شرایط رفاه حرارتی

شــرایط رفاه حرارتی به عواملی از قبیل د‌مای هوا، رطوبت، سرعت هوا (MRT) بســتگی د‌ارد.‌ علاوه بر موارد‌ فوق و د‌مای تشعشعی متوسط 1، ســن3 ونوع تعد‌اد‌ی از عوامل غیر محیطی مانند‌ نوع لباس، جنســیت2 فعالیت افراد‌ نیز بر شرایط رفاه حرارتی تاثیرگذار خواهد‌ بود.

دمــای هوا با اســتفاده از یــک دماســنج معمولــی اندازه گیری میشود. دمایی که اکثر افــراد در حالت معمول در آن احســاس راحتی میکنند، بین 70 تا 76 درجه فارنهایت است. هرچند که ذکر این نکته نیز حایز اهمیت است که این دما در فصل تابســتان افزایش و در فصل زمستان کاهش مییابد.

محدوده رطوبت نســبی که انســان در آن احساس راحتی میکند بین 20 تا 60 درصد است.
میزان رطوبت هوا را نیز میتوان با استفاده از دمای مرطوب، نســبت رطوبت یا دمای نقطه شبنم بیان نمود.

بادزن های ســقفی، بازدن های سیرکوله یا پنجره های قابل حرکت میتوانند تامین کننده جریان هوا باشند و این جریان هوای ایجاد شده، حد دمای بالا برای احساس راحتی انسان را به میزان 2 درجه افزایش میدهد.

دمای سطوحی که پیرامون یک فرد قرار دارد (مانند دیوارها، سقف، کف و پنجره ها)، میتواند بر مقدار دمای تشعشــعی متوسط (MRT) به ویژه در روزهای بسیار ســرد یا گرم تاثیرگذار باشد. دمای تشعشعی متوسط در غارها مقدار بسیار کمی است و به همین دلیل حتا در دماهای بالا نیز شرایط دمایی داخل آنها احساس راحتی را برای انسان به ارمغان می آورد. به همین ترتیب اتاق هایی که کف آنها گرم است، علیرغم آنکه دمای هوای آنها سردتر است از نظر رفاه شرایط آسایش انسان را فراهم میکنند.

در استاندارد55 ASHRAE آسایش حرارتی بر حسب دمای موثر و رطوبت تعریف شده است و این تعریف بیانگر محدوده شرایط حرارتی در مواقعی است که 80 درصد افراد بدون تحرک یا کم تحرک در آن محیط از نظر شرایط گرمایی احساس راحتی کنند(شکل 1). دمای موثر عبارت است از میانگین دمای هوای محیط و دمای متوســط تشعشــعی کــه با ضرایب انتقال حــرارت مختص به هر یک تاثیرگذار خواهند بود. تعریفی که استاندارد 55 از شرایط رفاه ارایه کرده است، حرکت هوا یا سرعت هوا را در نظر نمیگیرد.
اکثر ســاکنان در مواقعی که جریان هوا در محیط وجود دارد و یا هوای محیط ســرد است احساس راحتی نمیکنند.

این شــکل از هندبــوک 200 1ASHRAE اســتخراج شده اســت. این شکل نشــان دهنده محدوده های دما و رطوبتی اســت کــه در آن 80 درصد از افراد ساکن در ساختمان در فصل تابستان و زمســتان در حالت بدون تحرک یا با تحرک کم احساس راحتی کنند.

عمده تحقیقاتی که در زمینه آسایش حرارتی انجام شده است، بر مبنای پرسش از افراد در زمینه گرم یا سرد بودن هوای محیط اتاق و ارتباط دادن آن به اندازه گیری های انجام شده از دمای هوا، رطوبت، سرعت هوا و دمای تشعشعی متوسط است. مقیاس ســنجش حرارتی ASHRAE معمولا برای چنین تحقیقاتی مورد استفاده قرار میگیرد. برخی از این تحقیقات درمحیط هایی انجام شده است که دما و رطوبت آن به دقت تحت کنترل بوده اســت. سایر تحقیقات نیز در محیط کار انجام گرفته است.

از آنجایی که رفاه حرارتی یک معیار مطلق ندارد و از فردی به فرد دیگر متفاوت اســت، در برخی از مواقع برای بررسی میزان رفاه حرارتی، از معیارهای آماری استفاده میشود. یکی از این معیارهای آماری مورد استفاده، رای متوسط پیش بینی شده نام دارد که آن را به اختصار با PMV نشان میدهند.
PMV در واقع پاسخ متوســط عده زیادی از افراد را بر حسب مقیاس درک حرارتی ASHRAE پیش بینی میکند. اگر مقدار PMV برابر با +1 باشد به معنی آن است که به طور متوسط افراد ساکن در اتاق احساس گرما میکنند. اگر اطلاعات مربوط به نرخ چگونگی سوخت و ساز بدن، نوع لباس افراد و شــرایط محیطی از قبیل دما و رطوبت در دسترس باشــد، مقدار PMV قابل محاســبه است. پس از محاســبه مقدار PMV میتوان آن را به یک معیار
آمــاری دیگر به نام درصد جمعیت ناراضی (PPD) تبدیل نمود. جابه جایی هوا نیز، یکی دیگر از عواملی است که بر شرایط رفاه انسان تاثیر میگذارد. پنجره های متحرک، بادزن های سقفی یا بادزن های سیرکوله موجب جابه جا شدن هوا میشوند. جابه جایی بیش از حد هوا، به ویژه در مواقعی که هوا سرد است، موجب برهم خوردن شرایط رفاه انسان میشود. در هوای بسیار گرم، ســرعت هوا تا 200 فوت در دقیقه نیز برای انسان خوشایند است و موجب میشود تا اکثر افراد حتا در دمایی 2 درجه گرمتر نیز احساس راحتی کنند. سرعت های هوای بیش از 200 فوت در دقیقه چندان خوشایند نیست زیرا موجب ایجاد جریان هوا میشود و ممکن است برای ساکنان آزاردهنده باشد.

