Komfort termiczny

, 18 marca 2010, 0:00

Z punktu widzenia technicznego, kierowca w samochodzie, jest regulatorem w wielu różnych układach regulacji. Na podstawie otrzymywanych informacji, również od własnych „czujników”, np. oczy, uszy, podejmuje on decyzje o np. skręcaniu, hamowaniu lub przyspieszaniu. Aby ilość błędnych decyzji, które mogą powodować zagrożenie, była jak najmniejsza, jak najmniej czynników powinno wpływać na niego niekorzystnie, np. odczuwana przez niego temperatura. Firma Behr ocenia, że w kabinie ciężarówki (fot.1), bez klimatyzacji, przy temperaturze zewnętrznej 35ºC, w okolicy piersi i głowy kierowcy panuje temperatura 25ºC. W tej temperaturze, jego zdolność do koncentracji i refleks, odpowiadają zachowaniu się kierowcy o zawartości 0,5 promila alkoholu we krwi.

Temperatura i jej odczuwanie

To, jak czujemy się w powietrzu o określonej temperaturze, nie jest mierzalne. Oczywiście temperaturę można zmierzyć, ale jeśli powietrze, zamiast być w spoczynku, będzie na nas dmuchać, ocenimy, że ma ono niższą temperaturę, niż wynika to z pomiaru. Tak działają wentylatory – nie obniżają temperatury powietrza, a tylko wprawiają go w ruch. Na odczuwanie temperatury przez człowieka wpływa też wilgotność. Lepiej znosimy upał, gdy powietrze ma mniejszą wilgotność. Gorzej czujemy się w klimacie tzw. tropikalnym, o dużej wilgotności.
Aby poznać zachowania człowieka prowadzącego samochód, którego kabinę wypełnia powietrze o różnych wartościach temperatury i wilgotności, firma Mercedes prowadzi od wielu lat badania w kalifornijskiej Dolinie Śmierci (fot.2).

To, czy kierowca lub pasażer czuje się dobrze lub nie, gdy odczuwa określone temperatury różnych części swojego ciała, jest sprawą indywidualną. Na podstawie badań ochotników określono, które części ciała i ich temperatura, ma podstawowe znaczenie dla poczucia tzw. komfortu termicznego, lub jego braku. Części te na fot.3, są oznaczone cyframi od 1 do 8.

Dla ok. 80 do 90% osób temperatury te są podobne. Określono więc tzw. pożądany zakres temperatury (PZT), istotnych dla poczucia komfortu części ciała człowieka. Gdy odczuwana temperatura jest niższa, większość z nas czuje chłód, a gdy jest wyższa, czujemy, że jest za ciepło. Głowa i górne części ciała powinny mieć niższą temperaturę niż dolne. Ponadto pożądane zakresy temperatur dla głowy i stóp są węższe niż dla innych partii ciała. Jeśli nie ma możliwości zróżnicowania temperatur dla różnych części ciała – jest ona taka sama dla całego ciała, to pożądany zakres temperatury pokazuje pierwsza od góry linijka wykresu na fot.3. Dla 10 do 20% osób, temperatury części ciała lub jego całości, dające poczucie komfortu, są inne niż należące do zakresu pożądanego.

Wyniki badań przedstawionych na fot.3, są weryfikowane praktycznie w badaniach drogowych: reakcji organizmu kierowcy, zdolności do podejmowania prawidłowych decyzji i refleksu – patrz fot.4.

Klimatyzacja w samochodzie

Jej zadaniem jest stworzenie osobom jadącym w przedziale pasażerskim komfortu termicznego. Będzie on wyższy, jeśli klimatyzacja umożliwi uzyskanie różnych temperatur ciała, w jego różnych punktach. Nie jest to łatwe, gdyż na odczuwanie temperatury przez człowieka wpływa temperatura powietrza, szybkość, z którą opływa ciało człowieka oraz jego wilgotność. Ponadto w słoneczne dni, pasażerowie samochodu, są ogrzewani światłem słonecznym, wpadającym przez szyby samochodu, oraz przez elementy nadwozia, uprzednio nagrzane słońcem.

Aby uzyskać pożądane zakresy temperatur, dla różnych punktów ciała, powietrze napływa do kabiny przez 3 grupy dysz, skierowane w dolną i środkową strefę przedziału pasażerskiego, oraz na szyby. Temperatura powietrza napływającego do poszczególnych stref przedziału pasażerskiego, również powinna być różna.

Prędkość powietrza wypływającego przez dysze, nie powinna być za duża, gdyż większość osób odbiera „przeciągi” jako nieprzyjemne. Jednak, gdy słońce świecące przez szybę, z jednego kierunku, nadmiernie ogrzewa niektóre partie ciała, np. pasażera, a układ klimatyzacji ma czujniki, które umieją to wykryć, to przez zwiększenie prędkości opływu powietrza wokół nagrzewanej partii ciała, można obniżyć odczuwaną wartość temperatury tej części ciała.

Problemem w układach klimatyzacji jest wilgotność powietrza, czyli zawartość w nim pary wodnej. Przeciętnie wynosi ona ok. 30%. Taka wilgotność powietrza, według meteorologów jest w klimacie pustynnym. Część osób, przy tak niskiej wilgotności, odczuwa podrażnienie śluzówek nosa, suchość warg i gałek oczu. Powodem niskiej wilgotności jest schładzanie powietrza przez parowalnik do temperatury ok. 3ºC. Optymalną jest wilgotność ok. 40%, co jednak ogranicza temperaturę chłodzonego powietrza do od 7 do 10ºC, z wyjątkiem sytuacji, gdy konieczne jest wykorzystywanie maksymalnej mocy chłodzącej.

