Национальный стандарт РФ ГОСТ Р ИСО 14505-2-2013 "Эргономика термальной среды. Оценка термальной среды в транспортном средстве. Часть 2. Определение эквивалентной температуры" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 ноября 2013 г. N 1652-ст)

Национальный стандарт РФ ГОСТ Р ИСО 14505-2-2013
"Эргономика термальной среды. Оценка термальной среды в транспортном средстве. Часть 2. Определение эквивалентной температуры"
(утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 ноября 2013 г. N 1652-ст)

Ergonomics of the thermal environment. Evaluation of thermal environments in vehicles. Part 2. Determination of equivalent temperature

Дата введения - 1 декабря 2014 г.

Введен впервые

Предисловие

1 Подготовлен Автономной некоммерческой организацией "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (АНО "НИЦ КД") на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 201 "Эргономика, психология труда и инженерная психология"

3 Утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 ноября 2013 г. N 1652-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 14505-2:2006 "Эргономика термальной среды. Оценка термальной среды в транспортном средстве. Часть 2. Определение эквивалентной температуры" (ISO 14505-2:2006 "Ergonomics of the thermal environment - Evaluation of thermal environments in vehicles - Part 2: Determination of equivalent temperature").

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительных приложениях ДА и ДБ

5 Введен впервые

Введение

Взаимодействие конвективного, лучистого и проводящего теплообмена в салоне транспортного средства является достаточно сложным. Внешние термальные нагрузки в сочетании с внутренней системой обогрева и вентиляции транспортного средства создают микроклимат, который может значительно изменяться во времени и пространстве. Возникают условия температурной асимметрии, и часто именно они являются главной причиной жалоб на температурный дискомфорт. Микроклимат в транспортных средствах, которые вообще не имеют или имеют слабую систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC-система)*, и соответствующий термальный стресс в значительной степени определяют воздействием окружающих климатических условий. Субъективная оценка является интегральной, так как человек принимает объединенное воздействие нескольких термальных раздражителей. Однако она недостаточно детальна и точна для многократного применения. Технические измерения предоставляют детальную и точную информацию, но требуют обработки для прогнозирования термального воздействия на людей. Так как на окончательный теплообмен человека влияют несколько климатических факторов, требуется комплексное измерение этих факторов, представляющее их относительное значение.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает руководство по оценке температурных условий в салоне транспортного средства. Он также применим для исследования других замкнутых пространств с асимметричными температурными условиями. Стандарт, в основном, предназначен для оценки температурных условий в случаях, когда отклонения от термонейтральной зоны относительно небольшие. Методология, приведенная в настоящем стандарте, может быть включена в стандарты по испытаниям HVAC - систем*, для транспортных средств и других замкнутых пространств.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующий стандарт.

ИСО 13731 Эргономика термальной среды. Словарь и символы (ISO 13731 Ergonomics of the thermal environment. Vocabulary and symbols)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 13731, а также следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 эквивалентная температура, (equivalent temperature): Температура однородного пространства со средней температурой излучения равной температуре воздуха при нулевой скорости воздушного потока, в котором человек теряет такое же количество тепла за счет конвекции и излучения, как в условиях реальной окружающей среды.

3.2 эквивалентная температура всего тела, (whole body equivalent temperature): Температура воображаемого замкнутого пространства с одинаковой температурой воздуха и окружающих поверхностей и нулевой скоростью воздушного потока, в котором тепловой манекен, имеющий размер и форму человека, теряет такое же количество сухого тепла за счет конвекции и излучения, как в условиях реальной неоднородной среды.

3.3 эквивалентная температура сегмента, (segmental equivalent temperature): Однородная температура воображаемого замкнутого пространства с одинаковой температурой воздуха и окружающих поверхностей и нулевой скоростью воздушного потока, в котором одна или несколько выбранных зон теплового манекена теряют такое же количество сухого тепла за счет конвекции и излучения, как в условиях реальной неоднородной среды.

3.4 направленная эквивалентная температура, (directional equivalent temperature): Температура воображаемого замкнутого пространства с одинаковой температурой воздуха и окружающих поверхностей и нулевой скоростью воздушного потока, в котором небольшая плоская нагреваемая поверхность теряет такое же количество сухого тепла за счет конвекции и излучения, как в условиях реальной неоднородной среды.

