Techniky a metódy merania parametrov vnútorného prostredia

Vo svojom príspevku uvádzam čitateľov s parametrami, ktoré sú potrebné na posúdenie mikroklimatických podmienok vnútorného prostredia.

Opíšem metodiku, techniky a spôsoby merania parametrov vnútorného prostredia s dôrazom na stanovenie tepelného pohodlia. V druhej časti predstavujem meracie prístroje, ktoré sú pre tieto merania vhodné.

V Českej republike platí niekoľko zákonov a dekrétov, ktoré upravujú a stanovujú kvalitu vnútorného prostredia.

Tieto platné ustanovenia sú tiež uvedené v tomto príspevku vrátane tabuliek s požadovanými číselnými údajmi sledovaných (meraných) parametrov.

O parametroch vnútorného prostredia, tzv. mikroklíme rokujú v Českej republike tri zákony a niekoľko dekrétov. Na mnohých pracoviskách sa však tieto zákony nedodržiavajú a to vedie k zníženiu tepelného pohodlia a tým aj výkonnosti ľudí, ktorí v tomto prostredí pracujú.

Požiadavky na parametre vnútorného prostredia sú založené na troch zákonoch:

• Zákon č. 283/2021 Sb. - Stavebný zákon a súvisiace predpisy
• Zákon č. 205/2020 Sb. - O ochrane verejného zdravia a súvisiacich právnych predpisoch
• Zákon č. 262/2006 Sb. - Zákonník práce a súvisiace ustanovenia

Parametre mikroklímy sú stanovené na základe typu vnútorných priestorov, ktoré sa odvíjajú od činnosti, ktorú človek v tomto vnútornom priestore vykonáva. Samostatnou kapitolou sú byty a bytové domy a predovšetkým tzv. čisté priestory v zdravotníckych pracoviskách a vo výrobnom prostredí. Požiadavky na tieto priestory sú stanovené predovšetkým v štátnych normách (ČSN).

Tepelné pohodlie

S pojmom kvalita vnútorného prostredia veľmi súvisí pojem tepelná pohodľa. Definícia tepelného pohodlia môže znieť takto: „Tepelná pohoda je pocit, ktorý človek cíti pri pobyte v danom prostredí. Keďže človek pri rôznych činnostiach produkuje teplo, tak musí byť zabezpečený odvod človekom produkovaného tepla do priestoru tak, aby nedošlo k výraznému zvýšeniu teploty tela. Na druhej strane odvod tepla nesmie byť taký intenzívny, aby nedošlo k výraznému zníženiu teploty tela. Človek by teda nemal cítiť v danom prostredí ani pocit nepríjemného chladu, ani nepríjemného tepla.

Ak budete dodržiavať parametre vnútorného prostredia, ktoré sú definované v nariadeniach, tak by tepelná pohoda osôb, ktoré sa v tomto prostredí pohybujú, mala byť optimálna. Toto je veľmi dôležité, pretože tepelná pohoda človeka má významný vplyv na produktivitu jeho práce. Tepelná pohoda človeka je daná teplotnými a vlhkostnými podmienkami prostredia a tiež jeho oblečením. Na pocit pohodlia majú, samozrejme, vplyv aj iné aspekty, ako napríklad osvetlenie na pracovisku, hluk, rýchlosť prúdenia vzduchu atď.

Ak to zhrnieme tak na tepelnú pohodu človeka majú vplyv tieto faktory, ktoré si môžeme rozdeliť na subjektívne a objektívne:

Subjektívne faktory (metódy)

Subjektívne metódy sú založené na zisťovaní subjektívnych názorov užívateľov na stav prostredia, v ktorom žijú. Sú závislé od osobnosti človeka: Jeho vek, psychický a fyzický stav atď. Tieto faktory umožňujú rozhodnúť o tom, či je potrebné ďalšie vyšetrovanie (objektívne).

Objektívne faktory (metódy)

Hodnotenie mikroklimatických podmienok spočíva v meraní fyzikálnych veličín určujúcich mikroklímu. Namerané hodnoty sa porovnajú s kritériami buď na základe viac-menej zjednodušeného preskúmania rovnice tepelnej bilancie, alebo s kritériami získanými z niekoľkých subjektívnych testov, alebo kombináciou oboch. Ide o štyri veličiny, ktoré sú objektívne merateľné pomocou vhodnej techniky (teplota, vlhkosť, rýchlosť prúdenia vzduchu a výsledná alebo radiačná teplota). 

Parametre mikroklímy v pracovnom prostredí

Parametre mikroklímy v pracovnom prostredí sú stanovené vládnym nariadením č. 361 / 2007 Zbierka zákonov. V tomto nariadení je pracovné prostredie rozdelené do 5 tried a to podľa pracovných činností. Jednotlivé triedy pracovných činností sú rozdelené podľa energetických výdavkov zamestnanca. Základným kritériom je prevádzková teplota t₀ [° C], ktorá sa vypočíta z výslednej teploty, teploty vzduchu a rýchlosti prúdenia vzduchu.