Innym problemem, związanym z wilgotnością powietrza, jest pokrywanie się szyb parą wodną. Z punktu widzenia bezpieczeństwa, co często akcentują sprzedawcy samochodów, korzystna jest niska wilgotność powietrza dostarczanego przez klimatyzację, bo zapobiega ona roszeniu szyb, ale nie jest to korzystne dla organizmów osób jadących samochodem. Wyższa wilgotność powietrza, jest korzystniejsza dla ludzi, ale zwiększa ryzyko roszenia szyb. W droższych pojazdach są montowane czujniki: wilgotności powietrza i temperatury szyby przedniej, co pozwala utrzymać możliwie wysoką wilgotność powietrza w kabinie, bez ryzyka roszenia szyb.

Przy niskich temperaturach zewnętrznych, gdy parowalnik nie pracuje, dla uzyskania pożądanej wilgotności powietrza, nowoczesny układ klimatyzacji może zasysać część powietrza z przedziału pasażerskiego (obieg wewnętrzny), aby pozostawić w kabinie parę wodną oddawaną przez jadące osoby (z człowieka odparowuje ok. 70 do 100g wody na godzinę).

Aby pogodzić wymagania, często przeciwstawne, firma Mercedes przy opracowaniu układów klimatyzacji wykorzystuje manekina (fot.5) wyposażonego w 32 czujniki prędkości przepływu powietrza, 73 czujniki temperatury i 13 czujników wykrywających promieniowanie cieplne. Pomiary wykonywane z jego pomocą, umożliwiają rozwój układów klimatyzacji, co prezentuje fot.6.

Typy samochodowych układów klimatyzacji
Dzielimy je w zależności od ilości stref w kabinie pasażerskiej, w których można uzyskać różne temperatury. Podstawowe typy układów klimatyzacji to:
· jednostrefowe – można ustawić tylko jedną, tę samą temperaturę w przedziale pasażerskim;
· dwustrefowe – można ustawić oddzielne wartości temperatury dla kierowcy i osoby siedzącej obok, ale osoby jadące na tylnej kanapie, mogą je odczuwać jako inne niż ustawione;
· trójstrefowe – można ustawić oddzielne wartości temperatury dla kierowcy, osoby siedzącej obok i pasażerów tylnej kanapy;

· czterostrefowe – można ustawić oddzielne wartości temperatury dla kierowcy, osoby siedzącej obok i pasażerów zewnętrznych miejsc tylnej kanapy;
Firma Mercedes podaje, że układy klimatyzacyjne jej samochodów mogą mieć do 6 stref.

Układy regulacyjne układów klimatyzacji
W układach klimatyzacji, podstawową wielkością regulowaną, przez człowieka (układy z regulacją ręczną, tzw. „manualne”) lub automatykę, jest temperatura powietrza, mimo że na odczuwanie temperatury przez człowieka wpływa więcej wielkości. W układach „manualnych” człowiek pełni zadanie regulatora temperatury. Jeśli chce utrzymać przyjemną dla siebie temperaturę powietrza, musi korygować jej wahania. Układ regulacji automatycznej zastępuje w tym człowieka. Jednak typowe układy regulacji układów klimatyzacji, nie potrafią np.:

· zwiększyć wilgotność powietrza w przedziale pasażerskim, gdy jej wyższa wartość nie zagraża roszeniu szyb;
· zapobiec odczuwaniu wyższej temperatury części ciała pasażera samochodu, nagrzewanych promieniami słonecznymi.

Z powyższych powodów, układy klimatyzacji samochodów wyższych klas, są wyposażane również w czujniki:
· natężenia wypływu powietrza przez dysze układu klimatyzacji;
· wilgotności powietrza w przedziale pasażerskim;

· wykrywające promieniowanie cieplne np. słoneczne – określają kierunek, kąt padania i natężenie promieniowania;
· temperatury szyby przedniej;
· zanieczyszczenia powietrza zewnętrznego – gdy jest ono za duże, układ klimatyzacji jest przełączany na obieg wewnętrzny.

Ponadto praca układów klimatyzacji może być wspierana przez dodatkowe nagrzewnice elektryczne i wentylatory, przez które powietrze płynie w okolice tylnej kanapy.

Profile temperatury w przedziale pasażerskim

Automatyczne układy regulacji temperatury, umożliwiają uzyskanie rozkładu temperatur, zgodnego z pożądanym (fot.3). Jak wspomniałem, jest on akceptowany przez 80 do 90% osób. Pozostałe czują się dobrze przy innych temperaturach. Są układy klimatyzacji np. firmy Behr, które oferują możliwość wyboru tzw. profilu temperatury w przedziale pasażerskim:
· neutralny (neutral) – rozkład akceptowany przez 80 do 90% procent ludzi;
· świeży (fresh) – może być bardziej odpowiedni dla osób przyzwyczajonych do przebywania w pomieszczeniach klimatyzowanych; w porównaniu do neutralnego profilu temperatury, przez środkowe dysze wypływa z większą prędkością nieco chłodniejsze powietrze.
· ciepły (warm) – profil dla osób wrażliwych na „przeciągi”, lubiących wyższe temperatury; w porównaniu do neutralnego profilu temperatury, więcej, cieplejszego powietrza jest kierowane na stopy.

Autor: mgr inż. Stefan Myszkowski

Komentarze

Komentarz musi być dłuższy niż 5 znaków!

Proszę zaakceptuj regulamin!

Brak komentarzy!