3.5 всенаправленная эквивалентная температура, (omnidirectional equivalent temperature): Температура воображаемого замкнутого пространства с одинаковой температурой воздуха и окружающих поверхностей и нулевой скоростью воздушного потока, в котором нагреваемый эллипсоид теряет такое же количество сухого тепла за счет конвекции и излучения, как в условиях реальной неоднородной среды.

3.6 сегмент (segment): Часть теплового манекена, имеющего форму человека, обычно соответствующая реальной части тела, состоящая из одной или нескольких зон, для которой указывают эквивалентную температуру сегмента, .

3.7 зона (zone): Независимо регулируемая физическая часть сегмента, в пределах которой измеряют температуру поверхности и теплообмен.

3.8 HVAC-система (HVAC-system): Система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха внутри транспортного средства и/или кабины.

4 Принципы оценки

Принцип оценки основан на измерении эквивалентной температуры. Эквивалентная температура представляет собой комплексное измерение физических характеристик воздействия температурных условий на сухой теплообмен человека. На основе фактического значения температуры и колебаний эквивалентной температуры могут быть оценены условия теплового баланса в термонейтральной зоне или близком к ней диапазоне. Температурная чувствительность человека в большой степени зависит от общих и локальных изменений температуры вблизи поверхности кожи. Значения эквивалентной температуры определенной среды тесно связаны с восприятием человеком температурных условий в этой среде. Благодаря этому можно интерпретировать и оценить качество среды.

Температурные условия оценивают с точки зрения общей эквивалентной температуры, которая описывает уровень термальной нейтральности среды.

Температурные условия также оценивают при анализе локальных воздействий на определенные участки поверхности тела человека. Локальные эквивалентные температуры определяют размер потери тепла (локального дискомфорта) определенными участками поверхности тела человека в диапазоне приемлемых уровней температур.

4.1 Общее описание эквивалентной температуры

Эквивалентная температура - это физическая величина, которая объединяет независимые воздействия конвекции и излучения на теплообмен тела человека. Их взаимосвязь лучше всего описана для общего (т.е. всего тела) теплообмена. Доступно ограниченное количество данных о взаимосвязях между локальным сухим теплообменом и локальной эквивалентной температурой. Стандартизованное определение применимо только к теплообмену всего тела человека. Следовательно, для целей настоящего стандарта определение должно быть изменено. Значение не учитывает восприятие и чувствительность человека, а также другие субъективные аспекты. Однако эмпирические исследования показали, что значения в значительной степени связаны с субъективным восприятием температурного воздействия.

4.2 Общий принцип определения эквивалентной температуры

Определение основано на уравнениях теплообмена вследствие конвекции и излучения для одетых людей. Предполагают, что теплообмен за счет кондукции, является небольшим и может быть вычислен на основе конвекции и излучения тепла

,

(1)

,

(2)

где R - плотность теплового потока при излучении тепла, ;

С - плотность теплового потока при конвекции, ;

- коэффициент теплоотдачи при излучении тепла, ;

- коэффициент теплоотдачи при конвекции, ;

- температура поверхности кожи, °С;

- средняя температура излучения, °С;

- температура воздуха, °С;

На практике, эквивалентную температуру определяют и устанавливают с помощью следующего уравнения

,

где - температура поверхности;

- температура стандартной окружающей среды;

Q - плотность теплового потока за счет конвекции и излучения в фактических условиях

Q=R+C.

(4)

ГАРАНТ:

Нумерация формул приводится в соответствии с источником

- общий коэффициент теплоотдачи за счет конвекции и теплового излучения, определенный при калибровке в стандартной окружающей среде.

Стандартная среда состоит из однородных, равномерных температурных условий с и скоростью воздушного потока < 0,1 м/с. Процедура калибровки в соответствии с приложением С.

