Návrh zařízení pro měření a hodnocení tepelného stavu prostředí
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Disertační práce se zabývá hodnocením tepelného stavu prostředí v uzavřených místnostech, ve kterých se nachází člověk. Docílení tepelné pohody souvisí s tepelnou bilancí lidského těla. Člověk při své práci produkuje teplo, které musí být odvedeno z jeho těla do okolí sáláním, prouděním, vedením, dýcháním a odpařováním. Intenzita odvádění tepla je ovlivněna parametry prostředí, kterými jsou zejména teplota vzduchu, střední radiační teplota, rychlost proudění vzduchu a vlhkost vzduchu. Dále jsou to faktory osobní, jako je energetický výdej lidského těla a hodnota odporu oblečení. Člověk má tedy možnost ovlivnit tepelnou pohodu svým chováním v daném prostředí, vhodným oblečením a regulací základních parametrů prostředí. Norma ČSN EN ISO 7730 uvádí, že parametry prostředí by měly být odhadnuty nebo měřeny. Z těchto získaných údajů je následně vyhodnocena operativní teplota, která je definována jako jednotná teplota černého uzavřeného prostoru, ve kterém by tělo sdílelo konvekcí i sáláním stejné množství tepla jako ve skutečném teplotně nesourodém prostředí. V současné době na trhu nenajdeme levný snímač, který by operativní teplotu vyhodnocoval a umožňoval jeho nasazení v budovách. Existuje celá řada profesionálních zařízení, která mají velmi vysokou přesnost měření, ale zároveň jsou velice drahá. Jsou spíše využívána jen pro výzkum, popřípadě pro jednorázové a výjimečné měření tepelného stavu prostředí v místnostech. Práce se proto zabývá návrhem vhodného (kompaktního) snímače operativní teploty, dle platných nařízení a norem. Důraz je kladen především na cenu zařízení spolu s garancí dostatečné přesnosti. Navrhovaný snímač je schopen poskytovat informace řídicímu systému, který následně bude moci upravit parametry prostředí vhodným způsobem na základě příslušných požadavků. Právě zde se nachází prostor pro úsporu energie díky možnému kontinuálnímu měření a vyhodnocování tepelného stavu prostředí v místnostech. Při neustálém monitorování proto nebude docházet ke zbytečnému přetápění místností v zimních měsících a naopak v letních měsících k neúměrnému podchlazování. Tento výzkum a řešení se odrazí ve snížení spotřeby energie na provozování budov, a následně i produkci škodlivin. Tato problematika je sledovaná se vzrůstajícím zájmem. Celý systém je schopen pracovat autonomně bez zásahu člověka, což je další výhoda. Člověk již nebude muset neustále upravovat teplotu vzduchu, ale nadřazený řídicí systém sám vyhodnotí nejvhodnější nastavení na základě objektivně získaných údajů z tohoto snímače. Součástí práce je i následné ověření navrženého snímače a definování jeho technických parametrů včetně základní analýzy jeho nejistot měření.
The thesis deals with evaluation of the environmental thermal state in closed rooms with people inside the room. The achievement of thermal comfort is related to thermal balance of human body. People are producing heat during their work, which has to be carried away from the body to surrounding area by radiation, convection, conduction, respiration and evaporation. The intensity of heat removal is influenced by environmental parameters, especially by air temperature, mean radiant temperature, air velocity and humidity. Personal factors as energy expenditure of human body and clothing resistance are influencing the intensity of heat removal as well. People are able to influence the thermal comfort by their behaviour in given environment, appropriate clothing and regulation of basic environmental parameters. CSN EN ISO 7730 standard states that environmental parameters should be estimated or measured. The operative temperature is than evaluated from collected data. This operative temperature is defined as the temperature of black enclosed area where the human body will be by convection and radiation sharing the same amount of heat as in real inconsistent environment. Nowadays on the market there is no cheap solution for sensor which is able to evaluate the operating temperature and could be used in buildings. There are a lot of professional sensors which have very high accuracy, but are very expensive. Therefore are mainly used only for research or for single and exceptional measurement of environmental thermal state in rooms. The thesis is therefore focused on proposal of suitable (compact) operative temperature sensor assembled according to valid regulations and standards. Emphasis is placed mainly on the sensor price together with guarantee of sufficient accuracy. The proposed sensor is providing information to control system which is than able to adjust the parameters of environment using appropriate way based on relevant requirements. Here is some space for energy savings due to possible continuous measurement and evaluation of environmental thermal state in different rooms. Therefore, during continuous measurement no unnecessary rooms overheating in winter as well as unreasonable cooling in summer should occur. This research and solution is than reflected in reduction of energy consumption used for building operation and subsequently reduction of the pollutants production. This issue is being watched with increasing interest. Another advantage is that whole system is able to work autonomously without human intervention. People no longer have to continuously adjust air temperature because the control system is able to evaluate the most appropriate adjustments based on objective data obtained from the sensor. The thesis includes subsequent verification of proposed sensor as well as the definition of sensor technical parameters including analysis of measurement uncertainties.
