Of we ons in een ruimte op ons gemak voelen, is afhankelijk van veel factoren. Hoe je dat bereikt, weet dr. Thorsten Wolterink, hoofd van het R&D-center bij Kampmann.
Net als veel andere dingen is behaaglijkheid een puur subjectief menselijk gevoel. Geluidssterkte, temperatuur, luchtvochtigheid, helderheid – maar ook de sociale omgeving, de meubilering van de ruimtes en de persoonlijke gezondheidstoestand hebben invloed op ons welbevinden. Een belangrijk aspect hierbij is de thermische behaaglijkheid. Maar hoe definieer je iets wat zo moeilijk grijpbaar is? En hoe zorg je voor thermische behaaglijkheid?
Thermische behaaglijk betekent eenvoudig uitgedrukt dat de in het lichaam geproduceerde warmte ook wordt afgegeven zodat er geen oververhitting of onderkoeling optreedt. Nu is het menselijk lichaam in staat om warmte te genereren tussen 80 W (basisbelasting in rust) en ongeveer 800 W bij zware lichamelijke inspanningen. Derhalve is het goed om eens te kijken welke mechanismes voor warmteoverdracht er zijn, en naar de andere invloedsfactoren die een belemmerend of stimulerend effect kunnen hebben.
In het menselijk lichaam zorgt het bloed puur door convectie voor het warmtetransport. De overdracht aan de omgeving gebeurt primair via de huid, maar ook via de longen tijdens het ademen. Terwijl de warmteoverdracht tijdens het ademen slechts latent en sensibel plaatsvindt, is er bij de warmteoverdracht via de huid bovendien sprake van een groot stralingsaandeel en een klein aandeel door direct warmtetransport, bijvoorbeeld via de voetzolen. Deze drie fundamentele overdrachtsprocessen (convectie, verdamping en straling) worden door verschillende invloedsfactoren beïnvloed. Allereerst is dit de warmteproductie als direct gevolg van de betreffende actie. Een volgende (menselijke) invloedsfactor is de isolerende kleding met directe beïnvloeding op elk van de drie warmteoverdrachtmethoden. Voorts hebben de luchttemperatuur en luchtbeweging een direct effect op de convectieve warmteoverdracht, en de luchtvochtigheid op de latente overdracht door verdamping. De overdracht in de vorm van straling daarentegen is het verschil tussen de afgegeven en ontvangen straling, en is dus afhankelijk van de oppervlaktetemperatuur van de omsluitende vlakken. Al in 1970 heeft Ole P. Fanger in zijn dissertatie aan de Deense Technische Universiteit (DTU) uitgebreide studies over dit onderwerp gepresenteerd en de hiervoor genoemde zes invloedsfactoren als essentieel geïdentificeerd.
OLE P. FANGER was een Deense ingenieur, wiens dissertatie over de thermische behaaglijkheid tot de belangrijkste publicaties op dit gebied behoort.
DE STUDIES VAN OLE P. FANGER
OLE P. FANGER was een Deense ingenieur, wiens dissertatie over de thermische behaaglijkheid tot de belangrijkste publicaties op dit gebied behoort.
OLE P. FANGER was een Deense ingenieur, wiens dissertatie over de thermische behaaglijkheid tot de belangrijkste publicaties op dit gebied behoort. Fanger had in zijn laboratoria regulaire werkplekken ingericht, waarop zijn proefpersonen hun normale werkzaamheden verrichtten in wisselende kleding. Fanger kon alle parameters voor het ruimteklimaat instellen. De proefpersonen moesten regelmatig hun thermisch welbevinden beoordelen op een waarderingsschaal van –3 (koud) tot +3 (heet). Voor elke combinatie van de hiervoor genoemde invloedsfactoren (activiteit, kleding, luchttemperatuur, luchtvochtigheid, luchtsnelheid, temperatuur van de omsluitende vlakken) kreeg hij zo een 'gemiddelde score' van de proefpersonen. Het lukt hem daaruit een wiskundige formule af te leiden: de behaaglijkheidsvergelijking van Fanger. Deze koppelt de zes relevante parameters aan de 'gemiddelde score'. Voor het klimatologisch ontwerpen van ruimtes wordt dit procedé simpelweg omgedraaid: het beoogde gebruik van de ruimtes is bekend en de kleding van de gebruikers is in te schatten. Samen met de omgevingsparameters kan daaruit een 'voorspelde gemiddelde score' (Engels: Predicted Mean Vote – PMV) worden afgeleid. Fanger heeft de score van de proefpersonen vervolgens geclassificeerd en gedefinieerd waarbij personen tevreden zijn als de score –1 of +1 was. Alle anderen waren dus ontevreden. Hierbij stelde hij een direct verband vast tussen het 'percentage ontevredenen' en de 'gemiddelde score'. Draai je het proces ook hier weer om, dan kan aan de hand van de zes invloedsfactoren de voorspelde gemiddelde score (PMV) en ook het voorspelde percentage ontevredenen (Engels: Predicted Percentage of Dissatisfied – PPD) van de norm NEN EN ISO 7730 worden bepaald. Door de norm iets nauwkeuriger te bekijken wordt duidelijk, dat zelfs bij optimale ruimteomstandigheden nog altijd 5% alle personen ontevreden is – met andere woorden: zij vinden het te warm of te koud. Door NEN EN ISO 7730 worden ruimtes onder meer door de toelaatbare PPD-index in drie categorieën ingedeeld. De hoogste eisen van categorie A gelden voor ruimtes die door kwetsbare personen (kleine kinderen, zieken, enz.) worden gebruikt. Voor normale kantoren geldt categorie B, terwijl categorie C hoofdzakelijk zou moeten gelden voor bestaande gebouwen.
