3. Thermische Behaglichkeit, normative Grundlagen Flashcards
FangerModell - „Zerlegung“ der Berechnungsgleichung
M-W = (S_D + E_SW) + (R_D + R_W) + (C+R)
M = Körpereigene Energieerzeugung (Wärme)
W = Nutzbare mechanische Leistung der Muskeln (Exergie)
S_D = Wärmeverlust durch Wasserdampfdiffusion durch die Haut (insensibel)
E_SW = Wärmeverlust durch Verdunstung von Schweiß an der Körperoberfläche (sensibel)
R_D = Trockener Wärmeverlust der Atemluft
R_W = Feuchter Wärmeverlust der Atemluft
C = Wärmeveruste durch Konvektion an der Körperoberfläche (Bekleidung)
R = Wärmeverlust durch Strahlung an der Körperoberfläche (Bekleidung)
S_D
R_D
R_W
E_SW
S_D = 0,00305(5733-6,99(M-W)-p_D)
R_D = 0,0014M(34-ϑ_a)
R_W = 0,000017M(5867-p_D)
E_SW = 0,42*((M-W)-58,15)
C (Wärmeverlust durch Konvektion)
C = f_cl * h_c * (ϑ_cl - ϑ_a)
h_c = 12,1 * √ϑ_rel (Erzwungene Konvektion)
h_c = 2,4 * (ϑ_cl-ϑ_a)^0,25
R (Wärmeverlust durch Strahlung)
R = 3,96 * 10^-8 * f_cl * ((ϑ_cl + 273)^4 - (ϑ_r + 273)^4)
f_cl = 1,00 + 1,29 * I_cl (für I_cl ≤ 0,078)
f_cl = 1,05 + 0,645 * I_cl (für I_cl > 0,078)
FangerModell - Wertebereiche und Quellen der Eingangsgrößen
M = 46 bis 232 Wm^-2 (Energieumsatz)
I_cl = 0 bis 0,31 m² * K/W (Bekleidungsisolation)
t_a = 10 bis 30° (Lufttemperatur)
t_r = 10 bis 40° (mittl. Strahlungstemperatur)
ϑ_ar = 0 bis 1 m/s (rel. Luftgeschwindigkeit)
p_a = 0 bis 2.700 Pa (Wasserdampfpartialdruck)
Berechnung PMV – L
(L = Wärmetransport von Hautoberfläche durch Kleidung bis zur Kleidungsoberfläche)
L = M - W - (S_D + E_SW) - (R_D + R_W) - (C + R)
L [W/m²]
L [W/m²] beschreibt den Wärmetransport (thermal Load) von der Hautoberfläche durch die Bekleidung bis an die Bekleidungsoberfläche (bzw. auch durch die Atmung) unter Einbeziehung der allgemeinen Energiebilanzgleichung.
PMV Berechnung
(Predicted Mean Vote)
PMV = (0,303exp(-0,036M) + 0,028)*L
Definition des Aktivitätsgrades
Beschreibt den körpereigenen Energieumsatz / Energieerzeugung als Folge der Umwandlung chemischer Energie in mechanische und thermische Energie
- ist ein Maß für den Energieaufwand der Muskelarbeit und ermöglicht die Zuweisung numerischer Kennziffern zu bestimmten Tätigkeiten
- wichtige Größe zur Bestimmung des thermischen Wohlbefindens
- wirksame mechanische Leistung der Muskeln W (nutzbare Arbeit) ist gering (oft gleich null)
—> gesamter Energieverbrauch bei der Verrichtung mechanischer Arbeit W entspricht somit quasi der gesamten Wärmeerzeugung M des Körpers
- Die wirksame mechanische Leistung der Muskeln W (auch nutzbare Arbeit) ist gering. Bei den meisten Arbeitstätigkeiten ist diese i.d.R. so gering, dass sie gleich null gesetzt wird und erst ab 4.0 bis 4.5 met berücksichtigt wird.
- Entspannt sitzend M = 58 W/m² oder 1,0 met
Thermische Isolationswerte für typische Bekleidungskombinationen
1 clo = 0,155 m²K/W
Total daily energy expenditure TDEE
- Activity energy expenditure
- TEF (thermic effect of food)
- RMR (resting metabolic rate, basal metabolic rate)
Activity energy expenditure
Anteil an der TDEE mit der größten Bandbreite zwischen 15 % (sitzende Tätigkeit) bis 50 % (Leistungssport)
TEF (thermic effect of food)
- Verdauung, Aufnahme und Speicherung von Nährstoffen. Bei ausgewogener Diät etwa 10 % der TDEE.
- Ausbeute der Umsetzung Brennwert in Wärme:
- Kohlenhydrate 5-10 %
- Fette 0-3 %
- Protein 20-30 %
RMR (resting metabolic rate, basal metabolic rate):
Aufrechterhaltung der Grundfunktionen des Organismus, Anteil an TDEE etwa 70 %
Stoffwechsel des Menschen
Activity energy expenditure (genetic traits, age, sex, environmental stimuli)
Termic effect of food (diet composition, age, physical activity, obesity, insulin resistance)
Resting metabolic rate (fat-free mass, fat mass, sex, age, genetic traits)
