آسایش حرارتی (بخش دوم)

۶ ماه قبل ۳۰۳ ۰

عوامل تاثیرگذار بر آسایش حرارتی پیش از این از آنها یاد شد، هیچ یک به تنهایی تامین کننده شرایط آسایش نیستند. حتی بازه‌های قابل قبولی که برای آنها ذکر می‌گردد نیز تضمین کننده شرایط آسایش نمی‌باشد. به عنوان مثال نمی‌توان دمای 16 الی 28 درجه سانتی‌گراد را مناسب دانست بدون اینکه به رطوبت توجه داشت یا نمی‌توان ذکر کرد که رطوبت بین 30 الی 60 درصد مناسب است بدون اینکه سرعت هوا را در نظر گرفت. بنابراین عواملی که به آنها اشاره گردید بایستی در تعامل با یکدیگر باشند تا به کمک آنها بتوان شرایط مشخصی را به عنوان آسایش حرارتی در نظر گرفت.

1.شاخص دمای موثر (Effective Temperature) : دمای موثر یکی از رایج‌ترین شاخص‌های شرایط آسایش است برآیند سه پارامتر دما، رطوبت و سرعت هوا محسوب می‌شود. اگر هوا را ساکن فرض کرده و تغییرات بین دمای خشک و رطوبت نسبی را تا رطوبت نسبی 100% ادامه دهیم، به شرط برقراری تعادل گرمایی در بدن فرد، مقادیری تعیین می‌شوند که به دمای موثر خوانده شده و متصل نمودن آنها منحنی دمای موثر را تشکیل می‌دهد. 

دمای موثر، میانگینی بین دمای خشک و دمای مرطوب در سرعتی مشخص است. طی آزمایش‌های بعدی تاثیر تابش و مرطوب بودن پوست نیز در تعیین دمای موثر، مدنظر قرار گرفت و این شاخص ارتقاء یافته دمای موثر جدید (Effective Temperature) یا دمای موثر استاندارد (Standard Effective Temperature) نامیده شد.

الف. دمای موثر (Effective Temperature) کمتر از  22.8 درجه سانتی‌گراد باشد، بدن احساس سرما می کند.

ب. دمای موثر (Effective Temperature) برابر 22.8 درجه سانتی‌گراد و نرخ مرطوب بودن پوست به مقدار 0.06 باشد، بدن در حالت آسایش قرار می‌گیرد.

ج. دمای موثر (Effective Temperature) برابر 30 درجه سانتی‌گراد و نرخ مرطوب بودن پوست برابر 0.25 مرز بین منطقه آسایش و ناراحتی است. منطقه آسایش تابستانی و زمستانی ASHRAE بخشی از همین بازه محسوب می شود.

د. دمای موثر (Effective Temperature) بیشتر از 30 درجه سانتی‌گراد و برابر یا کمتر از 35 درجه سانتی‌گراد منطقه دمایی ناراحت کننده است و افزایش دمایی بیش از این، موجب شرایط غیرقابل تحمل و حتی خطرناک می‌شود و نمودار نشان می‌دهد که با افزایش دمای موثر، بر مقدار مرطوب شدن پوست که نشانه تعریق است افزوده می‌شود. به نحوی که با رسیدن دمای موثر به اندازه ی 41.4 درجه سانتی‌گراد مقدار مرطوب شدن پوست به 1 می‌رسد و ضربان قلب نیز افزایش می یابد.

2. شاخص میانگین آرای پیش‌بینی شده (Predicted Mean Vote) :این شاخص در واقع پیش‌بینی واکنش گروه زیادی از افراد نسبت به شرایطی خاص مطابق استاندارد ASHRAE می‌باشد. این شاخص میتنی بر بار گرمایی بدن (L) و میزان دمای پوست و مقدار تعریق برای رسیدن به تعادل گرمایی می‌باشد. بر مبنای مدل فانگر اگر مقدار بار گرمایی که بدن از دست می‌دهد (L) برابر با نرخ گرمای ناشی از سوخت و ساز باشد (M)، تعادل گرمایی برقرار خواهد بود و اگر (L) از (M) کوچکتر باشد، فرد احساس گرما و در حالت عکس، فرد احساس سرما خواهد کرد. در این مقیاس عدد صفر به معنای شرایط آسایش است.