Tab.1 Parametre mikroklímy v pracovnom prostredí

t₀ = t_r +A* (ta -tr) [°C]

Priemerná teplota svalu sa vypočíta z nameranej výslednej teploty guľového teplomera tg a teploty okolitého vzduchu ta.

Parametry mikroklimatu v mimopracovním prostředí

Tab.2 Parametre mikroklímy v školskom prostredí

Parametre obytných priestorov sú definované vyhláškou Ministerstva zdravotníctva č. 6 / 2003 Zb. (Pozri Tab. 3). Vo vyhláške je rok rozdelený na tzv. Teplé a chladné obdobie, čo je pomerne problematické, pretože už nie je špecifikované, kedy tieto obdobia začínajú a končia. Relatívna vlhkosť by sa mala udržiavať v rozmedzí 30 až 65% a prietok vzduchu v rozmedzí 0,13 až 0,25 m / s.

Tab.3 Parametre mikroklímy v obytných priestoroch

Množstvo nasávaného vzduchu (vetranie)

Požadované množstvo vzduchu dodávaného na pracovisko sa opäť líši v závislosti od charakteru činnosti (pozri členenie pracovných tried podľa energetických výstupov. Tab. 1) a je dané nariadením vlády č. 41 / 2020 Zb.

• Trieda práce I a IIa (Práca v kancelárii) 50 m³.h^-1 na zamestnanca. 
• Trieda práce IIb a IIIa (Práca v stojacom stave) 70 m³.h^-1 na zamestnanca.  
• Trieda práce IIIb a IV (Ťažká fyzická práca) 90 m³.h^-1 na zamestnanca. 

Ak by išlo o pracovisko, kde je povolené fajčenie (čo je v súčasnosti prakticky nemysliteľné), potom sa dodávka vzduchu zvyšuje o 10  m³.h^-1. 

Inak sa stanovuje dodávka vzduchu do prostredia, kde je výrobná technológia zdrojom znečisťujúcich látok, ktoré sa vypúšťajú do ovzdušia pracoviska. Tam je potrebné množstvo dodávaného vzduchu zvýšiť o také množstvo, ktoré zabezpečí dostatočné odvádzanie znečisťujúcich látok a to do takej miery, aby boli dodržané predpísané limity (tzv. PEL). V tomto vládnom nariadení nie je rozlišované vetranie prirodzené a vetranie nútené a preto výmena vzduchu môže byť vykonaná ľubovoľným spôsobom.

Čisté priestory

Hlavou samú pre seba sú špeciálne priemyselné alebo zdravotnícke priestory, ktoré sa nazývajú čisté priestory. Sú to také priestory, v ktorých je kontrolovaná koncentrácia častíc vo vznietení a ktoré sú konštruované a používané tak, aby sa minimalizovalo vloženie, produkovanie a zadržiavanie častíc v priestore, v ktorom sú kontrolované ostatné relevantné parametre, ako sú teplota, vlhkosť a tlak.

Špeciálne priestory sú v súčasnosti už celkom bežne využívané v elektronickej výrobe, vo výrobe presnej mechaniky a optiky, potravinárskej výrobe, farmaceutickej výrobe a v neposlednom rade v nemocniciach (operačné sály, príprava lekární atď.). Najdôležitejším parametrom čistého priestoru je maximálny povolený počet častíc / m3.  Podľa požiadavky na stupeň čistoty priestoru sú čisté priestory rozdelené (klasifikované) do 9 tried.ČSN EN ISO 14 644-1:2015 (viz. Tab. 4).

Tab.4 Klasifikácia čistých priestorov podľa:​ ČSN EN ISO 14 644-1:2015 

Meranie parametrov mikroklímy

Teplota

Na posúdenie tepelného pohodlia osôb sa nepoužíva klasická hodnota izbovej teploty, ale tzv. výsledná teplota tg [° C] (teplota guľového teplomeru). Táto teplota sa meria teplomerom so sondou umiestnenou v polyuretánovej banke s priemerom 100 alebo 150 mm (Vernon-Joklov teplomer). Teplota, ktorá je meraná teplomerom vo vnútri tejto banky po stabilizácii (asi 15 až 20 minút), je práve tá výsledná teplota. Táto teplota vyjadruje súčasné pôsobenie teploty vzduchu, teploty okolitých plôch a rýchlosti prúdenia vzduchu. Z výsledných teplôt, ktoré sa merajú na úrovni hlavy, brucha a členkov, sa určí priemerná hodnota (priemerná radiačná teplota).

