Techniky a způsoby měření parametrů vnitřního prostředí

Ve svém příspěvku seznamuji čtenáře s parametry, které jsou potřebné pro posouzení mikroklimatických podmínek vnitřního prostředí.

Popisuji metodiku, techniky a způsoby měření parametrů vnitřního prostředí s důrazem na stanovení tepelné pohody organismu. Ve druhé části představuji  měřicí přístroje, které jsou pro tato měření vhodná.

V České republice platí několik zákonů a vyhlášek, které upravují a stanovují kvalitu vnitřního prostředí.

Tyto platné předpisy jsou též v tomto příspěvku uvedeny a to včetně tabulek s požadovanými číselnými údaji sledovaných (měřených) parametrů.

O parametrech vnitřního prostředí, tzv. mikroklimatu pojednávají v České republice tři zákony a několik vyhlášek. Nicméně na mnoha pracovištích se tyto zákony nedodržují a to vede ke snížení tepelné pohody a tudíž i výkonnosti osob, které v tomto prostředí pracují. 

Požadavky na parametry vnitřního prostředí vycházejí ze tří zákonů a to:

• Zákon č. 283/2021 Sb. - Stavební zákon a související předpisy
• Zákon č. 205/2020 Sb. - O ochraně veřejného zdraví a související předpisy
• Zákon č. 262/2006 Sb. - Zákoník práce a související předpisy

Parametry mikroklimatu jsou stanoveny na základě typu vnitřních prostor, které se odvíjejí od činnosti, kterou člověk v tomto vnitřním prostoru vykonává. Samostatnou kapitolou jsou byty a bytové domy a především tzv. čisté prostory ve zdravotnických pracovištích a ve výrobním prostředí. Požadavky na tyto prostory jsou stanoveny především ve státních normách (ČSN).

Tepelná pohoda

S pojmem kvalita vnitřního prostředí velice úzce souvisí pojem tepelná pohoda. Definice tepelné pohody může znít takto: „Tepelná pohoda je pocit, který člověk vnímá při pobytu v daném prostředí. Jelikož člověk při různých činnostech produkuje teplo, tak musí být zajištěn odvod člověkem produkovaného tepla do prostoru tak, aby nedošlo k výraznému zvýšení teploty těla. Na druhé straně odvod tepla nesmí být tak intenzívní, aby nedošlo k výraznému snížení teploty těla. Člověk by tedy neměl cítit v daném prostředí ani pocit nepříjemného chladu, ani nepříjemného tepla.“ 

Pokud budete dodržovat parametry vnitřního prostředí, které jsou v předpisech definovány, tak by měla být tepelná pohoda osob, které se v tomto prostředí pohybují optimální. Toto je velice důležité, protože tepelná pohoda člověka má podstatný vliv na produktivitu jeho práce. Tepelná pohoda člověka je dána teplotními a vlhkostními podmínkami prostředí a také jeho oblečením. Na pocit pohody mají samozřejmě  vliv i další aspekty, jako například osvětlení na pracovišti, hluk, rychlost proudění vzduchu atd.

Pokud toto shrneme tak na tepelnou pohodu člověka mají vliv následující faktory, které si můžeme rozdělit na subjektivní a objektivní:

Subjektivní faktory (metody)

Metody subjektivní jsou založeny na zjišťování subjektivních názorů uživatelů na stav prostředí, ve kterém pobývají. Jsou závislé na osobnosti člověka = jeho věk, psychický a fyzický stav atd. Pomocí těchto faktorů lze rozhodnout, zda je nutno provádět další šetření (objektivní). 

Objektivní faktory (metody)

Hodnocení mikroklimatických podmínek spočívají v měření fyzikálních veličin určujících mikroklima. Naměřené hodnoty se porovnávají s kritérii buď na základě více či méně zjednodušeného šetření rovnice tepelné bilance nebo s kritérii získanými z řady subjektivních vyšetření, popřípadě kombinací obou způsobů. Jedná se o čtyři veličiny, které jsou objektivně měřitelné pomocí vhodné techniky (teplota, vlhkost, rychlost proudění vzduchu a výsledná nebo radiační teplota). 

Parametry mikroklimatu v pracovním prostředí

Parametry mikroklimatu v pracovním prostředí jsou dány nařízením vlády č. 361/2007 Sb. V tomto nařízení je pracovní prostředí rozděleno do 5 tříd a to dle pracovních činností. Jednotlivé třídy pracovních činností jsou rozděleny dle energetického výdeje zaměstnance. Základním kritériem je operativní teplota t₀ [°C], které je vypočtena z výsledné teploty, teploty vzduchu a rychlosti proudění vzduchu.