                   

Thermal-Comfort-13.png

3. شاخص پیش‌بینی نارضایتی (Predicted Percentage of Dissatisfied) : شرایط آسایش، شرایطی نسبی است که پارامترهای مختلفی در ایجاد آن موثر هستند و از سوی دیگر همان پارامترها خود وابستگی به عوامل نسبی دیگری دارند. فارغ از این موارد، قرار است شرایط آسایش برای انسان‌ها تامین شود و حال اینکه عوامل مختلفی از نوع فعالیت و پوشش گرفته تا شرایط فیزیکی و روانی افراد در آسودگی آنها در زمان مشخصی موثرند. از این رو علی رغم محاسبات و پیش‌بینی تمهیدات به طور قطعی نمی‌توان هیچ وضعیتی را برای همه افراد آسوده خواند و به تبع آن نمی‌توان هیچ نموداری را محدوده آسایش مطلق محسوب نمود. بنابراین ممکن است درصدی از افراد تحت شرایطی که برای بسیاری مطلوب محسوب می‌شود، احساس ناراحتی و نارضایتی کنند. این درصد قابل پیش‌بینی نارضایتی(PPD) خود شاخصی است که بر اساس شاخص میانگین آرای پیش بینی شده (PMV) که پیش از این مورد بررسی قرار گرفت معنا پیدا می‌کند. زیرا فرض بر این است که مطابق شاخص PMV شرایط آسایش فراهم شده باشد و به همین دلیل شاخص نارضایی (PPD) وابسته به شاخص (PMV) است و نمودار 1 ارتباط این دو شاخص را نمایش می دهد. مطابق این نمودار اگر حتی (PMV) برابر صفر باشد، ممکن است 5 درصد افراد احساس نارضایتی کنند و یا اگر PMV بین (0.5+) یا (0.5-) باشد احساس نارضایتی به 10 درصد برسد. بازه مذکور شرایط قابل قبول حرارتی محیط برای آسایش عمومی می‌باشد.

آسایش حرارتی

شرایط آسایش حرارتی

با توجه به استاندارد ASHRAE 55، درک افراد از آسایش حرارتی تا حد قابل توجهی به تجربه قبلی وابسته است. برای مثال، در یک روز خیلی گرم با دمای 40 درجه سانتی‌گراد هنگامی که وارد ساختمانی با هوای 28 درجه سانتی‌گراد می‌شوید احساس راحتی می‌کنید اما پس از گذشت نیم ساعت، به تدریج احساس گرما میکنید. این استاندارد ساختمان‌ها را برای بررسی آسایش حرارتی به دو دسته تقسیم می‌کند:

1.      ساختمان‌هایی که فضاهای آن با پنجره‌های بازشو تهویه می‌شوند.

2.      ساختمان‌هایی که فضاهای آن با سیستم‌های مکانیکی تهویه می‌شوند.

دسته اول : ساختمان‌هایی که فضاهای آن با پنجره‌های بازشو تهویه می‌شوند

افرادی که در ساختمان‌های با تهویه طبیعی هستند انتظارات کمتری برای رسیدن به بازه دمایی آسایش دارند که علت آن وابسته بودن شرایط هوای داخل به دمای هوای خارج و کنترل پنجره هاست. در عوض با تغییر در پوشش خود شرایط آسایش را فراهم می‌کنند. شکل 3 حدود قابل قبول دماهای داخلی و دمای متوسط ماهیانه هوا را با شرایط زیر نشان می‌دهد:

1.      فعالیت به میزان 1 تا 1.3 مت

2.      عدم تماس مستقیم فرد با آفتاب

3.      سرعت هوای کمتر از 0.2 متر برثانیه

4.      بدون لحاظ کردن نوع خاصی از پوشش

این حدود قابل قبول، منطقه آسایش حرارتی گفته می‌شود. دمای عملکرد داخلی، متوسط دمای هوا و دمای تشعشعی است. همچنین متوسط دمای ماهیانه خارجی، برابر با متوسط دمای هر ساعت هوای خارج است و این اطلاعات را می‌توان از سازمان‌های دولتی نظیر هواشناسی تهیه کرد.