Obr. 1. Guľový teplomer

Meranie rychlosti prietoku okolitého vzduchu

Tepelná pohodlnosť je samozrejme ovplyvnená aj rýchlosťou prúdenia vzduchu. Pri vyššej rýchlosti prúdenia sa zvyšuje pohodlie pri vyšších okolitých teplotách, ale ak je rýchlosť príliš vysoká, tak môže viesť až k zdravotným problémom. Na meranie rýchlosti prúdenia vzduchu k prostrediu sa musia použiť prístroje schopné merať nízke rýchlosti prúdenia (0,05 až 0,5 m.s – 1). Môžu sa použiť lopatkové Anemometre (využitie mechanických účinkov prúdiaceho vzduchu) alebo žiarové Anemometre, ktoré merajú rýchlosť prúdenia na základe ochladzovania elektricky horúceho prvku. Tieto Anemometre merajú rýchlosť prúdenia vzduchu až od cca. 0,2 m / s a preto nie sú najvhodnejším riešením na meranie rýchlosti prúdenia vzduchu v prostredí. Ideálnym riešením je meranie pomocou všesmerovej sondy, kde nameraná rýchlosť prúdenia nezávisí od smeru prúdenia a hlavne táto sonda meria už od rýchlosti 0,05 m / s.

Obr. 2. Anemometer so všesmerovou sondou

Meranie vlhkosti vzduchu

Na účely posúdenia vlhkosti vnútorného prostredia sa používa meranie relatívnej vlhkosti. Ide o pomer medzi okamžitým množstvom vodných pár vo vzduchu k množstvu pár, ktoré by mal vzduch s rovnakým tlakom a teplotou pri plnom nasýtení. Uvádza sa v percentách.  V praxi sa asi najčastejšie používajú kapacitné vlhkomery, kedy sa na hodnotu vlhkosti prevádza kolísanie elektrickej kapacity snímača.

Obr. 3. Kapacitný vlhkomer

Merania v čistých priestoroch

Meranie poklesu tlaku

Rozdiel tlaku sa meria medzi čistými miestnosťami iných tried, ako aj medzi čistým priestorom a okolitým prostredím. Vzduch prúdi v smere poklesu tlaku (z oblasti s vyšším tlakom do oblasti s nižším tlakom), a preto by mal byť tlak vo vyššej triede čistého prostredia vyšší ako v okolitom čistom priestore nižšej triedy, resp. vyšší ako v okolitom „bežnom“ priestore. To zabezpečuje, že čistý priestor nemôže byť kontaminovaný prostredím. Rozdiel tlaku medzi čistým priestorom a bežným priestorom by mal byť 15 Pa a medzi rôznymi triedami čistých priestorov 10 Pau. Prístroj vhodný na takéto meranie je napr. mikromanometer KIMO MP 110 (pozri vyššie obr. 4). Prístroj má dva vstupy, do ktorých sa privádza vzduch s vyšším a nižším tlakom a pomocou membrány sa meria rozdiel tlaku

Obr. 4. Mikromanometr

Meranie nečistôt vo vzduchu

Toto je najdôležitejšia časť kontroly čistých priestorov. Pri tomto meraní sa overuje, že koncentrácia častíc nepresahuje limity stanovené v norme ČSN EN ISO 14 644. 
Pre tieto merania sa najčastejšie používajú laserové čítače, ktoré dokážu určiť počet a veľkosť jednotlivých častíc. Tieto prístroje merajú počet a veľkosť častíc na základe odrážaného žiarenia od častíc. Rozptýlené svetlo je sústredené do objektívu a prevedené na el. impulz (pozri obrázok 5). Amplitúda impulzov udáva veľkosť častíc a počet impulzov počet častíc. Na posúdenie čistého priestoru je potrebné vykonať merania na niekoľkých miestach priestoru (v závislosti od veľkosti a triedy čistoty priestoru).

Obr. 5. Princíp laserového počítadla častíc

Záver

Orientácia v nariadeniach a nariadeniach týkajúcich sa parametrov vnútorného prostredia nie je vôbec jednoduchá. Chýbajú v nich mnohé definície a navyše, chýbajú v nich aj parametre vnútorného prostredia pre niektoré typy priestorov. To spôsobuje dizajnérom, staviteľom a tiež užívateľom budov nemalé problémy. Pre pracovné prostredie sa však tieto parametre spracúvajú pomerne prehľadne. Dodržiavanie parametrov v pracovnom prostredí je dôležité nielen z hľadiska právnych predpisov, ale najmä z dôvodu zdravia a produktivity pracovníkov. Jediný spôsob, ako identifikovať a overiť tieto parametre, je meranie.

Zoznam označení

• t₀ operativná teplota  [ °C ]
• t_r stredná radiačná teplota   [ °C ]
• t_a teplota vzduchu   [ °C ]
• t_g výsledná teplota guľového teplomera  [ °C ]
• A koeficient na výpočet prevádzkovej teploty  [ - ]    
• RH relatívna vlhkosť vzduchu [ % ]
• v_a rýchlosť prúdenia vzduchu  [ m/s ]

V případě dotazů k tomuto tématu nebo zájmu o konkrétní produkt nás kontaktujte například nižšie uvedeným formulárom.