artikel

Thermische behaaglijkheid is startpunt van een ontwerp

klimaattechniek

De thermische behaaglijkheid is een startpunt voor het installatietechnische en het bouwkundige ontwerp. Ook de architect is dus verantwoordelijk voor de thermische behaaglijkheid. Een gebouw kan dusdanig worden ontworpen dat het met een minimale klimaatinstallatie in een behaaglijk binnenklimaat voorziet.

Thermische behaaglijkheid is startpunt van een ontwerp
Stralingsuitwisseling tussen mens en omgeving. Bron: Intechnium.

Bij de belangrijkste aspecten voor het thermische binnenklimaat zijn twee soorten variabelen te onderscheiden:

  • persoonsafhankelijke variabelen: onder andere metabolisme en kleding. Toename van een van beide zal leiden tot een mogelijke verlaging van de behaaglijke temperatuur;
  • binnenklimaatafhankelijke variabelen: de luchttemperatuur, de gemiddelde stralingstemperatuur, de luchtsnelheid en de relatieve vochtigheid. In een thermisch behaaglijke situatie speelt het waterdampgehalte van het binnenklimaat een veel kleinere rol van betekenis. De resulterende temperatuur (Tr) is alleen een functie van de luchttemperatuur (Tl), de gemiddelde stralingstemperatuur (Ts) en de luchtsnelheid (v).

In dit artikel gaan we in op:

  • behaaglijkheid;
  • de warmtehuishouding en het metabolisme van de mens;
  • de warmteweerstand van kleding.

Behaaglijkheid

Behaaglijkheid wordt vaak geassocieerd met het gevoel van een aangename temperatuur, maar omvat naast thermisch comfort ook akoestisch en lichttechnisch comfort. Net als gezelligheid is behaaglijkheid een moeilijk te omschrijven begrip. Een behaaglijke omgeving is een omgeving waarin de mens zich geestelijk en lichamelijk welbevindt. Behaaglijkheid wordt dan ook vertaald als de mate van welzijn en heeft te maken met het ‘zich op z’n gemak voelen’, door het ontbreken van negatieve waarderingen van de omgeving als geheel.

In de tabel (klikbaar) hieronder wordt een aantal factoren weergegeven die de behaaglijkheid beïnvloeden.

 

Een aantal factoren die de behaaglijkheid beïnvloeden.

Deze factoren worden door mensen al dan niet bewust waargenomen. De gemoedstoestand is de laatste schakel die bepaalt in welke mate de mens zijn omgeving als (on)behaaglijk ervaart. Eenzelfde omgeving wordt dan ook zelden door iedereen hetzelfde gekwalificeerd.

Uit het voorgaande blijkt dat het begrip ‘behaaglijkheid’ een complex van factoren omvat, waaronder behaaglijkheid. Een thermisch behaaglijke omgeving is een omgeving waarbij de mens bij zijn betreffende activiteit geen voorkeur heeft voor een warmere of een koudere omgeving.

De mens wisselt warmte uit met zijn directe omgeving, zo ook met het binnenklimaat. Voor het goed functioneren van het menselijk lichaam is het een vereiste dat het een temperatuur bezit van ongeveer 37 °C. Tijdens het uitoefenen van zware lichamelijke arbeid kan deze temperatuur tijdelijk oplopen tot 38 à 39 °C en zal deze na het beëindigen van de activiteit weer dalen tot ongeveer 37 °C. De warmteproductie vindt hoofdzakelijk plaats in de kern van het lichaam en de warmteverliezen vinden vooral plaats aan het huidoppervlak.

 

Warmtehuishouding en metabolisme

Zoals gezegd, wisselt de mens steeds warmte uit met zijn omgeving. Aangezien de temperatuur van deze omgeving bijna altijd lager is dan de oppervlaktetemperatuur van het lichaam, de huidtemperatuur, zal de mens steeds warmte verliezen aan zijn directe omgeving. De warmteverliezen kunnen plaatsvinden door:

  • convectie(stroming); deze vindt plaats aan het buitenoppervlak van de kleding en de huid en bovendien via de ademhaling;
  • straling; deze is, onder bepaalde omstandigheden, gelijk aan convectie. Het gezamenlijke aandeel van deze twee posten op de totale balans kan variëren van 0% (zeer warme omgeving) tot 100% (zeer koude omgeving);
  • verdamping; deze varieert ook van 0 tot 100%, maar dan wel andersom: bij een zeer koude omgeving 0% en bij een zeer warme 100%.

Het warmteverlies door geleiding, bijvoorbeeld via de voeten naar een koude vloer, is hierbij te verwaarlozen.

De mens verliest dus meestal warmte en zal dat verlies weer moeten aanvullen om de lichaamstemperatuur op 37 °C te handhaven. Dit gebeurt doordat er bij het vervullen van de levensfuncties warmte vrijkomt in de kern, namelijk door verbranding van voedingsstoffen (koolhydraten en vetten) in de spieren. Bij deze verbranding wordt maximaal 20% van de chemische energie omgezet in uitwendige arbeid; de rest komt vrij als warmte. We zullen deze warmtebalans uitwerken voor een stationaire situatie. Een stationaire situatie wordt bereikt wanneer er geen verandering meer plaatsvindt in de temperatuur van het menselijk lichaam en van de omgeving, met andere woorden: ontwikkelde warmte = afgevoerde warmte.

In formule:

M − a = φs + φc + φv (W)

waarbij:

  • M= het metabolisme;
  • a= de uitwendige arbeid, ook wel activiteit genoemd;
  • φs= de warmteoverdracht door straling;
  • φc= de warmteoverdracht door convectie;
  • φv= de warmteoverdracht door verdamping.

 

Het is het gedeelte van het metabolisme, a, dat niet bijdraagt aan de warmteafgifte van de mens, maar wordt gebruikt voor bijvoorbeeld het overwinnen van potentiële energie. Bij liggen of zitten verricht de mens geen uitwendige arbeid; bij wandelen over een horizontale weg wordt eigenlijk ook geen uitwendige arbeid verricht. Bij het tillen en verplaatsen van voorwerpen en het tegen een helling oplopen wordt wel uitwendige arbeid verricht. De hoeveelheid uitwendige arbeid is dus afhankelijk van de activiteit en wordt dan ook uitgedrukt als een fractie van het metabolisme (zie tabel hieronder). Het metabolisme wordt uitgedrukt in W/m2 of in MET-eenheden (1 MET = 58 W/m2).

De hoeveelheid uitwendige arbeid is dus afhankelijk van de activiteit en wordt dan ook uitgedrukt als een fractie van het metabolisme.

Warmteweerstand van kleding

Bij de warmteoverdracht door straling en convectie speelt de kleding een belangrijke rol.

In de literatuur wordt de warmteweerstand van de kleding uitgedrukt in een ‘clo’-eenheid:

1 clo = 0,155 m2 · K/W (zie tabel hieronder).

Zo betekent 1 clo voor mannenkleding: katoenen ondergoed, overhemd, een pantalon met colbert, wollen sokken en een katoenen regenjas. De kleding van een eskimo daarentegen vertegenwoordigt ongeveer 3 clo. Neemt de isolatiewaarde van de kleding toe, dan raakt de huid moeilijker warmte kwijt.

 

In de literatuur wordt de warmteweerstand van de kleding uitgedrukt in een ‘clo’-eenheid.

 

 

Reageer op dit artikel