Powinno być więc ono komfortowe i sprzyjać dobremu samopoczuciu, mając wpływ na jakość naszej pracy, nauki i wypoczynku.Powietrze, jako najważniejszy dla człowieka składnik środowiska wewnętrznego, ma ogromny wpływ na zdrowie i samopoczucie. Symptomy "chorego budynku" (Sick Building Syndrome symptoms), takie jak: podrażnienie oczu, gardła i nosa, zaczerwienienie i swędzenie skóry, bóle głowy, zmęczenie, przypisywane są złej jakości powietrza wewnętrznego [2]. Zachorowania na astmę, alergie, chroniczne choroby układu oddechowego, czy nawet raka płuc związane są również z powietrzem i jego zanieczyszczeniem [3].

Jakość powietrza wewnętrznego zależy m.in. od jego czystości i ilości wymian, wielkości emisji zanieczyszczeń w pomieszczeniach, czystości kanałów wentylacyjnych, częstotliwości wymiany filtrów w centrali. Obliczenia ilości powietrza nawiewanego powinny uwzględniać liczbę osób znajdujących się w pomieszczeniu oraz stopień emisyjności zanieczyszczeń z materiałów budowlanych, mebli, urządzeń. Oznacza to, że z pomieszczenia należy usuwać zanieczyszczenia pochodzące nie tylko od człowieka. Dodatkowo, zanieczyszczenia z różnych źródeł, w tym bardzo chętnie reagujący ozon, mogą łączyć się ze sobą, tworząc groźniejsze substancje. Jakość środowiska wewnętrznego zależy w dużej mierze także od warunków termicznych panujących w pomieszczeniu. W pomocnych przy projektowaniu normach można znaleźć przedziały temperatury wewnętrznej dla danego sezonu czy ramy dotyczące temperatury odpowiadające klasie budynku. Ale jak powinny wyglądać warunki termiczne podczas pobytu ludzi np. w biurze? Czy możliwe jest zapewnienie komfortu w pomieszczeniach i zdrowego środowiska wewnętrznego przy niskim zużyciu energii - kwestii obecnie tak ważnej?

Budynki energooszczędne

Na świecie około jednej trzeciej energii pierwotnej zużywanej jest na ogrzewanie lub chłodzenie budynków. Można zatem wyciągnąć wniosek, że odpowiednia regulacja temperatury wewnętrznej może służyć jako narzędzie do oszczędzania energii. W szczególności zaś dobrym parametrem jest temperatura operacyjna, odczuwana przez człowieka, będąca średnią arytmetyczną z wartości temperatury powietrza wewnętrznego i średniej temperatury promieniowania. Budynki o ciężkiej konstrukcji, z systemami wodnymi zatopionymi w ich strukturze, pasywne i wiele innych podobnych rozwiązań konstrukcyjnych wykorzystuje masę budynku do rozdziału i gospodarowania energią. Dzięki temu do ogrzewania czy chłodzenia potrzebna jest relatywnie niewielka ilość energii. Dodatkowo w budynkach z systemem TABS (Thermally Activated Building Systems - plastikowe rurki zatopione w betonowych prefabrykowanych płytach - system wodny) temperatura zasilania jest w przypadku ogrzewania niewiele wyższa od pożądanej w pomieszczeniu (odwrotnie dla chłodzenia), co oznacza ogromne oszczędności energii. Rozwiązanie TABS wykorzystuje właściwości betonu do absorbowania i oddawania ciepła czy chłodu, tworząc samoregulujący się system .

Charakterystyczne dla środowiska wewnętrznego budynków o konstrukcjach opisanych powyżej jest występowanie powolnych zmian temperatury w czasie, tzw. dryfów. Masa budynku odgrywa rolę buforu ciepła lub chłodu, niwelując piki temperatury, łagodząc i spowalniając jej zmiany w porównaniu z przebiegiem temperatury zewnętrznej.Dryfy temperatury wewnętrznej mogą występować w pomieszczeniach również za sprawą systemu automatyki (zmiany temperatury nazywane są wówczas rampami jako kontrolowane, a nie występujące naturalnie). Odpowiednie algorytmy regulacji i sygnały przyrządów pomiarowych pozwolą temperaturze wewnętrznej zmieniać się w pewnym zakresie, określonym np. jako przedział temperatury komfortu dla danej pory roku (rys. 1). Jeśli zużycie energii będzie w takim wypadku mniejsze niż przy utrzymywaniu stałej temperatury wewnętrznej, to pozostaje przyjrzeć się reakcjom ludzi na tak utworzone środowisko termiczne.

Zmiana temperatury

Reakcje człowieka na powolne w czasie zmiany temperatury badano na Duńskim Uniwersytecie Technicznym (DTU) w Międzynarodowym Centrum Środowiska Wewnętrznego i Energii (ICIEE) w 2006 r. W eksperymentach w komorze klimatycznej brało udział 25 studentów. Zastosowano dryfy temperatur y (+1,2 K / h oraz +2,4 K /h dla zakresu 22-26,8°C - sezon letni; +1,2 K/h oraz -1,2 K/h dla zakresu 19-23,8°C - sezon zimowy), często występujące w budynkach w praktyce (rys. 2) i zbliżone do zaproponowanych przez standard ASHRAE 55-2004 (tabela 1).

Badania opierały się na pomiarach fizycznych temperatury, wilgotności i prędkości powietrza oraz subiektywnych odpowiedziach uczestników na kwestionariusze dotyczące komfortu cieplnego, ogólnych symptomów zdrowia oraz tzw. symptomów chorego budynku (SBS symptoms), samooceny wydajności pracy, jakości powietrza wewnętrznego i percepcji środowiska wewnętrznego, np. hałas, oświetlenie. Studenci podczas badań wykonywali również zadania symulujące pracę biurową, by możliwe było określenie wpływu zmian temperatury na rzeczywistą wydajność ich pracy. Odpowiedzi uczestników na kwestionariusze i realizacja przez nich prac biurowych rejestrowane były podczas eksperymentu równocześnie z pomiarami fizycznymi. Pomiar parametrów fizycznych środowiska wewnętrznego - temperatury powietrza i temperatury operacyjnej, wilgotności względnej i prędkości powietrza - odbywał się przy użyciu specjalistycznej aparatury firmy Dantec Dynamics i Vaisala (czujniki i przekaźniki). Zapis danych odbywał się co 30 sekund na komputerze podłączonym do aparatury i wyposażonym w odpowiednie oprogramowanie.

Odczucia człowieka

Zmiany temperatury były odczuwalne przez uczestników eksperymentu. Jednak możliwość adaptacji odzieży podczas badań i naturalna adaptacja człowieka do warunków środowiskowych pozwoliły badanym osiągnąć komfort cieplny i odczucia zbliżone do termicznie neutralnych.

Samopoczucie uczestników badań było lepsze podczas eksperymentów z dryfami temperatury dla sezonu letniego, lecz - co najważniejsze - nie zmieniało się w sposób znaczący ze względu na same zmiany temperatury (rys. 3). Podobne wyniki uzyskano dla samooceny wydajności pracy.

Inne badania, prowadzone również w ICIEE, pokazały, że ilość powietrza doprowadzanego do pomieszczeń i ilość wydzielanych w pomieszczeniu zanieczyszczeń mają wpływ na wydajność pracy człowieka . W budynkach biurowych koszty pracownicze (pensje, zwolnienia lekarskie) najczęściej przewyższają koszty związane z obsługą samego budynku - ogrzewaniem, chłodzeniem, wentylacją itp. Zapewnienie zdrowego i komfortowego środowiska wewnętrznego, w którym dodatkowo pracuje się wydajnie, przekłada się zatem w prosty sposób na zyski firmy.

Podsumowanie

O środowisko wewnętrzne można zadbać już w fazie projektu. Odpowiednie, dostosowane do wymogów ludzi i pomieszczeń filtry, ilość wymian powietrza (nie tylko ze względów higienicznych), materiały niskoemisyjne (lub nawet zeroemisyjne i absorbujące zanieczyszczenia), sterowanie ogrzewaniem czy chłodzeniem - to wszystko może być zaplanowane jeszcze przed powstaniem budynku. Te rozwiązania mają wpływ na późniejsze warunki panujące w pomieszczeniach i jakość środowiska wewnętrznego oraz na zmniejszenie zużycia przez budynek energii. Niska emisja zanieczyszczeń oznacza mniejszą ilość powietrza potrzebną do ich odprowadzenia, a to zmniejsza koszty związane z wentylacją. Osiągnięcie takiego samego poziomu komfortu w pomieszczeniu przy zastosowaniu materiałów niskoemisyjnych ma krótszy czas zwrotu inwestycji niż zastosowanie materiałów wysokoemisyjnych i większej ilości wymian powietrza [8]. Zmniejszanie źródeł zanieczyszczeń to podstawa efektywnej wentylacji, jak postulował Max von Pettenkofer już w XIX wieku.

Pozwalająca na dryfy temperatury odpowiednia gospodarka ciepłem i/lub chłodem oraz sterowanie systemami ogrzewania i/lub chłodzenia mogą oszczędzać energię, nie pogarszając komfortu termicznego. Komfort w pomieszczeniu i wysoka jakość powietrza wewnętrznego oraz wiążące się z tym samopoczucie, zdrowie i wydajność pracy człowieka mogą być zatem utrzymane przy niskim zużyciu energii. Do realizacji komfortowego i energooszczędnego budynku potrzebny jest jednak przemyślany projekt, dobre wykonanie i inteligentna eksploatacja.