آسایش حرارتی

این منحنی تنها تا متوسط دمای ماهیانه 10 درجه سانتی‌گراد را نشان میدهد که بیانگر عدم ایجاد آسایش حرارتی قابل قبولی توسط پنجره‌های بازشو کنترلی در اقلیم‌های سرد در فصل زمستان است. همچنین این منحنی حدود دمای عملکردی آسایش را با پذیرفتن 80%  افراد (وضعیت نرمال) و باند باریک‌تری برای ایجاد یک استاندارد بالاتر آسایش یا همان پذیرفتن 90%  افراد، نشان می‌دهد. برای مثال، در مکانی که حداکثر دمای متوسط ماهانه آن در فصل تابستان 20 درجه سانتی‌گراد است، بازه دمایی قابل قبول برای 80% افراد بین  20.5 تا 27.5 درجه سانتی‌گراد قرار دارد. توجه داشته باشید که وضعیت نرمال نشان می‌دهد که 20%  افراد (1 نفر در هر 5 نفر) شرایط گرمایی را قابل قبول نمی‌دانند.

دسته دوم: ساختمان‌هایی که فضاهای آن با سیستم‌های مکانیکی تهویه می‌شوند

فضاهایی که با سیستم‌های مکانیکی تهویه شده اند، به سه کلاس تقسیم می‌شوند:

1.      کلاس A (آسایش زیاد)

2.      کلاس B (آسایش نرمال)

3.      کلاس C (آسایش استاندارد)

استاندارد ASHRAE 55، تنها شامل منحنی‌های آسایش حرارتی برای فضاهای کلاس B است. برای محاسبه شرایط آسایش برای کلاس‌های A  و C طراح از برنامه کامپیوتری پایه که در ضمیمه D استاندارد شماره 55 ارایه شده است، استفاده می‌کند. لازم به ذکر است که حدود حرارتی کلاس B (شرایط نرمال) براساس پذیرفتن 80% افراد است.

 معیارهای آسایش حرارتی کلاس B

این استاندارد چارت سایکرومتریکی را با شرایط قابل قبول فضای کلاس B در شکل 1  ارایه می‌کند:

1.      فعالیت به میزان 1 تا 1.3 مت

2.      لباس به میزان 0.5 تا 1 کِلو

3.      سرعت هوای کمتر از 0.2 متر بر ثانیه

4.      عدم تماس مستقیم با نور آفتاب

آسایش حرارتی

 

آسایش حرارتی

برای فضاهایی که در تابستان داشتن سطح پوشش 0.5 کلو قابل قبول و رطوبت طراحی بین 40% تا 50 % است، منطقه آسایش حرارتی بین خطوط پر این چارت است.

به خاطر داشته باشید که این چارت بیانگر شرایط قابل قبول 80% افراد است، هر چند در حالت ایده آل 100% افراد این شرایط گرمایی را قابل قبول می‌دانند. در بیشتر موارد برخی از افراد محدودیت‌هایی نسبت به پوشیدن لباس دارند. حالت ایده‌آل (اما بسیار پرهزینه) تامین آسایش حرارتی، این است که دمای آسایش هر فرد را به صورت جداگانه تامین کنیم، به همین دلیل حالت نرمال را برای تامین شرایط آسایش را انتخاب می‌کنیم.