یک مدل راحتی تطابق پذیر بر مبنای تحقیقات Brager Gail و ســایرین، در دانشــگاه برکلی کالیفرنیا به استاندارد 55-2004 افزوده شده است.
این تحقیق نشــان میدهد که شرایط رفاه افراد در ساختمان هایی که به صورت طبیعی تهویه میشوند، نســبت به ســاختمان هایی که به صورت دائمی از سرمایش مکانیکی اســتفاده میکنند، محدوده گســترده تری دارد. افراد ســاکن در مدارسی که از دستگاه های تهویه مطبوع استفاده میکنند، انتظار دمای یکنواخت و خنکی را دارند که اگر این انتظارات رآورده نشــود ناراضی خواهند شد. در مقابل، افراد ساکن در مدارس، با تهویه طبیعی خود را با تغییرات آب و هوای فصلی در متوســط دمای خارج تطبیق میدهند و در محدوده وســیع تری احساس راحتی میکنند. این افراد حتی خواهان محدوده گسترده تری از شرایط رفاه حرارتی نیز هستند.

تحقیقات انجام شده در این زمینه نشان میدهد که تفاوتی که در انتظارات افراد نسبت به شرایط رفاه حرارتی وجود دارد با تطابق رفتاری آنها با محیط در ارتباط اســت. بدین ترتیب که دانش آموزانی که در مدارس با تهویه طبیعی تحصیل میکنند، لباس مناســب با آن فصل را میپوشــند و برای تنظیم ســرعت هوا نیز از باز و بسته کردن پنجره ها کمک میگیرند. هر چند که برخی از این اختلاف نظرها به دلیل تفاوت های فیزیولوژیکی افراد با یکدیگر است.
در واقع انتظارات بدن انسان نسبت به شرایط حرارتی به دلیل ناهمگونی شرایط حرارتی ساختمان و سطوح
بالاتر کنترل (به عنوان مثال افراد ساکن در ساختمان میتوانند پنجره ها را باز یا بسته کنند‌) در طول سال در حال تغییر است.

اســتفاده از یک مدل تطبیق پذیر برای شرایط رفاه حرارتی کــه در اســتاندارد 55- ASHRAE 2004 ارائه شــده اســت، این امــکان را فراهم می آورد تا ســاختمان مدرسه به منظور بهینه سازی شرایط رفاه حرارتی و کاهش مصرف انرژی طراحی و ساخته شود. در بســیاری از شرایط آب و هوایی،حفظ یک گستره دمایی محدود و ثابت غیرضروری اســت و هزینه بالایی نیز به همراه دارد.

شکل (2) یک مدل تطبیق پذیر برای شــرایط رفاه انسانی را نمایش میدهد. در این شــکل دمای داخلی برای
حفظ آسایش انسان بر مبنای متوسط دمای خارجی ماهیانه تعیین میشود.

شــکل (3) این مدل تطبیق پذیــر بر مبنای اطلاعات شــرایط آب و هوایی سالانه برای شهر ساکرامنتو ترسیم شده است و نشان دهنده آن است که محدوده رفاه دمای داخل در طول سال چگونه تغییر میکند. این نمودار همچنین متوسط حداکثر دمای روزانه را برای هر ماه مشخص میکند و بدین ترتیب تصویر کلی از فصولی را نمایش میدهد که امکان استفاده از تهویه طبیعی برای تامین شرایط رفاه انسانی وجود دارد.

شکل (4) همین اطلاعات را برای سانفرانسیسکو نمایش میدهد. شکل های (5) و (6) نیز به ترتیب اطلاعات مربوط به ریورساید و لانگ بیچ را نشان میدهد. این نمودارها نشان دهنده آن هستند که شرایط خارجی در مناطقی که آب و هوای ســاحلی دارند، در محدوده مرزهای آسایش انسان قرار میگیرند در حالی که شرایط آب و هوایی در اواخــر فصل بهار تا اوایل فصل پاییز از مرزهای بالای رفاه انسان تجاوز میکند.

پی‌نوشت:

• دمای تشعشعی متوسط (MRT)دمای یک محوطه فرضی است که در آن انتقال حرارت تشعشعی از بدن انسان با انتقال حرارت تشعشعی واقعی به سطوح با دمای غیر یکنواخت آن محوطه برابر است.
• خانم هــا معمــوال دمای 1 درجه گرمتــر را ترجیح میدهند.
• افراد باالی 40 سال معموال دمای در حدود یک درجه گرمتر را ترجیح میدهند.

منبع: فصلنامه صنعت تهویه‌مطبوع شماره 11

اگر شما هم مشتاق یادگیری تخصصی و حرفه ای دوره های تاسیسات مکانیکی با اساتیدی مجرب هستید میتوانید در دوره آموزشی اصول طراحی تاسیسات مکانیکی ساختمانی، بیمارستانی و صنعتی در آکادمی کاشانه شرکت کنید.