Tab.1 Parametry mikroklimatu v pracovním prostředí

t₀ = t_r +A* (ta -tr) [°C]

Střední teplota sálání se vypočte z naměřené výsledné teploty kulového teploměru t_g a teploty okolního vzduchu ta.

Parametry mikroklimatu v mimopracovním prostředí

Tab.2 Parametry mikroklimatu ve školských prostředích 

Parametry pobytových prostor jsou definovány vyhláškou Ministerstva zdravotnictví č.6/2003 Sb. (viz. Tab. 3). Ve vyhlášce je rok rozdělen na tzv. Teplé a chladné období, což je poměrně problematické, protože již není vyspecifikováno, kdy ony období začínají a končí. Relativní vlhkost vzduchu by měla být držena v rozsahu 30 až 65% a rychlost proudění vzduchu v rozsahu 0,13 až 0,25 m/s.

Tab.3 Parametry mikroklimatu v pobytových prostorách 

Množství příváděného vzduchu (větrání)

Požadované množství dodávaného vzduchu na pracoviště se opět liší dle charakteru činnosti (rozdělení pracovních tříd dle energetického výdeje viz. Tab. 1) a je dáno nařízením vlády č.41/2020 Sb.

• Třída práce I a IIa (práce v sedě v kanceláři) 50 m³.h^-1 na zaměstnance . 
• Třída práce IIb a IIIa (práce ve stoje) 70 m³.h^-1 na zaměstnance. 
• Třída práce IIIb a IV (těžká fyzická práce) 90 m³.h^-1 na zaměstnance. 

Pokud by se jednalo o pracoviště, kde je povoleno kouření (což už je v dnešní době prakticky nemyslitelné), tak se dodávka vzduchu zvyšuje o 10  m³.h^-1. 

Jinak se stanovuje dodávka vzduchu do prostředí, kde je výrobní technologie zdrojem nečistot, které se uvolňují do ovzduší pracoviště. Tam je nutné množství dodávaného vzduchu zvýšit o takové množství, které zajistí dostatečné odvádění škodlivin a to do takové míry, aby byli dodrženy předepsané limity (tzv. PEL). V tomto nařízení vlády není rozlišeno větrání přirozené a větrání nucené a proto výměna vzduchu může být provedena libovolným způsobem.

Čisté prostory

Kapitolou samou pro sebe jsou speciální průmyslové či zdravotnické prostory, které se nazývají čisté prostory. Jedná se o takové prostory, ve kterých je řízena koncentrace částic ve vznosu a který je konstruován a využíván takovým způsobem, aby to minimalizovalo zanesení, generování a zadržování částic uvnitř prostoru v němž jsou řízeny ostatní relevantní parametry, např . teplota, vlhkost a tlak. 

Tyto speciální prostory jsou v dnešní době již zcela běžné využívány v elektronické výrobě, ve výrobě přesné mechaniky a optiky, potravinářské výrobě, farmaceutické výrobě a v neposlední řadě v nemocnicích (operační sály, příprava farmak atd.). Nejdůležitější parametrem čistého prostoru je maximální přípustný počet částic /m³.  Dle požadavku na stupeň čistoty prostoru jsou čisté prostory rozděleny (klasifikovány) do 9 tříd dle ČSN EN ISO 14 644-1:2015 (viz. Tab. 4).

Tab.4 Klasifikace čistých prostor dle ČSN EN ISO 14 644-1:2015 

Měření parametrů Mikroklimatu

Teplota

Pro posouzení tepelné pohody osob se nepoužívá klasická hodnota pokojové teploty, ale tzv. výsledná teplota t_g [°C] (teplota kulového teploměru). Tato teplota se měří pomocí teploměru se sondou, která je vložena do kulové baňky z polyuretanu o průměru 100 či 150 mm (teploměr dle Vernon-Jokla). Teplota, která je naměřena teploměrem uvnitř této baňky po ustálení (asi 15 až 20 minut) je právě ona výsledná teplota. Tato teplota vyjadřuje současné působení teploty vzduchu, teploty okolních ploch a rychlosti proudění vzduchu. Z výsledných teplot, které jsou naměřeny v úrovni hlavy, břicha a kotníků je stanovena střední hodnota (střední radiační teplota).