مدیریت تحت شرایط کمتر از شرایط ایده‌آل

چارت‌های بالا براساس شرایط ایده ال هستند، شرایطی که همیشه وجود ندارند. این استاندارد جزییات قابل توجهی از محدودیت‌های شرایط غیر ایده‌آل را در نظر می‌گیرد که آنها را به طور خلاصه معرفی می‌کنیم.

افزایش سرعت هوا: در مجاورت یک جسم، باعث خنکی آن می‌شود. حتی می‌توان با این افزایش سرعت هوا، حدود دمایی منحنی آسایش را تا   3 درجه سانتی‌گراد افزایش داد و زمانی که سرعت هوا تحت کنترل فرد و کمتر از 0.8 متر بر ثانیه باشد، در واقع بدین معناست که منحنی آسایش را تا  3 درجه سانتی‌گراد به سمت راست جابجا می‌کند.

کوران: عدم آسایش ناشی از کوران هوا به دمای هوا، سرعت و اغتشاش جریان هوا بستگی دارد. در حالت کلی هر چقدر جریان هوا آرام‌تر باشد، کمتر موجب صلب آسایش می‌شود، در حقیقت باعث جلب توجه نمی‌شود. مردم نسبت به کوران هوای سرد بسیار حساس‌تر ازکوران هوای گرم هستند.

اختلاف دمای عمودی: این اختلاف دما بین کف و سقف به دلیل چگالی کمتر هوای گرم و تمایل به بالا رفتن آن است که باعث خنک شدن بخش پایینی یک فضا می‌شود. بسیاری از ساختمان‌های مناطق سرد به دلیل جنس نامناسب کف یا عایق ضعیف آن دارای زمینی سرد هستند که هوای سرد، درست در فاصله‌ی کمی از آن قرار دارد. این اختلاف دمای هوا از سر تا پا تا زمانی قابل قبول است که از 3 درجه سانتی‌گراد تجاوز نکند.

دمای سطح زمین:  این دما برای افرادی که کفش پوشیده‌اند و روی زمین ننشسته‌اند باید در بازه‌ 19 درجه سانتی‌گراد تا 29 درجه سانتی‌گراد باشد. کمیت (حداکثر دمای کف) باعث ایجاد محدودیت‌هایی در مقدار گرمای تولید شده توسط زمین گرم یا سیستم‌های گرمایش از کف می‌شود. باید توجه کرد که زمین سرد می‌تواند تامین شرایط آسایش حرارتی را غیر ممکن سازد.

سیکل تغییرات دما: فضایی که توسط یک ترموستات قطع و وصلی (که دارای عکس العمل کندی در برابر تغییرات دما است)، کنترل می‌شود، بازه‌ی دمایی زیادی را در یک زمان کوتاه تجربه می‌کند. این قضیه به معنای تغییر دمای ناگهانی هوا است که موجب صلب آسایش ساکنان می‌شود. درکل وقتی سیکل تغییر دما به صورت نسبتاً منظم با سیکل زمانی کمتر از 15 دقیقه تغییر کند، نباید اختلاف دما بیشتر از 1 درجه سانتی‌گراد شود.

تغییرات دمای تشعشعی: تغییرات دمای تشعشعی در بازه‌ی معینی قابل قبول است. در حالت کلی، مردم یک دیوار گرم را به طور کامل می‌پذیرند، ولی سقف‌های گرمی که دمای تشعشعی‌شان بیش از 5 درجه سانتی‌گراد از دمای تشعشعی کل بالاتر است از منابع صلب آسایش حرارتی به حساب می‌آیند. یک سقف با عایق ضعیف در اقلیم‌های گرم و آفتابی، به دلیل دمای تشعشعی زیاد، موجب عدم آسایش حرارتی می‌شود.

 

نگارش : محمد جعفر نیری

منبع : بخشی از کتاب روشهای تولید و توزیع برودت در سیستم‌های تهویه مطبوع - مولف : پیمان ابراهیمی ناغانی، سید علیرضا ذوالفقاری، محمد جعفر نیری - انتشارات نوآور


۰ دیدگاه