5 Специфические эквивалентные температуры

5.1 Общая информация

Так как не существует метода измерений истинной общей или локальной , в соответствии с 5.2 - 5.5 в зависимости от принципов измерений могут быть вычислены четыре эквивалентные температуры:

a) эквивалентная температура всего тела;

b) эквивалентная температура сегмента;

c) эквивалентная температура в заданном направлении;

d) эквивалентная температура во всех направлениях,

5.2 Эквивалентная температура всего тела

5.2.1 Принцип определения

Принцип определения заключается в измерении общего теплового потока от испытательного манекена, имеющего форму и размер человеческого тела и состоящего из нескольких зон, каждая со своей температурой поверхности, приближенной к температуре реального тела человека. Теоретически эквивалентная температура всего тела может быть измерена с помощью теплового манекена или большого количества плоских нагреваемых датчиков, прикрепленных к обычному манекену. Точность результата зависит от температуры поверхности, размера тела, количества и распределения зон, позы и т.д. Подходящим методом является использование теплового манекена с отдельно нагреваемыми зонами, охватывающими все тело, с температурами поверхностей, приближенными к температурам реального тела человека. Манекен, имеющий размер человека, но только одну зону, не позволяет определить реальную всего тела, потому что температурные условия существенно изменяются в пространстве. Чем большее количество зон имеет манекен, тем точнее значение, измеренное с помощью манекена.

5.2.2 Вычисление

,

(5)

,

(6)

,

(7)

где n - количество зон тела (0 < n N);

Значение определяют с помощью калибровки в стандартной среде (см. приложение С).

Для обеспечения возможности сравнения результатов, полученных с использованием разных манекенов, измеренная должна быть представлена вместе с подробным описанием использованного манекена, принципов регулирования, температуры поверхностей, количества зон и т.д. (см. приложения А и В).

5.3 Эквивалентная температура сегмента

5.3.1 Принцип определения

Принцип определения заключается в измерении общего теплового потока от сегмента, состоящего из одной или нескольких зон, каждая со своей температурой поверхности, приближенной к температуре реального тела человека.

Эквивалентная температура сегмента показывает поток тепла от отдельного сегмента тела, например, от руки, головы или грудной клетки. Эквивалентная температура сегмента может быть измерена только с использованием теплового манекена или датчика, имеющего размер и форму тела (сегмента тела) человека. Количество зон и их распределение должно соответствовать реальному сегменту, для которого должна быть измерена . Некоторые сегменты, например, бедро, должны быть разделены хотя бы на две зоны, потому что температурные условия различаются для наружной и внутренней (контактирующей с сиденьем) сторон сегмента.

5.3.2 Вычисление

,

(8)

,

(9)

,

(10)

где n - количество зон тела (0 < n N).

Значение определяют при калибровке в стандартной среде (см. приложение С).

Сегмент может быть выбран произвольно, но он должен состоять из одной или нескольких полных зон. Обычно в качестве сегмента выбирают такие части тела, как голова, кисти рук, руки, ступни, ноги, грудная клетка, спина, ягодицы.

Для обеспечения возможности сравнения результатов с результатами других измерений, результат измерения должен быть представлен вместе с подробным описанием измеряемого сегмента, принципа регулирования, температуры поверхности, количества и распределения зон в сегменте (см. приложения А и В).

5.4 Направленная эквивалентная температура

5.4.1 Принцип определения

Принцип определения заключается в измерении общего теплового потока от небольшой плоской поверхности с известной температурой. Направленная может быть описана как вектор, перпендикулярный к измеряющей плоскости, определенный в каждой точке абсолютной величиной и направлением. Эта температура соответствует теплообмену в пределах полусферы перед бесконечно малой плоскостью. Направленная может быть измерена только с помощью плоского датчика, который может быть закреплен на манекене или другом устройстве. Для определения направленной в нескольких местоположениях или направлениях можно использовать несколько датчиков, при условии, что они не оказывают влияния друг на друга.

5.4.2 Вычисление

,

(11)

где - температура поверхности датчика;

- тепловой поток от датчика.

Значение определяют при калибровке датчика в стандартной среде (см. приложение С).

Локальная эквивалентная температура () может быть вычислена как среднее значение ряда измерений, выполненных в одном и том же местоположении, но в различных направлениях. Для моделирования отдельных поз тела эту температуру вычисляют как среднее арифметическое без весовых коэффициентов или с ними

,

(12)

где n - количество направлений.

,

(13)

где n - количество местоположений, .

Общая эквивалентная температура может быть вычислена как средневзвешенное значение локальных эквивалентных температур

,

(14)

где n - количество измерений, , соответствует n-й позе тела.

Для обеспечения возможности сравнения результатов с результатами других измерений, измеренное значение должно быть представлено вместе с подробным описанием использованного датчика (см. приложения А и В), принципа регулирования, температуры поверхности, размера, расположения и направления датчика. Эквивалентная температура для всего тела и общая эквивалентная температура не одно и то же. В асимметричных температурных условиях и при наличии контакта с сиденьем разница между ними может быть существенной.

5.5 Всенаправленная эквивалентная температура

5.5.1 Принцип определения

Принцип определения заключается в измерении общего теплового потока от поверхности эллипсоида с известной температурой. Всенаправленная представляет собой средневзвешенное значение направленных по всем направлениям. Весовые коэффициенты для различных направлений зависят от формы эллипсоида. Всенаправленная характеризует теплообмен во всех направлениях. Всенаправленная может быть измерена только датчиком в форме эллипсоида с однородным тепловым потоком по всей поверхности. Одновременно можно использовать один или несколько датчиков. Если используют более одного датчика, то необходимо учитывать, что датчики могут оказывать влияние друг на друга как горячие поверхности в измеряемой сфере.

5.5.2 Вычисление

,

(15)

где - температура поверхности датчика;

- тепловой поток от датчика.

Значение определяют при калибровке датчика в стандартной среде (см. приложение С).

Всенаправленная , определенная с использованием одного датчика в форме эллипсоида в асимметричных температурных условиях, является локальной . Общая может быть вычислена как среднее арифметическое показаний датчиков, установленных в различных местоположениях с весовыми коэффициентами, соответствующими различным частям тела в соответствии с SAE J 2234

,

(16)

где n - количество местоположений, .

Для обеспечения возможности сравнения результатов измерений с результатами других измерений измеренное значение должно быть представлено вместе с подробным описанием использованного датчика, принципа регулирования, температуры поверхности, размера, места расположения и направления датчика (см. приложения А и В).

6 Средства измерений

Несколько методов и средств измерений, основанных на различных принципах измерений, приведены в приложениях А и В. Метод измерений должен быть выбран в зависимости от целей измерений.

Результаты измерений, полученные с помощью принципиально разных методов, нельзя сравнивать друг с другом, т.к. им соответствуют различные уровни:

- надежности;

- обоснованности;

- утверждения;

- повторяемости;

- точности;

- общности;

- сложности;

- стоимости;

- пригодности.

Характеристики и требования методов приведены в приложении В. Требования к процедурам калибровки приведены в приложении С.

7 Оценка

Эквивалентная температура представляет собой количественную характеристику условий физического теплообмена. Значение - это уровень температуры, близкий к нормальному среднему уровню температур в помещении. Более высокие значения указывают на меньшую потерю тепла ("тепло"), а более низкие значения - на большую потерю тепла ("холодно").

Интерпретация эквивалентной температуры с точки зрения температурной чувствительности основана на серии исследований с привлечением испытуемых, на которых были измерены специфические эквивалентные температуры. Примеры интерпретации приведены в приложении С. Для некоторых типов эквивалентной температуры данные для сравнения с оценкой испытуемых отсутствуют. Тем не менее, такие виды измерений могут быть использованы для дифференциальных измерений температурных условий.

7.1 Определение эквивалентной температуры всего тела

Определение эквивалентной температуры всего тела предпочтительно выполнять с использованием теплового манекена или объединения отдельных измерений с использованием всенаправленных датчиков, расположенных в определенных местоположениях в салоне транспортного средства.

7.1.1 Определение эквивалентной температуры с использованием всенаправленных датчиков

Описание всенаправленных датчиков приведено в приложениях А и В. Датчики помещают на стойку, имитирующую тело человека, и сиденье транспортного средства. Не менее шести датчиков помещают в установленных местах, а измерения проводят после достижения установившихся температурных условий. Эквивалентную температуру всего тела измеряют как средневзвешенное по площади значение показаний отдельных датчиков. Интерпретация значений должна быть выполнена в соответствии с приложением D.

7.1.2 Определение эквивалентной температуры с использованием теплового манекена

Требования к манекену и процедурам описаны в приложениях А и В. Манекен помещают на сиденье транспортного средства и измеряют потерю тепла всего тела после достижения установившихся температурных условий. Потеря тепла всего тела является средневзвешенным по площади значением показаний для независимых сегментов манекена. Интерпретация значений должна быть выполнена в соответствии с приложением D.

7.2 Определение локальной эквивалентной температуры

Определение эквивалентной температуры всего тела предпочтительно выполнять с использованием теплового манекена или объединения отдельных измерений с использованием всенаправленных датчиков.

7.2.1 Определение локальной с использованием всенаправленных датчиков или плоских нагреваемых датчиков

Описание всенаправленных датчиков приведено в приложениях А и В. Датчики помещают на стойку, имитирующую тело человека, и сиденье транспортного средства или на определенные точки поверхности одежды человека или теплового манекена. Измерения проводят после достижения установившихся температурных условий. Локальную эквивалентную температуру определяют как показания отдельного датчика. Чем большее количество датчиков установлено в пространстве, тем точнее можно установить отклонения в тепловом поле вокруг тела человека.

7.2.2 Определение локальной с использованием теплового манекена

Требования к манекену и процедурам приведены в приложениях А и В. Манекен помещают на сиденье транспортного средства и измеряют потерю тепла локального сегмента манекена после достижения установившихся температурных условий. Локальную эквивалентную температуру определяют с помощью показаний, полученных с отдельного сегмента. Интерпретацию значений необходимо выполнять в соответствии с приложением D.

_____________________________

* HVAC-система - heating, ventilating and air-conditioning system.

Библиография

[1]	ISO 7726 Ergonomics of the thermal environment - Instruments for measuring physical quantities
[2]	ISO 7730 Moderate thermal environments - Determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort
[3]	ISO 13732-1 Ergonomics of the thermal environment - Assessment of human responses to contact with surfaces - Part 1: Hot surfaces
[4]	ISO 13732-3 Ergonomics of the thermal environment - Assessment of human responses to contact with surfaces - Part 3: Cold surfaces
[5]	ISO 14505-1 Ergonomics - Evaluation of thermal environments in vehicles - Part 1: Principles and methods for assessment of thermal stress
[6]	ISO 14505-3 Ergonomics of the thermal environment - Evaluation of thermal environments in vehicles - Part 3: Subjective assessment using humans test panels
[7]	SAE-J-2234 Equivalent temperature. SAE Information Report, 1993
[8]	BOHM, M., NORN, O., NILSSON, H., and HOLMR, I. Quantification of climate effects in a cabin simulator.Swedish Institute of Agricultural Engineering and National Institute of Occupational Health, Sweden, 1994
[9]	BOHM, M., NORN, O., NILSSON, H., and HOLMR, I. Use of thermal maniken to improve the cab climate. International Conference on Agricultural Engineering, Milan, Italy. Report No. 94-D-041, 1994
[10]	BOHM, M., NORN, O., HOLMR, I., and NILSSON, H. Comparison of methods to determine the equivalent temperature in a cab in a climatic chamber. 6th international conference, Florence ATA 1999, The new role of experimentation in the modern automotive product development process, Florence, Italy, 1999, p. 99A4084 CD ROM
[11]	HOLMR, I. Climate stress in vehicles - A criteria document. Journal of the Human-Environment System, 1:23-33,1997
[12]	HOLMR, I., NILSSON, H., BOHM, M., and NORN, O. Equivalent temperature in vehicles- conclusions and recommendations for standard. 6th international conference, Florence ATA 1999, The new role of experimentation in the modern automotive product development process, Florence, Italy, 1999, p. 99A4121 CD ROM
[13]	BOHM, M., NORN, O., HOLMR, I., and NILSSON, H. Development of standard test methods for evaluation of thermal climate in vehicles. Final Report on Project SMT4-CT95-2017. Uppsala: Swedish Institute of Agricultural Engineering, 1999, p. 106
[14]	NILSSON, H., HOLMR, I., BOHM, M., and NORN, O. Equivalent temperature and thermal sensation - Comparison with subjective responses Proceedings of Comfort in the automotive industry. Bologna Italy, ATA vol. 1, 1997, pp. 157 - 162, 97A3018
[15]	NILSSON, H. Comfort climate evaluation with thermal manikin methods and computer simulation models. Doctoral thesis from the Royal Institute of Technology, University of Gvle and The Swedish National Institute for Working Life (download free of charge from the National Library of Sweden http://urn.kb.se/resolve?urn=urn;se:kth:diva-3726) Arbete och Hlsa 2004:2. ISBN 91-7045-703-4, ISBN 91-7283-693-8, ISSN 0346-7821