Obr. 1. Kulový teploměr

Měření rychlosti proudění vzduchu v prostředí

Tepelná pohoda je samozřejmě ovlivněna také rychlostí proudění vzduchu. Při vyšší rychlosti proudění je zvyšována pohoda při vyšších okolních teplotách, ale pokud je rychlost příliš vysoká, tak může vést až ke zdravotním potížím. K měření rychlosti proudění vzduchu k prostředí je potřeba použít přístrojů, které jsou schopny měřit malé rychlosti proudění (0,05 až 0,5 m.s^–1 ). Lze použít lopatkové anemometry (využití mechanických účinků proudícího vzduchu) či žárové anemometry, které měří rychlost proudění na základě ochlazování elektricky žhaveného elementu. Tyto anemometry měří rychlost proudění vzduchu až od cca. 0,2 m/s a proto nejsou pro měření rychlosti proudění vzduchu v prostředí úplně nejvhodnějším řešením. Ideálním řešením je měření pomocí všesměrové sondy, kde naměřená rychlost proudění není závislá na směru proudění a hlavně tato sonda měří již od rychlosti 0,05 m/s.

Obr. 2. Anemometr s všesměrovou sondou

Měření vlhkosti vzduchu

Pro účely posouzení vlhkosti vnitřního prostředí se používá měření relativní vlhkosti. Jedná se o poměr mezi okamžitým množstvím vodních par ve vzduchu ku množství par, které by měl vzduch o stejném tlaku a teplotě při plném nasycení. Je udávána v procentech.  V praxi se asi nejčastěji používají kapacitní vlhkoměry, kdy se na hodnotu vlhkosti převádí kolísání elektrické kapacity čidla.

Obr. 3. Kapacitní vlhkoměr

Měření v čistých prostorách

Měření tlakového spádu

Tlakový rozdíl se měří mezi čistými prostory jiných tříd a také mezi čistým prostorem a okolním prostředím. Vzduch proudí ve směru tlakového spádu (z oblasti s vyšším tlakem do oblasti s nižším tlakem) a proto by měl být tlak ve vyšší třídě čistého prostředí vyšší než v okolním čistém prostoru nižší třídy, respektive vyšší než v okolním „běžném“ prostoru. Toto zabezpečuje, že čistý prostor nemůže být kontaminován okolím. Tlakový rozdíl mezi čistým prostorem a běžným prostorem by měl být 15 Pa a mezi různými třídami čistých prostor 10 Pa. 
Přístroj, který je vhodný pro takovéto měření je např. Mikromanometr KIMO MP 110 (viz. Obr. 4). Přístroj má dva vstupy, do kterých se přivede vzduch o vyšším a o nižším tlaku a pomocí membrány je změřen tlakový rozdíl.

Obr. 4. Mikromanometr

Měření částic nečistot ve vzduchu​

Toto je nejdůležitější část kontroly čistých prostor. Při tomto měření je ověřeno, že koncentrace částic nepřekračuje limity, které jsou stanoveny v normě ČSN EN ISO 14 644. 
Pro tato měření se nejčastěji používají laserové čítače, které dokáží stanovit počet a velikost jednotlivých částeček. Tyto přístroje měří počet a velikost částic na základě odraženého záření od částic. Rozptýlené světlo je fokusováno do objektivu a převedeno na el. impuls (viz. obrázek 5). Amplituda impulsů udává velikost částic a počet impulsů počet částic. Pro posouzení čistého prostoru je potřeba měření provést na několika místech prostoru (v závislosti na velikosti a třídě čistoty prostoru).

Obr. 5. Princip laserového čítače částic

Závěr

Orientovat se v předpisech a nařízeních, týkajících se parametrů vnitřního prostředí není vůbec jednoduchou záležitostí. Chybí v nich řada definic a co více, chybí v nich i parametry vnitřních prostředí pro některé typy prostor. Toto způsobuje projektantům, stavařům a také uživatelům budov nemalé problémy. Nicméně pro pracovní prostředí jsou tyto parametry zpracovány poměrně přehledně. Dodržování parametrů na pracovních prostředích není důležité pouze z hlediska legislativy, ale hlavně z důvodu zdraví a produktivity zaměstnanců. Jediným způsobem, jak zjistit a ověřit tyto parametry je měření.

Seznam označení

• t₀ operativní teplota [ °C ]
• t_r střední radiační teplota  [ °C ]
• t_a teplota vzduchu  [ °C ]
• t_g výsledná teplota kulového teploměru [ °C ]
• A koeficient pro výpočet operativní teploty  [ - ]    
• RH relativní vlhkost vzduchu [ % ]
• v_a rychlost proudění vzduchu [ m/s ]

V případě dotazů k tomuto tématu nebo zájmu o konkrétní produkt nás kontaktujte například formulářem níže.