The thesis deals with evaluation of the environmental thermal state in closed rooms with people inside the room. The achievement of thermal comfort is related to thermal balance of human body. People are producing heat during their work, which has to be carried away from the body to surrounding area by radiation, convection, conduction, respiration and evaporation. The intensity of heat removal is influenced by environmental parameters, especially by air temperature, mean radiant temperature, air velocity and humidity. Personal factors as energy expenditure of human body and clothing resistance are influencing the intensity of heat removal as well. People are able to influence the thermal comfort by their behaviour in given environment, appropriate clothing and regulation of basic environmental parameters. CSN EN ISO 7730 standard states that environmental parameters should be estimated or measured. The operative temperature is than evaluated from collected data. This operative temperature is defined as the temperature of black enclosed area where the human body will be by convection and radiation sharing the same amount of heat as in real inconsistent environment. Nowadays on the market there is no cheap solution for sensor which is able to evaluate the operating temperature and could be used in buildings. There are a lot of professional sensors which have very high accuracy, but are very expensive. Therefore are mainly used only for research or for single and exceptional measurement of environmental thermal state in rooms. The thesis is therefore focused on proposal of suitable (compact) operative temperature sensor assembled according to valid regulations and standards. Emphasis is placed mainly on the sensor price together with guarantee of sufficient accuracy. The proposed sensor is providing information to control system which is than able to adjust the parameters of environment using appropriate way based on relevant requirements. Here is some space for energy savings due to possible continuous measurement and evaluation of environmental thermal state in different rooms. Therefore, during continuous measurement no unnecessary rooms overheating in winter as well as unreasonable cooling in summer should occur. This research and solution is than reflected in reduction of energy consumption used for building operation and subsequently reduction of the pollutants production. This issue is being watched with increasing interest. Another advantage is that whole system is able to work autonomously without human intervention. People no longer have to continuously adjust air temperature because the control system is able to evaluate the most appropriate adjustments based on objective data obtained from the sensor. The thesis includes subsequent verification of proposed sensor as well as the definition of sensor technical parameters including analysis of measurement uncertainties.
Description
Keywords
Měření, nejistota měření, operativní teplota, snímač operativní teploty, střední radiační teplota, rychlost proudění vzduchu, tepelný stav prostředí, tepelná pohoda, teplota vzduchu., Measurement, Uncertainty, Operative temperature, Sensor of operative temperature, Mean radiant temperature, Air velocity, Environmental thermal state, Thermal comfort, Air temperature
Citation
JANEČKA, J. Návrh zařízení pro měření a hodnocení tepelného stavu prostředí [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2012.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
doc. Ing. Zdeněk Skála, CSc. (předseda)
doc. Dr. Ing. Pavel Němeček (člen)
doc. Ing. Zdeněk Kratochvíl, CSc. (člen)
doc. Ing. Eva Janotková, CSc. (člen)
prof. Ing. Pavel Ošmera, CSc. (člen)
prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. (člen)
Date of acceptance
2012-10-22
Defence
DP vznikla při řešení grantu GAČR. Výsledky DP vyústily v původní návrh kompaktního senzoru operativní teploty. Funkční vzorek byl odzkoušen a má předpoklady uplatnění v praxi a DP má vysokou vědeckou úroveň a je významným přínosem rozvoje oboru.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení