JOSRA 2 - 2009

Relativní vlhkost a clovek - nové prípustné limity

31.07.2009 | AUTOR: Prof. Ing. Miloslav Jokl, DrSc., RNDr. Stanislav Malý, Ph.D.

relative air humidity and human - new acceptable limits

Miloslav V. Jokl¹, Stanislav Malý²

¹CVUT, Fakulta stavební, miloslav.jokl@fsv.cvut.cz

²Výzkumný ústav bezpecnosti práce, v.v.i., malys@vubp-praha.cz

Abstrakt

Clovek nemá speciální cidla vlhkosti a vzhledem k uvedeným experimentálním výsledkum, lze snízit v nezbytných prípadech relativní vlhkost vzduchu na 15%, ne vsak jiz níze. Dolní limit optima dle vládního narízení c. 361/2007 Sb. je 30%, doporucuje se 35% jsou-li v interiéru pouzity antistatické materiály; není-li tomu tak, pak 40%. Relativní vlhkost vzduchu klesá s nadmorskou výskou a je-li snízena, vytvárí vjem jednak chladnejsího, jednak cerstvejsího vzduchu.

Klícová slova: vlhkost vzduchu – limity, relativní vlhkost vzduchu a statická elektrina, relativní vlhkost vzduchu a atmosférický tlak

Abstract

It is evident from presented knowledge, owing to the fact that there are no special sensors for humidity in human body and owing to presented experimental results, that the relative humidity can decrease down to 15% but not lower.The lower limit of the optimal relative air humidity is 35%(for antistatic textile and leather materials applied) or 40% (static electricity not taken into account). The relative humidity depends on altitude, there is a decrease of RH against height increase and decreased RH causes there a) the cooler perception of air, b) the fresher perception of air. Keeping indoor air cool and clean would be a good strategy for avoiding many of the symptoms that associated with dryness. Artificial humidification is not required for normally healthy people. For environmentally sensitive people, a clean indoor environment is even more important although increasing indoor humidity may help to reduce the intensity of some dryness-related symptoms.

Keywords: relative air humidity limits, relative air humidity and static elektricity, relative air humidity and atmospheric pressure

1. Úvod

Problémy s vlhcením vzduchu v zimním období, a to zvláste ve výskových budovách a v dopravních letadlech vedou opet k podrobnému studiu této problematiky. V interiérech techto budov a dopravních prostredku je v chladných obdobích roku ekonomicky obtízné udrzet dosavadní optimální hodnoty relativní vlhkosti vzduchu (dále téz vlhkost). Z posledních prací je zrejmé:

• pokles relativní vlhkosti vzduchu zvysuje odparování potu z povrchu tela a tím zpusobuje pocit chladnejsího vzduchu,
• relativní vlhkost vzduchu v nekterých prípadech nesmí poklesnout pod 15%,
• vliv relativní vlhkosti vzduchu na cloveka závisí na obsahu aerosolu ve vzduchu,
• vliv relativní vlhkosti vzduchu na cloveka závisí na prítomnosti statické elektriny,
• relativní vlhkost vzduchu závisí na atmosférickém tlaku.

2. Vliv poklesu relativní vlhkosti vzduchu na vjem chladného vzduchu

Vlhkost vzduchu ovlivnuje cloveka nekolika zpusoby: podílí se na jeho energetické bilanci, vnímání tepelné úrovne prostredí, na vlhkosti pokozky, diskomfortu, na vnímání textilních vláken a odevu vubec, na vnímání kvality vzduchu.

Pri urcité teplote pokles vlhkosti zvysuje evaporaci potu a tím i ochlazování organismu, v dusledku cehoz se clovek cítí chladneji a az do urcitého limitu komfortneji. Rovnez vlákna odevu vnímá jako více hladká a celkove vnímá vzduch jako více cerstvý, viz dále.

2.1 Tepelná bilance cloveka a pokles vlhkosti

Vlhkost má prímý vliv na evaporacní procesy pokozky, sliznic nosních a dýchacích cest, címz pusobí i na energetickou bilanci cloveka. Mnozství odparené vody závisí na rozdílu parciálních tlaku vodních par na pokozce a v okolním vzduchu. Dospelý clovek odpocívající v prostredí o teplote 24°C a vlhkosti 50%, oblecený do kalhot a kosile s dlouhými rukávy (0,6 clo) ztrácí do okolí 32g vody za hodinu. Z toho 12 g/h pripadá na sliznice nosu a plíce a zbytek 20 g/h odchází ze suché nepotící se pokozky difusí. Evaporovaných 32 g/h odpovídá ochlazovacímu úcinku 21W nebo 20% celkové tepelné produkce cloveka 105W. Jelikoz odpocívající osoba nevykonává zádnou termodynamicky uzitecnou práci, veskerá metabolická energie koncí jako teplo, jez musí být odvedeno do okolí. Zbylých 84W je sdíleno do okolí konvekcí a radiací (Berglund 1993).

Snízením vlhkosti vzduchu za teploty 24°C z 50 na 20% se zvýsí evaporace z 22g/h na 38g/h a ochlazovací úcinek z 21W na 26W, resp z 20% na 25% celkové tepelné produkce cloveka 105W.Zvýsená evaporace snizuje odvod tepla konvekcí a radiací z 84W na 79W a mírne snízí teplotu pokozky o 0,3°C na 32,9 °C. Výsledkem je, ze se osoba cítí lehce chladneji ve vlhkosti 20% nez ve vlhkosti 50% za téze teploty.

V teplejsím prostredí nebo za zvýsené aktivity cloveka jiz dochází k aktivní perspiraci – pocení a úcinek vlhkosti se zvysuje. Bude-li se tedy osoba procházet v prostredí 24 °C a 50% relativní vlhkosti vzduchu, její metabolismus bude trikrát vyssí, tj. 3 met nebo 315W. Konvekce a radiace, jakoz i perspirace difusí pokozkou se prakticky nezmení, ale ztráta respirací vzroste trikrát (36 g/h), úmerne vzrustu dýchání a metabolismu. Aktivní perspirace, pocení bude nyní 240 g/h za úcelem evaporace 161W.

2.2 Vnímání chladnejsího vzduchu

Výsledky byly experimentálne overeny a jsou uvedeny na obr 1 a 2 pro osoby nepretrzite sedící nebo chodící (Berglund, 1993). Transientní, prechodové odezvy osob jsou na obr. 1, a to vzdy od pocátku príslusné aktivity az po dobu 60 min. Obr. 2 uvádí vliv vlhkosti na pocit tepla v závislosti na teplotách vzduchu od 20 °C do 28 °C.

Obr. 1 Tepelné pocity po zacátku nepretrzitého sezení nebo chuze ve 24°C pri dvou úrovních relativní vlhkosti vzduchu. Odev kalhoty a kosile s dlouhými rukávy (0.56 clo)

Obr. 2 Tepelné pocity po uplynutí jedné hodiny nepretrzitého sezení nebo chuze

3. Snízená vlhkost a pocit svezesti vzduchu

Chladný suchý vzduch je vnímán jako cistý, nekontaminovaný. Dokonce v cistém vzduchu bez odéru pocit svezesti vzduchu klesá s rustem vlhkosti a teploty. Cistý vlhký vzduch byl posuzován jako méne svezí nez suchý vzduch, viz obr. 3 (Berglund, Cain, 1989).

Obr. 3 Pocit svezího (cerstvého) az tezkého (opotrebovaného) vzduchu behem nepretrzitého sezení nebo chuze

Vliv vlhkosti na vnímání svezesti vzduchu je vsak mensí nez vliv teploty vzduchu ; v prumeru zmena teploty vzduchu o 1 °C má stejný úcinek jako zmena rosného bodu o 6 °C.

Je zrejmé, ze cistý vzduch v dobre vetrané místnosti muze být vnímán ruzne, v závislosti na své teplote a vlhkosti.

Croome at al. (1993) zkoumal vliv otevrení oken a dverí, tj. výmeny vzduchu na vnímání jeho svezesti. Zjistil, stejne jako pred tím Rodahl (1981), ze vliv mnozství venkovního vzduchu vstupujícího do interiéru na pocit svezesti vzduchu není signifikantní, resp. mel vliv pouze tehdy, jestlize jeho teplota byla mensí nez neutrální teplota, tj. optimální teplota korespondující aktivite cloveka. Je zajímavé, ze jiz dríve (Bedford, 1948) poukazoval na skutecnost, ze chladný vzduch v místnosti subjekty povazovaly za cerstvý a vzduch v pretopené místnosti za tezký. Také rychlost vzduchu mela pozitivní vliv na pocit svezesti vzduchu – vzduch privádený okny (s vyssí rychlostí) byl vnímán jako více svezí nez privádený dvermi (s nizsí rychlostí) pri téze teplote.

4. Prípustný dolní limit relativní vlhkosti vzduchu

Radou pokusu bylo zjisteno, ze vlhkost by nemela klesnout pod 15%, a to na základe a) tzv. MF test (Mucous Ferning test, ferningový test sliznice), b) merení suchosti pokozky, c) vnímání vlhkosti vzduchu, d) suchosti ocí, e) suchosti kuze, rtu a horních cest dýchacích, f) pokles výkonnosti subjektu (Fang, Wyon, 2003).

4.1 Mucous Ferning test (MF)

Pouzívá se v klinické praxi k hodnocení problému se slzným filmem na sliznici. Sklenenou tycinkou je odebrán malý vzorek sliznice a na mikroskopickém sklícku v mikroskopu je sledována krystalizace vzorku. Výsledek je zanesen do stupnice od 1 do 4, kde 1 je perfektní stav a 4 jasne deficitní. Obr. 4 ukazuje, ze signifikantne vetsí procento subjektu má klasifikaci nad 1 pri vlhkosti  15% nebo mensí. Obdobný je vliv rostoucí teploty vzduchu. Organismus se brání zvýsenou frekvencí mrkání.

Obr. 4 Výsledky MF testu po 4.5 hod. exposici ruznými teplotami vzduchu a relativními vlhkostmi vzduchu

4.2 Merení suchosti pokozky

Také merením suchosti pokozky tzv. corneometrem, rovnez pouzívaným v klinické praxi, lze prokázat výrazný pokles vlhkosti kuze pri poklesu relativní vlhkosti vzduchu na 15%.

4.3 Vnímání vlhkosti vzduchu

Lidský organismus nemá zádná cidla na vlhkost a není tudíz prílis sensitivní na zmeny vlhkosti vzduchu, presto vsak pokles z 25% na 15% je schopen vnímat (obr. 5) jako negativní.

Obr. 5 Pocit suchosti ocí po 5 hod. exposici relativní vlhkostí vzduchu  to 5, 15, 25 a 35% rh v cistém vzduchu o teplote 22° C

4.4 Suchost ocí

Nejvýraznejsí negativní vliv nízké vlhkosti cistého vzduchu byl zjisten u ocí. Z obr. 6 je zrejmé, ze symptom suchosti ocí je nejvíce signifikantní pri vlhkosti 15% nebo nizsí. Odpovídá to výsledkum s MF testem (viz odst. 4.1). Na tomto limitu se také projevují problémy se snesitelností kontaktních cocek, tito lidé jsou na nej zvláste citliví.

Obr. 6 Pocit suchosti rtu, pokozky, nosu a hrdla s klesající vlhkostí po 5 hod. exposice normálne znecisteným vzduchem o teplote 22° C

4.5 Suchost kuze, rtu a sliznic horních cest dýchacích

Z obr. 7 je patrný symptom suchosti pokozky rtu,nosu a hrdla pri poklesu vlhkosti vzduchu z 35% na 15%, pricemz symptom suchosti hrdla a nosu narustal signifikantne jeste s teplotou vzduchu.

Obr. 7 Pokles výkonnosti subjektu – rychlosti pocítání s poklesem relativní vlhkosti vzduchu

4.6 Pokles výkonnosti subjektu

Neocekávaný, prekvapive výrazný negativní úcinek nízké vlhkosti byl zjisten na výkonnost pri provádení trí úkolu (psaní textu, ctení korektury a souctové pocítání) typických pro administrativní práci (obr. 8). K poklesu doslo opet pri snízení vlhkosti pod 15% a to zrejme v dusledku jiz dríve uvedených skutecností: zvýsené aktivity vícek (mrkání), snízené kvality sliznic ocí a horních cest dýchacích.

5. Závislost relativní vlhkosti vzduchu na jeho cistote

Dochází k zintenzivnení nekterých symptomu (pocit suchosti ocí, nosu a hrdla) provázejících nízkou vlhkost, je-li zvýsena hladina znecistení vzduchu napr. jiz pouzitím kobercu a snízením výmeny vzduchu.

6. Relativní vlhkost vzduchu a statická elektrina

Pri nízké vlhkosti vzduchu výrazné stoupá tvorba statické elektriny, takze je nutné peclive volit materiály povrchu v interiéru a uvázit aplikaci antistatických prostredku. Napr. RAL (1987) prokázal, ze pri poklesu vlhkosti pod 40% vzrustá nabíjení podlahových krytin. Zvláste koberce „wall to wall“ (od steny ke stene) z umelých vláken se intenzivne nabíjejí. Dojde-li vybíjení statické elektriny, napr. pri dotyku subjektu s vodivou konstrukcí, dochází k nepríjemným elektrickým ranám. Preskakují jiskry mohou znicit integrované obvody pocítacu a jsou také nebezpecné pri skladování explosivního materiálu v místnosti (Hoppe, 1993).

7. Vliv atmosférického tlaku na relativní vlhkost vzduchu

V rovnici relativní vlhkosti vzduchu rh= p_w/p_w,s (p_w = parciální tlak vodní páry, p_w,s = parciální tlak vodní páry za téze teploty nasycené) teplota vzduchu T_a má výrazný vliv na p_w,s zatímco p_w je závislé na atmosférickém tlaku:

Pro  [Pa] (1)

(viz CSN 73 0540-3, také Nesterenko, 1971)

p_w= A - p_dry  [Pa] (Daltonuv zákon) (2)

kde A = atmosférický tlak  [Pa]

p_dry= parciální tlak suchého vzduchu  [Pa]

Jestlize atmosférický tlak A poklesne na hodnotu kA, parciální tlak vodních par p_w poklesne

soucasne na kpw (kpw= kA - kpdry), tj.

Pokles rh je proporcionální poklesu A: cím nizsí atmosférický tlak, tím nizsí relativní vlhkost vzduchu.

Atmosférický tlak A lze stanovit ze vztahu (CSN 73 0540-3)

A= 101 700(16 300-h)/(16 300+h)   [Pa] (3)

kde h = výska nad zemským povrchem  [m].

V tab 1 jsou uvedeny hodnoty rh od úrovne na hladine more po výsku 2500 m, reálné pro kabiny dopravních letadel ale i nekteré výskové budovy.

Tab 1. Relativní vlhkost vzduchu v ruzných výskách nad zemí

8. Záver

Z uvedených skutecností je zrejmé: jelikoz clovek nemá speciální cidla vlhkosti a vzhledem k uvedeným experimentálním výsledkum, lze snízit v nezbytných prípadech (interiér letadel) relativní vlhkost vzduchu na 15%, ne vsak jiz níze. V prípade dlouhodobého pusobení tak nízkých hodnot lze jiz ocekávat atrofické zmeny na sliznicích dýchacích cest. V interiéru budov se pripoustí 30% (vládní narízení c. 361/2007 Sb.), doporucuje se vsak 35% jsou-li v interiéru pouzity antistatické materiály; není-li tomu tak, doporucuje se zvýsení na 40%.

Relativní vlhkost vzduchu klesá s nadmorskou výskou a je-li snízena, vytvárí vjem jednak chladnejsího, jednak cerstvejsího vzduchu.

Literatura

1. BEDFORD, T. 1948. Basic principles of ventilation and heating. London : H.K. Lewis and Co. Ltd., 1948.

2. BERLUNG, L.G. 1993. Human responses to humidity. In Research on Indoor Air Quality and Cliamate : CIB ProceedingS : publication 163. Rotterdam, 1993.

3. BERLUNG, L.G.; CAIN, W.S. 1989. Perceived air quality and the thermal environment. In The Human Equation: Health and komfort : proceedings of the ASHRAE/SOEH Conference. IAQ, 1989.

4. CROOME, D.J.; GAN, G.; ABWI, H.B. 1993. Evaluation of indoor environment in naturally ventilated offices. In Research on Indoor Air Quality and Climate : CIB Proceedings : publication 163. Rotterdam, 1993.

5. FANG, L.; WYON, D.P. 2003. Effect of low indoor humidity on comfort, SBS symptoms and the performance of office work. SCANVAC, 2003, no. 2, p. 4-5.

6. HOPPE, P.R. 1993. The role of humidity in indoor climate. In Research on Indoor Air Quality an Climate : CIB Proceedings : publication 163. Rotterdam, 1993.

7. JOKL, M. V. 1989. Microenvironment : the Theory and Practice of Indoor Climate. Illinois : Thomes, 1989.

8. NESTERENKO, A.V. 1971. The Principles of the Thermodynamic Calculations of Ventilation and Air Conditioning. Moscow : Russian University Press, 1971.

9. RAL – Deutsches Institut fur Gutesicherung und Kennzeichnung. 1987. Elektrisches Verhalten elastischer und textiler Bodenbelage : RAL-RG 725/3. Berlin : Beuth Verlag, 1987.

10. RODAHL, E. 1981. Field measurements of air quality in relation to air flow. In Heat Pumps and Air Circulation in Conditioned Spaces. Proceedings of Meetings of Commissions B1, B2, E1, E2, Sept. 7-9, 1981, Paris, France. Paris, 1981.

TISKNOUT | POSLAT MAILEM