perceputa subiectiv. In conditii considerate optimale sondajele indica un procentaj de 5 % de insatisfacuti. Aceste sondaje sau facut in ambianta de laborator in care masurarea parametrilor de confort au fost facute in cel putin 12 puncte simultan.

In conditii reale ori de cate ori vom dori sa avem sau sa exprimam date despre confortul unei ambiante date vom reveni la cele patru marimi fundamentale: temperatura aerului, temperatura superficiala a peretilor si ferestrelor, umiditatii si miscarilor aerului. Masurarea acestor marimi se va face cu termometrul uscat, cu termometrul umed, anemometre cu fir cald iar concluziile se vor deduce tinand cont de imbracaminte, activitate, conditii locale, etc. Intre altele o ambianta ideala trebuie sa fie fara gaze, vapori nocivi, pulberi, iar nivelul de zgomot sa fie scazut. Cat despre ceilalti factori ce pot influenta confortul varsta, sexul, iluminatul, etc., care nu toti pot fi cuantificati, fac sa nu fie posibila conturarea cu precizie a limitelor de variatie a conditiilor confortabile pentru un individ.

Tabel 20 Indicele de adsorbtie pentru cateva produse curente de catre carbunele activ

Compusii marcati cu un asterisc sunt medii adsorbante in utilizarea carbunilor impregnati