LOKALE BEHAAGLIJKHEIDSCRITERIA
Naast het globale, de complete warmtehuishouding van de mensen betreffende behaaglijkheidscriterium stelde Fanger nog vier andere criteria op die betrekking hebben op afzonderlijke zones van het lichaam. Dit is ten eerste het aantal ontevredenen t.g.v. tocht (Engels: Draught Rate – DR) voor onbeklede lichaamsdelen – dit is afhankelijk van luchttemperatuur, luchtsnelheid en turbulentie. Houd er rekening mee dat de nationale bijlage (NB) van de NEN EN 15251 de in NEN EN ISO 7730 genoemde Draught Rate DR = 20% aanscherpt voor ruimtes van categorie B. Een ander lokaal behaaglijkheidscriterium is het temperatuurverschil van de lucht ter hoogte van het hoofd en de voeten. Al naargelang de ruimtecategorie (A, B, C) is hier 2 °C, 3 °C of 4 °C toelaatbaar. Het derde criterium is de vloertemperatuur, die uitsluitend kan worden gebruikt als schoeisel wordt gedragen. Voor de categorieën A en B bedraagt het toegestane temperatuurbereik rond 19 °C tot 28 °C. Voor categorie C loopt dit bereik in beide richtingen ongeveer 2 °C door. Het vierde en laatste lokale behaaglijkheidscriterium betreft de asymmetrische stralingsverdeling. Hierbij moet onderscheid worden gemaakt tussen enerzijds plafonds en wanden en anderzijds warm en koud. Het betreft hier in feite vier subcriteria die al naargelang de ruimtecategorie in acht genomen moeten worden.
BEHAAGLIJKHEID METEN
Thermisch comfort - relevante criteria: globaal en lokaal en de categorieën A, B en C.
In DIN EN ISO 7730 wordt voor ruimtecategorie B een tochtpercentage van 20 % voorgeschreven. In de nationale bijlage (NA) van DIN EN 15251 wordt deze waarde gereduceerd tot de genoemde 15%.
De behaaglijkheid in de ruimte kan tegenwoordig met moderne meettechniek conform NEN EN ISO 7730 worden bepaald. Om ervoor te zorgen dat technische installaties voor de ruimtelucht de behaaglijkheid niet negatief beïnvloeden, wordt bij Kampmann intensief onderzoeks- en ontwikkelingswerk verricht. De apparaten van Kampmann hebben doorgaans geen gevolgen op de stralingsasymmetrie of de vloertemperatuur. Derhalve zijn uitsluitend de PPD-index, het verticale temperatuurverschil (Δϑ) en het aantal ontevredenen t.g.v. tochtverschijnselen (DR) van belang. Bij de PPD-index betekent dit dat het apparaat in staat moet zijn om de warmte- of koudebelastingen waarmee in het ontwerp rekening is gehouden te neutraliseren. Het moet dus in staat zijn om de ruimtetemperatuur constant te houden zonder dat er daarbij sprake is van tochtverschijnselen of grote temperatuurlagen. Waar het verwarmen normaliter niet kritisch is wat dit aangaat, vormt het koelen met in de vloer ingebouwde apparaten vaak een bijzondere uitdaging. Omdat de gekoelde lucht in verband met tochtverschijnselen niet direct in de verblijfsruimte kan worden geblazen, is het zaak om de lucht via de gevel zo hoog mogelijk naar boven te geleiden, waarna de lucht zich tijdens de val met de overige ruimtelucht vermengd en dan langzaam over de vloer de ruimte vult. Dit zorgt er helaas voor dat een deel van de gekoelde lucht weer door het apparaat wordt aangezogen. Dit wordt 'kortsluiting' genoemd. Afhankelijk van de ventilatorstand en de watertemperatuur kan het aandeel 40% en hoger zijn, wat tot aanzienlijk slechtere prestaties leidt. In het R&D-center van Kampmann worden naast de gebruikelijke kengrootheden van de apparaten parallel ook de Draught Rate en de temperatuurlaagvorming gemeten. Alle apparaten van Kampmann worden niet alleen op prestaties maar ook op behaaglijkheid geoptimaliseerd. Met name bij bijzondere klantenwensen voor wat betreft meubilering, ruimtegeometrie of ontwerpeisen biedt het R&D-center door zijn ruimteluchtstromingslaboratorium de mogelijkheid om elk apparaat optimaal op elk gebruik af te stemmen.